Cinta de carbono destinada a recibir una capa de un material semiconductor.

Cinta de carbono (16') que comprende dos caras (20, 22) y dos extremos longitudinales (34,

36), comprendiendo al menos una de las caras de la cinta (16') una parte central (20a, 22a) situada entre los dos extremos longitudinales 34, 36) y destinada a recibir el deposito de una capa de un material semiconductor (30, 32), caracterizada por que comprende además, en al menos una de sus caras (20, 22), al menos una ranura longitudinal (17) situada entre uno de dichos extremos (34, 36) y la parte central (20a, 22a), y por que la ranura longitudinal (17) está conformada de manera que, cuando la capa de dicho material semiconductor es depositada, dicho material semiconductor (30, 32) que rellena dicha ranura (17) forma una protuberancia (31) adyacente a uno de los extremos longitudinales (34, 36) de una de las caras (20, 22) de la cinta de carbono.

Cinta de carbono destinada a recibir una capa de un material semiconductor

La presente invención se refiere a una cinta de carbono destinada a recibir una capa de un material semiconductor sobre al menos una de sus caras, a un procedimiento de realización de dicha cinta de carbono así como a un procedimiento para depositar una capa de un material semiconductor sobre al menos una de las caras de la cinta de carbono.

Las células fotovoltaicas comprenden unas placas delgadas de un material semiconductor, siendo el más utilizado actualmente el silicio policristalino.

La invención se aplica muy particularmente al estirado de cintas de silicio destinadas a la fabricación de células fotovoltaicas, por lo tanto, la descripción siguiente se refiere al silicio, entendiéndose que la invención se aplica también a otros materiales semiconductores tales como el germanio y los compuestos semiconductores de tipo III-V de la familia GaAs con fusión congruente o casi-congruente. Las placas de silicio se obtienen preferentemente a partir de una capa de silicio, que forma una película, depositada sobre un sustrato de carbono por estirado de este sustrato a través de un baño de silicio fundido. El sustrato tiene la forma de una cinta.

La figura 1 ilustra de manera general el procedimiento de la técnica anterior, designada por procedimiento RST (por Cinta sobre Sustrato Temporal) . Un crisol 10, equipado de medios de calentamiento (no representados) , contiene un baño 12 de silicio fundido, en forma líquida. El fondo del crisol está provisto de una ranura 14. Con la ayuda de medios de estirado no representados, se estira una cinta de carbono 16 de bajo grosor (del orden de 200 a 350 !m) sustancialmente de forma vertical, desde abajo hacia arriba en el sentido de la flecha 18, en el baño 12 de silicio a velocidad sustancialmente constante. Las dos caras 20 y 22 de la cinta se han recubierto inicialmente de una capa de carbono pirolítico 24 de bajo grosor (aproximadamente 1 a 5 !m) . El silicio fundido moja las dos caras 20 y 22 de la cinta y se forma un menisco 26 de silicio líquido sobre cada cara de la cinta con una línea de unión sólido-líquido 28 situada a aproximadamente 6, 8 mm de la superficie del baño en la parte central de la cinta. Se forma entonces una capa delgada de silicio 30-32 sobre cada una de las dos caras 20 y 22 de la cinta de carbono. La forma y las dimensiones de la ranura 14 son adecuadas, por un lado, para dejar penetrar la cinta de carbono 16 en el crisol y, por otro lado, para evitar que un silicio fundido salga a través de dicha ranura. Aunque sea ventajoso obtener simultáneamente dos películas de silicio 30 y 32, una película por cara de cinta, se puede concebir obtener sólo una película impidiendo el depósito de silicio sobre una de las dos caras.

El procedimiento RST está descrito, por ejemplo, en las patentes FR 2 386 359 y 2 561 139.

Este procedimiento de estirado está sin embargo confrontado con el problema de la inestabilidad del menisco de silicio líquido cerca de cada extremo longitudinal (borde) 34-36 de la cinta de carbono 16. En efecto, se ha constatado que la línea de unión sólido-líquido 28 tiende a disminuir de aproximadamente 6, 8 mm a típicamente 2 a 4 mm con respecto a la superficie del baño de silicio sobre los extremos longitudinales de la cinta, sobre una anchura de aproximadamente 5 mm a partir de cada extremo longitudinal. Da como resultado que el grosor de la capa de silicio 30 ó 32 depositada sobre cada cara de la cinta de carbono disminuye hacia los extremos longitudinales 34 y 36 hasta alcanzar un valor prácticamente nulo.

La figura 2 ilustra esquemáticamente el adelgazamiento progresivo sobre los extremos longitudinales de las capas de semi-conductor obtenidas por el procedimiento de la técnica anterior representado en la figura 1. La sección de la cinta de carbono 16, representada en sección transversal y sin las capas 24 de carbono pirolítico (o pirocarbono) , tiene sustancialmente una forma rectangular. Las dos capas de semi-conductor 30 y 32 se han depositado simultáneamente sobre las dos caras 20 y 22 respectivamente de la cinta. En las zonas 38-40 y 42-44 adyacentes a los dos extremos longitudinales respectivamente 34 y 36 de la cinta, el grosor de las capas disminuye progresivamente, en una distancia típicamente del orden de 5 mm. Las películas de semiconductor así fabricadas son por lo tanto particularmente frágiles en los bordes. Además, aparece una nucleación de los granos de pequeñas dimensiones que se propagan en las partes laterales de la película, lo que tiene por efecto disminuir los rendimientos fotovoltaicos de la película de silicio.

En las patentes FR2 568 490 y 2 550 965 se han propuesto unas soluciones a este problema. Estas soluciones consisten en subir el nivel de la línea sólido-líquido sobre los extremos longitudinales de la cinta de carbono con la ayuda de medios exteriores colocados cerca de los extremos longitudinales de la cinta. Así, la primera patente citada utiliza unas plaquetas que elevan localmente por capilaridad el nivel del baño de silicio fundido y la segunda patente citada propone colocar una tolva enfrente de cada borde de la cinta de silicio, también para subir localmente el nivel del baño de silicio fundido. Estas soluciones complican la fabricación del armazón de estirado y la operación de estirado en sí.

En el documento FR 2 887 262 se aporta otra solución, que no utiliza medios exteriores. Consiste en adaptar la forma de los extremos longitudinales de la cinta de carbono utilizados como soporte temporal de las capas de semiconductor, a fin de aumentar el grosor de las capas de semiconductor depositado sobre los extremos longitudinales. Los extremos longitudinales de la cinta de carbono son moldeados por repujado en continuo con la ayuda de medios mecánicos a fin de formar unos alerones.

Una vez formados así los extremos longitudinales, la cinta de carbono está clásicamente enrollada sobre sí misma alrededor de un soporte de tipo bobina, para poder ser utilizada fácilmente durante etapas ulteriores, tales como el depósito de una capa de carbono pirolítico o el estirado de la cinta a través del baño del material semiconductor fundido.

Más particularmente, este enrollamiento se efectúa simultáneamente con una película de inserción recuperable, siendo esta película de inserción indispensable para no aplastar el alerón durante dicho enrollado. Durante el desenrollado de la cinta de carbono, la película de inserción debe después ser separada de la cinta de carbono y se recupera para una nueva utilización.

Se puede señalar, por ejemplo, que es necesario prever el co-enrollado de la cinta de carbono con dicha película de inserción para su colocación sobre una bobina, la recuperación de la película antes de la etapa de depósito del carbono pirolítico sobre la cinta de carbono, el co-enrollado de la película de inserción después de la etapa de depósito de carbono pirolítico, o la recuperación del inserto antes de la etapa de depósito del material semiconductor.

Sin embargo, cada una de estas operaciones en presencia de la película de inserción, hacen las secuencias de enrollado y desenrollado de la cinta de carbono más complejas de realizar y necesita la gestión de numerosos parámetros.

El objetivo de la presente invención es paliar los inconvenientes de las técnicas anteriores proponiendo, en particular, una cinta de carbono que permite fabricar una capa de un material semiconductor no fragilizada en los extremos longitudinales de la cinta de carbono, y facilitar al mismo tiempo las operaciones de enrollado y desenrollado de la cinta de carbono.

La presente invención tiene por objeto una cinta de carbono que comprende dos caras (longitudinales) y dos extremos longitudinales, al menos una de las caras de la cinta comprende una parte central situada entre los dos extremos longitudinales y destinadas a recibir el depósito de una capa de material semiconductor, caracterizado por que comprende, además, sobre al menos una de sus caras, al menos una ranura longitudinal situada entre uno de dichos extremos y la parte central, y por que la ranura longitudinal está conformada de manera que, cuando la capa de dicho material semiconductor está depositada, dicho material semiconductor que rellena dicha ranura forma una protuberancia adyacente a uno de los extremos longitudinales de una de las caras de la cinta de carbono.

Así, la o las ranuras longitudinales de la cinta de carbono según la invención permiten ventajosamente modificar la forma de la superficie de humectación del material semiconductor fundido una vez rellenas la o las ranuras de dicho material, con el objetivo de aumentar el grosor de la capa... [Seguir leyendo]

1. Cinta de carbono (16') que comprende dos caras (20, 22) y dos extremos longitudinales (34, 36) , comprendiendo al menos una de las caras de la cinta (16') una parte central (20a, 22a) situada entre los dos extremos longitudinales 34, 36) y destinada a recibir el deposito de una capa de un material semiconductor (30, 32) , caracterizada por que comprende además, en al menos una de sus caras (20, 22) , al menos una ranura longitudinal (17) situada entre uno de dichos extremos (34, 36) y la parte central (20a, 22a) , y por que la ranura longitudinal (17) está conformada de manera que, cuando la capa de dicho material semiconductor es depositada, dicho material semiconductor (30, 32) que rellena dicha ranura (17) forma una protuberancia (31) adyacente a uno de los extremos longitudinales (34, 36) de una de las caras (20, 22) de la cinta de carbono.

2. Cinta de carbono según la reivindicación 1, caracterizada por que dicha ranura longitudinal está compuesta de una porción (171) que forma el fondo de la ranura rodeada por dos porciones sensiblemente rectilíneas inclinadas (172, 173) con respecto a la cara (20, 22) de la cinta de carbono que comprende dicha ranura.

3. Cinta de carbono según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por que comprende, en al menos una de sus caras (20, 22) , dos ranuras longitudinales (17) situadas entre los dos extremos longitudinales (34, 36) de la cinta.

4. Cinta de carbono según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende, sobre cada una de sus caras (20, 22) , dos ranuras longitudinales (17) situadas entre los dos extremos longitudinales (34, 36) de la cinta.

5. Cinta de carbono según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que cada una de las caras (20, 22) de la cinta de carbono comprende una parte longitudinal (20b, 20c, 22b, 22c) a nivel de cada extremo longitudinal (34, 36) , no estando esta parte longitudinal destinada a recibir el depósito de una capa de un material semiconductor.

6. Cinta de carbono según la reivindicación 5, caracterizada por que las dos porciones rectilíneas inclinadas (172, 173) de la ranura longitudinal están unidas respectivamente a una de las partes longitudinales (20b, 20c, 22b, 22c) y a la parte central (20a, 22a) por unas zonas curvas.

7. Cinta de carbono según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que las dos porciones rectilíneas inclinadas (172, 173) de la ranura longitudinal están unidas a la porción rectilínea (171) que forma el fondo de la ranura por unas zonas curvas.

8. Cinta de carbono según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la porción rectilínea

(171) que forma el fondo de la ranura es sustancialmente paralela a una de las caras (20, 22) de la cinta de carbono.

9. Cinta de carbono según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizada por que, en sección transversal, el ángulo ∀1, formado entre la parte longitudinal (20b, 20c; 22b, 22c) y la porción sustancialmente rectilínea inclinada (172) más próxima al extremo longitudinal (34, 36) , está definida tal que 90º<∀1<180º, preferentemente tal que 120º<∀1<160º.

10. Cinta de carbono según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizada por que, en sección transversal, el ángulo #1, formado entre la parte central (20a, 22a) de la cinta y la porción sustancialmente rectilínea inclinada (173) más próxima al extremo longitudinal (20a, 22a) , está definida tal que 90º<#1<180º, preferentemente tal que 120º<#1<160º.

11. Cinta de carbono según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la anchura (l1) de la cinta (17) es de como máximo 1 mm.

12. Cinta de carbono según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la anchura (12) de la parte longitudinal (20b, 20, 22b, 22c) del extremo longitudinal es de al menos 50 !m.

13. Cinta de carbono según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la profundidad (p) de la ranura longitudinal es de al menos 50 !m.

14. Procedimiento de conformación de la cinta de carbono tal como se ha definido en las reivindicaciones 1 a 13, que comprende la etapa que consiste en formar al menos dicha ranura longitudinal en el grosor de la cinta de carbono.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado por que dicha ranura está formada por laminado o por extrusión.

16. Procedimiento para depositar una capa de un material semiconductor sobre al menos una de las caras de la cinta de carbono tal como se ha definido en las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que el procedimiento comprende la etapa que consiste en:

i. estirar progresivamente la cinta de carbono (16') , atravesando en el sentido de su longitud la superficie horizontal de equilibrio de un baño (12) del material semiconductor fundido, el cual se deposita por humectación sobre dicha cara a medida que se estira la cinta de carbono (16') .

17. Procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado por que comprende además la etapa que consiste en depositar una capa de carbono pirolítico sobre dicha cinta (16') , siendo esta etapa realizada previamente a la etapa i de estirado de la cinta.

18. Procedimiento según la reivindicación 16 ó 17, caracterizado por que comprende además, después de la etapa i, las etapas que consisten en:

ii. opcionalmente, recortar los extremos de la o de las capas de materiales semiconductor (30, 32) en su extremo 10 longitudinal a nivel de su protuberancia, y

iii. eliminar la cinta de carbono (16') .