Aparato para producir lingotes de silicio multicristalino mediante un método de inducción.

Aparato para producir lingotes de silicio multicristalino por medio del método de inducción,

que comprende unacaja (1), la cual incluye medios (3) para el calentamiento inicial de silicio, un crisol refrigerado (4) envuelto por uninductor (5) y que tiene un fondo movible (7) y cuatro paredes (12, 13, 14, 15) que constan de secciones (8,9)separadas entre sí por ranuras (10) que se extienden verticalmente, medios (11) para mover el fondo movible, y uncompartimento (6) de refrigeración controlada, dispuesto debajo del crisol refrigerado, en donde su cara interiordefine una cámara de fusión de sección transversal rectangular o cuadrada y las paredes del crisol refrigerado seextienden hacia fuera por lo menos desde el inductor en dirección a la porción más baja del crisol refrigerado paraasí expandir la cámara de fusión, caracterizado porque cada pared del crisol refrigerado tiene una sección centralque proporciona la ausencia de una ranura que se extiende verticalmente en la parte central de un lado de lacámara de fusión, y el ángulo β de expansión de la cámara de fusión queda definido por la ecuaciónβ ≥ arctg [ 2 · (k - 1,35 · 10-3 · b ) / d],

donde

d es la dimensión del lado más pequeño del rectángulo o del lado del cuadrado de la sección transversal de lacámara de fusión en el nivel del inductor,

b es la dimensión del lado contiguo de la sección transversal de la cámara de fusión en el nivel del inductor,k es un coeficiente empírico, que está entre 1,5 y 2.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/UA2010/000045.

Solicitante: Solin Development B.V.

Nacionalidad solicitante: Países Bajos.

Dirección: Hullenbergweg 369 1101 CR Amsterdam Zuidoost PAISES BAJOS.

Inventor/es: BERINGOV,SERGII, ONISCHENKO,VOLODYMYR, SHKULKOV,ANATOLY, CHERPAK,YURIY, POZIGUN,SERGII, MARCHENKO,STEPAN, CHEPURNYY,BOGDAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C30B11/00 QUIMICA; METALURGIA.C30 CRECIMIENTO DE CRISTALES.C30B CRECIMIENTO DE MONOCRISTALES (por sobrepresión, p. ej. para la formación de diamantes B01J 3/06 ); SOLIDIFICACION UNIDIRECCIONAL DE MATERIALES EUTECTICOS O SEPARACION UNIDIRECCIONAL DE MATERIALES EUTECTOIDES; AFINAMIENTO DE MATERIALES POR FUSION DE ZONA (afinamiento por fusión de zona de metales o aleaciones C22B ); PRODUCCION DE MATERIALES POLICRISTALINOS HOMOGENEOS DE ESTRUCTURA DETERMINADA (colada de metales, colada de otras sustancias por los mismos procedimientos o aparatos B22D; trabajo de materias plásticas B29; modificación de la estructura física de metales o aleaciones C21D, C22F ); MONOCRISTALES O MATERIALES POLICRISTALINOS HOMOGENEOS DE ESTRUCTURA DETERMINADA; TRATAMIENTO POSTERIOR DE MONOCRISTALES O DE MATERIALES POLICRISTALINOS HOMOGENEOS DE ESTRUCTURA DETERMINADA (para la fabricación de dispositivos semiconductores o de sus partes constitutivas H01L ); APARATOS PARA ESTOS EFECTOS. › Crecimiento de monocristales por simple solidificación o en un gradiente de temperatura, p. ej. método de Bridgman-Stockbarger (C30B 13/00, C30B 15/00, C30B 17/00, C30B 19/00 tienen prioridad; bajo un fluido protector C30B 27/00).
  • C30B29/06 C30B […] › C30B 29/00 Monocristales o materiales policristalinos homogéneos de estructura determinada caracterizados por los materiales o por su forma. › Silicio.

PDF original: ES-2451522_T3.pdf

 

Aparato para producir lingotes de silicio multicristalino mediante un método de inducción.

Fragmento de la descripción:

Aparato para producir lingotes de silicio multicristalino mediante un método de inducción

Campo técnico

La presente invención se refiere a un aparato para producir lingotes de silicio multicristalino mediante el método de inducción, y se puede usar en la fabricación de células solares a partir de silicio multicristalino.

Técnica anterior

Las células solares que producen electricidad a partir de los rayos del sol se construyen con silicio cristalino, tanto monocristalino como multicristalino, es decir, silicio policristalino consistente en grandes cristales.

El interés en el silicio multicristalino ha estado en crecimiento constante debido a que la eficiencia de las células solares de silicio multicristalino es próxima a las de las células solares de silicio monocristalino, aunque la productividad de los equipos de crecimiento de silicio multicristalino es varias veces la de los equipos de crecimiento de silicio monocristalino. Además, el crecimiento del silicio multicristalino es más sencillo que el crecimiento del silicio monocristalino.

En la técnica se conoce un aparato para producir lingotes de silicio multicristalino mediante el método de inducción, comprendiendo dicho aparato una cámara en la que está instalado un crisol refrigerado, envuelto por un inductor, y que tiene un fondo movible y cuatro paredes que constan de secciones separadas entre sí por ranuras que se extienden verticalmente. Se dispone también de un conjunto de medios de calentamiento para la refrigeración controlada del lingote (EP n.º 1754806, publicada el 21 del 2 de 2007, cláusula S30B 11/00) [1]. Además, el aparato está equipado con unos medios de partición independientes con capacidad de ser instalados sobre el lingote cristalizado en el espacio de fusión del crisol refrigerado y de calentar además la carga de silicio en fragmentos, fundiéndose y moldeándose por colada por encima del nivel superior del dispositivo de partición.

Una desventaja del aparato conocido reside en la baja productividad del silicio multicristalino y la calidad no suficiente del silicio multicristalino obtenido. El silicio multicristalino tiene un número elevado de defectos en la estructura cristalina.

Un aparato para producir lingotes de silicio multicristalino mediante el método de inducción, fuertemente vinculado a la invención, comprende una caja, que incluye medios para el calentamiento inicial de silicio, un crisol refrigerado envuelto por un inductor y que tiene un fondo movible y cuatro paredes que constan de secciones separadas entre sí por ranuras que se extienden verticalmente, medios para mover el fondo movible, y un compartimento de refrigeración controlada dispuesto debajo del crisol refrigerado, en donde su cara interior define una cámara de fusión de sección transversal rectangular o cuadrada y las paredes del crisol refrigerado se extienden hacia fuera por lo menos desde el inductor en dirección a la porción más baja del crisol refrigerado con el fin de expandir así la cámara de fusión, (EP 0349904, publicada el 10 del 1 de 1990, cláusula B22D 11/10) [2]. El ángulo de expansión de la cámara de fusión está entre 0, 4 y 2º.

Una desventaja del aparato conocido reside en la disminución de la calidad del lingote de silicio multicristalino y la reducción de la productividad de la fabricación de lingotes de silicio multicristalino debido a frecuentes derrames de la masa fundida de silicio.

Exposición de la invención [0008] La presente invención tiene como objetivo proporcionar un aparato mejorado para la producción de lingotes de silicio multicristalino mediante el método de inducción, en el cual, por medio de cambios estructurales propuestos, se reduce el derrame de masa fundida de silicio para obtener así silicio multicristalino de mejor calidad y para potenciar la productividad del silicio multicristalino.

Este objetivo se logra proporcionando un aparato para producir lingotes de silicio multicristalino por medio del método de inducción, que comprende una caja, la cual incluye medios para el calentamiento inicial de silicio, un crisol refrigerado envuelto por un inductor y que tiene un fondo movible y cuatro paredes que constan de secciones separadas entre sí por ranuras que se extienden verticalmente, medios para mover el fondo movible, y un compartimento de refrigeración controlada, dispuesto debajo del crisol refrigerado, en donde su cara interior define una cámara de fusión de sección transversal rectangular o cuadrada y las paredes del crisol refrigerado se extienden hacia fuera por lo menos desde el inductor en dirección a la porción más baja del crisol refrigerado para así expandir la cámara de fusión. Según la invención, cada pared del crisol refrigerado tiene una sección central que proporciona la ausencia de una ranura que se extiende verticalmente en la parte central de un lado de la cámara de fusión, y el ángulo ! de expansión de la cámara de fusión queda definido por la ecuación EP 2456909

= arctg [ 2 · (k – 1, 35 · 10-3 · b ) / d],

donde d es la dimensión del lado más pequeño del rectángulo o del lado del cuadrado de la sección transversal de la cámara de fusión en el nivel del inductor, b es la dimensión del lado contiguo de la sección transversal de la cámara de fusión en el nivel del inductor, k es un coeficiente empírico, que está entre 1, 5 y 2.

El coeficiente k presenta los valores más altos cuando el perímetro del lingote que se está haciendo crecer es largo.

La anchura de la sección central de cada pared del crisol de refrigeración está entre 1/6 y 1 de la dimensión del lado de la cámara de fusión.

En el proceso de fusión y moldeo por colada de silicio mediante fusión por inducción en el fondo del crisol refrigerado con paredes móviles diseñadas como secciones verticales, refrigeradas por agua, de material eléctrica y térmicamente conductor, el menisco formado por parte de la masa fundida es obligado a resaltar por fuerzas electromagnéticas de la superficie interna del crisol y queda equilibrado por su presión hidrostática. Con un suministro continuo del material de partida, el equilibrio se rompe y el nivel inferior del menisco se derrama periódicamente hacia la superficie interna del crisol refrigerado en donde la masa fundida cristaliza y, sobre el perímetro del crisol refrigerado, se forma un acrecimiento de las paredes que sustenta la masa fundida de silicio y evita su contacto con el crisol.

A medida que el proceso de fusión avanza y el lingote se mueve hacia abajo, el acrecimiento de las paredes se hace más grueso. La temperatura de la superficie exterior del acrecimiento de las paredes que se apoya en el crisol, es inferior al punto de fusión del silicio y depende de su conductividad térmica y de la transferencia de calor a las paredes del crisol, mientras que la superficie interna del acrecimiento de las paredes tiene una temperatura igual al punto de fusión del silicio. El acrecimiento de las paredes así formado tiene un gradiente de temperatura tanto en la sección transversal como en la altura del baño de la masa fundida.

En la producción de lingotes de silicio multicristalino mediante fusión por inducción, los derrames de masa fundida en el intersticio entre el acrecimiento de las paredes y el crisol refrigerado son debidos a varios factores.

Uno de los factores está asociado al gradiente transversal de temperatura que cruza el acrecimiento de las paredes.

Debido al gradiente de temperatura, se produce una contracción térmica del acrecimiento de las paredes. Además, a temperaturas entre 900ºC y 1.050ºC, que son mayores que el punto de fluidez del silicio, el acrecimiento de las paredes experimenta deformación plástica. La magnitud de la contracción térmica del acrecimiento de las paredes depende del gradiente de temperatura y del tamaño y la forma de la cámara de fusión formada por el crisol refrigerado. Cualquier exceso de contracción térmica por encima del valor permitido conduce a una refrigeración inadecuada del acrecimiento de las paredes, a su sobrecalentamiento, a fusión y a derrames en el intersticio entre el acrecimiento de las paredes y la pared interna del crisol refrigerado.

Otro factor que conduce a derrames de silicio en el intersticio entre el acrecimiento de las paredes y la pared interna del crisol refrigerado se encuentra en la rotura del acrecimiento de las paredes cuando el mismo se agarra a las paredes internas del crisol refrigerado. El silicio líquido no moja el interior de las paredes del crisol refrigerado y no se pega a las paredes cuando no hay defectos en su superficie. Los defectos principales en la superficie de las paredes internas del crisol... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Aparato para producir lingotes de silicio multicristalino por medio del método de inducción, que comprende una

caja (1) , la cual incluye medios (3) para el calentamiento inicial de silicio, un crisol refrigerado (4) envuelto por un

5 inductor (5) y que tiene un fondo movible (7) y cuatro paredes (12, 13, 14, 15) que constan de secciones (8, 9)

separadas entre sí por ranuras (10) que se extienden verticalmente, medios (11) para mover el fondo movible, y un

compartimento (6) de refrigeración controlada, dispuesto debajo del crisol refrigerado, en donde su cara interior

define una cámara de fusión de sección transversal rectangular o cuadrada y las paredes del crisol refrigerado se

extienden hacia fuera por lo menos desde el inductor en dirección a la porción más baja del crisol refrigerado para

10 así expandir la cámara de fusión, caracterizado porque cada pared del crisol refrigerado tiene una sección central

que proporciona la ausencia de una ranura que se extiende verticalmente en la parte central de un lado de la

cámara de fusión, y el ángulo ! de expansión de la cámara de fusión queda definido por la ecuación

15 = arctg

 

Patentes similares o relacionadas:

Procedimiento de purificación del silicio, del 6 de Noviembre de 2019, de COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES: Procedimiento de purificación del silicio que comprende por lo menos las etapas que consisten en: a) disponer de un recipiente que comprende […]

Procedimiento y dispositivo de tratamiento de la superficie libre de un material, del 9 de Octubre de 2019, de COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES: Procedimiento de tratamiento de una superficie libre de un material, que comprende una etapa (E1) de emisión de al menos un primer flujo gaseoso (QL1pur-QL4pur y QCpur), una […]

Imagen de 'Crisol reutilizable para la fabricación de material cristalino'Crisol reutilizable para la fabricación de material cristalino, del 24 de Julio de 2019, de COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES: Crisol para la fabricación de un lingote de silicio por solidificación que comporta un fondo y paredes laterales formadas al menos […]

Procedimiento para el crecimiento de monocristales de la fase beta de óxido de galio (beta-Ga2O3) a partir de la masa fundida contenida dentro de un crisol metálico controlando la presión parcial de O2, del 26 de Junio de 2019, de FORSCHUNGSVERBUND BERLIN E.V.: Procedimiento para el crecimiento de monocristales de la fase beta de óxido de galio (b-Ga2O3) a partir de la masa fundida contenida en un crisol metálico, que comprende […]

Crisol para la solidificación direccional de silicio multicristalino o casi-monocristalino por recogida de gérmenes, del 13 de Mayo de 2019, de COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES: Crisol para la solidificación direccional de un lingote de silicio, comprendiendo dicho crisol un molde destinado a recibir silicio en fusión, y un elemento […]

Rellenado secuencial de molde, del 5 de Marzo de 2019, de HOWMET CORPORATION: Un método de fundición de aleación o metal líquido, que comprende suministrar una masa fundida de aleación o metal a una pluralidad de moldes que se conectan […]

Imagen de 'Método y aparato para refinar un material fundido'Método y aparato para refinar un material fundido, del 20 de Febrero de 2019, de REC Solar Norway AS: Un método de refinado y solidificación direccional de silicio para formar un lingote de silicio , que comprende las etapas de: formar una masa fundida del […]

Procedimientos de fabricación de cuerpos semiconductores delgados a partir de material fundido, del 10 de Septiembre de 2018, de 1366 Technologies Inc: Procedimiento de fabricación de un cuerpo semiconductor, comprendiendo el procedimiento las etapas de: a. proporcionar un material semiconductor […]

Utilizamos cookies para mejorar nuestros servicios y mostrarle publicidad relevante. Si continua navegando, consideramos que acepta su uso. Puede obtener más información aquí. .