Спосіб вирощування мультикристалічних кремнієвих злитків

Реферат: Спосіб вирощування мультикристалічних кремнієвих злитків включає переміщення додаткової кремнієвої сировини за допомогою пристрою для завантаження печі для вирощування мультикристалічних кремнієвих злитків з його бункера до камери печі вирощування на тверду кремнієву пробку, що утворюється на поверхні розплаву. UA 72174 U (12) UA 72174 U UA 72174 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі одержання злитків мультикристалів напівпровідникових матеріалів і може бути використана для вирощування мультикристалів кремнію з кремнієвого розплаву при виготовленні напівпровідникових перетворювачів сонячної енергії в електричну ("сонячних модулів"). Злитки мультикристалічного кремнію отримують методом направленої кристалізації кремнієвого розплаву. Полікристалічний кремній розплавляють у тиглі за допомогою нагрівача, а направлену кристалізацію здійснюють відведенням тепла, починаючи з донної частини розплаву. Мультикристалічний кремній набагато дешевший, його одержання набагато простіше за отримання монокристалічного кремнію. Оскільки мультикристалічний кремній має структуру та властивості монокристалічних утворень розміром від декількох міліметрів до декількох сантиметрів в діаметрі, його, як і монокристалічний кремній, ефективно використовують для виготовлення сонячних елементів (модулів), що слугують для перетворення сонячної енергії в електричну. Відомі винаходи, описані в патентах US 6454851 В1, 24.09.2002.; US 20090151622 А1, 18.06.2009. Корисна модель, що описана, створена для зміни внутрішніх параметрів та збільшення обсягів завантаження з 450 кг до 750 кг печі для вирощування мультикристалічних кремнієвих злитків з метою отримання збільшеного відсотка виходу готової продукції при виробництві мультикремнієвих пластин. Описану корисну модель може бути ефективно реалізовано на печі вирощування мультикристалічного кремнію, на якій використовується метод направленої кристалізації, наприклад, на печі вирощування мультикремнієвих злитків марки GT-DSS450™ FURNACE (виробництва компанії GT SOLAR INTERNATIONAL, INC. (США)). Задачею корисної моделі є удосконалення способу вирощування мультикристалів кремнію методом направленої кристалізації, у якому за рахунок використання дозавантажуючого пристрою, контролюється процес завантаження додаткової маси кремнієвої сировини (у порівнянні з початковою масою сировини, якою було повністю завантажено тигель) у кремнієвий розплав, що знаходиться на стадії плавлення, та підвищується вихід готової продукції і збільшується продуктивність процесу. Система збільшення завантаження кремнієвої сировини в піч вирощування включає в себе: розміщення початкової маси завантаження кремнієвої сировини в тиглі; використання печі направленої кристалізації; використання методу теплообміну для розплавлення початкової маси завантаження кремнієвої сировини з метою формування кремнієвого розплаву; додавання додаткової маси кремнієвої сировини в розплав, у порівнянні з початковою масою завантаження сировини, що визначена виробником печі як максимальна, перед тим, як процес плавлення кремнієвої сировини остаточно не завершиться повним її розплавленням і поки розплав та тигель розташовані в печі. Додаткова кремнієва сировина подається в тигель для приведення розплаву до будь-якого бажаного об'єму, аж до повного заповнення тигля масою кремнієвого розплаву. При цьому, при застосуванні корисної моделі для печі вирощування мультикремнієвих злитків марки GTDSS450™ FURNACE, вона забезпечує збільшення маси завантаження кремнієвої сировини в тигель з початкових 450 кг до 750 кг сировини. Процеси направленої кристалізації використовуються для виробництва кремнієвих пластин, виготовлених з мультикристалічних злитків. Ці процеси типово включають процес плавлення, в якому кремній поміщається в кварцовий тигель. Тигель і кремнієва сировина потім поміщаються усередину печі, де кремній розплавляється в середовищі інертного газу. Коли вміст тигля розплавляється до бажаного стану кремнієвої маси, а об'єм завантаження досяг свого максимуму, дно тигля охолоджують контрольованим способом. Швидкість охолодження в цьому процесі є одним із чинників, який визначає кінцевий розмір кристалів в злитку, так само, як і розподіл домішок. В процесі охолодження один або більший за інші кристали можуть служити центром кристалізації і ростуть по напряму вгору, в результаті чого застигаючий кремнієвий розплав виштовхує домішки з мікроструктури кристалу кремнію. Вирощування злитків полікристалічного кремнію може бути реалізоване з використанням різних методів направленої кристалізації, включаючи типовий метод направленої кристалізації. Корисна модель пояснюється за допомогою фігур 1 та 2 пристрою для завантаження печі для вирощування мультикристалічних кремнієвих злитків та складається з: накопичувального бункера 1 (фіг. 1), (до якого завантажують масу кремнієвої сировини, що планується для дозавантаження печі); 1 UA 72174 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пристрою, контролюючого введення додаткової маси кремнієвої сировини в тигель 2 (фіг. 1), (за допомогою якого відбувається процес контролю за введенням додаткової маси кремнієвої сировини в тигель); подавальної труби 3 (фіг. 1) (за допомогою якої відбувається сам процес введенням додаткової маси кремнієвої сировини в тигель) та вібратора 4 (фіг. 1) (який слугує як допоміжний пристрій, за допомогою якого кремнієва сировина подається у тигель з більшою ефективністю за рахунок коливань завантажуючого пристрою). Деталі конструкції завантажуючого пристрою виготовлюються з металу. Кремнієва сировина завантажується у тигель 5, фігура 1. Після того, як початкова маса завантаження сировини буде подана в тигель, він поміщається всередину печі 6 (фіг. 1), де завантажена маса сировини проходить процес плавлення. Маса початкового завантаження обмежується висотою тигля. Оскільки щільність насипу твердого кремнію низька, то після його розплавлення, в процесі вирощування методом направленої кристалізації, рівень розплаву в тиглі опускається від 15 % до 30 % від рівня первинного завантаження сировини. Відсоток опускання рівня розплаву залежить від розмірів фракції кремнієвої сировини, що завантажується в тигель. Для максимально ефективного використання об'єму тигля, що вивільнюється в процесі плавлення кремнієвої сировини, необхідно, в процесі вирощування кристалу методом направленої кристалізації, проводити поступове введення додаткової маси кремнієвої сировини в розплав. Це дозволить збільшити продуктивність процесу вирощування мультикристалічних злитків та, відповідно, виготовлення кремнієвих пластин. Додаткова кремнієва сировина подається в розплав. При завантаженні додаткової кремнієвої сировини в розплав процес плавлення можна продовжувати, не припиняючи його. При цьому кінцева структура кремнієвого розплаву не змінюється і розплав стає практично однорідним. Пристрій введення додаткової кремнієвої сировини під'єднується до верхньої частини печі вирощування, наприклад, до оглядового порту печі вирощування мільтикристалічного кремнію або до будь-якої іншої частини печі, яка дозволяє завантажувати кремнієву сировину до тигля з кремнієвим розплавом. В процесі завантаження додаткової кремнієвої сировини в розплав може відбуватися розбризкування розплаву, що може привести до виходу з ладу деяких частин печі для вирощування злитків мультикристалічного кремнію. Для виключення розбризкування розплаву, кремнієву сировину, що завантажується додатково, слід сипати на пробку твердої фракції кремнієвої сировини, яка не встигла розплавитись до моменту додаткового завантаження та плаває на поверхні кремнієвого розплаву у тиглі 1 (фіг. 2). Перед процесом завантаження додаткової маси сировини така кремнієва сировина завантажується в накопичувальний бункер. В необхідний момент часу, коли кремнієвий розплав підтанув у тиглі і вивільнив деякий об'єм тигля, а кремнієва пробка твердого стану на поверхні розплаву ще не зникла, додаткова сировина, за допомогою вібратора і через подавальну трубу, завантажується в тигель з кремнієвим розплавом. Додатково завантажена кремнієва сировина потрапляє на тверду пробку розплаву 2 (фіг. 2), що виключає розбризкування розплаву. Наявність твердої пробки на поверхні розплаву визначають оглядовим способом за допомогою контролюючого пристрою 2 (фіг. 1). Процес завантаження додаткової кремнієвої сировини в тигель відбувається до повного висипання кремнієвої сировини з бункера. Спосіб, що заявляється, відрізняється від аналога (патент US 20090151622 А1, 18.06.2009.) тим, що додаткова кремнієва сировина завантажується не безпосередньо в розплав, а на тверду кремнієву пробку, що утворюється на поверхні розплаву. Тим самим, заявлений спосіб виключає розбризкування кремнієвого розплаву, що не призводить до виходу з ладу деяких частин печі. Крім того, система, що заявляється, містить пристрій, контролюючий введення додаткової кремнієвої сировини в тигель, відстежуючи висоту твердої фракції кремнієвої сировини 3 (фіг. 2), що утворилася на твердій пробці розплаву. Спосіб, що заявляється, відрізняється від аналога (патент US 6454851 В1, 24.09.2002.) тим, що використовують завантаження додаткової кремнієвої сировини на печах, які використовують метод направленої кристалізації для вирощування злитків мультикристалічного кремнію. Також, корисна модель, що заявляється, відрізняється від аналога (патент US 6454851 В1, 24.09.2002.) тим, що в аналогу сировина, яка має додатково завантажуватися в тигель з 2 UA 72174 U 5 розплавом, має бути гранульованою, що підвищує вартість такої сировини та негативно впливає на собівартість процесу. Результатом використання заявленого способу вирощування мультикристалічних кремнієвих злитків є збільшення виробничої продуктивності печі вирощування мультикристалічних кремнієвих злитків на 57 %. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Спосіб вирощування мультикристалічних кремнієвих злитків, який відрізняється тим, що додаткову кремнієву сировину переміщують за допомогою пристрою для завантаження печі для вирощування мультикристалічних кремнієвих злитків з його бункера до камери печі вирощування на тверду кремнієву пробку, що утворюється на поверхні розплаву. Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3