172435. lajstromszámú szabadalom • Eljárás lapalakú szilicium polikrisztályok előállítására
5 172435 6 A találmány szerinti lap alakú szilícium kristályok kisebbségi töltőhordozóinak élettartama igen nagy. A napelem-cellák alapanyaga a találmány alkalmazásával jelentősen olcsóbbá válik. A 10%-os hatásfok biztosítja, hogy az eddig alkalmazott egy- 5 kristály anyagokkal összehasonlítva a találmány szerint készített egykristály egyenértékű, ugyanakkor az előállítási költségek jelentősen csökkenek. A hatásfokot különleges felületi nedvesítéssel még tovább növelhetjük, mert például 100 irányban nö- ■< vesztett kristályzónák felülete más zónákhoz képest erősebben marható. Az ilyen különlegesen érdesített felületek legalább részben a fekete cellák működéséhez hasonlóak, amennyiben jelentősen nagyobb fényabszorbeáló képességűek, és ezáltal pótlólag ; nagyobb hatásfokkal rendelkeznek. 1. példa Kvarctégelyben 1000 g igen nagy tisztaságú, polikristályos szilíciumot — amelyet annyi borral szennyeztünk, hogy az alábbiak szerint előállított lemezes kristály köbcentiméterenként 2x15'5 bóratomot tartalmazzon - megolvasztjuk, 1500 C° hőmérsékletre hevítjük, majd öntőformában öntjük ki. Az öntőforma henger alakú grafittömb. amelynek átmérője 200 mm, és amelyből az öntőüreget 100x100x70 mm méretben marás útján alakítjuk ki. A szilícium-olvadék beöntése előtt az öntőformát induktív fűtésű grafit hősugárzó csővel hevítjük, egyidejűleg azonban az öntőforma alsó részét egy vízhűtésű rézlemezzel hütjük úgy. hogy az alsó rész, azaz az öntőformának az olvadékkal érintkező legnagyobb felülete kb. 800 C° hőmérsékletű. A kiöntött szilíciumolvadék szabad felülete ezzel szemben az olvadék felületével kb. 2 cm távolságra levő 1500 C° hőmérsékletre hevített grafitlap hősugárzásának van kitéve. Az ilyen termikus feltételek mellett megdermedő szilíciumolvadék a grafitkiöntő forma nedvesítése nélkül olyan lemez alakjában dermed meg, amely termikus feszültségektől mentesen, lassan több órán át szobahőmérsékletre hűl le. A fent leírt módon kialakított lemez alakú szilíciumkristály a legnagyobb felületének irányára haránt irányban, tehát a rövidebb tengelyirányban kialakuló egykristályos kristályzónás oszlopos struk- <n túrájú. A napelem-cellák előállítására ebből a lemezből a félvezetőtechnikában szokásos gyémántfűrész tárcsákkal kb. 500 mikrométer vastagságú szeleteket vágunk. Az így kapott tárcsák egykristály kristály- 55 zónákból álló, a tárcsa felületére haránt irányú oszlopos struktúrájúak. Ezekből a tárcsákból önmagában ismert eljárással kialakított napelem-cellák hatásfoka 10-11%. 2. példa Kvarctégelyben 20 g igen nagy tisztaságú, polikristályos szilíciumot — amelyet annyi borral szennyeztünk, hogy az alábbiak szerint előállított lemezes kristály köbcentiméterenként 2x10'5 bóratomot tartalmaz — megolvasztjuk 1550 C° hőmérsékleten. majd ezután öntőformába öntjük ki. Az öntőforma 150x150 mm alaplapi!, kocka alakú grafittömb, amelynek magassága 200 mm. A grafittömb közepén, hosszanti tengely mentén két részre van felvágva, ahol is az egyik rész a kiöntendő szilíciumtárcsa geometriai alakjának megfelelő kimarással rendelkezik. A két részt grafit csavarokkal kötjük össze, úgy hogy a második grafitrész sima felülete a horonyszerű kimart részt lefedi. A horony felső vége tölcsér alakú kiöntő nyílással rendelkezik. Az öntőforma két részét az olvadék kiöntésekor két különböző hőmérsékleten tartjuk, úgy hogy a horony egymással szembeni két legnagyobb felületei között egy hőmérsékleti gradiens alakul ki. Az egyik felület hőmérséklete kb. 400 Cc. a másik felület hőmérséklete 1100C°. Ilyen feltételek mellett az olvadék olyan oszlopos struktúia alakjában dermed meg. amely a hőmérsékleti gradiens szerint kialakuló egykristályos kristályzónákkal párhuzamos oszlopos struktúrájú. A lehűlés után a szilícium-lapocskák - anélkül, hogy azok a grafitöntőformát nedvesítették volna kivehetők az öntőformából. A magasabb hőmérsékletű oldalon a megdermedés után egy vékony réteget a szilícium lapocskáról marás útján távolíthatunk el. A szilícium lapocskákból az ismert eljárással kialakított napelem-cellák hatásfoka 8-10%. Szabadalmi igénypon tok : 1. Eljárás félvezető tulajdonságokkal rendelkező, lap alakú szilícium polikristályok előállítására szilíciumolvadék öntőformába való öntése, megdermesztése és lehűtése útján, azzal jellemezve, hogy 1420 C° feletti hőmérsékletű 5 • 10m-5 • lO'^cnv1 dopoló anyagot tartalmazó szilíciumoivadékot olyan öntőformába öntünk, amelynek az olvadékkal érintkező egyik legnagyobb felülete legfeljebb 1200C°-os. továbbá az olvadéknak ezzel szemközti határfelületét ennél előnyösen 200-1000 C°-kal magasabb hőmérsékleten, azonban legfeljebb 1420C°-on, vagy ha ez az olvadékfelület egy további öntőforma-felülettel érintkezik, legfeljebb 1200C0-on tartjuk. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy 1450-1600 C° hőmérsékletű szilíciumolvadékot öntünk. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az öntéshez grafit öntőformát alkalmazunk. A kiadásért felel: a Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó igazgatója 784680 - Zrínyi Nyomda 3
