(57)【要約】本発明は、フォイルキャスティングの原理を使用して金属フォイルを製造するための方法と装置とに関する。この方法は、キャスティングフレームを液体状の金属で充填する工程と、このキャスティングフレームの下部を通るように基体を移動させる工程とを有している。この基体ベルトは、液体状の金属の下面が基体上で結晶して、金属フォイルがキャスティングフレーム側の基部上に形成されるように、キャスティングフレームの下部内の液体状の金属の融点よりも低い温度である。この方法は、金属フォイルの厚さと重量との少なくとも一方を測定する工程と、製造されたフォイルの厚さ並びに/若しくは重量の測定値の関数として、液体状の金属と基体との間の接触面積を調節する工程とにより、特徴付けられている。
2007534600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャスティングフレーム（２）を液体状の金属（４）で充填する工程と、
前記キャスティングフレーム（２）の下部を通るように基体（８）を移動させる工程とを具備し、前記基体（８）は、前記液体状の金属（４）の下層が、この基体（８）上で結晶して、金属フォイル（１６）が、前記キャスティングフレーム（２）側の前記基体（８）上に形成されるように、キャスティングフレーム（２）の下部内の前記液体状の金属（４）の融点よりも低い温度である、フォイルキャスティング原理により金属フォイルを製造するための方法において、
前記金属フォイル（１６）の厚さと重量との少なくとも一方を測定する工程と、
前記厚さと重量との少なくとも一方の測定値の関数として、前記液体状の金属（４）と前記基体（８）との間の接触面積を調節する工程とを具備することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記接触面積は、キャスティングフレーム（２）の下部内の前記液体状の金属（４）の圧力を設定することにより調節される請求項１の方法。
【請求項３】
前記キャスティングフレーム（２）の下部内の圧力は、キャスティングフレーム（２）内の前記液体状の金属（２）のレベルを調節することにより調節される請求項２の方法。
【請求項４】
前記キャスティングフレーム（２）の下部内の圧力は、前記キャスティングフレーム（２）内の雰囲気と、このキャスティングフレーム（２）外の雰囲気との間の圧力差を制御することにより調節される請求項２の方法。
【請求項５】
前記キャスティングフレーム（２）の下部内の圧力は、前記液体状の金属（４）のフローを形成することにより調節される請求項２の方法。
【請求項６】
前記基体（８）の表面粗さは、１ないし１０マイクロメートルの範囲である前記全ての請求項のいずれか１の方法。
【請求項７】
前記液体状の金属（４）は、シリコンである前記全ての請求項のいずれか１の方法。
【請求項８】
前記キャスティングフレーム（２）内の液体状の金属（４）のレベルが測定される前記全ての請求項のいずれか１の方法。
【請求項９】
前記接触面積は、前記液体状の金属（４）と前記基体（８）との間の周囲圧力を変化させることにより調節される請求項１の方法。
【請求項１０】
前記接触面積は、前記液体状の金属（４）と前記基体（８）との間のぬれを変化させることにより調節され、このぬれの変化は、基体の温度、金属の温度、周囲のガス圧力、並びにガス組成物の少なくとも１つを変化させることにより実現される前記全ての請求項のいずれか１の方法。
【請求項１１】
キャスティングフレーム（２）と基体（８）とを具備し、この基体は、少なくとも使用時に、前記キャスティングフレームの下部を通るように移動し、この際、液体状の金属の下層が、前記基体（８）上で結晶して、金属フォイルが、キャスティングフレーム側の前記基体上に形成されるように、前記キャスティングフレームの下部内の液体上の金属の融点よりも低い温度で、フォイルキャスティング原理を使用して金属フォイルを製造するためのフォイルキャスティング装置において、
このフォイルキャスティング装置は、前記金属フォイルの厚さと重量との少なくとも一方を測定するように設計された測定ディバイス（１４，２０）と、前記厚さと重量との少なくとも一方の測定値の関数として、前記液体状の金属と前記基体との間の接触面積を調節するように、前記測定ディバイス（１４，２０）からの測定データを受けるように設計されている装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォイルキャスティングの原理により、金属フォイルを製造するための方法に関する。この方法は、キャスティングフレームを液体状の金属で充填する工程と、このキャスティングフレームの下部を通るように基体を移動させる工程とを有している。この基体は、液体状の金属の下層が基体上で結晶して、金属フォイルがキャスティングフレーム側の基体上に形成されるように、液体状の金属の融点よりも低い温度である。
【背景技術】
【０００２】
このタイプの方法は、とりわけ、キャスティングフレーム内の液体状の金属のレベルが、フロートを用いて測定される方法を開示しているＤＥ１００４７９２９から知られている。このレベルが高くなる程、キャスティングフレームの下部内の圧力は高くなり、この結果、液体状の金属がキャスティングフレーム壁の下から漏れてしまう。この結果、フォイルの上面に塊が形成され、従って、フォイルの品質に重大な悪影響を及ぼす。ＤＥ１００４７９２９Ａ１では、この問題が、製造処理の間のキャスティングフレーム内の金属のレベルを、最大値未満に制御することにより解決されている。フォイルの所望の厚さは、キャスティングフレームの長さ、基体ベルトのスピード、並びに金属と基体ベルトとの間の移行部分の温度差とを最適に設定することにより、得られる。この方法においては、製造処理の間に金属フォイルの厚さを調節する可能性は極めて限られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、製造処理の間に、知られた方法で実現され得るよりも良好に、金属フォイルの厚さを制御し得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、金属フォイルの厚さと重量との少なくとも一方を測定する工程と、接触面積を調節する工程とにより特徴付けられ、序文に説明されたような方法により達成される。
【０００５】
本発明は、金属フォイルの測定された厚さと測定された重量とのフィードバックを含んでいる。従来、このような性質のフィードバックは、基体の温度のような、使用される処理パラメータの変更に十分応答しないため、適切であると考えられていなかった。
【０００６】
知られているように、フォイルの成長速度は、基体から金属に移行する際の熱流束のレベルにより決定される。しかし、この熱流束は、従来、液体状の金属と基体との間の温度差と、金属と基体ベルトとの熱伝導並びに熱容量とにより決定されると考えられていた。しかし、研究によって、基体と金属との間のインターフェースの熱抵抗が、フォイルの成長速度において非常に重要であることが示されている。この熱抵抗は、主に、金属と基体との間の接点により決定される。これら接点以外に、熱伝達は、熱放射により果たされ、接点を介した熱流速よりも、大きさのオーダーで低い。接点の数並びにサイズは、キャスティングフレームの下部内の液体状の金属の圧力、並びに/若しくは金属とのインターフィエースの基部のぬれを変化させることにより、影響され得る。
【０００７】
本発明に従った方法の一実施形態において、キャスティングフレームの下部内の圧力は、キャスティングフレーム内の液体状の金属のレベルを調節することにより調整される。キャスティングフレーム内の液体状の金属のレベルを調節することは、ＤＥ１００４７９２９Ａ１からすでに知られているが、本発明では、製造されたフォイルの測定された厚さ並びに/若しくは重量の関数として果たされる。
【０００８】
他の実施形態において、接触面積は、金属と基体との間の周囲圧力を変化させることにより調節される。周囲圧力の低下により、ガスが含まれることはなく、従って、大きな接触面積をもたらす。
【０００９】
本発明は、また、請求項１１に記載されているように、金属フォイルを製造するための装置に関する。
【００１０】
本発明の更なる効果並びに特徴は、添付図面を参照し、実施形態の説明に基づいて明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に従ったフォイルキャスティング装置の概略的な側面図を示している。金属フォイルを製造するためのこの装置は、液体状の金属が中に注入され得るキャスティングフレーム２を有している。液体状の金属４は、供給ディバイス６により、キャスティングフレーム２中に注入される。このキャスティングフレーム２の下には、キャスティングフレーム２の下部を所定のスピードで移動するように設計された基体ベルト８がある。この目的のために必要とされる駆動ディバイスは、図１に示されていない。さらに、このフォイルキャスティング装置は、キャスティングフレーム中への液体状の金属４のレベルを決定するように設計された制御モジュール１０とレベル計１２とを有している。前記基体ベルト８の温度は、液体状の金属４が、基体ベルト８の表面で結晶するように設定されている。基体ベルト８は、図１の右方向に移動するので、フォイル１６は、キャスティングフレーム２の下流側のところで形成される。このフォイル１６は、下流側でキャスティングフレーム２を上方に押圧しており、この結果、キャスティングフレームは、わずかに傾斜している。前記制御モジュール１０は、キャスティングフレーム２中での液体状の金属４のレベルに関する情報を、レベル計１２から受ける。製造処理の間、液体状の金属４のレベルは、制御されなければ下がる。しかし、レベルの低下状態は、レベル計１２により測定されて、制御モジュール１０に伝送される。この制御モジュール１０は、レベルの情報を用いて、供給ディバイス６を駆動させるように設計されている。この供給ディバイス６は、規定量の液体状の金属をキャスティングフレーム２中に流し得るように設計されている。液体状の金属４のレベルは、従来技術から知られている方法で制御されることができる。ＤＥ１００４７９２９Ａ１において、このような制御は、キャスティングフレーム２の下部の圧力が高くなり過ぎて、液体状の金属がキャスティングフレーム２の下流側のところで流出し得るのを防止するために使用されている。
【００１２】
一実施形態において、フォイルキャスティング装置は、製造されたフォイル１６の厚さを測定するように設計された厚さ測定装置１４を有している。厚さ測定装置の一例は、近接センサ１４であり、この近接センサは、フォイル１６の上面と近接センサ１４との間の距離を測定するためにレーザビームを使用している。前記基体ベルト８とこの近接センサ１４との間の距離は知られているので、フォイル１６の厚さは、測定距離から決定されることができる。この厚さ測定装置１４は、厚さの情報を制御モジュール１０に送るように設計されている。金属フォイル１６が厚すぎる場合、制御モジュール１０は、供給ディバイス６を用いて液体状の金属の供給を少なくすることにより、キャスティングフレームの圧力を下げる。この結果、時間の経過とともに、キャスティングフレーム２の下部の圧力が下がり、従って、金属と基体ベルト８との間の接触面積を減じる。この結果、金属と基体ベルト８との間の熱伝達が低下し、従って、フォイル１６の成長速度が遅くなる。この結果、フォイル１６の厚さは、また、薄くなる。このような制御のアイディアは、金属と基体ベルト８との間の接触面積が、キャスティングフレーム２の下部の圧力を変化させることにより変更され得るという考えから導かれている。このような考えは、図２を用いてより詳細に説明される。
【００１３】
図２は、顕微鏡で見られる、金属と基体ベルト８との間の接触面の断面を示している。基体ベルト８に対して垂直方向の距離の縮尺は、明瞭のために拡大されている。前記液体状の金属４は、冷却されることにより結晶され、従って、結晶層５を形成する。基体ベルト８が移動するために、液体状の金属４と結晶金属５との間の接触面７は、所定の傾斜度を有している（図２を見よ）。基体ベルト８は、表面のところに規定の粗さを有している。このことは、複数の起伏部により図２に拡大して示されている。研究によれば、結晶処理の間に、複数のキャビティ９が形成される。これらキャビティ９中に金属は存在しない。これらキャビティ９は、例えば、キャスティングフレーム２に近接した基体ベルト８の上方に存在するガスで充填されるかもしれない。図２において、結晶金属５と基体ベルト８との間の複数の接点が、参照符号１１により示されている。これら接点１１の組み合わされたサイズは、液体状の金属４と基体ベルト８との間の熱伝達を決定する際の主要因となる。限定された熱量のみが、キャビティ９を介して放散される。接点１１のサイズは、キャスティングフレーム２の下部にかかる圧力を変化させることにより、影響され得る。圧力が大きくなるほど、接点が多い並びに/若しくは大きくなる。このような考えは、キャスティングフレーム２中での液体状の金属４のレベルを、金属フォイルの厚さを制御するための製造処理の間の制御パラメータとして使用するように、本発明に利用されている。
【００１４】
前記キャスティングフレーム２の下部の圧力は、また、キャスティングフレーム２内の雰囲気とキャスティングフレーム２外の雰囲気との間の圧力差を制御することにより調節されることができる。この別の実施形態において、キャスティングフレーム２は、例えばカバーにより、周囲から閉鎖されるように設計されている。液体状の金属は、キャスティングフレーム２内に発生される圧力よりも高い圧力で液体状の金属を供給するような供給ディバイス６を設計することにより、キャスティングフレーム２中に供給されることができる。もちろん、発生された圧力は、液体状の金属がキャスティングフレーム２の下から流出するほど高くてはならない。キャスティングフレーム２内のオプションとしての圧力ゲージが、規定の圧力をモニタするために使用されることができ、この結果、この圧力は、例えば制御モジュール１０により、十分に制御されることができる。
【００１５】
図３は、他の実施形態に従ったフォイルキャスティング装置の一部分を示している。この装置は、下方に向けて湾曲した基体ベルト８を有しており、このため、金属フォイル１６は、基体ベルト８から剥がれる。この基体ベルト８は、破断線として機能する複数のノッチ１７が、金属フォイル１６に形成されるように設計されることが好ましい。この目的のために基体ベルト８を設計する可能な１つの方法は、特許公報ＥＰ０４９７１４８号に開示されているように、基体ベルト８の上面に複数のスロットを形成することである。図３は、重力から解放された金属フォイル１６’を示している。基体ベルト８の隣には、移動ベルト２２があり、この移動ベルトの下に、金属フォイル１６’’を計量するように設計された計量装置２０がある。この計量装置２０は、金属フォイル１６’’を検出すると、金属フォイル１６’’を計量して、この金属フォイル１６’’の重量に関する情報を制御モジュール１０に伝送する。金属フォイル１６，１６’，１６’’のディメンションは、基体ベルト８のディメンションと、この基体ベルト８に形成された前記スロット（図示されず）間の距離とにより決定されている。これらスロットは、上述した破断線を金属フォイルにもたらす。
【００１６】
前記キャスティングフレーム２の下部の圧力は、また、液体状の金属４のフローを実現することにより調節されることができる。このタイプのフローは、例えば、基体ベルト８を十分に速いスピードで移動させることにより、実現されることができる。液体状の金属は、基体ベルトと一緒に移動方向へと搬送されて、キャスティングフレーム２の出口側、即ち基体ベルト８がキャスティングフレーム２を離れる側のところで隆起する。次に、液体状の金属は、面を介してキャスティングフレーム２中に逆流して、キャスティングフレーム２の入口側、即ち、基体ベルト８がキャスティングフレーム２に近接した側の所で落ちる。この落下の結果として、入口側のところのキャスティングフレーム２の下部の圧力が上昇する。この圧力の上昇は、基体ベルト８の規定の速度を設定することにより、制御されることができる。
【００１７】
本発明に従った方法の一実施形態において、液体状の金属と基体との間の接触面積は、キャスティングフレームの下部の圧力を調節することにより調整される。このようにして、フォイルの所望の厚さ並びに/若しくは重量を得ることが可能である。接触面積は、また、例えば、基体ベルト８のぬれを液体状の金属４で制御することにより調節されることができる。一実施形態において、このぬれは、以下の１つ以上のパラメータ、即ち、ガスを取り囲んでいるガス組成物、周囲ガスの圧力、液体状の金属の温度、基体の温度を適用させることにより制御される。
【００１８】
基体と液体状の金属とのために使用される材料の選択が、また、ぬれを決定する。これら全てのパラメータは、製造されるフォイル１６の所望の厚さ並びに/若しくは重量を得るために、変更されることができる。液体状の金属４と基体ベルト８との間の接触面を取り囲むガスの圧力並びに組成物は、このぬれに影響を与える。
【００１９】
このぬれは、また、液体状の金属への酸素の供給を変更することにより適合されることができる。酸素の供給は、金属と基体材料との両方の表面酸化をもたらし、この結果、表面張力は、材料の酸化体により決定される。
【００２０】
前記基体ベルト８の表面粗さは、１ないし１０μmの範囲であることが好ましい。表面粗さは、接点の数並びにサイズにかなり影響している。しかし、表面粗さは、予め設定されることができるが、製造処理の間に変更されることはできない。
【００２１】
他の実施形態において、接触面積は、キャスティングフレームと周囲との体積間の周囲圧力を変化させることにより、調節されることができる。これは、キャスティングフレームの周囲に対して気密方法で、キャスティングフレームと充填ユニットとを閉成することにより達成されることができる。周囲圧力の低下により、ガスが含まれることはなく、従って比較的大きな接触面積をもたらす。接触面積が大きければ大きいほど熱伝達は大きく、これは、比較的早い成長速度に関係する。既に上に説明したように、これは、比較的厚みのあるフォイルをもたらす。
【００２２】
本発明の一実施形態は、シリコンフォイルを製造するための方法である。これらフォイルは、とりわけ、太陽電池を形成するために使用されることができる。このタイプの方法により、比較的安価な太陽電池が製造される。さらに、これらフォイルは矩形形状を有しており、この結果、太陽電池は、これが上に位置される表面積を最大限に使用することが可能である。
【００２３】
当業者にとって、以上の説明を読むことにより種々の変更がなされることは理解されるであろう。フローティング式キャスティングフレームの代わりとして、キャスティングフレームが、高さの観点から固定されても良いし、所定の体積の溶融金属が、ローラ若しくはエアーブレードにより固定されても良い。このタイプの変更は、添付の請求項に記載されているように本発明の範囲内にあると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態によるフォイルキャスティング装置の図式的な側面図を示している。
【図２】金属と基体ベルトとの間の接触面の断面を顕微鏡を用いて見た図を示している。
【図３】本発明の他の実施形態によるフォイルキャスティング装置の一部分を示している。
【図１】
2007534600.tif 000003
【図２】
2007534600.tif 000004
【図３】
2007534600.tif 000005
【国際調査報告】
2007534600.tif 000006
2007534600.tif 000007
2007534600.tif 000008