PT93109A - Processo de fabrico de fitas de silicio - Google Patents

Description

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Area do Invento ' ; 0 presente invento refere-se a um processo de fabrico de fitas finas de silício cristalino, destinadas a ser utilizadas de preferência como substratos para células solares fotovoltaicas. 0 processo usa como matéria prima uma pré-fita de silicio compacto ou de pô de silicio compacta^ do e/ou sinterizado, normalmente de mâ qualidade cristalina e espessura não ideal, e converte-a numa fita de boa qualidade cristalina e espessura óptima para o fabrico de células solares fotovoltaicas. Técnica Anterior „ Apesar dos avanços na técnica clás sica de produção de substratos para células solares - que se baseia na preparação de lingotes e na sua divisão, por serração, em bolachas - uma produção futura em larga escala pressupõe um processo económico de formação directa dos substratos sob a forma de fita ou placa.

Muitos destes processos têm por isso sido propostos e objecto de patentes, mas com sucesso limitado até agora, devido sobretudo a alguma(s) das seguintes razões: 1) Qualidade insuficiente do material, causada em particular por contaminação pelos elementos que lhe conferem a for ma apropriada, feitos, por exemplo, de grafite. 2) Custo demasiado elevado, por uma combinação de fac-tores, entre os quais avultam o consumo de energia e a quan- -4-

tidade de matéria prima - silicio puro - 'por unidade de érea.

Uma forma de evitar contaminação ê usar uma zona fundida flutuante, sem contacto com qualquer material para além do próprio silicio sólido, combinada com um método de aquecimento não contaminante, como a focagem da radiação de lâmpadas. Este foi o caminho seguido, antes de nós, por exemplo, por Eyer et al, como descrito na patente U.S.A. 4.960.797 de 1/9/1987. Estes inventores partem do pó de silicio, compactam-no sobre um substrato, tipicamente de quartzo, e por tratamentos sucessivos por radiação focada pro duzem primeiro uma placa de pó sinterizado autosustentável que ê depois recristalizada, após remoção do substrato e do excesso de pó. Todo o processo ê conduzido segundo a horizon tal; a placa sinterizada ê sustentada por vigas laterais, de forma que (i) ê impossível fundir e recristalizar a fita a toda a sua largura, o que leva sempre ã necessidade de corte e rejeição dos seus borodos, e (ii) ê necessário grande controlo do processo para evitar deformações que fariam perder a planaridade da fita. A espessura conseguida por este processo é de 0,3 a 1 mm, demasiada para as células do futuro; a tendência actual ê procurar obter substratos mais finos, consumindo menos matéria prima e dando origem a células com rendimento mais elevado.

Descrição Detalhada A descrição que se segue baseia-se na figura anexa que apresenta de modo esquemático e simplificado o referido processo. 0 presente invento propõe um processo que resolve as deficiências acima apontadas, além de manter as caracteristicas desejadas de não contaminação e de baixo

consumo de energia.

Conforme se pode observar na figura anexa, parte-se de uma prê-fita formada por silício compactado e/ou sinterizado, que pode ter uma má qualidade cristalina e uma espessura longe da ideal. Esta pré-fita (PF) ê conduzida na vertical para uma zona de radiação concentrada, onde ê fundida em toda a sua largura e espessura, formando-se uma zona de silicio fundido (Z) completamente flutuante, sustentada apenas pela própria pré-fita no seu lado inferior, e pela fita (F), que vai crescendo á sua custa, no seu lado superior. A radiação provêm de lâmpadas (L) situadas de cada lado da figura, e ê concentrada por espelhos (E).

Como o material é fundido em toda a sua largura e espessura, ê possível utilizar velocidades diferentes de alimentação da prê-fita (Va) e de extracção da fita cristalizada (Ve). Aparte o efeito de ligeira retrac-ção dos bordos, a razão entre a quantidade de material por unidade de área na fita e a na prê-fita é dada pela razão inversa das velocidades respectivas, isto ê, /massa de silicio por unidade /espessura da fita ^ Va x de área na pré-fitaj_ cristalizada/ Ve /massa eçecifica do silicio/ (As pré-fitas são normalmente demasiado espessas, pelo que habitualmente Ve >Va, de forma a conseguir-se uma redução da espessura). 0 nosso processo permite portanto produzir fita com uma espessura óptima e independente da espessura da pré-fita utilizada, mediante ajustamento das velocidades Va e Ve. -6-

Verifica-se ainda' q‘uè não ê necessária qualquer operação de corte e rejeição do material,obtendo-se portanto um óptimo aproveitamento da matéria prima. A geometria vertical evita ainda problemas de não planaridade.

Conforme será evidente aos peritos da técnica são possíveis alterações de pormenor no processo que se descreveu, as quais devem ser consideradas dentro do âmbito do invento que apenas deve ser considerado limitado, pelas seguintes reivindicações.

Claims (2)

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   REIVINDICAÇOES lâ. - Processo de fabrico de fitas de silicio cristalino por uma técnica de fusão de zona a partir de uma pré-fita, caracterizado pela possibilidade de controlo da espessura através da razão entre a velocidade de extrac ção da fita e a de alimentação da pré-fita, e pela disposição vertical da fita. 2ã. - Processo de fabrico de fitas de silicio, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por o sistema de aquecimento ser de preferência constituído essencialmente por lâmpadas e espelhos concentradores da radiação.
2. 32. - Processo de fabrico de fitas de silicio, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado pela possibilidade de utilização de pré-fitas de qualquer espessura constituídas por material compacto ou não, incluindo material sintetizado ou simplesmente pô compactado. Lisboa, 9 de Fevereiro de 1990

   J. PEREIRA DA CRUZ Agente Oficial da Propriedade industrial RUA VtCTOR CORDON, 10-A 3a 1200 LISBOA