PROCEDIMIENTO PARA TRANSPORTAR PARTICULAS SOLIDAS DE SILICIO.

Procedimiento para el transporte de partículas sólidas de silicio,

de geometría irregular, hasta una fusión de silicio, a partir de la cual se fabrica silicio sólido por medio de una cristalización, aportándose a las partículas sólidas de silicio, de geometría irregular, tal como material de silicio quebrado, a modo de primeras partículas sólidas, unas segundas partículas sólidas, que están constituidas por silicio o que lo contiene, de geometría regular, tal como una geometría esférica o una geometría elipsoide, para el transporte por medio de un fluido a través de, al menos, un tubo o de un sistema tubular, que presenta una curvatura o varias curvaturas y/o que presente un codo o varios codos

Procedimiento para transportar partículas sólidas de silicio.

La invención se refiere a un procedimiento para llevar a cabo el transporte de partículas sólidas de silicio de geometría irregular hasta una fusión de silicio, a partir de la cual se prepara silicio sólido por medio de una cristalización.

En la técnica de los semiconductores son utilizados monocristales de silicio a modo de substrato para elementos componentes micromecánicos o dichos monocristales de silicio son utilizados para células solares. Para la obtención de los monocristales de silicio son empleados, de manera preponderante, el procedimiento Czochralski o la técnica de la zona en flotación (Float Zone). Ocasionalmente es empleado, también, el procedimiento vertical de Bridgeman o son empleadas técnicas de crecimiento a partir de una solución metálica, como la que es empleada en la epitaxia en fase líquida.

En la fabricación de células solares, el silicio es fabricado en forma de bloques gruesos según diversos procedimientos para llevar a cabo la cristalización en bloque. En este caso, se forman bloques de silicio de cristales groseros por medio de un simple enfriamiento o por medio de una solidificación orientada de la fusión, cuyos bloques tienen un tamaño de grano situado en el intervalo comprendido entre 1 mm y algunos centímetros.

De igual modo, es conocido dejar que se cristalice silicio directamente, a partir de una fase líquida en fusión, en forma de un disco con un espesor regulado de manera definida. Estos procedimientos están constituidos por los procedimientos denominados de crecimiento en banda, a los cuales pertenecen el "Edge-Defined Film-fed Growth" de la firma RWE Schott Solar GmbH, el procedimiento lineal de crecimiento en banda "Continous String Ribbon Growth" de la firma Evergreen Solar Inc. así como el procedimiento "Ribbon Growth on Substrates" de la firma Bayer AG.

En el caso del procedimiento de crecimiento en banda es importante la carga con material de partida de los crisoles denominados de crecimiento de los cristales, con el fin de poder someter a crecimiento de manera reproducible los discos de silicio a partir de la fusión de silicio que está presente en el crisol. En las instalaciones de construcción tradicional son cargados a mano con granos de granulado los correspondientes crisoles de crecimiento de los cristales, cuyos granos de granulado tienen un tamaño de varios centímetros, que son denominados poli-silicio. Este poli-silicio presenta un elevado grado de pureza. De este modo, cuando se reutilice el silicio, que presente una pureza menor y, ante todo, cuando se utilice para la fabricación de células solares, debido al menor precio del material, son reutilizados trozos tal como paneles reciclados, cristales defectuosos o recortes procedentes de un aserrado tales como cabezas y colas así como trozos laterales y marginales de cristales o de recortes de material de colada en bloque, de barras de poli-silicio defectuosas o similares, fabricados según el procedimiento de Czochralski o según el procedimiento de la técnica de la zona en flotación (Float-Zone).

Se conocen procedimientos continuos, en los cuales se alimenta el material de partida cristalino en forma sólida o líquida al crisol de fusión, mientras que se lleva a cabo el crecimiento de los cristales, ante todo en el caso del procedimiento de Czochralski y en el caso del procedimiento Edge-Defined Film-fed Growth. Desde luego, precisamente el procedimiento, que ha sido citado en último lugar, requiere el aporte continuo de pequeñas partículas cristalinas con un tamaño del orden de magnitud de algunos milímetros, que tienen que ser aportadas a la fusión, durante el proceso de cristalización, en la cuantía en que es retirado el material de la fusión por el cristal en crecimiento.

De conformidad con el estado de la técnica, se utilizan partículas esféricas de silicio, que son separadas a elevadas temperaturas a partir de un lecho fluidificado por medio de una separación en fase gaseosa de silano, a una temperatura comprendida entre 600ºC y 900ºC, o de triclorosilano, a una temperatura comprendida entre 1.000ºC y 1.300ºC, en hidrógeno reductor. En la actualidad pueden ser suministradas a mayor escala las partículas, que son separadas a partir del silano. Sin embargo, estas partículas son muy caras debido a las elevadas exigencias de pureza por parte de la industria de los semiconductores.

En el caso del relleno en continuo del crisol de crecimiento de los cristales se presenta el inconveniente de que se dificulta el acceso al crisol de crecimiento de los cristales - que puede denominarse también crisol de fusión - como consecuencia del apantallado térmico necesario. Por lo tanto, se requieren técnicas de transporte especiales en un sistema tubular especial. En este caso, se alimentan al crisol, según el estado de la técnica, partículas esféricas de tamaño definido a través de canalones, o por medio de la fuerza de la gravedad, por medio de una corriente gaseosa en un tubo.

En la publicación US-A-4,016,894 puede verse un procedimiento para la reducción de la pérdida de presión de un fluido en circulación, según el cual se alimenta una mezcla constituida por polvo higroscópico y por polvo hidrófugo. Como material entra en consideración una mezcla constituida por dióxido de silicio y óxido de polietileno o por dióxido de silicio y poliacrilamida.

Se conoce por la publicación US-A-5,683,503 un procedimiento para el transporte de pasta de hormigón, aportándose aditivos para mejorar el transporte. En este caso puede tratarse de carbonato de sodio, de óxido de polietileno, de hidroxietilcelulosa o de carboximetilcelulosa.

La publicación EP-A 1 245 703 se refiere a un procedimiento para la obtención de un material compuesto con una matriz que contiene SiO₂, en la que está incrustada un granulado de vidrio de cuarzo.

Se conoce por la publicación GB-A-1 406 650 un procedimiento, según el cual se transportan por medio de un gas fibras de polietileno con grumos de polietileno.

La publicación WO-A-87/01362 describe un procedimiento, según el cual se transporta carbón grueso mezclado con partículas de polvo, tal como carbón en polvo, con ayuda de dióxido de carbono líquido.

De conformidad con la publicación WO-A-90/14450 se conducen partículas de silicio desde un silo de almacenamiento, por medio de la fuerza de la gravedad, hasta un depósito, desde cuyo depósito se lleva a cabo un transporte adicional. por medio de una corriente gaseosa a través de un tubo que discurre verticalmente, hasta una fusión de silicio. Las partículas de silicio presentan una forma globular y tienen aproximadamente la misma masa y el mismo volumen. Se desprende de la publicación WO-A-91/05723 una forma de proceder con el mismo principio.

En la publicación WO-A-86/06764 se propone, para llevar a cabo el crecimiento de un monocristal de silicio, alimentar esferas de silicio procedentes de, al menos, dos silos de almacenamiento, a una fusión, a partir de la cual se lleva a cabo el crecimiento del monocristal, estando dopadas de manera diferente las partículas de silicio en los silos de almacenamiento individuales.

De conformidad con la publicación US-A-5,242,531 se hacen crecer cristales de silicio según el procedimiento de Czochralski, alimentándose material de partida de silicio a una fusión, por medio de la fuerza de la gravedad.

De conformidad con la publicación US-A-6,090,199 se alimenta granulado a una fusión por medio de una cinta transportadora para llevar a cabo el crecimiento de cristales procedentes de materiales semiconductores, cuyo granulado se dispone previamente sobre la cinta transportadora por medio de una tolva.

La presente invención tiene como fundamento el problema de desarrollar un procedimiento del tipo citado al principio de tal manera, que puedan transportarse hasta una fusión de silicio incluso trozos u otras partículas de material sólido, que presenten una geometría irregular, en la cuantía deseada perfectamente dosificada sin que se produzca el peligro de que las partículas permanezcan retenidas en el tubo o bien en el sistema tubular que conduce las partículas y que, por lo tanto, puedan conducir a obstrucciones.

Para resolver el problema se propone un procedimiento para transportar partículas sólidas de silicio de geometría irregular hasta una fusión de silicio, a partir de la cual se fabrica silicio sólido por medio de una cristalización, aportándose a las partículas sólidas de silicio de geometría irregular,...

1. Procedimiento para el transporte de partículas sólidas de silicio, de geometría irregular, hasta una fusión de silicio, a partir de la cual se fabrica silicio sólido por medio de una cristalización, aportándose a las partículas sólidas de silicio, de geometría irregular, tal como material de silicio quebrado, a modo de primeras partículas sólidas, unas segundas partículas sólidas, que están constituidas por silicio o que lo contiene, de geometría regular, tal como una geometría esférica o una geometría elipsoide, para el transporte por medio de un fluido a través de, al menos, un tubo o de un sistema tubular, que presenta una curvatura o varias curvaturas y/o que presente un codo o varios codos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la proporción de las primeras partículas sólidas está comprendida entre aproximadamente un 1% y aproximadamente un 50% de la cantidad total de las primeras y segundas partículas sólidas.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las partículas sólidas son transportadas por medio de paquetes fluidos, alimentándose de manera especial el fluido al tubo o bien al sistema tubular de manera pulsada a intervalos de tiempo regulares o irregulares.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las primeras partículas sólidas presentan una forma alargada con una anchura B y una longitud L con una relación entre la longitud y la anchura de L : B con un valor aproximado = 3.

5. Procedimiento según al menos la reivindicación 4, caracterizado porque la longitud L de las primeras partículas sólidas es, como máximo, el radio del tubo.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como material de silicio quebrado se emplean trozos de barras de poli-silicio CVD, trozos de bloques multicristalinos, trozos y/o piezas extremas de monocristales de silicio, trozos de paneles monocristalinos y/o multicristalinos.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el silicio fundido es dopado por medio de elementos de dopaje que están presentes en las primeras partículas de material sólido, empleándose de manera especial como elemento de dopaje el boro, el fósforo, los elementos del grupo III y/o del grupo V del Sistema Periódico.

8. Procedimiento según al menos la reivindicación 7, caracterizado porque las primeras partículas de material sólido altamente dopadas con el dopaje p⁺₁, p⁺₂, ..., p⁺_n con la concentración de dopaje p⁺_i con 1 x 10¹⁷ cm^-3 = p⁺_i = 1 x 10²⁰ cm^-3, especialmente con p⁺_i: 1 x 10¹⁸ cm^-3 = p⁺_i = 1 x 10¹⁹ cm^-3, en las cantidades m⁺_l hasta m⁺_n se mezclan junto con segundas partículas de material sólido menos dopadas con concentraciones p₁, p₂, ..., p_m con la concentración de dopaje p_j con 1 x 10¹³ cm^-3 = p_j = 1 x 10¹⁷ cm^-3, especialmente con p_j: 1 x 10¹⁴ cm^-3 = p_j = 1 x 10¹⁶ cm^-3, en las cantidades m_l hasta m_m, de tal manera que se produzca un dopaje resultante de la fusión p_r, cumpliéndose la ecuación:

9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las partículas de material sólido son aceleradas en una o en varias secciones del tubo o del sistema tubular, al menos único.

10. Procedimiento para la obtención de silicio sólido por medio de la cristalización del silicio a partir de una fusión de silicio, aportándose material sólido a la fusión de silicio constituida por silicio o que lo contenga, de acuerdo con el silicio cristalizado retirado a partir de la fusión de silicio que está presente en un recipiente, caracterizado porque el material sólido está constituido por primeras partículas de material sólido y por segundas partículas de material sólido o al menos las contiene, porque las primeras partículas de material sólido están constituidas por material de silicio quebrado y las segundas partículas de material sólido presentan una geometría esférica o elipsoide y porque el material sólido es transportado por medio de un fluido.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque el material sólido es transportado a través de un tubo, que atraviesa a la fusión en su centro o que está rodeado concéntricamente por la misma, porque las partículas de material sólido sufren una desviación en el sentido dirigido hacia el recipiente por medio de un elemento deflector que está dispuesto por encima del tubo, que presenta una geometría en forma de cono y porque las partículas de material sólido son conducidas hasta la fusión a través de un elemento de repulsión que discurre en la zona de la fusión que rodea al tubo por el lado del borde externo, que presenta una geometría en forma de sección de casquete esférico.

12. Procedimiento según la reivindicación 1 o 10, caracterizado porque como fluido se emplea un gas constituido por aire a presión, por nitrógeno, por argón y/o por dióxido de carbono o por una mezcla de estos.

13. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque los discos de silicio se fabrican según el procedimiento de crecimiento en banda Edge-Defined Film-fed Growth.

14. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque el elemento deflector, que presenta una geometría en forma de cono, y el elemento de repulsión están ajustados en cuanto a su geometría a la morfología y a la relación de mezcla de las partículas de material sólido.

15. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque la temperatura del elemento de repulsión y/o del elemento deflector se ajusta en el intervalo comprendido entre 300ºC y 1.200ºC, de manera preferente comprendido entre 1.000ºC y 1.120ºC.

16. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque el elemento deflector, que presenta una geometría en forma de cono, presenta un ángulo de apertura a preferentemente con un valor 30º = a = 60º, siendo a especialmente de 45º aproximadamente, y en su base presenta un diámetro d y el elemento de repulsión presenta en su base un diámetro D, cumpliéndose la relación 0,2 = d/D = 0,8.