СПОСОБЫ И АППАРАТУРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ЛИТОГО КРЕМНИЯ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ЛИТОГО КРЕМНИЯ ДЛЯ ФОТОЭЛЕМЕНТОВ

1. Способ получения литого кремния, включающий:
приведение расплавленного кремния в контакт по меньшей мере с одним затравочным кристаллом кремния в сосуде, имеющим одну или несколько боковых стенок, нагретых по меньшей мере до температуры плавления кремния, и по меньшей мере одну охлаждаемую стенку; и
образование твердого массива монокристаллического кремния, необязательно по меньшей мере с двумя измерениями, каждое по меньшей мере примерно по 10 см, путем охлаждения расплавленного кремния при регулировании кристаллизации, причем образование массива включает формирование границы раздела твердого тела с жидкостью по ребру расплавленного кремния, которая по меньшей мере сначала параллельна по меньшей мере одной охлаждаемой стенке, и граница раздела регулируется во время охлаждения таким образом, что она перемещается в направлении, при котором увеличивается расстояние между расплавленным кремнием и по меньшей мере одной охлаждаемой стенкой.
2. Способ изготовления солнечной батареи, включающий:
получение массива литого кремния по п.1;
изготовление по меньшей мере одной пластины из массива;
необязательно очистка поверхности пластины;
необязательно проведение стадии текстурирования поверхности;
формирование р-n перехода;
необязательно нанесение противоотражательного покрытия на поверхность;
необязательно формирование по меньшей мере одного слоя, выбранного из тыльной области, и пассивирующего слоя; и
формирование электропроводящих контактов на пластине.
3. Способ по п.1,
в котором по меньшей мере один затравочный кристалл кремния помещают на дно тигля, и
в котором при охлаждении граница раздела твердой фазы и жидкости перемещается в направлении от дна тигля при сохранении ребра, параллельного по меньшей мере одной охлаждаемой стенке.
4. Способ по п.3, включающий такое расположение по меньшей мере одного затравочного кристалла, что основная ось кристалла направлена перпендикулярно дну тигля.
5. Способ по п.3, в котором расплавленный кремний размещают таким образом, что источник кремния плавят в контейнере для плавления, отдельном от тигля, затем нагревают тигель и кремний до температуры плавления кремния, регулируют нагревание таким образом, чтобы по меньшей мере один затравочный кристалл в тигле не расплавился полностью, и переносят расплавленный кремний из контейнера для плавления в тигель.
6. Способ по п.3, включающий формирование части массива с внесением в него по меньшей мере одного затравочного кристалла.
7. Способ изготовления литого кремния, включающий:
геометрически упорядоченное расположение множества затравочных кристаллов кремния, включая монокристаллический кремний, по меньшей мере на одной поверхности тигля с одной или несколькими боковыми стенками, нагретого по меньшей мере до температуры плавления кремния, и по меньшей мере с одной охлаждаемой стенкой, причем геометрически упорядоченное расположение включает плотно упакованные многогранники;
приведение расплавленного кремния в контакт с геометрически упорядоченным расположением затравочных кристаллов кремния; и
формирование твердого массива, содержащего монокристаллический кремний, необязательно по меньшей мере с двумя измерениями, каждое по меньшей мере примерно по 10 см, путем охлаждения расплавленного кремния под контролем кристаллизации, причем это формирование включает формирование границы раздела твердая фаза-жидкость по ребру расплавленного кремния, которое параллельно по меньшей мере одной охлаждаемой стенке, причем границу раздела регулируют во время охлаждения так, чтобы она перемещалась в направлении, при котором увеличивается расстояние между расплавленным кремнием и по меньшей мере одной охлаждаемой стенкой.
8. Способ изготовления солнечной батареи, включающий
получение массива литого кремния по п.7;
изготовление по меньшей мере одной пластины из массива;
необязательно очистку поверхности пластины;
необязательно проведение стадии текстурирования поверхности; формирование р-n перехода;
необязательно нанесение противоотражательного покрытия на поверхность;
необязательно формирование по меньшей мере одного слоя, выбранного из тыльной области, и пассивирующего слоя; и
формирование электропроводящих контактов на пластине.
9. Способ получения литого кремния, включающий:
расположение заданным образом множества затравочных кристаллов кремния, содержащих монокристаллический кремний, по меньшей мере на двух поверхностях тигля;
приведение расплавленного кремния в контакт с затравочными кристаллами монокристаллического кремния; и
формирование твердого массива, содержащего монокристаллический кремний, необязательно по меньшей мере с двумя измерениями, каждое по меньшей мере примерно по 10 см, путем охлаждения расплавленного кремния по меньшей мере по двум поверхностям тигля под контролем кристаллизации, причем это формирование включает регулирование границы раздела твердая фаза-жидкость по ребру расплавленного кремния во время охлаждения так, чтобы она перемещалась в направлении, при котором увеличивается расстояние между расплавленным кремнием и по меньшей мере двумя поверхностями тигля.
10. Способ изготовления солнечной батареи, включающий:
получение массива литого кремния по п.9;
изготовление по меньшей мере одной пластины из массива;
необязательно очистку поверхности пластины;
необязательно проведение стадии текстурирования
поверхности; формирование р-n перехода;
необязательно нанесение противоотражательного покрытия на поверхность;
необязательно формирование по меньшей мере одного слоя, выбранного из тыльной области, и пассивирующего слоя; и
формирование электропроводящих контактов на пластине.
11. Способ изготовления литого кремния, включающий:
приведение кремниевого сырья в контакт по меньшей мере с одним затравочным кристаллом кремния, содержащим монокристаллический кремний, по меньшей мере на одной поверхности;
нагревание источника кремния и по меньшей мере одного затравочного кристалла кремния до температуры плавления кремния;
регулирование нагревания таким образом, чтобы по меньшей мере один затравочный кристалл кремния не расплавился полностью, путем поддержания ΔТ на уровне примерно 0,1°С/мин или менее, измеренного на внешней поверхности тигля после достижения температуры плавления кремния по всему тиглю; и как только по меньшей мере один затравочный кристалл кремния частично расплавится,
формирование твердого массива, содержащего монокристаллический кремний, путем охлаждения кремния.
12. Способ изготовления солнечной батареи, включающий:
получение массива литого кремния по п.11;
изготовление по меньшей мере одной пластины из массива;
необязательно очистку поверхности пластины;
необязательно проведение стадии текстурирования поверхности; формирование р-n перехода;
необязательно нанесение противоотражательного покрытия на поверхность;
необязательно формирование по меньшей мере одного слоя, выбранного из тыльной области, и пассивирующего слоя; и
формирование электропроводящих контактов на пластине.
13. Способ по п.9 или 11, который включает размещение по меньшей мере одного затравочного кристалла кремния на дне тигля.
14. Способ по п.9 или 11, включающий дополнительно формирование части массива, содержащего по меньшей мере один затравочный кристалл.
15. Способ получения литого кремния, включающий:
геометрически упорядоченное расположение множества затравочных кристаллов кремния, содержащих монокристаллический кремний, по меньшей мере на одной поверхности тигля, причем геометрически упорядоченное расположение включает плотноупакованные многогранники;
приведение расплавленного кремния в контакт со множеством затравочных кристаллов кремния по меньшей мере на одной поверхности;
нагревание источника кремния и множества затравочных кристаллов кремния до температуры плавления кремния;
регулирование нагрева таким образом, чтобы множество затравочных кристаллов кремния не расплавилось полностью, путем поддержания ΔТ на уровне примерно 0,1°С/мин или менее, измеренного на внешней поверхности тигля после достижения температуры плавления кремния по всему тиглю; и как только по меньшей мере один затравочный кристалл кремния частично расплавится,
формирование твердого массива, содержащего монокристаллический кремний, путем охлаждения кремния.
16. Способ изготовления солнечной батареи, включающий:
получение массива литого кремния по п.15;
изготовление по меньшей мере одной пластины из массива;
необязательно очистку поверхности пластины;
необязательно проведение стадии текстурирования поверхности; формирование р-n перехода;
необязательно нанесение противоотражательного покрытия на поверхность;
необязательно формирование по меньшей мере одного слоя, выбранного из тыльной области, и пассивирующего слоя; и
формирование электропроводящих контактов на пластине.
17. Способ получения литого кремния, включающий:
расположение множества затравочных кристаллов кремния, содержащих монокристаллический кремний, по меньшей мере на двух поверхностях тигля;
приведение расплавленного кремния в контакт со множеством затравочных кристаллов кремния по меньшей мере на двух поверхностях;
нагревание источника кремния и множества затравочных кристаллов кремния до температуры плавления кремния;
регулирование нагревания таким образом, чтобы множество затравочных кристаллов кремния не расплавились полностью, путем поддержания ΔТ на уровне примерно 0,1°С/мин или менее, измеренного на внешней поверхности тигля после достижения температуры плавления кремния по всему тиглю; и как только по меньшей мере один затравочный кристалл монокристаллического кремния частично расплавится,
формирование твердого массива, содержащего монокристаллический кремний, путем охлаждения кремния.
18. Способ изготовления солнечной батареи, включающий:
получение массива литого кремния по п.17;
изготовление по меньшей мере одной пластины из массива;
необязательно очистку поверхности пластины;
необязательно проведение стадии текстурирования поверхности; формирование р-n перехода;
необязательно нанесение противоотражательного покрытия на поверхность;
необязательно формирование по меньшей мере одного слоя, выбранного из тыльной области, и пассивирующего слоя; и
формирование электропроводящих контактов на пластине.
19. Способ изготовления литого кремния, включающий:
приведение расплавленного кремния в контакт по меньшей мере с одним затравочным кристаллом кремния в сосуде с одной или несколькими боковыми стенками, нагретом по меньшей мере до температуры плавления кремния, причем по меньшей мере один затравочный кристалл кремния расположен так, чтобы покрыть всю или практически всю поверхность сосуда; и
формирование твердого массива, содержащего монокристаллический кремний, необязательно по меньшей мере с двумя измерениями, каждое по меньшей мере примерно по 10 см, путем охлаждения расплавленного кремния при регулируемой кристаллизации.
20. Способ изготовления солнечной батареи, включающий:
получение массива литого кремния по п.19;
изготовление по меньшей мере одной пластины из массива;
необязательно очистку поверхности пластины;
необязательно проведение стадии текстурирования поверхности; формирование р-n перехода;
необязательно нанесение противоотражательного покрытия на поверхность;
необязательно формирование по меньшей мере одного слоя, выбранного из тыльной области, и пассивирующего слоя; и
формирование электропроводящих контактов на пластине.
21. Солнечная батарея, изготовленная способом по пп.2, 8, 10, 12, 16, 18 или 20.
22. Способ по пп.1, 7, 9, 11, 15, 17 или 19, в котором охлаждение включает использование теплопоглотителя для переноса тепла к охлаждаемым водой стенкам.
23. Способ по пп.1, 7, 9, 11, 15, 17 или 19, включающий также формирование массива, не содержащего спиральных дефектов и практически не содержащего кислород-индуцированных дефектов упаковки.
24. Способ по пп.1, 7, 9, 11, 15, 17 или 19, включающий также изготовление пластины по меньшей мере с одним измерением, равным по меньшей мере примерно 50 мм.
25. Способ по пп.2, 8, 10, 12, 16, 18 или 20, включающий также изготовление пластины по меньшей мере с одним измерением, равным по меньшей мере примерно 50 мм.
26. Способ по п.24, включающий также изготовление пластины, не содержащей спиральных дефектов и практически не содержащей кислород-индуцированных дефектов упаковки.
27. Способ по п.25, включающий также изготовление пластины, не содержащей спиральных дефектов и практически не содержащей кислород-индуцированных дефектов упаковки.
28. Способ по пп.7, 9, 11, 15 или 17, включающий также формирование части массива с включением множества затравочных кристаллов.
29. Способ по любому из пп.7, 9, 15 и 17, в котором размещение расплавленного кремния включает плавление источника кремния в контейнере для плавления, отдельном от тигля, нагревание тигля и кремния до температуры плавления кремния, регулирование нагревания таким образом, чтобы множество затравочных кристаллов в тигле не расплавились полностью, и перенос расплавленного кремния из контейнера для плавления в тигель.
30. Способ по любому из пп.1, 11 и 19, в котором размещение расплавленного кремния включает плавление источника кремния в контейнере для плавления, отдельном от тигля, нагревание тигля и кремния до температуры плавления кремния, регулирование нагревания таким образом, чтобы по меньшей мере один затравочный кристалл в тигле не расплавился полностью, и перенос расплавленного кремния из контейнера для плавления в тигель.
31. Способ по любому из пп.7 или 15, включающий также размещение множества затравочных кристаллов таким образом, чтобы общая главная ось затравочных кристаллов была перпендикулярна дну тигля.
32. Способ по любому из пп.1, 7, 9, 11, 15, 17 или 19, включающий также формирование другого твердого массива кремния с использованием затравочного кристалла, вырезанного из массива кремния, предварительно полученного литьем по указанному способу.
33. Способ по любому из пп.7 или 9, в котором размещение расплавленного кремния включает также нагревание тигля и кремния до температуры плавления кремния и регулирование нагревания путем поддержания ΔТ на уровне примерно 0,1°С/мин или менее, измеренного на внешней поверхности тигля после достижения температуры плавления кремния по всему тиглю.
34. Способ по любому из пп.1 или 19, в котором размещение расплавленного кремния включает также нагревание тигля и кремния до температуры плавления кремния и регулирование нагревания путем поддержания ΔТ на уровне примерно 0,1°С/мин или менее, измеренного на внешней поверхности тигля после достижения температуры плавления кремния по всему тиглю.
35. Способ по любому из пп.9 или 11, включающий также размещение множества затравочных кристаллов таким образом, что общая главная ось затравочных кристаллов перпендикулярна одной из по меньшей мере двух поверхностей тигля, с тем чтобы между по меньшей мере двумя поверхностями тигля не образовывались границы зерен.
36. Способ по любому из пп.9 или 11, включающий также размещение множества затравочных кристаллов таким образом, чтобы максимум шесть ребер затравочных кристаллов сходились в любом углу предварительно определенной схемы.
37. Способ по любому из пп.9, 11, 17 или 19, включающий также расположение предварительно заданной схемы в гексагональной и октагональной ориентации вдоль по меньшей мере одной поверхности тигля.
38. Способ по любому из пп.9, 11, 17 или 19, в котором по меньшей мере две поверхности тигля перпендикулярны друг другу.
39. Способ по любому из пп.1, 7, 9, 11, 15, 17 или 19, включающий также наблюдение за плавлением с помощью погружаемого стержня.
40. Способ по любому из пп.1, 7, 9, 11, 15, 17 или 19, в котором формируют твердый массив монокристаллического или почти монокристаллического кремния.
41. Способ по п.1, который включает размещение по меньшей мере одного затравочного кристалла кремния таким образом, чтобы покрыть всю или практически всю поверхность сосуда.
42. Массив сплошного монокристаллического кремния, не содержащий или практически не содержащий радиально распределенных дефектов и имеющий по меньшей мере два измерения, каждое по меньшей мере примерно по 25 см, и третье измерение по меньшей мере примерно 20 см.
16
3
17
3
17
3
15
3
43. Массив сплошного монокристаллического кремния с концентрацией углерода примерно от 2·10 атомов/см до примерно 5·10 атомов/см, концентрацией кислорода, не превышающей 5·10атомов/см, концентрацией азота по меньшей мере 1·10атомов/см, имеющий по меньшей мере два измерения, каждое по меньшей мере примерно по 25 см, и третье измерение по меньшей мере примерно 20 см.
44. Массив по п.42, который не содержит или практически не содержит спиральных дефектов и практически не содержит кислород-индуцированных дефектов упаковки.
45. Массив сплошного литого монокристаллического кремния по меньшей мере с двумя измерениями, каждое по меньшей мере примерно по 35 см.
46. Массив по п.45, который не содержит или практически не содержит радиально распределенных дефектов.
47. Солнечная батарея, включающая массив кремния по п.42 или 45.
48. Солнечная батарея, включающая:
пластину из массива сплошного монокристаллического кремния, не содержащего или практически не содержащего радиально распределенных примесей и дефектов, причем массив имеет по меньшей мере два измерения, каждое по меньшей мере примерно по 25 см, и третье измерение по меньшей мере примерно 20 см;
р-n переход в пластине;
необязательно противоотражательное покрытие на поверхности пластины;
необязательно по меньшей мере один слой, выбранный из тыльной области, и пассивирующий слой; и
электропроводящие контакты на пластине.
49. Солнечная батарея по п.48, в котором массив не содержит или практически не содержит спиральных дефектов и практически не содержит кислород-индуцированных дефектов упаковки.
50. Солнечная батарея, включающая:
пластину из массива сплошного литого монокристаллического кремния, имеющего по меньшей мере два измерения, каждое по меньшей мере по 35 см;
р-n переход в пластине;
необязательно противоотражательное покрытие на поверхности пластины;
необязательно по меньшей мере один слой, выбранный из тыльной области, и пассивирующий слой; и
электропроводящие контакты на пластине.
51. Солнечная батарея по п.50, в которой массив не содержит или практически не содержит радиально распределенных дефектов.
52. Солнечная батарея, включающая:
пластину из сплошного монокристаллического кремния, сделанную из массива сплошного литого монокристаллического кремния, имеющую по меньшей мере одно измерение по меньшей мере примерно 50 мм, причем массив имеет по меньшей мере два измерения, каждое по меньшей мере примерно по 25 см, и третье измерение по меньшей мере примерно 20 см;
р-n переход в пластине;
необязательно противоотражательное покрытие на поверхности пластины;
необязательно по меньшей мере один слой, выбранный из тыльной области, и пассивирующий слой; и
электропроводящие контакты на пластине.
53. Солнечная батарея по п.52, в которой пластина не содержит или практически не содержит радиально распределенных дефектов.
54. Пластина, содержащая: кремний в виде массива сплошного монокристаллического кремния, не содержащего или практически не содержащего радиально распределенных примесей и дефектов, причем массив имеет по меньшей мере два измерения, каждое по меньшей мере примерно по 25 см, и третье измерение по меньшей мере примерно 20 см.
55. Пластина, содержащая: кремний в виде массива сплошного литого монокристаллического кремния, причем пластина имеет по меньшей мере одно измерение по меньшей мере примерно 50 мм, а массив имеет по меньшей мере два измерения, каждое по меньшей мере примерно по 25 см, и третье измерение по меньшей мере примерно 20 см.
56. Способ получения литого кремния, включающий:
приведение расплавленного кремния в контакт по меньшей мере с одним затравочным кристаллом кремния в сосуде, имеющем одну или несколько боковых стенок, нагретых по меньшей мере до температуры плавления кремния, и по меньшей мере одну охлаждаемую стенку; и
образование твердого массива почти монокристаллического кремния, необязательно по меньшей мере с двумя измерениями, каждое по меньшей мере примерно по 10 см, путем охлаждения расплавленного кремния при регулировании кристаллизации, причем это образование включает формирование границы раздела твердое тело-жидкость по ребру расплавленного кремния, которая по меньшей мере сначала параллельна по меньшей мере одной охлаждаемой стенке, причем граница раздела регулируется во время охлаждения таким образом, что она перемещается в направлении, при котором увеличивается расстояние между расплавленным кремнием и по меньшей мере одной охлаждаемой стенкой.
57. Способ получения солнечной батареи, включающий:
получение массива литого кремния по п.56;
изготовление по меньшей мере одной пластины из массива;
необязательно очистку поверхности пластины;
необязательно проведение стадии текстурирования поверхности; формирование р-n перехода;
необязательно нанесение противоотражательного покрытия на поверхность;
необязательно формирование по меньшей мере одного слоя, выбранного из тыльной области и пассивирующего слоя; и
формирование электропроводящих контактов на пластине.
58. Способ изготовления литого кремния, включающий:
приведение расплавленного кремния в контакт по меньшей мере с одним затравочным кристаллом кремния в сосуде, имеющем одну или несколько боковых стенок, нагретых по меньшей мере до температуры плавления кремния, причем по меньшей мере один затравочный кристалл кремния располагают так, чтобы он покрывал всю или практически всю поверхность сосуда;
образование твердого массива почти монокристаллического крения, необязательно имеющего по меньшей мере два измерения, каждое по меньшей мере примерно по 10 см, путем охлаждения расплавленного кремния под контролем кристаллизации.
59. Способ изготовления солнечной батареи, включающий:
получение массива литого кремния по п.58;
изготовление по меньшей мере одной пластины из массива;
необязательно очистку поверхности пластины;
необязательно проведение стадии текстурирования поверхности; формирование р-n перехода;
необязательно нанесение противоотражательного покрытия на поверхность;
необязательно формирование по меньшей мере одного слоя, выбранного из тыльной области, и пассивирующего слоя; и
формирование электропроводящих контактов на пластине.
60. Массив монокристаллического кремния, не содержащий или практически не содержащий радиально распределенных примесей и дефектов, имеющий по меньшей мере два измерения, каждое по меньшей мере примерно по 25 см, и третье измерение по меньшей мере примерно 20 см.
16
3
17
3
17
3
15
3
61. Массив монокристаллического кремния с концентрацией углерода примерно от 2·10 атомов/см до примерно 5·10атомов/см, концентрацией кислорода, не превышающей 5·10атомов/см, концентрацией азота по меньшей мере 1·10атомов/см, имеющий по меньшей мере два измерения, каждое по меньшей мере примерно по 25 см, и третье измерение по меньшей мере примерно 20 см.
62. Массив по п.60, не содержащий или практически не содержащий спиральных дефектов и практически не содержащий кислород-индуцированных дефектов упаковки.
63. Массив сплошного литого кристаллического кремния по меньшей мере с двумя измерениями, каждое по меньшей мере примерно по 35 см.
64. Солнечная батарея, включающая:
пластину из массива монокристаллического кремния, не содержащего или практически не содержащего радиально распределенных примесей и дефектов, причем массив имеет по меньшей мере два измерения, каждое по меньшей мере примерно по 25 см, и третье измерение по меньшей мере примерно 20 см;
р-n переход в пластине;
необязательно противоотражательное покрытие на поверхности пластины;
необязательно по меньшей мере один слой, выбранный из тыльной области, и пассивирующий слой; и
электропроводящие контакты на пластине.
65. Солнечная батарея, включающая:
пластину из массива литого монокристаллического кремния, имеющего по меньшей мере два измерения, каждое по меньшей мере примерно по 35 см,
р-n переход в пластине;
необязательно противоотражательное покрытие на поверхности пластины;
необязательно по меньшей мере один слой, выбранный из тыльной области, и пассивирующий слой; и
электропроводящие контакты на пластине.
66. Пластина, содержащая: кремний в виде массива монокристаллического кремния, не содержащего или практически не содержащего радиально распределенных примесей и дефектов, причем массив имеет по меньшей мере два измерения, каждое по меньшей мере примерно по 25 см, и третье измерение по меньшей мере примерно 20 см.
67. Пластина, содержащая: кремний в виде массива литого монокристаллического кремния, причем пластина имеет по меньшей мере одно измерение по меньшей мере примерно 50 мм, а массив имеет по меньшей мере два измерения, каждое по меньшей мере примерно по 25 см, и третье измерение по меньшей мере примерно 20 см.
68. Кремний, полученный способом по любому из пп.1, 7, 9, 11, 15, 17 или 19.
69. Пластина, изготовленная способом по любому из пп.1, 7, 9, 11, 15, 17 или 19.
70. Солнечная батарея, содержащая кремний, полученный способом по любому из пп.1, 7, 9, 11, 15, 17 или 19.