NO333319B1 - Silisiummateriale for fremstilling av solceller - Google Patents
Silisiummateriale for fremstilling av solceller Download PDFInfo
- Publication number
- NO333319B1 NO333319B1 NO20035830A NO20035830A NO333319B1 NO 333319 B1 NO333319 B1 NO 333319B1 NO 20035830 A NO20035830 A NO 20035830A NO 20035830 A NO20035830 A NO 20035830A NO 333319 B1 NO333319 B1 NO 333319B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- silicon
- production
- ppma
- ingot
- solar cells
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 title claims abstract description 30
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 81
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 81
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 81
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims abstract description 27
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 6
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 6
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 4
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 claims description 3
- 229960003340 calcium silicate Drugs 0.000 claims description 3
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 claims description 3
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 3
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910021422 solar-grade silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 5
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/037—Purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Den foreliggende oppfinnelse vedrører silisiummateriale for fremstilling av retningsorientert størknede Czochralski, flytsone eller multikrystallinske silisium ingots, tynne silisiumplater eller bånd for fremstilling av silisiumskiver for fremstilling av PV solceller hvor silisiummaterialet inneholder mellom 0,2 og 1 0 ppma bor og mellom 0, 1 og 1 0 ppma fosfor distribuert i materialet. Oppfinnelsen vedrører videre rettet størknet Czochralski, flytsone eller multikrystallinsk silisiumingot eller tynne silisiumplater eller -bånd for fremstilling av tynne silisiumskiver for fremstilling av solceller, inneholdende 0,2 ppma og 10 ppma bor og mellom 0,1 ppma og 10 ppma fosfor, hvilken silisiumingot har et omvandlingspunkt fra p-type til n-type eller fra n-type til p-type ved en posisjon mellom 40 og 99% av ingothøyden eller av tykkelsen av platene eller båndene og har en motstandsprofil beskrevet av en eksponentiell kurve med en startverdi mellom 0,4 og 10 ohm cm og hvor motstandsverdien øker mot omvandlingspunktet. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av silisiummateriale for fremstilling av rettet størknede silisiumingoter, tynne plater eller -bånd for fremstilling av silisiumskiver for PV solceller.
Description
Teknisk område
Den foreliggende oppfinnelse vedrører silisiummateriale for fremstilling av silisiumskiver for solceller, silisiumskiver for solceller, solceller og en fremgangsmåte for fremstilling av silisiummateriale for fremstilling av silisiumskiver for solceller.
Teknikkens stilling
I de senere år har fotovoltaiske solceller (PV solceller) blitt fremstilt fra ultraren elektronisk kvalitet polysilisium (EG-Si) komplettert med passende skrap, spon og ikke godkjente deler fra elektronikkindustrien. Som et resultat av den nylige nedgang som har funnet sted i elektronikkindustrien, er overflødig polisilisium produksjonskapasitet blitt benyttet for fremstilling av lavkost kvaliteter av silisium for fremstilling av PV solceller. Dette har gitt en midlertidig lettelse i et ellers vanskelig marked for solcellekvalitet silisium (SoG-Si). Når etterspørselen for elektronikkdeler returnerer til normalt nivå må det forventes at hoveddelen produksjonskapasiteten av polysilisium igjen vil bli rettet mot å forsyne elektronikkindustrien, hvilket vil føre til en mangel av silisium av solcellekvalitet. Mangelen på en dedikert, lavkost kilde for SoG-Si og det resulterende gap som vil utvikle seg, blir i dag ansett for å være en av de viktigste barrierer for en videre økning av PV industrien.
I de senere år er det blitt gjort flere forsøk på å utvikle nye kilder for SoG-Si som er uavhengig av elektronikkindustriens verdikjede. Disse forsøkene omfatter introduksjon av ny teknologi i forhold til de eksisterende polysilisium prosessene for vesentlig å redusere kostnadene og utvikling av metallurgiske raffineringsprosesser for å rense tilgjengelig metallurgisk kvalitet silisium (Mg-Si) til en nødvendig renhetsgrad. Ingen har hittil lykkes i å vesentlig redusere produksjonskostnadene og samtidig fremstille et silisiummateriale med en renhetsgrad som trengs for å fremstille PV solceller med samme virkningsgrad som PV solceller fremstilt av konvensjonelt silisiummateriale.
Ved fremstilling av PV solceller blir det laget en charge av SoG-Si materiale som smeltes og underkastes retningsorientert størkning i en kvadratisk form i en spesiell type støpeform. Før smelting blir chargen av SoG-Si materiale dopet med enten bor eller fosfor for fremstilling av henholdsvis p-type og n-type ingots. Med få unntak blir kommersielle solceller i dag fremstilt av p-type silisium ingot materiale. Tilsetning av et enkelt dopingmiddel (bor eller fosfor) kontrolleres for å oppnå en foretrukket elektrisk motstand i materialet, for eksempel i området 0,5-1,5 ohm cm. Dette tilsvarer en tilsetning på 0,02-0,2 ppma bor når en p-type ingot er ønsket og en ren silisium med neglisjert innhold av dopemidler anvendes. Ved denne dopeprosedyren antas det at innholdet av det andre dopemiddelet (i dette tilfelle fosfor) er neglisjerbart (P< 1/10 B).
Dersom et enkeltdopet SoG-Si materiale med en gitt motstand blir benyttet i forskjellige tilsetningsnivåer til chargen, justeres tilsetning av dopemiddel for å ta hensyn til mengden av dopemiddel som allerede er tilstede i det forhåndsdopede materialet.
Enkeltdopende silisiumkvaliteter av n- og p-type kan også blandes i en charge for å oppnå såkalt "kompensert" ingot. Typen og motstanden av hver komponent i chargemixen må være kjent for å oppnå ønskede egenskaper i ingoten.
Etter støping blir den størknede ingoten kuttet i blokker med størrelse tilsvarende de resulterende solcellene, for eksempel med et overflateareal av 125 mm x 125 mm. Blokkene kuttes deretter til tynne skiver eller wafers ved bruk av kommersielt wire sageutstyr.
PV solceller fremstilles fra waferne igjennom en rekke prosesstrinn hvorav de viktigste er overflateetsing, POCI3 emisjonsdiffusjon, PECVD SiN avsetning, kantisolering og dannelse av framside og baksidekontrakter.
Beskrivelse av oppfinnelsen.
Ved den foreliggende oppfinnelse er det nå blitt funnet at PV solceller kan fremstilles fra et SoG-Si materiale fremstilt fra metallurgisk silisium ved hjelp av metallurgiske raffineringsprosesser spesielt utviklet for fremstilling av PV solcellemateriale.
Den foreliggende oppfinnelse vedrører således et silisiummateriale for fremstilling av retningsorienterte størknede Czochralski, flytsone eller multikrystallinske silisium ingots, tynne silisiumplater eller bånd for fremstilling av silisiumskiver for fremstilling av PV solceller, hvor silisiummaterialet er kjennetegnet ved at det inneholder mellom 0,2 og 10 ppma bor og mellom 0,1 og 10 ppma fosfor distribuert i materialet, at innholdet av metalliske elemnter er mindre enn 50 ppma og karboninnholdet er mindre enn 100 ppma.
I henhold til en foretrukket utførelsesform inneholder silisiummaterialet mellom 0,3 og 5,0 ppma bor og mellom 0,5 og 3,5 pma fosfor.
Silisiummaterialet i henhold til den foreliggende oppfinnelse atskiller seg vesentlig fra en chargemix sammensatt av forskjellig bor eller fosforinneholdende silisiumkvaliteter som beskrevet ovenfor ved at det inneholder større mengder av bor og fosfor. Det er overraskende blitt funnet at silisiummaterialet kan benyttes for fremstilling av solceller med en like god virkningsgrad som kommersielle solceller fremstilt fra elektronikk kvalitet silisium.
Silisiummaterialet i henhold til oppfinnelsen kan anvendes for fremstilling av rettet størknede Czochralski, flytsone eller multikrystallinske silisium ingots eller tynne silisiumplater eller bånd for å fremstille silisiumskiver for solceller med høy effektivitet. Silisium ingots, tynne plater eller bånd fremstilt fra silisiummaterialet vil inneholde mellom 0,2 ppma og 10 ppma bor og mellom 0,1 ppma og 10 ppma fosfor og vil ha en karakteristisk omvandling fra p-type til n-type eller fra n-type til p-type ved en posisjon mellom 40 og 99% av ingothøyden eller av tykkelsen av platen eller båndet. Motstandsprofilen av rettet størknede ingoter fremstilt fra silisiummaterialet i henhold til oppfinnelsen er beskrevet av en eksponentiell kurve med en startverdi mellom 0,4 og 10 ohm cm, hvor motstandsverdien øker mot omvandlingspunktet.
Den foreliggende oppfinnelse vedrører videre en rettet størknet Czochralski, flytsone, eller multikrystallinsk silisiumingot eller tynne silisiumplater eller - bånd for fremstilling av tynne silisiumskiver for fremstilling av solceller, hvor silisiumingoten, tynnplaten eller -båndet inneholder mellom 0,2 ppma og 10 ppma bor og mellom 0,1 ppma og 10 ppma fosfor, hvilken silisiumingot har et omvandlingspunkt fra p-type til n-type eller fra n-type til p-type ved en posisjon mellom 40 og 99% av ingothøyden eller av tykkelsen av platene eller båndene og som har en motstandsprofil beskrevet av en eksponentiell kurve med en startverdi mellom 0,4 og 10 ohm cm og hvor motstandsverdien øker mot omvandlingspunktet.
Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av silisiummateriale for fremstilling av rettet størknede Czochralski, flytsone eller multikrystallinske silisiumingoter, tynne silisiumplater eller bånd for fremstilling av silisiumskiver for PV solceller, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at metallurgisk silisium fremstilt i elektriske lysbueovner ved karbotermisk reduksjon og inneholdende opp til 300 ppma bor og opp til 100 ppma fosfor underkastes følgende raffineringstrinn: a) behandling av det metallurgiske silisium med en kalsium-silikat slagg for å redusere borinnholdet i silisiumet til mellom 0,2 ppma og 10 ppma; b) størkning av det slaggbehandlede silisium fra trinn a); c) luting av silisiumet fra trinn b) i minst ett trinn med en syreoppløsning for å fjerne urenheter; d) smelting av silisiumet fra trinn c); e) størkning av de smeltede silisium fra trinn d) i form av en ingot ved rettet størkning; f) fjerning av den øvre del av ingoten fra trinn e) for å tilveiebringe en silisiumingot inneholdende 0,2 til 10 ppma bor og 0,1 til 10 ppma fosfor;
g) knuse og/eller sikte silisiumet fra trinn f).
Det er blitt funnet at silisiummateriale fremstilt i henhold til fremgangsmåten
ifølge oppfinnelsen er velegnet for fremstilling av rettet størknede ingoter, tynne plater og bånd for fremstilling av silisiumskiver for solceller som har en virkningsgrad sammenlignbar med kommersielle solceller.
Kort beskrivelse av tegningene
Figur 1 viser et diagram for motstand som funksjon av ingothøyde for en første silisiumingot i henhold til oppfinnelsen, og hvor, Figur 2 viser et diagram for motstand som en funksjon av ingothøyde for en andre silisiumingot i henhold til oppfinnelsen.
Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen
Eksempel
Fremstilling av silisiummateriale.
Kommersielt metallurgisk silisium fremstilt ved karbotermisk reduksjon i en elektrisk lysbueovn ble behandlet med kalsiumsilikatslagg for hovedsakelig å fjerne bor. Bor ble ekstrahert fra det smeltede silisiumet til slaggfasen. Silisiumet ble størknet med meget rene silisiumkrystaller mens forurensningene ble værende i smeiten inntil hovedparten av silisiumet var størknet. Forurensningene endte opp på korngrensene i det størknede silisiumet.
Det størknede silisiumet ble syrelutet hvorved de intergranulære fasene ble angrepet og oppløst sammen med forurensningene. Det gjenværende uoppløste granulære silisiumet ble smeltet og videre raffinert for å justere sammensetningen før knusing og sikting for å oppnå et silisiummateriale som kan anvendes som utgangsmateriale for solcellesilisium.
To prøver av silisiummateriale ble fremstilt ved den ovenfor beskrevne fremgangsmåte. Bor og fosforinnholdet i de to prøvene er vist i tabell 1.
Eksempel 2
Fremstilling av rettet størknet silisiumingot, silisiumskiver og solceller.
Silisiummateriale fremstilt ved fremgangsmåten beskrevet i eksempel 1 ble benyttet for fremstilling av to rettet størknede silisiumingots i henhold til oppfinnelsen. Kommersielle multikrystallinske silisiumskiver ble benyttet som referanse. En Crystalox DS250 ovn ble benyttet for fremstilling av ingotene. En sirkulær kvartsdigel med en indre diameter av 25,5 cm og 20 cm høyde med en kapasitet på 12 kg silisiummateriale ble benyttet. De ferdige ingotene ble kuttet til blokker med kvadratisk tverrsnitt på henholdsvis 100 cm<2> og 156 cm<2> og deretter kuttet til silisiumskiver med sag. Fra disse blokkene ble det fremstilt stort antall silisiumskiver med en tykkelse i området 300 til 330 um.
Innhold av bor og fosfor ved 20% av høyden av de to blokkene er vist i tabell 2.
Motstanden gjennom blokkene ble etter kutting målt ved hjelp av et firepunkts måleapparat på i det minste hver femte silisiumskive fra bunnen til toppen av blokken. Motstandsprofilen av ingot 1 og ingot 2 er vist i figur 1 og figur 2. Figur 1 og 2 viser at motstanden er i det vesentlige konstant fra bunnen av ingoten og oppover til % av høyden av ingoten hvor materialet skifter fra p-type til n-type.
Typen av majoritetsledere i silisiumblokken ble bestemt ved kvalitativ Seebeck koeffisient. Hall- og motstandsmålinger ved bruk av van der Paw geometri ble benyttet for å oppnå motstand, lederkonsentrasjon og mobilitet på utvalgte silisiumskiver fra toppen, midten og bunnen av hver ingot.
Silisiumskivene ble etset med NaOH i 9 minutter ved 80°C for fjerning av skader etter sagingen, etterfulgt av vasking ved deionisert vann, HCI, deionisert vann og 2% HF oppløsning.
For å studere effekten av lysoppfanging ble isoteksturisasjon benyttet istedenfor NaOH etsing på noen av utvalgte silisiumskiver. Denne metoden kombinerer fjerning av overflateskader fra sagingen og sørger for overflate-teksturering i ett trinn.
Solceller ble fremstilt ved POCL3 emisjonsdiffusjon, PECVD SiN avsetning og kantisolering ved plasmaetsing. Framside og baksidekontakter ble påført ved "screen" trykking og etterfølgende brenning.
Virkningsgraden av de fremstilte solcellene er vist i tabell 3.
Virkningsgrader av opp til rj=14,8% (Ingot #2) ble oppnådd hvilket overgår virkningsgraden for referansematerialet. Kommersielle monokrystallinske silisiumskiver ble benyttet som referanse for sammenligningsformål.
Resultatet i tabell 3 viser at solceller med en sammenlignbar og til og med høyere virkningsgrad enn kommersielle solceller kan oppnås ved hjelp av silisiummaterialet og de rettet størknede silisiumingots ifølge foreliggende oppfinnelse.
Claims (5)
1. Silisiummateriale for fremstilling av retningsorientert størknede Czochralski, flytsone eller multikrystallinske silisium ingots, tynne silisiumplater eller bånd for fremstilling av silisiumskiver for fremstilling av PV solceller, karakterisert ved at silsiummaterialet inneholder mellom 0,2 og 10 ppma bor og mellom 0,1 og 10 ppma fosfor distribuert i materialet, at innholdet av metalliske elementer er mindre enn 50 ppma og at karboninnholdet er mindre enn 100 ppma.
2. Silisiummateriale ifølge krav 1,karakterisert ved at silisiummaterialet inneholder mellom 0,3 og 5,0 ppma bor og mellom 0,5 og 3,5 ppma fosfor.
3. Rettet størknet Czochralski, flytsone eller multikrystallinsk silisiumingot eller tynne silisiumplater eller -bånd fremstilt fra silisiummaterialet ifølge krav 1-2 for fremstilling av tynne silisiumskiver for fremstilling av solceller, k a r a k terisert ved at silisiumingoten, tynnplaten eller -båndet inneholder mellom 0,2 ppma og 10 ppma bor og mellom 0,1 ppma og 10 ppma fosfor, hvilken silisiumingot har et omvandlings-punkt fra p-typé til n-type eller fra n-type til p-type ved en posisjon mellom 40 og 99% av ingothøyden eller av tykkelsen av platene eller båndene og har en motstandsprofil beskrevet av en eksponentiell kurve med en startverdi mellom 0,4 og 10 ohm cm og hvor motstandsverdien øker mot omvandlingspunktet.
4. Silisiumingot ifølge krav 3, karakterisert ved at startverdien for motstanden er mellom 0,7 og 3 ohm cm.
5. Fremgangsmåte for fremstilling av silisiummateriale ifølge krav 1-2 for fremstilling av rettet størknede Czochralski, flytsone eller multikrystallinske silisiumingoter, tynne silisiumplater eller bånd for fremstilling av silisiumskiver for PV solceller, karakterisert ved at metallurgisk silisium fremstilt i elektriske lysbueovner ved karbotermisk reduksjon og inneholdende opp til 300 ppma bor og opp til 100 ppma fosfor underkastes følgende raffineringstrinn: a) behandling av det metallurgiske silisium med en kalsium-silikat slagg for å redusere borinnholdet i silisiumet til mellom 0,2 og 10 ppma; b) størkning av det slaggbehandlede silisium fra trinn a); c) luting av silisiumet fra trinn b) i minst ett trinn med en syreoppløsning for å fjerne urenheter; d) smelting av silisiumet fra trinn c); e) størkning av det smeltede silisium fra trinn d) i form av en ingot ved rettet størkning; f) fjerning av den øvre del av ingoten fra trinn e) for å tilveiebringe en silisiumingot inneholdende 0,2 til 10 ppma bor og 0,1 til 10 ppma fosfor; g) knuse og/eller sikte silisiumet fra trinn f).
Priority Applications (13)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20035830A NO333319B1 (no) | 2003-12-29 | 2003-12-29 | Silisiummateriale for fremstilling av solceller |
| BRPI0417807-6A BRPI0417807B1 (pt) | 2003-12-29 | 2004-01-12 | Método para a produção de material de alimentação de silício para produzir lingotes de silício multicristalinos ou zona flutuante, solidificados direcionalmente por Czochralski, material de alimentação de silício,e, lingote de silício, ou lâmina ou fita de silício para produzir pastilhas para células solares |
| US10/585,004 US7381392B2 (en) | 2003-12-29 | 2004-01-12 | Silicon feedstock for solar cells |
| ES04701439.4T ES2441725T3 (es) | 2003-12-29 | 2004-01-12 | Método para obtener materia prima de silicio para células solares |
| EA200601259A EA009791B1 (ru) | 2003-12-29 | 2004-01-12 | Кремниевое исходное сырьё для солнечных элементов |
| CNB2004800394173A CN100457613C (zh) | 2003-12-29 | 2004-01-12 | 太阳能电池的硅原料 |
| CA002548936A CA2548936C (en) | 2003-12-29 | 2004-01-12 | Silicon feedstock for solar cells |
| PCT/NO2004/000003 WO2005063621A1 (en) | 2003-12-29 | 2004-01-12 | Silicon feedstock for solar cells |
| EP13159702.3A EP2607308A1 (en) | 2003-12-29 | 2004-01-12 | Silicon feedstock for solar cells |
| AU2004308879A AU2004308879B2 (en) | 2003-12-29 | 2004-01-12 | Silicon feedstock for solar cells |
| JP2006546879A JP4580939B2 (ja) | 2003-12-29 | 2004-01-12 | 太陽電池用のシリコン供給原料 |
| EP04701439.4A EP1699737B1 (en) | 2003-12-29 | 2004-01-12 | Method for making silicon feedstock for solar cells |
| US12/108,254 US7931883B2 (en) | 2003-12-29 | 2008-04-23 | Silicon feedstock for solar cells |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20035830A NO333319B1 (no) | 2003-12-29 | 2003-12-29 | Silisiummateriale for fremstilling av solceller |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20035830L NO20035830L (no) | 2005-06-30 |
| NO333319B1 true NO333319B1 (no) | 2013-05-06 |
Family
ID=34738092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20035830A NO333319B1 (no) | 2003-12-29 | 2003-12-29 | Silisiummateriale for fremstilling av solceller |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US7381392B2 (no) |
| EP (2) | EP2607308A1 (no) |
| JP (1) | JP4580939B2 (no) |
| CN (1) | CN100457613C (no) |
| AU (1) | AU2004308879B2 (no) |
| BR (1) | BRPI0417807B1 (no) |
| CA (1) | CA2548936C (no) |
| EA (1) | EA009791B1 (no) |
| ES (1) | ES2441725T3 (no) |
| NO (1) | NO333319B1 (no) |
| WO (1) | WO2005063621A1 (no) |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO322246B1 (no) * | 2004-12-27 | 2006-09-04 | Elkem Solar As | Fremgangsmate for fremstilling av rettet storknede silisiumingots |
| DE102005061690A1 (de) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Solmic Gmbh | Verfahren zur Herstellung solartauglichen Siliziums |
| ES2497990T3 (es) * | 2006-04-04 | 2014-09-23 | Silicor Materials Inc. | Método para purificar silicio |
| US7682585B2 (en) | 2006-04-25 | 2010-03-23 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Silicon refining process |
| MX2009002808A (es) * | 2006-09-14 | 2009-03-31 | Silicium Becancour Inc | Proceso y aparato para purificar silicio de grado bajo de purificacion. |
| NO333757B1 (no) * | 2006-12-04 | 2013-09-09 | Elkem Solar As | Solceller |
| US7651566B2 (en) * | 2007-06-27 | 2010-01-26 | Fritz Kirscht | Method and system for controlling resistivity in ingots made of compensated feedstock silicon |
| US8968467B2 (en) * | 2007-06-27 | 2015-03-03 | Silicor Materials Inc. | Method and system for controlling resistivity in ingots made of compensated feedstock silicon |
| ES2530720T3 (es) | 2007-09-13 | 2015-03-04 | Silicio Ferrosolar S L U | Proceso para la producción de silicio de pureza media y elevada a partir de silicio de calidad metalúrgica |
| TWI443237B (zh) * | 2007-10-03 | 2014-07-01 | Silicor Materials Inc | 加工矽粉以獲得矽結晶之方法 |
| EP2208238B1 (en) * | 2007-11-09 | 2013-04-24 | Sunpreme Inc. | Low-cost solar cells and methods for their production |
| ITMI20081085A1 (it) * | 2008-06-16 | 2009-12-17 | N E D Silicon S P A | Metodo per la preparazione di silicio di grado metallurgico di elevata purezza. |
| US7887633B2 (en) * | 2008-06-16 | 2011-02-15 | Calisolar, Inc. | Germanium-enriched silicon material for making solar cells |
| US8758507B2 (en) * | 2008-06-16 | 2014-06-24 | Silicor Materials Inc. | Germanium enriched silicon material for making solar cells |
| CN103058194B (zh) | 2008-09-16 | 2015-02-25 | 储晞 | 生产高纯颗粒硅的反应器 |
| DE102009008371A1 (de) | 2009-02-11 | 2010-08-12 | Schott Solar Ag | Integraler Prozeß von Waferherstellung bis Modulfertigung zur Herstellung von Wafern, Solarzellen und Solarmodulen |
| US20100213643A1 (en) * | 2009-02-26 | 2010-08-26 | Gadgil Prasad N | Rapid synthesis of polycrystalline silicon sheets for photo-voltaic solar cell manufacturing |
| EP2467329A4 (en) * | 2009-04-29 | 2014-06-25 | Silicor Materials Inc | CONTROL OF PROCESS FOR PURIFYING IMPROVED METALLURGICAL SILICON MATERIAL (SI-UMG) |
| WO2010127184A1 (en) * | 2009-04-29 | 2010-11-04 | Calisolar, Inc. | Quality control process for umg-si feedstock |
| US8547121B2 (en) * | 2009-04-29 | 2013-10-01 | Silicor Materials Inc. | Quality control process for UMG-SI feedstock |
| US8562932B2 (en) | 2009-08-21 | 2013-10-22 | Silicor Materials Inc. | Method of purifying silicon utilizing cascading process |
| KR101180353B1 (ko) * | 2010-07-01 | 2012-09-06 | 연세대학교 산학협력단 | 태양전지용 실리콘제조를 위한 ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ을 이용한 ＭＧ-Ｓｉ중 불순물의 정련방법 |
| CN102021650B (zh) * | 2010-12-31 | 2012-06-06 | 常州天合光能有限公司 | 一种大型多晶锭的生产方法 |
| CN102191562B (zh) * | 2011-04-25 | 2012-08-29 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 一种n型晶体硅太阳电池的硼扩散方法 |
| FR2978549B1 (fr) * | 2011-07-27 | 2014-03-28 | Commissariat Energie Atomique | Determination des teneurs en dopants dans un echantillon de silicium compense |
| NO335110B1 (no) * | 2011-10-06 | 2014-09-15 | Elkem Solar As | Fremgangsmåte for fremstilling av silisiummonokrystall og multikrystalline silisiumingoter |
| CN103014839B (zh) * | 2013-01-09 | 2016-07-27 | 英利集团有限公司 | 一种p型掺杂剂及其制备方法 |
| CN103147118B (zh) * | 2013-02-25 | 2016-03-30 | 天津市环欧半导体材料技术有限公司 | 一种利用直拉区熔法制备太阳能级硅单晶的方法 |
| NO339608B1 (no) | 2013-09-09 | 2017-01-09 | Elkem Solar As | Multikrystallinske silisiumingoter, silisiummasterlegering, fremgangsmåte for å øke utbyttet av multikrystallinske silisiumingoter for solceller |
| NO336720B1 (no) * | 2013-09-09 | 2015-10-26 | Elkem Solar As | Fremgangsmåte for forbedring av effektiviteten av solceller. |
| FR3010721B1 (fr) * | 2013-09-17 | 2017-02-24 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'un lingot de silicium presentant une concentration homogene en phosphore |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4247528A (en) * | 1979-04-11 | 1981-01-27 | Dow Corning Corporation | Method for producing solar-cell-grade silicon |
| US4304763A (en) * | 1979-08-16 | 1981-12-08 | Consortium Fur Elektrochemische Industrie Gmbh | Process for purifying metallurgical-grade silicon |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5913444B2 (ja) * | 1977-11-21 | 1984-03-29 | ユニオン・カ−バイド・コ−ポレ−シヨン | 精製された金属シリコン製造方法 |
| US4195067A (en) * | 1977-11-21 | 1980-03-25 | Union Carbide Corporation | Process for the production of refined metallurgical silicon |
| US4612179A (en) * | 1985-03-13 | 1986-09-16 | Sri International | Process for purification of solid silicon |
| JPH07206420A (ja) * | 1994-01-10 | 1995-08-08 | Showa Alum Corp | 高純度ケイ素の製造方法 |
| NO180532C (no) * | 1994-09-01 | 1997-05-07 | Elkem Materials | Fremgangsmåte for fjerning av forurensninger fra smeltet silisium |
| CN1083396C (zh) * | 1995-07-14 | 2002-04-24 | 昭和电工株式会社 | 高纯度硅的制造方法 |
| KR100263220B1 (ko) * | 1996-10-14 | 2000-09-01 | 에모토 간지 | 다결정실리콘의 제조방법과 장치 및 태양전지용실리콘기판의 제조방법 |
| JPH10251010A (ja) * | 1997-03-14 | 1998-09-22 | Kawasaki Steel Corp | 太陽電池用シリコン |
| US5972107A (en) * | 1997-08-28 | 1999-10-26 | Crystal Systems, Inc. | Method for purifying silicon |
| JP3735253B2 (ja) * | 1997-12-25 | 2006-01-18 | 新日本製鐵株式会社 | 高純度Ｓｉの製造方法および装置 |
| US6468886B2 (en) * | 1999-06-15 | 2002-10-22 | Midwest Research Institute | Purification and deposition of silicon by an iodide disproportionation reaction |
| JP3446032B2 (ja) * | 2000-02-25 | 2003-09-16 | 信州大学長 | 無転位シリコン単結晶の製造方法 |
| US6632413B2 (en) * | 2000-08-21 | 2003-10-14 | Astropower, Inc. | Method for purifying silicon |
| NO317073B1 (no) * | 2001-06-05 | 2004-08-02 | Sintef | Elektrolytt samt fremgangsmate ved fremstilling eller raffinering av silisium |
| FR2827592B1 (fr) * | 2001-07-23 | 2003-08-22 | Invensil | Silicium metallurgique de haute purete et procede d'elaboration |
| US8021483B2 (en) * | 2002-02-20 | 2011-09-20 | Hemlock Semiconductor Corporation | Flowable chips and methods for the preparation and use of same, and apparatus for use in the methods |
| JP4142332B2 (ja) * | 2002-04-19 | 2008-09-03 | Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 | 単結晶シリコンの製造方法、単結晶シリコンウェーハの製造方法、単結晶シリコン製造用種結晶、単結晶シリコンインゴットおよび単結晶シリコンウェーハ |
-
2003
- 2003-12-29 NO NO20035830A patent/NO333319B1/no not_active IP Right Cessation
-
2004
- 2004-01-12 US US10/585,004 patent/US7381392B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-01-12 EP EP13159702.3A patent/EP2607308A1/en not_active Withdrawn
- 2004-01-12 EA EA200601259A patent/EA009791B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2004-01-12 BR BRPI0417807-6A patent/BRPI0417807B1/pt not_active IP Right Cessation
- 2004-01-12 JP JP2006546879A patent/JP4580939B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2004-01-12 EP EP04701439.4A patent/EP1699737B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-01-12 WO PCT/NO2004/000003 patent/WO2005063621A1/en active Application Filing
- 2004-01-12 ES ES04701439.4T patent/ES2441725T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2004-01-12 AU AU2004308879A patent/AU2004308879B2/en not_active Expired
- 2004-01-12 CA CA002548936A patent/CA2548936C/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-01-12 CN CNB2004800394173A patent/CN100457613C/zh not_active Expired - Lifetime
-
2008
- 2008-04-23 US US12/108,254 patent/US7931883B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4247528A (en) * | 1979-04-11 | 1981-01-27 | Dow Corning Corporation | Method for producing solar-cell-grade silicon |
| US4304763A (en) * | 1979-08-16 | 1981-12-08 | Consortium Fur Elektrochemische Industrie Gmbh | Process for purifying metallurgical-grade silicon |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| "Improved High-Purity Arc-Furnace Silicon For Solar Cells", Journal of The Electrochemical Society, Vol. 132 (2), februar 1985, pp. 339-345., Proprietor: Amick J. A. et al, Dated: 01.01.0001 * |
| NREL Conference Paper, The NCPV Program Review Meeting, Lakewood, Colorado, 14.-17. oktober 2001, Proprietor: Ciszek T. F. et al., Dated: 01.01.0001 * |
| Ny granskingsrapport/ New search report: * |
| -Ny granskingsrapport/ New search report: * |
| World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion, 6.-10. juli 1998, Wien Østerrike, Proprietor: Tsou Y. S. et al., Dated: 01.01.0001 * |
| World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion, 6.-10. juli 1998, Wien Østerrike, Proprietor: von Keitz A. et al., Dated: 01.01.0001 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN100457613C (zh) | 2009-02-04 |
| CA2548936A1 (en) | 2005-07-14 |
| CA2548936C (en) | 2009-08-18 |
| AU2004308879B2 (en) | 2008-01-03 |
| AU2004308879A1 (en) | 2005-07-14 |
| WO2005063621A1 (en) | 2005-07-14 |
| CN1902129A (zh) | 2007-01-24 |
| BRPI0417807B1 (pt) | 2014-09-23 |
| EP1699737A1 (en) | 2006-09-13 |
| US20080206123A1 (en) | 2008-08-28 |
| JP2007516928A (ja) | 2007-06-28 |
| EP1699737B1 (en) | 2014-01-01 |
| EA009791B1 (ru) | 2008-04-28 |
| BRPI0417807A (pt) | 2007-04-10 |
| EP2607308A1 (en) | 2013-06-26 |
| US7381392B2 (en) | 2008-06-03 |
| US7931883B2 (en) | 2011-04-26 |
| ES2441725T3 (es) | 2014-02-06 |
| NO20035830L (no) | 2005-06-30 |
| US20070128099A1 (en) | 2007-06-07 |
| JP4580939B2 (ja) | 2010-11-17 |
| EA200601259A1 (ru) | 2007-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO333319B1 (no) | Silisiummateriale for fremstilling av solceller | |
| Lasnier | Photovoltaic engineering handbook | |
| Gu et al. | Low-cost solar grade silicon purification process with Al–Si system using a powder metallurgy technique | |
| TW200910620A (en) | Method for utilizing heavily doped silicon feedstock to produce substrates for photovoltaic applications by dopant compensation during crystal growth | |
| AU2005333767B2 (en) | Method for producing directionally solidified silicon ingots | |
| CN101597787A (zh) | 在氮气下铸造氮浓度可控的掺氮单晶硅的方法 | |
| Geerligs et al. | solar-grade silicon by a direct route based on carbothermic reduction of silica: requirements and production technology. | |
| Kraiem et al. | High performance solar cells made from 100% UMG silicon obtained via the PHOTOSIL process | |
| Dietl et al. | “Solar” silicon | |
| WO2013145558A1 (ja) | 多結晶シリコンおよびその鋳造方法 | |
| CN102312290A (zh) | 一种掺杂的铸造多晶硅及制备方法 | |
| WO2013051940A1 (en) | Method for producing silicon mono-crystals and multi-crystalline silicon ingots | |
| Peter et al. | Analysis of multicrystalline solar cells from solar grade silicon feedstock | |
| EP0055318B1 (en) | Method of producing semicrystalline silicon and products formed thereby | |
| Degoulange et al. | Dopant specifications for p-type UMG silicon: mono-c vs multi-c | |
| JP5220935B1 (ja) | 太陽電池用シリコン、多結晶シリコン材料、多結晶シリコン太陽電池および太陽電池用シリコンの製造方法 | |
| Boldt et al. | Effect of Segregation During Crystallization of Highly Impure Upgraded Metallurgical Silicon | |
| CN105755538A (zh) | 一种掺锡冶金多晶硅铸锭的制备方法 | |
| Rustioni et al. | Solar silicon from directional solidification of MG silicon produced via the silicon carbide route | |
| Sirtl | CURRENT ASPECTS OF SILICON MATERIAL PROCESSING FOR SOLAR CELL APPLICATION | |
| JP2002134410A (ja) | 半導体基板とこれを利用した太陽電池セルおよびそれらの製造方法 | |
| NO320217B1 (no) | Silisiumsubstratmateriale for epitaksibelegning for fremstilling av solceller |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: REC SOLAR NORWAY AS, NO |
|
| MK1K | Patent expired |