ITMI20012628A1

ITMI20012628A1 - Forno di cottura di dispositivi fotovoltaici

Info

Publication number: ITMI20012628A1
Authority: IT
Inventors: Mariano Zarcone; Amerigo Romagnoli
Original assignee: Eurosolare Spa
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2003-06-13
Also published as: AU2002358050A1; JP4511186B2; EP1454367A2; CN1602554A; JP2005513406A; WO2003054975A2; WO2003054975A3; AU2002358050B2; CN100356589C

Description

Descrizione

La presente invenzione riguarda un forno di cottura di dispositivi fotovoltaici a partire da materiale semiconduttore caratterizzato dal fatto che il trascinamento del materiale semiconduttore all'interno del forno è realizzato mediante una serie di rulli in materiale ceramico che ruotano sul proprio asse.

E' noto che per la realizzazione di dispositivi fotovoltaici, comunemente chiamati celle solari, sono utilizzate fette di materiale semiconduttore di diverso spessore.

La realizzazione di tali dispositivi fotovoltaici prevede, tra i diversi trattamenti, varie cotture del materiale che hanno la funzione di fissare sul semiconduttore degli elementi droganti, dispersi in soluzioni oppure in paste serigrafiche, oppure i contatti metallici.

Generalmente per la realizzazione di tali cotture si utilizzano dei forni in continuo, cioè forni nei quali il materiale è caricato e processato senza soluzione di continuità.

L'introduzione del materiale semiconduttore in questi forni viene condotta, tipicamente, utilizzando una catena che, trascinata da due rulli esterni alla muffola, attraversa il forno.

Un' apparecchiatura cosi descritta presenta alcuni inconvenienti, i più importanti dei quali sono:

(1) la catena è normalmente realizzata in materiale metallico che può provocare contaminazioni da parte di impurità metalliche nel materiale semiconduttore trattato;

(2) i profili di temperatura ai quali è sottoposto il materiale semiconduttore dipendono dalla catena di trasporto. Essa, in generale, ha un'inerzia termica superiore a quella del materiale semiconduttore da cuocere e, pertanto, nel suo movimento porta con sé una notevole quantità di calore. Profili a forte variabilità (ad esempio 10-20 °C/s) spesso necessari per processi ottimali, si riescono ad ottenere con notevole difficoltà.

La domanda di brevetto EP 1010960, riguarda forno di cottura di dispositivi fotovoltaici che si basa sulla non interazione del sistema di trascinamento con il sistema di riscaldamento del forno. In particolare, i rulli, che sono realizzati in quarzo, vengono movimentati mediante catena o cinghia non individuali, per frizione.

Operando secondo tale brevetto si ottengono profili di cottura determinati dal riscaldamento a lampade, che possono avere problemi di stabilità e di conseguenza di uniformità; il trascinamento può inoltre risentire di disuniformità in quanto la movimentazione dei rulli non è individuale. Inoltre, i rulli in quarzo trasparente alla radiazione scelta per il riscaldamento dei semiconduttori, sono molto costosi.

E' stato ora trovato che è possibile superare gli inconvenienti sopra riportati utilizzando un forno in cui il trasporto del materiale semiconduttore attraverso di esso avviene mediante un trascinamento a rulli ceramici che ruotano intorno al proprio asse mediante trasmissione ad albero e cinghie .

L'uso di materiale ceramico ad alta purezza per la realizzazione dei rulli riduce drasticamente le contaminazioni metalliche. Inoltre, per il fatto che i rulli che movimentano il materiale semiconduttore sono fissi nella loro posizione nel forno ed il movimento è trasmesso dalla loro rotazione sul proprio asse, non vi sono effetti di trascinamento della temperatura. In questo modo vengono realizzati profili di temperatura anche molto ripidi.

In accordo con ciò, costituisce lo scopo della presente invenzione un forno per la preparazione di dispositivi fotovoltaici da materiale semiconduttore comprendente:

(a) un alloggiamento delimitato da pareti laterali curve o piane, da un coperchio, da un fondo e dei passaggi laterali che permettono l'inserimento dei rulli;

(b) un motore elettrico che mediante una trasmissione ad albero più cinghie consente il movimento contemporaneo dei rulli ;

(c) un dispositivo per mantenere costante la temperatura al-1 'interno dell'alloggiamento (a);

(d) un sistema di coibentazione dell'alloggiamento (a);

(e) un sistema di sottrazione dei gas che si sviluppano durante il processo di cottura.

Preferibilmente l'alloggiamento è costituito da materiale ceramico e la distanza tra un rullo e l'altro al suo interno è tale che il materiale semiconduttore nel suo moto di rotolamento poggia almeno su tre di essi.

Il materiale ceramico utilizzato nella realizzazione del forno è scelto tra silice sinterizzata, quarzo ed altro materiale con scarsa interazione chimica con il silicio.

Il materiale semiconduttore utilizzabile per la preparazione di dispositivi fotovoltaici è scelto tra fette di silicio, con spessori di 100-500 micron, o materiali semiconduttori in strati sottili (film) con spessori che variano da pochi micron fino a 100 micron.

Il riscaldamento del forno può essere effettuato secondo metodiche note, mediante 1'impiegodiresistenze elettriche o di lampade ad infrarosso.

Le temperature all'interno del forno sono tipicamente comprese tra 100°C e 1200°C.

Descriviamo una tipica realizzazione dell'invenzione con riferimento alla figura 1. La realizzazione ha carattere esemplificativo e non deve essere intesa come limitante del-1'invenzione stessa.

In figura 1 è disegnato un forno costituito da un certo numero di rulli (1) in serie realizzati in silice sinterizzata ed il movimento contemporaneo di tutti i rulli è dovuto a un motore elettrico (16) mediante una trasmissione ad albero più cinghie (13, 11). La muffola (6) ed il suo coperchio (5), anch'essi di silice sinterizzata, sono riscaldati da una serie di resistenze (3) alimentate elettricamente. La temperatura è controllata con un dispositivo elettronico per tenerla costante. Il forno è dotato di un telaio (9) che racchiude il sistema di coibentazione (2) della muffola, ed ha un sistema di sottrazione dei fumi di processo (18).

(1) Rullo

(2)Coibentazione

(3) Resistenze

(4) Supporto per resistenze

(5) Coperchio muffola

(6) Muffola

(7) Cuscinetto a sfere

(8) Supporto cuscinetti

(9) Telaio

(10) Supporto albero

(11) Cinghia incrociata

(12) Puleggia

(13) Albero

(14) Pignone

(15) Catena

(16) Motore

(17) Corona

(18) Camino

I dispositivi ottenuti utilizzando il forno secondo la presente invenzione sono privi di contaminanti metallici e sono caratterizzati da una ottima qualità tali da poter essere utilizzati ad esempio per realizzare celle fotovoltaiche.

Viene di seguito descritto un esempio per meglio illustrare il funzionamento dell'apparecchiatura della presente invenzione .

Esempio 1

E' stato costruito un forno per la diffusione delle impurità di tipo fosforo con un trascinamento costituito da 300 rulli in serie realizzati in silice sinterizzata. Il movimento contemporaneo di tutti i rulli è dovuto a un motore elettrico (16) mediante una trasmissione ad albero più cinghie (13, 11). La muffola (6) di silice sinterizzata è riscaldata da una serie di resistenze (3) alimentate elettricamente.

La temperatura è controllata con un dispositivo elettronico per tenerla costante. Scegliendo un set point di 900°C la variazione rilevata è stata minore di 0,5 °C.

Nel forno suddetto, sono state passate delle fette di silicio sulle quali era stato deposto del drogante al fosforo. Il passaggio è durato circa venti minuti.

Le fette di silicio così ottenute presentavano una ottima diffusione delle impurità di fosforo e potevano essere utilizzate per realizzare celle fotovoltaiche di buona qualità.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Forno di cottura di dispositivi fotovoltaici a partire da materiale semiconduttore caratterizzato dal fatto che il trascinamento del materiale semiconduttore all'interno del forno è realizzato mediante una serie di rulli in materiale ceramico che ruotano sul proprio asse.
2. Il forno di cottura di dispositivi fotovoltaici secondo la rivendicazione 1, comprendente: (a) un alloggiamento delimitato da pareti laterali curve o piane, da un coperchio, da un fondo e dei passaggi laterali che permettono l'inserimento dei rulli; (b) un motore che mediante una trasmissione ad albero più cinghie consente il movimento contemporaneo dei rulli; (c) un dispositivo per mantenere costante la temperatura all'interno dell'alloggiamento (a); (d) un sistema di coibentazione dell'alloggiamento; (e) un sistema di sottrazione dei gas che si sviluppano durante il processo di cottura.
3. Il forno secondo la rivendicazione 2, dove l'alloggiamento (a) è una muffola costituita di materiale ceramico.
4. Il forno secondo la rivendicazione 1, dove il materiale ceramico è scelto tra silice sinterizzata, quarzo ed altro materiale a bassa interazione chimica con il siliciò
5. Il forno secondo la rivendicazione 1, dove la distanza tra un rullo e l'altro è tale che il materiale semiconduttore nel suo moto di rotolamento poggia almeno su tre di essi.
6. Il forno secondo la rivendicazione 1, dove il riscaldamento è effettuato con resistenze elettriche o con lampade ad infrarosso.
7. Il forno secondo la rivendicazione 1, dove il materiale semiconduttore utilizzabile per la preparazione di dispositivi fotovoltaici è scelto tra fette di silicio, con spessori di 100-500 micron, o materiali semiconduttori in strati sottili (film) con spessori che variano da pochi micron fino a 100 micron.