Brevet FR2529189A1 — publié le 19831230

Procédé de fabrication d'une bande de silicium polycristallin La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une bande de silicium polycristallin. On sait qu'il est possible d'obtenir des plaquettes de silicium polycristallin destinées à la réalisation de photopiles par sciage de lingots de silicium Cette technologie est longue et onéreuse, et nécessite l'utilisation d'une épaisseur de silicium très supérieure à l'épaisseur requise pour la conversion photovoltaique. Par le brevet français publié sous le numéro 2 386 359, on connaît un procédé qui consiste à faire circuler verticalement un ruban de carbone dans un bain de silicium fondu On obtient ainsi une bande, facile à découper, comprenant un support de carbone recouvert, sur ses deux faces, de silicium polycristallin Cette bande permet la réalisation de plaquettes dans lesquelles le support de carbone reste en place, en vue de la fabrication de ph;otopiles solaires. Mais ces plaquettes ont un rendement photoélectrique qui peut être limité par les caractéristiques du contact électrique entre le silicium et le support de carbone De plus elles conduisent à une technologie de réalisation de photopiles très spéciale, compte tenu de la présence du support de carbones La présente invention a pour but de réaliser une bande mince, sans support, constituée uniquement de silicium polycristallin. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une bande de silicium polycristallin, dans lequel un ruban de carbone est revêtu de silicium polycristallin caractérisé en ce que le revêtement consiste à déplacer le ruban de carbone dans le sens de sa rongeur, de façon continue, dans un plan sensiblement horizontal, de manière que ce ruban traverse successivement un premier four et un deuxième four, sous atmosphère neutre, la traversée du premier four provoquant un échauffement du ruban de carbone à une température sensiblement égale à celle de la fusion de silicium et à déposer du silicium, de façon continue, pendant la traversée du deuxième four, sur la face supérieure du ruban, de manière à former sur cette face une couche d'épaisseur constante, cette couche étant fondue 2 - au contact du ruban, un gradient de température vertical étant établi dans le deuxième four, de sorte que la température diminue de bas en haut du four, ce gradient étant apte à provoquer un refroidissement progressif, de haut en bas, de la couche de silicium déposée, au fur et à mesure de la traversée du deuxième four et qu'il consiste en outre, immédiatement après le revâtement, à la sortie du deuxième four, à br ler la partie du ruban de carbone su Ppor- tant la couehe de silicium déposée, cette couche constituant ladite bande de silicium polycristallin. Des modes particuliers de mise en oeuvre du procédé selon l'invention sont décrits ci-dessous, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente schématiquement une chaîne de fabrication de bandes de silicium et la figure 2 est un schéma montrant comment s'opère la cristallisa- tion progressive du silicium déposé dans une étape du procédé. Sur la figure 1, un rouleau 1 formé d'un ruban de carbone est disposé coaxialement dans une cassette cylindrique 2 placée horizonta- lement Ce ruban est constitué essentiellement de graphite recouvert superficiellement de pyrocarbone lamellaire non réactif avec le silicium fondu L'extrémité du ruban de carbone 4 sort d'une ouverture latérale 3 de la cassette 2 Cette extrémité est déplacée horizonta- lement de façon continue dans le sens de sa longueur de façon à dérouler le rouleau 1, par exemple -à l'aide d'un tapis roulant non représenté Le ruban 4 passe à travers un tube de quartz 5 à section rectangulaire dans lequel sont ménagés plusieurs postes de travail successifs C'est ainsi que le ruban 4 traverse d'abord un premier poste dans lequel un enroulement électrique 6 est disposé autour du tube 5 pour constituer un four de préchauffage 7 Celui-ci est parcouru par un flux de gaz neutre tel que l'argon, injecté dans le four 7 à partir de la cassette 2 suivant la direction 8 Dans le four 7 le ruban 4 est porté à une température sensiblement égale à celle de la fusion du silicium. Le ruban 4 traverse ensuite un deuxième poste constitué par un four 9 dans lequel des résistances électriques sont disposées autour 29189 3- du tube, les spires de ces résistances étant inégalement réparties entre le haut et le bas du four On obtient ainsi un gradient de température vertical, la température diminuant du bas en haut du four 9 Bien entendu, le flux de gaz neutre ayant parcouru le volume interne du four 7, traverse également le four 9 Dans un autre mode de mise en oeuvre du procédé, il serait possible de répartir également les spires de chauffage en haut et en bas du four 9 et d'injecter un flux d'argon refroidi dans la partie supérieure du four 9, pour obtenir le gradient de température désiré. Dans la cloison supérieure du four 9 est encastrée une gouttière 10 dans laquelle on verse suivant la flèche 11 du silicium fondu liquide Le silicium 12 sortant de la gouttière 10 se dépose sur la face supérieure du ruban 4 et se refroidit progressivement de manière à former une couche de silicium cristallisé 13 d'épaisseur constante, au fur et à mesure de la traversée du four 9. La figure 2 permet de mieux comprendre comment s'effectue la cristallisation progressive de la couche 13 Le gradient de température dans le four est tel que le plan de jonction 14 entre le silicium cristallisé 13 et liquide 12 est incliné d'un angle "A" par rapport au plan du ruban 4, dans le sens indiqué par la figure Le plan 14 progresse, dans le sens de la flèche 15, à une vitesse "v"', liée à la vitesse de tirage "u" du ruban par la relation suivante v = u sin A La vitesse de cristallisation 22 au niveau de la surface supérieure de la couche 13 est égale, en sens inverse, à la vitesse de tirage u L'angle A est relativement faibles de sorte que la vitesse de tirage u peut être très rapide par rapport à la vitesse de croissance v Ceci implique un gradient de température dans le sens de la flèche 16, avec une extraction de chaleur par la face libre de la couche suivant les flèches 17 Il est à noter que ce gradient de température est très inférieur à celui qui serait nécessaire en tirage vertical, à vitesse de tirage "u" identique Les contraintes thermiques dans la couche sont donc ici plus faibles qu'en tirage vertical. Au lieu de verser du silicium liquide dans une gouttière telle -4- que 10 représentée sur la figure 1, il est également possible, dans un autre mode de mise en oeuvre du procédé, de déposer, sur la face supérieure du ruban 4, du silicium en poudre par des moyens non repré- sentés Dans ce cas, le silicium pulvérulent est fondu dès qu'il touche la face supérieure du ruban La cristallisation s'opère ensuite comme il a été décrit ci-dessus. Afin de faciliter le contrôle du processus de cristallisation, il peut être avantageux d'incliner légèrement le four 9 par rapport au plan horizontal. A e S sortie du four 9, le ruban de carbone, recouvert de la couche ds nilicium 13 traverse un troisième poste comportant aussi des enroulements de chauffage et, de plus, une arrivée d'oxygène traversant la paroi du tube 5 suivant la flèche 18 Ce posée constitue une chambre de combustion 19 dans laquelle la partie du ruban de carbone supportant la couche de silicium déposée est brûlée. A la sortie du four 19, il reste donc une bande de silicium 20 qui est reprise par un autre tapis roulant (non représenté) pour traverser un quatrième poste constitué par un four 21 dans lequel la bande-de silicium subit un refroidissement contr 8 lé. Dans le cas o la bande ainsi obtenue est destinée à la fabrication de photopiles, le dispositif représenté sur la figure 1 peut comporter en outre, après le four 21, un poste de découpage en plaques et un poste de désoxydation de ces plaques, celles-ci étant ensuite transportées vers la chaîne de fabrication des photopiles Le -découpage peut s'effectuer par laser et la désoxydation par un traite- ment réalisé à l'aide d'un plasma. Le procédé décrit ci-dessus présente de nombreux avantages. Il permet d'utiliser la quantité de silicium juste nécessaire pour la réalisation de bandes très minces, d'épaisseur inférieure à 100 microns Il s'agit d'un procédé continu qui s'intègre très faci- lement dans une chaîne de fabrication à vitesse de tirage rapide, supérieure à 0,5 m/mn Il est possible de tirer plusieurs rubans en parallèle dans un même tube de silice à section rectangulaire A titre d'exemple, s'il y a trois rubans en parallèle de largeur 10 cm et que la vitesse de tirage est de 0,5 m/mn, on obtient une capacité de 2 29189 -5-. production par machine de 1500 cm 2/mn. Les bandes de silicium ont des contraintes thermiques et thermo- élastiques très faibles L'étape du brûlage permet d'éliminer la contamination de surface Le produit obtenu présente des grains de grande taille, ce qui le rend compatible d'un rendement photoélec- trique, par exemple supérieur à 11 %. Ce procédé est particulièrement simple et permet de réduire le coût par mètre carré des bandes de silicium. Le procédé selon l'invention peut être appliqué à la réalisation de photopiles ou plus généralement de plaques de silicium polycristallin de grande dimension, par exemple de 20 cm x 20 cm. -6 REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication d'une bande de silicium polycristallin, dans lequel un ruban de carbone est revêtu de silicium polycristallin, caractérisé en ce que le revêtement consiste à déplacer le ruban de carbone ( 4) dans le sens de sa lougeur, de façon continue, dans un plan sensiblement horizontal, de manière que ce ruban traverse successivement un premier four ( 7) et un deuxième four ( 9), sous atmosphère neutre, la traversée du premier four provo- quant un échauffement du ruban de carbone à une température sensiblement égale à celle de la fusion de silicium et à déposer du silicium, de façon continue, pendant la traversée du deuxième four, sur la face supérieure du ruban ( 4), de manière à former sur cette face une couche ( 13) d'épaisseur constante, cette couche étant fondue au contact du ruban, un gradient de température vertical étant établi dans le deuxième four, de sorte que la température diminue de bas en haut du four, ce gradient étant apte à provoquer un refroidissement progressif, de haut en bas, de la couche de silicium déposée, au fur et à mesure de la traversée du deuxième four et qu'il consiste en outre, immédiatement après le revêtement, à la sortie du deuxième four, à brûler la partie du ruban de carbone suppor- tant la couche de silicium déposée, cette couche constituant ladite bande de silicium polycristallin. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le silicium est déposé sous forme de silicium liquide fondu sur la face supérieure du ruban. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le silicium est déposé sous forme d'une poudre sur la face supérieure du ruban. 4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie du ruban de carbone supportant la couche de silicium déposée est brûlée dans une atmosphère d'oxygène. / Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre, après le brûlage, à refroidir progressivement la bande de silicium. 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la traversée du deuxième four, le ruban est légèrement incliné par rapport au plan horizontal.