NO20110920A1

NO20110920A1 - Silisium for n-type solceller og en fremgangsmate for fremstilling av fosfordopet silisium

Info

Publication number: NO20110920A1
Application number: NO20110920A
Authority: NO
Inventors: Tomohiro Megumi; Hiroshi Tabuchi; Koichi Kamisako; Marwan Dhamrin
Original assignee: Tokyo Univ Of Agriculture And Technology
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2011-06-27
Also published as: US20110233478A1; DE112009003570T5; CN102227374B; WO2010064604A1; TW201034946A; CN102227374A; KR20110102301A; JP5490502B2; JP2011084455A

Abstract

Det er en hensikt ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe aluminiumholdig silisium for n-tyoe solceller. Det er videre tilveiebrakt en fremgangsmåte for fremstilling av fosfordopet silisium raffinert fra aluminiumholdig silisium på en økonomisk måte. Det tilveiebringes silisium for n-type solceller inneholdende aluminium ved en massekonsentrasjon på fra 0,001 til 1,0 ppm og fosfor ved en massekonsentrasjon på fra 0,0011 til 1,1 ppm, og som håret massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium på 1,1 eller større. Det er videre tilveiebrakt en fremgangsmåte for fremstilling av fosfordopet silisium omfattende fremstilling aven smeltet blanding inneholdende aluminium, fosfor og silisium, ved oppvarming og smelting av aluminiumholdig silisium for å oppnå et smeltet produkt og tilsetting av fosfor til det oppnådde smeltede produktet, eller ved tilsetning av fosfor til aluminiumholdig silisium for å oppnå en blanding og oppvarming og smelting av den oppnådde blandingen, og deretter størkning av den smeltede blandingen i en form under en temperaturgradient i en retning.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører for det første silisium for n-type solceller og for det andre en fremgangsmåte for fremstilling av fosfordopet silisium, og nærmere bestemt vedrører den silisium inneholdende aluminium og fosfor ved spesifikke konsentrasjoner og som er egnet for anvendelse i n-type solceller, og en fremgangsmåte for fremstilling av fosfordopet silisium.

Fosfordopet silisium oppnådd ved tilsetning av fosfor til silisium er en n-type halvleder, og er nyttig som et råmateriale for solceller. Slikt fosfordopet silisium kan fremstilles ved å tilsette fosfor til oppvarmet og smeltet silisium. Slikt fosfordopet silisium kan også fremstilles ved å tilsette fosfor til silisium for å oppnå en blanding, og oppvarming og smelting av den oppnådde blandingen.

Hittil er, som en fremgangsmåte for fremstilling av silisium, en fremgangsmåte for reduksjon av et silisiumhalogenid med metallisk aluminium kjent (se for eksempel patentdokument 1). Det er en mulighet for at det reduserte silisium oppnådd ved en slik fremgangsmåte kan inneholde aluminium som forurensning. Når videre det reduserte silisium inneholder aluminium, viser det reduserte aluminiumholdige silisium p-type egenskaper, og det kan ikke sies at dets solcelleegenskaper er utmerkede. Følgelig er det vanskelig å anvende det reduserte aluminiumholdige silisium uten modifikasjon som et råmateriale for solceller. Følgelig kan for eksempel det reduserte aluminiumholdige silisium eventuelt anvendes etter raffinering ved en "rettet størkningsfremgangsmåte" for eksempel, hvori det ovenfor nevnte reduserte aluminiumholdige silisium oppvarmes og smeltes; det resulterende produktet størknes i en form i en tilstand hvor en temperaturgradient tilveiebringes i én retning, og området beveges hvorved aluminium konsen-treres som et resultat av segregering.

Det er ikke kjent aluminiumholdig silisium for n-type solceller som fremstilles ved en rettet størkningsmetode. Det er heller ikke kjent en fremgangsmåte for tilsetting av fosfor til raffinert redusert silisium.

Dokumenter innen teknikkens stand.

Patentdokument

Patentdokument 1: Japansk utlagt patentpublikasj on nr. 2-64006.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Problemer som skal løses ved oppfinnelsen

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe aluminiumholdig silisium for n-type solceller.

Det er et annet formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av fosfordopet silisium raffinert fra aluminiumholdig silisium fra et økonomisk synspunkt.

Fremgangsmåter for løsning av problemene

Oppfinnerne av foreliggende søknad har gjennomført omfattende studier for å løse de ovenfor nevnte problemene og som et resultat, har de oppnådd følgende funn: (a) Når fosfor tilsettes til oppvarmet og smeltet aluminiumholdig silisium før eller etter raffinering ved en rettet størkningsfremgangsmåte, oppnås et raffinert fosfordopet silisium. (b) Når fosfordopet silisium spesielt størknes i én retning etter at fosfor er tilsatt dertil, i det størknede silisiumet, segregeres forurensninger så som aluminium fra området plassert på lavtemperatursiden av en temperaturgradient til området plassert på høytemperatursiden i en avkjølingsprosess, mens fordelingen av fosfor viser en relativt liten segregering. (c) Når oppvarmet og smeltet aluminiumholdig raffineres ved en rettet størknings-fremgangsmåte, dersom fosfor tilsettes slik at et massekonsentrasjonsforhold mellom fosfor og aluminium i silisium er 0,009 eller større, oppnås silisium for n-type solceller etter raffinering ved den rettede størkningsfremgangsmåten. (d) Spesielt er silisium for n-type solceller inneholdende aluminium ved en massekonsentrasjon på fra 0,001 til 1,0 ppm og fosfor ved en massekonsentrasjon på fra 0,0011 til 1,1 ppm, og som har et massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium på 1,1 eller større, nyttig som et råmateriale for solceller.

Foreliggende oppfinnelse er fullført på basis av disse funnene.

Dvs. at silisium for n-type solceller ifølge foreliggende oppfinnelse har følgende bestanddeler: (1) Silisium for n-type solceller, inneholdende aluminium ved en massekonsentrasjon på fra 0,001 til 1,0 ppm og fosfor ved en massekonsentrasjon på fra 0,0011 til 1,1 ppm, og som har et massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium på 1,1 eller større. (2) Silisiumet som beskrevet i (1) ovenfor, som oppnås ved tilsetning av fosfor til aluminiumholdig silisium slik at et massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium blir 0,009 eller større, for å oppnå en blanding; oppvarming og smelting av den oppnådde blandingen for å oppnå en smeltet blanding; og størkning av den oppnådde smeltede blandingen i en form under en temperaturgradient i én retning. (3) Silisiumet som beskrevet ovenfor i (1), som oppnås ved oppvarming og smelting av alumimumholdig silisium for å oppnå et smeltet produkt; tilsetning av fosfor til det oppnådde smeltede produktet slik at et massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium blir 0,009 eller større, for å oppnå en smeltet blanding; og størkning av den oppnådde smeltede blandingen i en form under en temperaturgradient i én retning.

Videre har fremgangsmåten for fremstilling av fosfordopet silisium ifølge foreliggende oppfinnelse følgende bestanddeler: (4) En fremgangsmåte for fremstilling av fosfordopet silisium, omfattende: fremstilling av en smeltet blanding inneholdende aluminium, fosfor og silisium, ved oppvarming og smelting av aluminiumholdig silisium for å oppnå et smeltet produkt og deretter tilsetning av fosfor til den oppnådde smeltede blandingen, eller ved å tilsette fosfor til aluminiumholdig silisium for å oppnå en blanding og deretter oppvarme og smelte den oppnådde blandingen; og deretter størkning av den smeltede blandingen i en form under en temperaturgradient i én retning. (5) Fremgangsmåte som beskrevet i (4) ovenfor, hvor fosfor tilsettes slik at et massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium blir 0,009 eller større ved fremstillingen av den smeltede blandingen. (6) Fremgangsmåten som beskrevet i (4) eller (5) ovenfor, hvori det aluminiumholdige silisiumet er redusert silisium oppnådd ved å redusere et silisiumhalogenid med metallisk aluminium. (7) Fremgangsmåten som beskrevet i et hvilket som helst av (4) til (6) ovenfor, hvori det aluminiumholdige silisium utsettes for syrevasking, og deretter oppvarmes og smeltes. (8) Fremgangsmåten som beskrevet i et hvilket som helst av (4) til (7) ovenfor, hvori det aluminiumholdige silisium oppvarmes og smeltes under redusert trykk. (9) Fremgangsmåten som beskrevet i et hvilket som helst av (4) til (8) ovenfor, hvori det aluminiumholdige silisium er silisium raffinert ved størkning i én retning.

Effekter av oppfinnelsen

Ifølge foreliggende oppfinnelse kan aluminiumholdig silisium for n-type solceller lett fremstilles. Dvs. at når aluminiumholdig silisium raffineres ved en rettet størknings-fremgangsmåte, kan en egnet mengde fosfor bestemt i henhold til aluminiuminnholdet av silisiumet tilsettes. Dette gjør det mulig å fremstille silisium for n-type solceller, som er nyttig som et råmateriale for solceller, også fra aluminiumholdig silisium som viser p-type egenskaper.

I tillegg kan ifølge foreliggende oppfinnelse raffinert fosfordopet silisium lett oppnås. Spesielt krever en fremgangsmåte for oppvarming og smelting av aluminiumholdig silisium for å oppnå et smeltet produkt, tilsetning av fosfor til det oppnådde smeltede produktet og raffinering av det resulterende produktet ved størkning av dette i én retning, et lavere antall oppvarmings- og smelteprosesser enn en fremgangsmåte for oppvarming og smelting av aluminiumholdig silisium, raffinert av det resulterende produktet ved størkning av dette i én retning, og deretter oppvarming og smelting av det oppnådde silisiumet igjen, og tilsetning av fosfor til det resulterende produktet. Dette gjør det mulig å fremstille fosfordopet silisium fra et økonomisk synspunkt.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 (a) og (b) er skjematiske skisser som viser trinnene for å oppnå redusert silisium i henhold til én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er en skjematisk forklarende skisse som viser en rettet størkningsfremgangsmåte i henhold til én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 (a) og (b) er skjematiske skisser som viser trinnene for å oppnå aluminiumholdig silisium for n-type solceller og fosfordopet silisium.

Fremgangsmåte for utførelse av oppfinnelsen

Under henvisning til fig. 1 til 3 vil en utførelsesform av aluminiumholdig silisium for n-type solceller og en fremgangsmåte for fremstilling av fosfordopet silisium, i henhold til foreliggende oppfinnelse, bli beskrevet i detalj nedenfor, i det tilfellet hvor redusert silisium anvendes som aluminiumholdig silisium tas som et eksempel.

Det aluminiumholdige silisium for n-type solceller ifølge foreliggende utførelsesform oppnås ved å tilsette fosfor til aluminiumholdig silisium, og raffinere det resulterende produktet ved rettet størkning. Eksempler på det aluminiumholdige silisiumet kan omfatte redusert silisium oppnådd ved å redusere et silisiumhalogenid med metallaluminium. Det resulterte silisium kan oppnås som følger: Dvs. som vist i fig. l(a) reduseres et silisiumhalogenid 1 med metallaluminium 3, og som vist i fig. l(b) oppnås redusert silisium 5. Eksempler på silisiumhalogenidet 1 kan omfatte forbindelser av følgende generelle formel (i)

hvori n er et helt tall fra 0 til 3, og X er et halogenatom.

I den ovenfor angitte generelle formelen (i) kan eksempler på halogenatomet representert ved X omfatte et fluoratom, et kloratom, et bromatom og et jodatom. Eksempler på silisiumhalogenidforbindelsen (i) kan omfatte silisiumtetrafluorid, silisiumtrifluorid, silisiumdifluorid, silisiummonofluorid, silisiuimtetraklorid, sihsiumtriklorid, silisiumdiklorid, silisiummonoklorid, silisiumtetrabromid, silisiumtribromid, sihsiumdibromid, silisiummonobromid, silisiumtetrajodid, silisiumtrijodid, silisiumdijodid og silisiummonojodid.

Renheten av silisiumhalogenidet 1 kan fortrinnsvis være 99,99% uttrykt ved masse eller mer, mer foretrukket 99,9999% ved masse eller mer, og enda mer foretrukket 99,99999% ved masse eller mer, for å oppnå høyrenhetssilisium for n-type solceller, og høyrenhetsfosfordopet silisium. Videre anvendes fortrinnsvis silisiumhalogenid 1 som har et lavt borinnhold, idet det oppnådde fosfordopede silisium anvendes som silisium for n-type solceller. Nærmere bestemt kan borinnholdet av silisiumhalogenidet 1 fortrinnsvis være 0,3 ppm eller mindre, mer foretrukket 0,1 ppm eller mindre, og enda mer foretrukket 0,01 ppm eller mindre, uttrykt ved masseforholdet mellom bor og silisium. Borinnholdet kan måles ved induktivt koblet plasmamassespektrometri (ICP massespektrometri).

Fosforinnholdet av silisiumhalogenidet 1 kan være 3 ppm eller mindre, fortrinnsvis 1 ppm eller mindre, uttrykt ved masseforholdet for fosfor til silisium. Når fosforinnholdet er større enn 3 ppm, kan fosforinnholdet i silisiumet for n-type solceller som beskrevet senere, overskride et godtakbart innhold idet solcelleegenskaper tas i betraktning. Fosforinnholdet kan måles ved ICP massespektrometri eller ved glødeutladingsmasse-spektrometri (GDMS).

Som metallaluminium 3 kan det være foretrukket elektrolyttisk redusert aluminium kommersielt tilgjengelig som aluminium, og høyrenhets aluminium oppnådd ved å raffinere elektrolyttisk redusert aluminium ved en fremgangsmåte så som en segregeringsstørkningsfremgangsmåte og en trelags elektrolyttisk fremgangsmåte.

I tillegg kan renheten av metallaluminium 3 fortrinnsvis være 99,9 masse-% eller større, mer foretrukket 99,95 masse-% eller større, for å oppnå silisium for n-type solceller og fosfordopet silisium, som begge har liten forurensningskontaminering. Renheten av metallaluminium er verdien oppnådd ved å subtrahere det samlede innholdet av jern, kobber, gallium, titan, nikkel, natrium, magnesium og sink fra 100 masse-% metallaluminium, og det samlede innholdet av disse forurensningselementene kan måles ved GDMS. Som metallaluminium kan det også anvendes metallaluminium som har et relativt lite innhold av silisium.

For å redusere silisiumhalogenidet 1 med metallaluminiumet 3, kan for eksempel silisiumhalogenidet 1 blåses inn i det oppvarmede og smeltede metallaluminium 3. Reduksjonen av silisiumhalogenidet 1 med metallaluminiumet 3 ved denne fremgangsmåten gjør det mulig å oppnå det ønskede aluminiumholdige silisium. Som vist i fig. l(a) ble nærmere bestemt silisiumhalogenidet 1 i en gassformig tilstand blåst inn i det oppvarmede og smeltede metallaluminium 3 gjennom et ventilasjonsrør 2.

Som ventilasjonsrøret 2 kan det være foretrukket ett som er inert overfor det oppvarmede og smeltede metallaluminiumet 3 og som har varmeresistens. Nærmere bestemt kan ventilasjonsrøret 2 fortrinnsvis for eksempel være dannet av karbon, så som grafitt, silisiumkarbid, karbonnitrid, alumina (aluminiumoksid) eller silika (silisiumoksid) så som kvarts.

Det oppvarmede og smeltede aluminiumet 3 holdes i en beholder 4. Som beholder 4 kan det foretrekkes én som er inert overfor det oppvarmede og smeltede metallaluminiumet 3, silisiumhalogenidet 1 og silisium, og som har varmeresistens. Nærmere bestemt kan beholderen 4 fortrinnsvis være dannet for eksempel av karbon, så som grafitt, silisiumkarbid, karbonnitrid, alumina (aluminiumoksid) eller silika (silisiumoksid) så som kvarts.

Når silisiumhalogenidet 1 blåses gjennom ventilasjonsrøret 2 inn i det oppvarmede og smeltede metallaluminiumet 3 holdt i beholderen 4, reduseres silisiumhalogenidet 1 til silisium med metallaluminiumet 3, og også det fremstilte silisium er oppløst i metallaluminiumet 3. Dette tilveiebringer aluminiumsmelten 30 inneholdende silisium. Silisiuminnholdet av aluminiumsmelten 30 kan justeres ved mengden av silisiumhalogenid 1 som skal blåses.

Når aluminiumsmelten 30 oppnådd ved å blåse silisiumhalogenidet 1 er avkjølt, blir det oppløste silisium, som vist i fig. l(b), krystallisert som det reduserte silisium 5 på den øvre overflaten av et fast produkt 30' oppnådd ved avkjølingen. Det er mulig å oppnå det ønskede reduserte silisium 5 som aluminiumholdig silisium ved å kutte ut det krystalliserte reduserte silisiumet 5 fra det faste produktet 30' oppnådd ved avkjøling, ved anvendelse av for eksempel en diamantkutter.

Renheten av det oppnådde reduserte silisiumet 5 kan fortrinnsvis være 94 masse-% eller mer, mer foretrukket 99,9 masse-% eller mer, og enda mer foretrukket 99,99 masse-% eller mer. Videre kan aluminiuminnholdet fortrinnsvis være 52.000 ppm eller mmdre, mer foretrukket 1.100 ppm eller mindre, og enda mer foretrukket 12 ppm eller mindre, ved masseforholdet for aluminium til silisium. Borinnholdet kan fortrinnsvis være 0,15 ppm eller mindre, mer foretrukket 0,01 ppm eller mindre, ved masseforholdet for bor til silisium. Fosforinnholdet kan fortrinnsvis være 3 ppm eller mindre, mer foretrukket 1 ppm eller mindre, ved masseforholdet for fosfor til silisium. Karboninnholdet kan fortrinnsvis være 9 ppm eller mindre, og mer foretrukket 1 ppm eller mindre, ved masseforholdet for karbon til silisium. Det reduserte silisiumet 5 som har en slik renhet kan oppnås for eksempel ved å avkjøle aluminiumsmelten 30 ved en relativt lav avkjølingsrate. Aluminium- og borinnholdene kan måles ved ICP massespektrometri. Fosforinnholdet kan måles ved ICP massespektrometri eller GDMS. Karboninnholdet kan måles ved Fourier transformasjonsinfrarød spektroskopi (FT-IR).

Spesielt, når man tar i betraktning anvendelsen som silisium for n-type solceller, kan renheten av det reduserte silisiumet 5 fortrinnsvis være 99 masse-% eller større, mer foretrukket 99,9 masse-% eller større, og enda mer foretrukket 99,999 masse-% eller større. Videre kan aluminiuminnholdet fortrinnsvis være 1 masse-% eller mindre, mer foretrukket 1.000 ppm eller mindre, og enda mer foretrukket 10 ppm eller mindre, ved masseforholdet for aluminium til silisium. Fosforinnholdet kan fortrinnsvis være 3 ppm eller mindre, mer foretrukket 1 ppm eller mindre, uttrykt ved masseforholdet for fosfor til silisium. En reduksjon i renheten av det reduserte silisiumet 5 kan øke antallet raffineringsprosesser ved rettet størkning, som utføres inntil fremstillingen av silisium for n-type solceller. Når følgelig renheten av det reduserte silisiumet 5 er mindre enn 98 masse-%, eller når aluminiuminnholdet er større enn 1 masse-%, uttrykt ved masseforholdet for aluminium til silisium, eller når fosforinnholdet er større enn 3 ppm, kan det bli vanskelig å anvende raffinering ved en rettet størkningsrfemgangsmåte fra industrielle og økonomiske synspunkter.

Til overflaten av det oppnådde reduserte silisiumet 5 kan metallaluminium være festet. Det oppnådde reduserte silisiumet 5 kan videre inneholde forurensninger forskjellige fra aluminium, avhengig av renhetene og andre faktorer for silisiumhalogenidet 1 og metallaluminiumet 3 som er anvendt. I slike tilfeller kan det reduserte silisiumet 5 fortrinnsvis vaskes med en syre for å fjerne forurensninger så som aluminium, og kan deretter fortrinnsvis underkastes den etterfølgende oppvarmings- og smelteprosessen sm beskrevet senere.

Syrevaskingen av det reduserte silisiumet 5 kan utføres for eksempel ved å neddykke det reduserte silisiumet 5 i en syre. Eksempler på syren som kan anvendes for syrevasking kan omfatte konsentrert salpetersyre, konsentrert saltsyre og kongevann. En egnet syrevaskingstemperatur kan vanligvis være fra 20°C til 90°C. En egnet syrevaskingstid kan vanligvis være fra 5 timer til 24 timer, og fortrinnsvis fra 5 timer til 12 timer.

Deretter blir det oppnådde reduserte silisiumet 5 som er aluminiumholdig silisium, oppvarmet og smeltet. Oppvarmingen og smeltingen av det reduserte silisiumet 5 kan utføres under atmosfæretrykk, men kan fortrinnsvis utføres under redusert trykk. Dette gjør det mulig å forflyktige og fjerne flyktige forurensningselementer fra det reduserte silisiumet 5. Trykket (absolutt trykk) for oppvarming og smelting under redusert trykk kan vanligvis være 400 Pa eller lavere, fortrinnsvis 100 Pa eller lavere, og mer foretrukket 0,5 Pa eller lavere. Oppvarmingstemperaturen for oppvarmingen og smeltingen av det reduserte silisiumet 5 kan være ved eller over smeltetemperaturen for det reduserte silisiumet (5) og kan vanligvis være fra 1410°C til 1650°C.

Deretter tilsettes fosfor til det oppvarmede og smeltede reduserte silisium 5. Mengden av fosfor som skal tilsettes kan hensiktsmessig velges avhengig av innholdet av fosfor inneholdt i det reduserte silisiumet 5, graden av segregering av fosfor i en størknings-prosess som beskrevet senere, og fosforinnholdet av det ønskede fosfordopede silisiumet. Fosfor kan fortrinnsvis fremstilles slik at mengden av fosfor som skal tilsettes er større enn borinnholdet og er vanligvis fra 0,02 til 3 ppm, fortrinnsvis fra 0,03 til 1 ppm, uttrykt ved masseforholdet for fosfor til silisium. I denne forbindelse kan fosfor tilsettes før oppvarming og smelting.

Spesielt når man tar i betraktning anvendelsen som silisium for n-type solceller, tilsettes fosfor slik at mengden av fosfor som tilsettes kan være 0,009 eller større, fortrinnsvis fra 0,009 til 1,5, uttrykt ved massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium i silisium, avhengig av mengden av aluminium inneholdt i det aluminiumholdige silisium. Det er ikke ønskelig at mengden av fosfor som skal tilsettes kan være mindre enn 0,009 uttrykt ved massekonsentrasjonsforholdet av fosfor til aluminium, fordi det oppnådde raffinerte silisium vanskelig kan vise n-type egenskaper og utbyttet av det oppnådde silisium for n-type solceller reduseres også.

Som fosfor kan en silisium-fosforforlegenng vanligvis tilsettes, idet silisium-fosforforlegeringen er en legering av høyrenhets silisium som har en renhet på 99,99999% uttrykt ved masse (syv nitall) eller større og høyrenhets fosfor som har en renhet på 99,9999% ved masse (seks nitall) eller større. Eksempler på silisium-fosforforlegering kan omfatte de som har en resistivitet på 2 m£lcm og et fosforinnhold på ca. fra 700 til 770 ppm uttrykt ved masseforhold for fosfor til silisium.

Deretter blir det reduserte silisium 5 i den oppvarmede og smeltede tilstanden etter tilsetningen av fosfor raffinert ved en rettet størkningsfremgangsmåte. Den rettede størkningsfremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse utføres som vist i fig. 2, hvori det reduserte silisiumet 5 i den oppvarmede og smeltede tilstanden avkjøles i en form 61tilstanden hvor en temperaturgradient T tilveiebringes i én retning.

Nærmere bestemt kan formen 6 fortrinnsvis være inert overfor det reduserte silisiumet 5 i oppvarmet og smeltet tilstand, og kan fortrinnsvis ha varmeresistens. Nærmere bestemt kan formen 6 fortrinnsvis være dannet av for eksempel karbon, så som grafitt, silisiumkarbid, karbonnitrid, alumina (aluminiumoksid) eller silika (sihsiumoksid) så som kvarts.

I eksempelet i fig. 2 er temperaturgradienten T innstilt i retningen av tyngekraften slik at en lavere temperaturside 51 er plassert på den nedre siden og en høyere temperaturside 52 er plassert på den øvre siden. I denne forbindelse må temperaturgradienten T bare tilveiebringes i én retning, og kan for eksempel være tilveiebrakt i horisontal retning slik at lavere temperatursiden 51 og den høyere temperatursiden 52 er plassert på samme nivå, eller kan tilveiebringes i retning av tyngdekraften slik at den lavere temperatursiden 51 er plassert på den øvre siden og den høyere temperatursiden 52 er plassert på den lavere siden. Temperaturgradienten T kan vanligvis være fra 0,2°C/mm til 2,5°C/mm, fortrinnsvis fra 0,5°C/mm til l,5°C/mm, fordi en slik temperaturgradient ikke krever omfattende utstyr og derfor er praktisk.

Temperaturgradienten T kan for eksempel tilveiebringes som følger: Dvs. en ovn 8 er åpen i en sentral del av dens nedre del 8', og formen 6 plasseres i ovnen 8 for fritt å heves og falle gjennom den sentrale delen av den nedre delen 8'. I ovnen 8 er tre varmeelementer 7 plassert over og til venstre og høyre side for formen 6. Mens den øvre delen av formen 6 oppvarmes ved hjelp av varmeinnretningene 7, avkjøles den nedre delen av formen 6 ved den nedre delen 8' av ovnen 8. Dette gjør det mulig å tilveiebringe en temperaturgradient T i retning av tyngdekraften slik at den lavere temperatursiden 51 plasseres på den nedre siden og den høyere temperatursiden 52 plasseres på den øvre siden.

Eksempler på fremgangsmåten for avkjøling av den lavere delen av formen 6 kan omfatte luftkjøhng, og en fremgangsmåte ved anvendelse av vannkjølte plater 9, avhengig av temperaturgradienten T. Dvs. at et par av vannkjølte plater 9 plasseres under ovnen 8 slik at de vannkjølte platene 9 står overfor hverandre på tvers av formen 6. Hver av de vannkjølte platene 9 omfatter en sirkulasjonsstrømningsvei i det dannede platelegemet, for eksempel av rustfritt stål, og avkjøler den nedre delen av formen 6 ved sirkulerende vann i sirkulasjonsstrømningsveien.

Avkjølingen av det reduserte silisiumet 5 i den oppvarmede og smeltede tilstanden

utføres ved å forskyve formen 6 som inneholder det reduserte silisiumet 5 nedover som vist ved pilen A, og fører formen 6 gjennom den nedre delen 8' av ovnen 8 til utsiden av ovnen 8. Som et resultat størknes det reduserte silisiumet 5 samtidig som det dannes en fast fase 54 fra den lavere temperatursiden 51, og, som vist i fig. 3(a), blir den et rettet størknet silisiumprodukt 10.

Størkningshastigheten R kan vanligvis være fra 0,05 til 2 mm/min., fortrinnsvis fra 0,4 til 1,2 mm/min., mens størkningshastigheten R uttrykkes som bevegelseshastigheten av en grenseflate 56 mellom den faste fasen 54 dannet fra den lavere temperatursiden 51 ved avkjølingen og den flytende fasen 55 plassert på den høyere temperatursiden 52 og som foreløpig ikke er størknet. Størkningshastigheten R kan justeres, for eksempel ved bevegelseshastigheten av formen 6 når formen 6 føres til utsiden av ovnen 8.

Det reduserte silisiumet 5 størknes gradvis fra den lavere temperatursiden 51, og størknmgsraten Y i denne størkningsprosessen uttrykkes som andelen (%) av det reduserte silisiumet som har blitt den faste fasen 54 i forhold til hele det reduserte silisiumet 5 som er anvendt.

I størkningsprosessen beveger forurensninger så som aluminium inneholdt i det reduserte silisiumet 5 seg til den høyere temperatursiden 52 samtidig som det segregeres. I det rettet størknede silisiumproduktet 10 etter størkningen er følgelig forurensningsinnholdet C forøket i én retning fra den lavere temperatursiden 51 til den høyere temperatursiden 52 av temperaturgradienten T. Fosforet inneholdt i det reduserte silisiumet 5 vil derimot usannsynlig segregeres til den høyere temperatursiden 52, og er relativt jevnt fordelt i den faste fasen 54 og den flytende fasen 55.

Fig. 3(a) og 3(b) er skjematiske skisser som viser en fremgangsmåte for å oppnå det aluminiumholdige silisiumet for n-type solceller og det fosfordopede silisiumet i henhold til én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Som vist i fig. 3 (a) i det oppnådde retningsstørknede silisiumproduktet 10, tjener området plassert på den lavere temperatursiden 51 av temperaturgradienten T i avkjølingsprosessen som et raffinert silisiumområde 10A som har et lite forurensningsinnhold, og området plassert på den høyere temperatursiden 52 tjener som et rått silisiumområde 10B inneholdende en stor mengde segregerte forurensninger. Fjernelsen av det rå sihsiumområdet 10B fra det rettet størknede silisiumproduktet 10 gjør det mulig, som vist i fig. 3(b), å oppnå det ønskede fosfordopede silisiumet 11 fremstilt fra det raffinerte sihsiumområdet 10A.

Fremgangsmåten for fjernelse av det rå silisiumområdet 10B er ikke spesielt begrenset, men for eksempel kan en vanlig fremgangsmåte ved anvendelse av en diamantkutter anvendes. Dvs. det rå silisiumet 12 fremstilt fra det rå silisiumområdet 10B kan kuttes av langs grenseflaten mellom det raffinerte silisiumområdet 10A og det rå silisiumområdet 10B. Det oppnådde fosfordopede silisiumet 11 er nyttig for eksempel som et råmateriale for solceller.

Når spesielt det fosfordopede silisiumet 11 er silisium for n-type solceller, kan aluminiuminnholdet i silisiumet for n-type solceller være fra 0,001 til 1,0 ppm, fortrinnsvis fra 0,03 til 0,3 ppm, og mer foretrukket fra 0,03 til 0,1 ppm, uttrykt ved masseforholdet for aluminium til silisium. Når aluminiuminnholdet er lavere enn 0,001 ppm, kan det bli uheldig fra et økonomisk synspunkt. Når videre aluminiuminnholdet er større enn 1,0 ppm, kan egenskaper som solceller påvirkes negativt.

Videre kan fosforinnholdet være fra 0,0011 til 1,1 ppm, fortrinnsvis fra 0,3 til 0,8 ppm, uttrykt ved masseforholdet for fosfor til silisium. Når fosforinnholdet er lavere enn 0,0011 ppm eller større enn 1,1 ppm, kan egenskaper som solceller påvirkes i negativ retning.

Videre kan massekonsentrasjonsforholdet av fosfor til aluminium i silisiumet for n-type solceller være 1,1 eller større, fortrinnsvis fra 1,1 til 20. Når massekonsentrasjonsforholdet for fosfor til aluminium er mindre enn 1,1, vil det oppnådde silisiumet vanskelig vise n-type egenskaper og utbyttet av det oppnådde silisium for n-type solceller reduseres også. I denne forbindelse er anvendelser av det fosfordopede silisiumet ifølge foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til anvendelsen eksemplifisert ovenfor.

Selv om en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er beskrevet ovenfor, er foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til ovenfor nevnte utførelsesform, men det kan gjøres forskjellige forbedringer og modifikasjoner innenfor omfanget av kravene. I én utførelsesform beskrevet ovenfor ble for eksempel tilfellet beskrevet hvor redusert silisium anvendes som aluminiumholdig silisium, imidlertid er foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til dette. Alternativt kan et annet aluminiumholdig silisium anvendes i stedet for redusert silisium som råmateriale.

I én utførelsesform beskrevet ovenfor var tilfellet som beskrevet for det oppnådde reduserte silisium oppvarmes og smeltes, og fosfor tilsettes til det oppvarmede og smeltede reduserte silisiumet. Alternativt kan det reduserte silisiumet raffineres ved en rettet størkningsfremgangsmåte og kan deretter oppvarmes og smeltes, og fosfor kan tilsettes til det resulterende produktet. Dvs. når en relativt stor mengde av alumimum er inneholdt, kan det ikke være mulig i tilstrekkelig grad å fjerne aluminium i en enkelt raffinenngsprosess ved en rettet størkningsfremgangsmåte. Følgelig, når det ikke er mulig i tilstrekkelig grad å fjerne aluminium i en enkel raffineringsprosess ved en rettet størkningsfremgangsmåte, dvs. når det er nødvendig å utføre to eller flere raffmerings-prosesser ved en rettet størkningsfremgangsmåte, kan silisium størknet i én retning og raffinert anvendes som aluminiumholdig silisium. Dette gjør det mulig å oppnå silisium for n-type solceller og fosfordopet silisium, hvorfra aluminium endelig er fjernet i tilstrekkelig grad ved raffinering.

I én utførelsesform beskrevet ovenfor var det beskrevne tilfellet videre hvor aluminiumholdig silisium oppvarmes og smeltes, og fosfor tilsettes slik at et massekonsentrasjons forhold for fosfor til aluminium ble 0,009 eller større og deretter det resulterende produktet størknes i en form i tilstanden hvor temperaturgradienten tilveiebringes i én retning. Alternativt kan fosfor tilsettes til det aluminiumholdige silisiumet slik at et massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium ble 0,009 eller større og deretter kan det resulterende produktet oppvarmes og smeltes og kan størknes i en form i tilstanden hvor temperaturgradienten er tilveiebrakt i én retning.

Foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet i større detalj nedenfor ved anvendelse av eksempler; imidlertid er foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til de følgende eksemplene.

Eksempel 1

Fremstilling av silisium for N-type halvledere

Som vist i fig. 2 og 3, ble silisium for n-type halvledere oppnådd. Nærmere bestemt ble først 10 kg silisium av høy renhet (99,99999 eller større) og 0,1 g av aluminium av høy renhet (som har en renhet på 99,999%, tilgjengelig fra Sumitomo Chemical Company, Limited), som tilsvarer 10 ppm, plassert i formen 6 fremstilt av grafitt som vist i fig. 2 (med indre dimensjoner på 18 cm x 18 cm x 28 cm i dybde og et indre volum på ca. 9 L), og ble oppvarmet til 1540°C og smeltet i den elektriske ovnen 8 som har en argon-gassatmosfære, hvorved det ble fremstilt en aluminiumholdig silisiumsmelte med en smeltedybde på 130 mm.

Deretter ble fosfor tilsatt til silisiumsmeltet slik at et massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium i silisium ble 0,03 og et fosforinnhold i silisiumsmelten ble 0,3 ppm, uttrykt ved masseforhold for fosfor til silisium. Det tilsatte fosforet var en silisium-fosforforlegering, som er en legering av høyrenhetssilisium som har en renhet på 99,99999% ved masse (syv nitall) eller større og fosfor av høy renhet som har en renhet på 99,9999% ved masse (seks nitall) eller større. Silisium-fosforforlegeringen hadde en resistivitet på 2 m mfi.cm og et fosforinnhold på ca. 770 ppm, uttrykt ved masseforhold for fosfor til silisium.

Deretter ble den aluminiumholdige silisiumsmelten størknet i én retning ved den rettede størkmngsfremgangsmåten ved forskyvning av formen 6 i retningen av pilen A under betingelsene av en temperturgradient T på l°C/mm og en størkningshastighet R på 0,4 mm/min., hvorved det rettet størknede silisiumproduktet 10 som vist i fi. 3 ble oppnådd. I denne forbindelse ble temperaturgradienten T tilveiebrakt i retningen av tyngdekraften slik at den lavere temperatursiden 51 var plassert på den lavere siden og den høyere temperatursiden 52 var plassert på den øvre siden.

I det oppnådde rettet størknede silisiumproduktet 10 ble delene tilsvarende grenseflaten 56 mellom den faste fasen 54 og den flytende fasen 55 dannet når størkningsraten Y i størkningsprosessen var 20%, 50% og 80%, kuttet med en diamantkutter, og aluminium- og fosforinnholdene i hver del bestemt ved ICP massespektrometri. Resultatene er vist i tabell 1. Som det fremgår fra tabell 1, er massekonsentrasjonsforholdet for fosfor til alumimum i det rettet størknede silisiumproduktet 10 ved hver størkningsrate Y 1,1 eller større.

Eksempel 2

På samme måte som beskrevet ovenfor i eksempel 1, ble først en aluminiumholdig silisiumsmelte med en smeltedybde på 130 mm fremstilt. Deretter ble den rettede størkningsfremgangsmåten utført på samme måte som beskrevet ovenfor i eksempel 1, bortsett fra at fosfor ble tilsatt til silisiumsmelten slik at det oppnådd et massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium i silisium på 0,07 og et fosforinnhold i silisiumsmelten på 0,7 ppm ved masseforholdet for fosfor til silisium, hvorved det rettet størknede silisiumproduktet 10 ble oppnådd.

I det oppnådde rettet størknede silisiumproduktet 10 ble delene tilsvarende grenseflaten 56 mellom den faste fasen 54 og den flytende fasen 55 dannet når størkningsraten Y i størkningsprosessen var 20%, 50% og 80%, kuttet med en diamantkutter og aluminium-og fosforinnholdene i hver del ble bestemt ved ICP massespektrometri. Resultatene er vist i tabell 2. Som det fremgår fra tabell 2, er massekonsentrasjonsforholdet for fosfor til aluminium i det rettet størknede silisiumproduktet 10 ved hver størkningsrate Y 1,1 eller større.

Sammenligningseksempel 1

På samme måte som beskrevet i eksempel 1 ovenfor, ble først en aluminiumholdig silisiumsmelte med en smeltedybde på 130 mm fremstilt. Deretter ble den rettede størkningsfremgangsmåten utført på samme måte som beskrevet ovenfor i eksempel 1, bortsett fra at fosfor ble tilsatt til silisiumsmelten slik at et massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium i silisium ble 0,003 og et fosforinnhold i silisiumsmelten ble 0,03 ppm, uttrykt ved masseforholdet for fosfor til silisium, hvorved det rettet størknede silisiumproduktet 10 ble oppnådd.

I det oppnådde rettet størknede silisiumproduktet 10 ble andelene tilsvarende grenseflaten 56 mellom den faste fasen 54 og den flytende 55 dannet når størkningsraten Y i størkningsprosessen var 20%, 50% og 80%, kuttet med en diamantkutter, og aluminium- og fosforinnholdene i hver del ble bestemt ved ICP massespektrometri. Resultatene er vist i tabell 3. Som det fremgår fra tabell 3, er massekonsentrasjonsforholdet for fosfor til aluminium i det rettet størknede silisiumproduktet 10 ved hver størkningsrate Y mindre enn 1,1.

Sammenligningseksempel 2

På samme måte som beskrevet ovenfor i eksempel 1, ble først en aluminiumholdig silisiumsmelte med en smeltedybde på 130 mm fremstilt. Fosfor ble ikke tilsatt til silisiumsmelten. Deretter ble den rettede størkningsfremgangsmåten utført på samme måte som beskrevet ovenfor i eksempel 1, hvorved det rettet størknede silisiumproduktet 10 ble oppnådd.

I det oppnådde rettet størknede silisiumproduktet 10 ble andelene tilsvarende grenseflaten 56 mellom den faste fasen 54 og den flytende 55 dannet når størkningsflaten Y i størkningsprosessen var 20%, 50% og 80%, kuttet med en diamantkutter og aluminium-og fosforinnholdene i hver del ble bestemt ved ICP massespektrometri. Resultatene er vist i tabell 4. Som det fremgår fra tabell 4, er massekonsentrasjonsforholdet for fosfor til aluminium i det rettet størknede silisiumproduktet 10 ved hver størkningsrate Y mindre enn 1,1.

Evaluering

I de rettet størknede silisiumproduktene 10 oppnådd i eksempler 1, 2 og sammen-ligningseksempler 1, 2 ble andelene dannet ved størkningsrater Y på opptil 80% anvendt som silisium for solceller, og resistiviteten, levetiden og diffusjonslevetiden ble evaluert som solcelleegenskaper av hver del. Evalueringsfremgangsmåtene er beskrevet nedenfor, og resultatene er vist i tabell 5.

Resi sti vitet og levetid

Først ble en wafer med en kvadratform på 50 mm x 50 mm og en tykkelse på 0,35 mm kuttet ut fra det rettet størknede silisiumproduktet 10, ved anvendelse av en trådsag. Deretter ble waferen etset med hydrofluor-salpetersyre og deretter ble resistiviteten og levetiden av waferen målt. Resistiviteten av waferen ble målt ved QSSPC (Quasi-Steady-State Photoconductance) fremgangsmåten. Som måleinstrument ble det anvendt "TDS210" tilgjengelig fra Tetronix, Inc. Levetiden av waferen ble målt ved QSSPC fremgangsmåten ved neddykking av waferen i en jod-etanoloppløsning. Som måleinstrument ble det anvendt "TDS210" tilgjengelig fra Tetronix, Inc. Ikke en lokal levetid av waferen, men den midlere levetiden fra hele waferen ble målt, ved anvendelse av en hvit lyskilde som lyskilde.

Diffusjonslengde

Et substrat, 180 mm bredt x 120 mm langt x 5 mm i tykkelse, som har et tverrsnitt parallelt med størkningsretningen ble kuttet ut fra det rettet størknede silisiumproduktet 10, ble etset med hydrofluor-salpetersyre og ble deretter utsatt for oksidasjonsbehand-ling. Deretter ble diffusjonslengden av substratet målt. Diffusjonslengden av substratet ble målt ved SPV (Surface Photo Voltage) fremgangsmåten. Som måleinstrument ble det anvendt "CMS4010" tilgjengelig fra Semiconductor Diagnostic, Inc.

Som det fremgår fra tabell 5, viste eksempel 1 at resistiviteten var fra 0,8 til 1,8 Q.cm, hvilket indikerer en n-type, levetiden var 50 us, bortsett fra endedelene av det rettet størknede produktet; og diffusjonslengden var 300 um, bortsett fra endedelene av det rettet størknede produktet. Fra disse resultatene ble det bestemt at eksempel 1 var i stand til å anvendes som silisium for n-type solceller. Videre eksempel 2 at resistiviteten var fra 0,3 til 0,9 Q.cm, hvilket indikerer en n-type, levetiden var 30 us, bortsett fra for endedelene av det rettet størknede produktet og diffusjonslengden var 120 um, bortsett fra for endedelene av det rettet størknede produktet. Fra disse resultatene ble det bestemt at eksempel 2 var i stand til å anvendes som silisium for n-type solceller.

På den annen side viste sammenligningseksempel 1 at resistiviteten var fra 3 til 23 Q.cm, som indikerer en p-type, levetiden var 50 us, bortsett fra for endedelene av det rettet størknede produktet, og diffusjonslengden var 40 um, bortsett fra for endedelene av det rettet størknede produktet. Fra disse resultatene ble det bestemt at sammenligningseksempel 1 vanskelig kunne anvendes som silisium for n-type solceller. Videre viste sammenligningseksempel 2 at resistiviteten var fra 2 til 12 Q.cm, hvilket indikerer en p-type, levetiden var 50 \ is, bortsett fra for endedelene av det rettet størknede produktet, og diffusjonslengden var 40 us, bortsett fra for endedelene av det rettet størknede produktet. Fra disse resultatene ble det bestemt at sammenligningseksempel 2 vanskelig kunne anvendes som silisium for n-type solceller.

Som vist i fig. 1 til 3 ble det oppnådd fosfordopet silisium 11. Nærmere bestemt ble først det reduserte silisiumet 5 oppnådd som vist i fig. 1. Elementene anvendt er som følger.

Silisiumhalogenid 1: sihsiumtetrakloridgass som har en renhet på 99,99 masse-% eller større, et borinnhold på0,l ppm, og et fosforinnhold på 0,3 ppm ble anvendt. Borinnholdet og fosforinnholdet er henholdsvis masseforholdet for bor til silisium og masseforholdet for fosfor til silisium.

Metallalumiium 3: et kommersielt tilgjengelig elektrolyttisk redusert aluminium med en renhet på 99,9 masse-% eller større ble anvendt.

Ventilasjonsrør 2: et rør fremstilt av alumina med en innerdiameter på 8 mm ble anvendt.

Beholderen 4: en beholder fremstilt av grafitt og som har en innerdiameter på 180 mm og en dybde på 200 mm ble anvendt.

Som vist i fig. 1 ble silisiumhalogenidet 1 redusert ved at det ble blåst gjennom blåse-røret 2 inn i metallaluminiumet 3 i oppvarmet og smeltet tilstand ved 1020°C. I denne forbindelse var mengden av silisiumhalogenid 1 som skulle blåses 0,2 L/min.

Den oppnådde aluminiumsmelten 30 ble avkjølt, og det krystalliserte silisiumet ble kuttet ut med en diamantkutter, hvorved det reduserte silisiumet 5 ble oppnådd. Aluminiuminnholdet av det reduserte silisiumet 5 bestemt ved ICP massespektrometri var 1080 ppm, uttrykt ved masseforholdet for aluminium til silisium.

Det reduserte silisiumet 5 ble utsatt for syrevasking ved neddykking i 36% saltsyre ved 80°C i 8 timer. Med hensyn til det reduserte silisiumet 5 etter syrevaskingen ble aluminium- og borinnholdene bestemt ved ICP massespektrometri, og fosforinnholdet ble bestemt ved GDMS. Aluminiuminnholdet var 10,1 ppm, uttrykt ved masseforholdet for aluminium til silisium, fosforinnholdet var 0,08 ppm uttrykt ved masseforholdet for fosfor til silisium, og borinnholdet var mindre enn 0,015 ppm (nedre deteksjonsgrense) uttrykt ved masseforholdet for bor til silisium. Renheten av det reduserte silisiumet 5 etter syrevaskingen var 99,99 masse-% eller større.

Deretter ble det reduserte silisiumet 5 etter syrevaskingen innført i formen 6 som vist i fig. 2, og ble smeltet ved oppvarming til 1510°C, og ble holdt i denne tilstanden under et redusert trykk på 1 Pa (absolutt trykk) i 12 timer. I denne forbindelse ble det som formen 6 anvendt én som var fremstilt av grafitt og hadde en innerdiameter på 40 mm og en dybde på 200 mm.

Deretter, mens det reduserte silisiumet 5 forble i oppvarmet og smeltet tilstand, ble argongass innført i ovnen 8 for å oppnå et atmosfæretrykk, og fosfor ble tilsatt slik at fosforinnholdet ble 0,6 ppm ved masseforholdet for fosfor til silisium. Det tilsatte fosforet var en silisium-fosforforlegering, som er en legering av silisium av høy renhet som har en renhet på 99,99999% ved masse (syv nitall) eller høyere og fosfor av høy renhet som har en renhet på 99,9999% ved masse (seks nitall) eller høyere. Silisium-fosforforlegeringen hadde en resistivitet på 2 mfl.cm og et fosforinnhold på 700 ppm uttrykt ved masseforholdet for fosfor til silisium.

Deretter ble det reduserte silisiumet 5 størknet i én retning ved den rettede størknings-fremgangsmåten ved å forskyve formen 6 i retning av pilen A under betingelsene med en temperaturgradient T på l°C/mm og en størkningshastighet R på 0,4 mm/min., hvorved det rettet størknede silisiumproduktet 10 som vist i fig. 3 ble oppnådd. I denne forbindelse ble temperaturgradienten T innstilt i retning av tyngdekraften slik at lavtemperatursiden 51 var plassert på den nedre siden og den høyere temperatursiden 52 var plassert på den øvre siden.

I det oppnådde rettet størknede silisiumproduktet 10 ble andelene tilsvarende grenseflaten 56 mellom den faste fasen 54 og den flytende fasen 55 dannet når størkningsraten Y i størkningsprosessen var 20%, 50% og 80%, kuttet med en diamantkutter, og aluminium- og borinnholdene i hver del ble bestemt ved D?C massespektrometri, og fosforinnholdet i hver del ble bestemt ved GDMS. Resultatene er vist i tabell 6.

Redusert silisium 5 etter syrevasking:

Aluminiuminnhold 10,1 ppm

Borinnhold < 0,015 ppm

Fosforinnhold 0,08 ppm

Som det fremgår fra tabell 6, forstås det at selv når fosfor tilsettes til det oppvarmede og smeltede reduserte silisiumet 5 og det resulterende produktet størknes i én retning, viser fordelingen av fosfor i silisium etter størkningen relativt liten segregering. Videre forstås det at det ønskede fosfordopede silisiumet 11 fremstilt fra det raffinerte silisiumområdet 10A oppnås ved kutting av det oppnådde rettet størknede silisiumproduktet 10 ved delen tilsvarende grenseflaten 56 dannet når størkningsraten Y i størkningspro-sessen er 80%, for derved å kutte av det rå silisiumområdet 10B.

Eksempel 4

På samme måte som beskrevet ovenfor i eksempel 1 oppnås først det reduserte silisiumet 5 før syrevasking. Deretter ble det reduserte silisiumet innført i formen 6 som vist i fig. 2, og ble smeltet ved oppvarming til 1540°C. Deretter ble det reduserte silisiumet 5 størknet i én retning ved den rettede størkningsfremgangsmåten ved forskyvning av formen 6 i retning av pil A under betingelsene med en temperaturgradient T på rC/mm og en størkningshastighet R på 0,4 mm/min., hvorved det rettet størknede silisiumproduktet 10 ble oppnådd. I denne forbindelse ble temperaturgradienten T tilveiebrakt i retning av tyngdekraften slik at den lavere temperatursiden 51 var plassert på den nedre siden og den høyere temperatursiden 52 var plassert på den øvre siden.

Deretter ble det reduserte silisiumet 5 raffinert ved avkutting, fra det oppnådde rettet størknede produktet 10 det rå s silisiumområdet 10B ved andelen tilsvarende grenseflaten 56 dannet når størkningsraten Y i størkningsprosessen var 80%. Aluminium- og borinnholdene i det raffinerte reduserte silisiumet 5 oppnådd som det raffinerte silisiumområdet 10A ble bestemt ved ICP massespektrometri, og fosforinnholdet i det raffinerte reduserte silisiumet 5 ble bestemt ved GDMS. Som et resultat var aluminiurmnnholdet 6,3 ppm, ved masseforholdet for aluminium til silisium, fosforinnholdet var 0,03 ppm ved masseforholdet for fosfor til silisium, og borinnholdet var mindre enn 0,015 ppm (nedre deteksjonsgrense) ved masseforholdet for bor til silisium.

Deretter ble det reduserte silisiumet 5 raffinert som beskrevet ovenfor innført i formen 6 som vist i fig. 2, og ble smeltet ved oppvarming til 1540°C. Deretter ble fosfor tilsatt slik at fosforinnholdet ble 0,03 ppm ved masseforholdet for fosfor til silisium. Deretter ble det reduserte silisiumet 5 størknet i én retning ved den rettede størkningsfremgangs-måten ved forskyvning av formen 6 i retning av pil A under betingelsene med en temperaturgradient T på l°C/mm og en størkningshastighet R på 0,4 mm/min., hvorved det rettet størknede silisiumproduktet 10 som vist i fig. 3 ble oppnådd. I denne forbindelse ble temperaturgradienten T tilveiebrakt i retningen av tyngdekraften slik at den lavere temperatursiden 51 ble plassert på den lavere siden og den høyere temperatursiden 52 var plassert på den øvre siden.

I det oppnådde, rettet tørknede silisiumproduktet 10 ble delene tilsvarende grenseflaten 56 dannet når størkningsraten Y i størkningsprosessen var 20%, 50% og 80%, kuttet med en diamantkutter og aluminium- og borinnholdene i hver del ble bestemt ved IPC massespektrometri, og fosforinnholdet i hver del ble bestemt ved GDMS. Resultatene er vist i tabell 7.

Redusert silisium 5 etter raffinering:

Aluminiuminnhold 6,3 ppm

Borinnhold < 0,015 ppm

Fosforinnhold 0,03 ppm

Som det fremgår fra tabell 7, forstås det ønskede fosfordopede silisiumet 11 fremstilt av det raffinerte silisiumområdet 10A, oppnås ved kutting av det oppnådde rettet størknede silisiumproduktet 10 ved andelen tilsvarende grenseflaten 56 dannet når størkningsraten Y i størkningsprosessen er 80%, for derved å kutte av det rå silisiumområdet 10B.

Forklaring på henvisningstall

Claims

1. Silisium for n-type solceller, inneholdende aluminium ved en massekonsentrasjon på fra 0,001 til 1, 0 ppm og fosfor ved en massekonsentrasjon på fra 0,0011 til 1,1 ppm, og som har et massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium på 1,1 eller større.

2. Silisium ifølge krav 1, som er oppnådd ved tilsetning av fosfor til aluminiumholdig silisium slik at et massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium blir 0,009 eller større, for å oppnå en blanding, oppvarming og smelting av den oppnådde blandingen for å oppnå en smeltet blanding, og størkning av den oppnådde smeltede blandingen i en form under en temperaturgradient i én retning.

3. Silisium ifølge krav 1, som oppnås ved oppvarming og smelting av aluminiumholdig silisium for å oppnå et smeltet produkt, tilsetning av fosfor til det oppnådde smeltede produktet slik at et massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium blir 0,009 eller større, for å oppnå en smeltet blanding, og størkning av den oppnådde smeltede blandingen i en form under en temperaturgradient i én retning.

4. Fremgangsmåte for fremstilling av fosfordopet silisium, omfattende: fremstilling av en smeltet blanding inneholdende aluminium, fosfor og silisium ved oppvarming og smelting av aluminiumholdig silisium for å oppnå et smeltet produkt og deretter tilsetning av fosfor til den oppnådde smeltede blandingen, eller ved tilsetning av fosfor til aluminiumholdig silisium for å oppnå en blanding og deretter oppvarming og smelting av den oppnådde blandingen, og deretter størkning av den smeltede blandingen i en form under en temperaturgradient i én retning.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, hvor fosfor tilsettes slik at et massekonsentrasjonsforhold for fosfor til aluminium blir 0,009 eller større ved fremstilling av den smeltede blandingen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4 eller 5, hvor det aluminiumholdige silisiumet er redusert silisium oppnådd ved reduksjon av silisiumhalogenid med metallaluminium.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 4 til 6, hvor det aluminiumholdige silisiumet underkastes syrevasking og deretter oppvarmes og smeltes.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 4 til 7, hvor det aluminiumholdige silisiumet oppvarmes og smeltes under redusert trykk.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 4 til 8, hvor det aluminiumholdige silisiumet er silisium raffinert ved størkning i én retning.