NO872389L - Fremgangsmaate og innretning til aa skille silisiumskiver som kan benyttes til solceller, fra et silisiumbaand fremstilt ved den saakalte horisontale baandtrekkemetode. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til å skille silisium-skiver som kan benyttes til solceller, fra et s11 isiumbånd fremstilt ved den såkalte horisontale båndtrekkemetode,

hvor der som bærerlegeme og krysta11 i sasjonskimdanner for den smelte som si 1 isiumbåndet fremstilles av, benyttes en i båndets trekkretning løpende, fortrinnsvis av grafittråder bestående duk, som under berøring trekkes over silisium-smelten, som befinner seg i et kar, og hvor der over smeiten og under smeiten er anordnet varmekilder som er avstemt slik til hverandre at s11 isiumbåndet størkner med jevn tykkelse under hensyntagen til strå1 ingstapet fra smelteoverflaten før det kontinuerlig trekkes sideveis ut av smeiten, samt innretninger til utførelse av fremgangsmåten.

En slik fremgangsmåte er f.eks. kjent fra europeisk patent-søknad 0 170 119. Ifølge denne blir der med høy trekkhastighet i størrelsesorden av noen m/min fremstilt kontinuerlige silisiumbånd som før sin videre bearbeiding til solceller må deles opp i tilsvarende avsnitt.

For ikke å forstyrre kontinuiteten av trekkeprosessen må kappingen i avsnitt av bestemt lengde skje under trekkefor-løpet og med uendret trekkhastighet. Båndet må ikke utsettes for rystelser eller vibrasjoner ved f raski11e1 sen, da vekst-prosessen dermed kan forstyrres. Vekstforstyr re1 ser fører til en reduksjon av virkningsgraden til de av dette materiale fremstilte solceller.

Hensikten med oppfinnelsen er således å skaffe en fraski 1-lelsesmetode som ikke gir noen forstyrrelser, og som uten be-grensninger kan innpasses i den kontinuerlige fremstillings-prosess.

Denne hensikt oppnås ved en fremgangsmåte av den i innled-ningen nevnte art ved at strålingstapet over smelteoverflaten i bestemte, gitte avstander som svarer til størrelsen på s11 isiumbåndavsni11ene for solcellene, blir redusert i en slik grad ved h.jelp av medløpende avskjermings legemer at der innenfor et begrenset område ikke finner sted en størk-ning, hvorved der danner seg en skillestripe i silisium-bånde t.

Det ligger innenfor rammen av oppfinnelsen som avskjermings-legemer å benytte broformede gjenstander som består av varmebestandig og elektrisk godt ledende materiale, og som settes ned på den ytre strimmel av grafittduken som ikke benyttes til krystallisasjon, og således overspenner sme11eover f 1 aten.

Ytterligere utførelser av oppfinnelsen fremgår av de uselv-stendige krav.

Følgende overveielser har ført til oppfinnelsen:

Ved den horisontale båndtrekkemetode dannes et silisiumbånd ved at overflaten av en si 1 isiumsme1 te kjøles og størkner til et tynt skikt. Ved hensiktsmessig styring av størknings-forløpet kan skiktet kontinuerlig trekkes sideveis av fra smeiten i form av et bånd. For stabilisering av krystallisa-sjonsprosessen blir der som bærerlegeme benyttet et materiale som i forhold til si 11siumsme1 ten har en høyere emisjons faktor E, f.eks. et karbonfibernett. Den til størkning av silisium-overflaten nødvendige kjøling skjer hovedsakelig ved ut-strål ing .

I henhold til oppfinnelsen blir strålingstapet fra smelteoverflaten ved gitte avstander hvis størrelse svarer til de ønskede si 1 isiumbåndavsn111, redusert i slik grad at der ikke lenger skjer en størkning. Dette oppnås ved at et legeme beveges sammen med det dannede silisiumbånd og hindrer den for størkning nødvendig varmeutstrå1 ing fra sme1teoverf laten.

I prinsippet kan der til dette benyttes fire egenskaper av det medbevegede legeme, nemlig

1. egentemperaturen,

2. emisjons- eller absorpsjonsgraden E^ ,

3. ref leksjonsevnen og

4. formen.

Den av smeiten utstrålte effekt P pr. flateenhet er gitt ved Stefan-Bo1tzmanns lov som

hvor Eg er smeltens emissivitet, Er emissiviteten av det dekkende legeme K, cf Stefan-Bo11zmanns konstant, Tg temperaturen av smeiten og Tj^ temperaturen av det dekkende legeme.

Bytter man i ligning (1) Eg ut med emissiviteten av det faste silisium Ep, så får man den av den krystalliserte overflate utstrålte effekt. Ved den udekkede overflate er ved sme1tepunktstemperåturen Tb c2den utstrålte effekt av det faste silisium omtrent 7 Watt/cm høyere enn av det flytende s i 1 i s ium.

Innleder man ved konstant varmeeffekt Pjj krystallisasjonen under berøring av sme11eover f laten med det i horisontal retning bevegede karbonfibernett, så øker den utstrålte effekt P med omtrent 7 Watt/cm 2. I den grad dette bidrag ikke fører til en temperatursenkning, leveres det av den frigitte latente varme P J_j:

Ved konstant varmeeffekt er derfor P-^<x>/ .7Watt/cm 2. Hindrer man bortledning av den fra den latente varme stammende andel P L , så kan der ikke lena_ er finne sted en krys tal 11 sas i'on.

I det følgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere i til-knytning til to utf a re1seseksemp1er og fig. 1-3. Fig. 1 viser en anordning som tjener til å forklare det nettopp beskrevne prinsipp for oppfinnelsen. Fig. 2 og 3 viser skjematisk innretninger til utførelse av fremgangsmåten.

På alle figurer er de samme henvisningsta 11 benyttet for 1ike deler.

På fig. 1 har man følgende henvisningstal1:

1 = karbonfibernett som beveges med hastigheten v^

2 = si 1 isiumsme1 te

3 = et kvartskar som opptar si 11siumsme11en

4 = krystallisert silisiumbånd (v-^)

5 = utstråling av smeltevarme

6 = avsk jermings legeme, f.eks. fremstilt av en strimmelformet molybdenplate som beveger seg med hastighetenV27 = varmekilde (for å få bedre oversikt er den varmekilde som er anbragt over smeiten, ikke vist)

II = skillested.

Ved anordningen gjelder v^- v^, pilene viser trekkretningen.

Fig. 2 viser skjematisk en kontinuerlig arbeidende anordning som benyttes ved fremstilling av det strimme1 formede grafitt-legeme 6 i henhold til oppfinnelsen. Dette graf ittlegeme 6 beveges synkront med hastigheten over vendevalser 8 ved hjelp av et ekstra drev (ikke vist) sammen med et bånd 9 forsynt med de grafittbærere 1 som skal belegges. Grafitt-legemet 6 blir oppvarmet over en strømkilde 10 til en tempe-ratur Tpr. Ved Tprer egens t r ål ingen fra legemet 6 til det underliggende silisium så stor at en krystallisasjon av smeiten 2 på dette sted 11 ikke er mulig. Stedet 11 er således ski 1lestedet.

Til oppvarming av legemet 6 kan man også benytte den av si 1 isiumsme1 ten 2 avgitte varmestråling 5 direkte. Legemet 6 må da værekarakterisert veden høy absorpsjonsgrad E og utformet slik at dets varmekapasitet er liten og varmetap til den mot smeiten vendende side av legemet 6 forhindres. Praktisk anvendes tynne graf ittlameller eller grafittduk-strimler som er varmeisolert på én side med grafittfilt (ikke vist på figuren).

Den inntegnede avstand L*på fig. 2 betegner avsnitts1engden, dvs. lengden av den si 1 isiumskive som skal fraskilles.

Legemer med høy r ef 1 eks .jons evne , f .eks. molybdenplater , behøver generelt ikke noen oppvarming (fig. 3). Fortrinnsvis blir der benyttet slike molybdenlegemer 6 hvis tverrsnitt har form av en parabel. På denne måte blir den reflekterte stråling 5 konsentrert til brennlinjen, og man får et silisiumbånd 4 med særlig smale ski 11estriper 11.

Virkningen av refleksjonen kan avta når det reflekterende legeme 6 etter lengre bruk har fått et overf 1atebe1 egg ved pådamping av silisium. Hensiktsmessig blir derfor det på-dampede si 1 isiumskikt fjernet ved hver passasje, f.eks. ved hjelp av plasmaets ing.

En ytterligere virkning av legemet 6 viser seg når der ikke arbeides i vakuum, men i en dekkgassatmosfære. Den til av-kjøling av si 1 isiumoverflaten bidragende konveks jonsstrømning blir redusert av legemet 6, eller som ved den parabolske utførelse på fig. 3, i stor grad undertrykket.

Som allerede omtalt (se fig. 1) må legemet 6 beveges

synkront (v2= vj_) sammen med det krystalliserende bånd 1. Det skjer hensiktsmessig ved at legemet 6 er utført som en

bro som settes ned på de ytre strimler av karbonfibernettet 1, som ikke benyttes til krystallisasjon, og således overspenner smeiten 2. Etter passasje av krystal1 i sasjonssonen blir den ved hjelp av en gaffelformet anordning løftet opp fra det belagte bærerlegeme 1, 4 og ført tilbake til utgangs-posisjonen (ikke vist på figuren).

Er avsni11s1engden L kortere enn krysta11 i sas jons 1engden U, (se fig. 3), trengs samtidig hensiktsmessig flere avskjerm-ingslegemer som beveges synkront ^2= v-. ) sammen med sili-s iumbånde t 4.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte til å skille si 1 islumskiver som kan benyttes til solceller, fra et silisiumbånd fremstilt ved den såkalte horisontale båndtrekkemetode, hvor der som bærerlegeme (1) og krys ta 11 i sasjonskimnedanner for den smelte som sili-siumbåndet fremstilles av, benyttes en i båndets trekkretning løpende, fortrinnsvis av grafittråder bestående duk, som under berøring trekkes over si 1 isiumsme1 ten (2), som befinner seg i et kar (3), og hvor der over smeiten (2) og under smeiten (2) er anordnet varmekilder (7) som er avstemt slik til hverandre at si 11siumbåndet (4) størkner med jevn tykkelse under hensyntagen til strå1 ingstapet (5) fra smelteoverflaten (2) før det kontinuerlig trekkes sideveis ut av smeiten (2), karakterisert ved at strålingstapet (5) over sme1teoverflaten (2) i bestemte, gitte avstander (Lj^) som svarer til størrelsen på silisiumbånd-avsnittene for solcellene, blir redusert i en slik grad ved hjelp av medløpende avskjermings legemer (6) at der innenfor et begrenset område ikke finner sted en størkning, hvorved der danner seg en skillestripe (11) i si 1 isiumbåndet (4).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at der som avskjermings legemer (6) benyttes broformede legemer av varmebestand ig, elektrisk godt ledende materiale som settes ned på de utvendige strimler av qrafitt-duken (1) som ikke benyttes til krystallisasjon, og således overspenner sme1teoverflaten (2).

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at der som avskjermings legemer (6) benyttes strimme1 formede legemer av grafitt eller molybden som kan oppvarmes ved strømgjennomgang (fig. 2).

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at der benyttes avskjermings legemer (6) som består av et materiale med høy absorpsjonsgrad og på grunn av sin form har en liten varmekapasitet.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 4, karakterisert ved at der benyttes tynne grafi111ame 11er eller grafittdukstr imier som på den ene side er varmeisolert med grafittfilt.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at der benyttes avskjermings legemer (6) med høy ref1 eks jonsevne.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 6, karakterisert ved at der benyttes avskjermings legemer (6) med parabe1tver rsni11 (fig. 3).

8. Innretning til utførelse av fremgangsmåten i henhold til et av kravene 1-7, omfattende a) et bunnoppvarmet smeltekar (3) som opptar si 1 isiumsme1 ten ( 2) , b) en utenfor sme1 tekarområdet (2, 3) anordnet drivinnretning, som tillater innstilling av en trekkretning ^v-^) med vinkler på mindre enn 10° med horisontalen, c) en på siden over smeltekaret (3) anordnet vendevalse for det fortrinnsvis av grafitt bestående bånd (1) som bevirker kimdanneIse. d) et med smeltekaret (3) i forbindelse stående reservoar for sme1 teråstoffet, anordnet foran den egentlige trekk-mnretning, og e) over smeltekaret (3) anordnede reflektorer som kan regu-leres med hensyn på sin stilling i forhold til smelte-overf laten ( 2 ) , karakterisert ved f) at der utenfor smeltekarområdet (2, 3) er anordnet driv-innretninger og vendevalser (8), med hvis hjelp et bånd (9) som er forsynt med strimme1 formede gjenstander (6) av varmebestandig og elektrisk godt ledende materiale kan beveges sammen med det bærerlegeme (1) som skal belegges (fig. 2) .

9. Innretning i henhold til krav 8, karakterisert ved at der istedenfor det synkront medløpende bånd (9) foran den egentlige trekkinnretnmg er anordnet en bes tykkingsinnretning som med bestemte avstander ( ) setter avskjermings legemene (6) ned på de ytre strimler av det bånd (1) som skal belegges, og at der er anordnet en gaffelformet innretning som løfter avskjermings1egemene (6) av fra båndet (1, 4) etter passasje gjennom krystallisasjons-sonen.