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Patent Searching and Data


Title:
VERTICAL GRADIENT FREEZE METHOD FOR PRODUCING CRYSTALS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/104729
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a monocrystalline, quasi-monocrystalline or multicrystalline metal or semi-metal body, particularly monocrystalline, quasi-monocrystalline or multicrystalline silicon bodies, by oriented solidification from a melt 3 according to the vertical gradient freeze method (VGF method). In the method, the melt solidifies in a melt crucible 2 into the monocrystalline, quasi-monocrystalline or multicrystalline metal or semi-metal body in an oriented manner under the effect of a temperature gradient extending vertically and from the upper end of the melt crucible 2 to the lower end of said melt crucible 2. Before introduction of the melt 3 into or production of the melt 3 in the melt crucible 2, the bottom of the melt crucible is covered with a thin separation layer 35, 36. According to the invention, the thin separation layer 35, 36 is formed of quartz glass, particularly of highly pure, also synthetically produced, quartz glass. The ingots produced in this manner have very homogeneous properties over their entire volume and have a very low impurity content even in the peripheral areas.

Inventors:
MÜLLER, Matthias (Über den Teufelslöchern 13, Jena, 07749, DE)
JOCKEL, Dietmar (Posewitz 8, Camburg, 07774, DE)
Application Number:
EP2013/050428
Publication Date:
July 18, 2013
Filing Date:
January 10, 2013
Export Citation:
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Assignee:
SCHOTT SOLAR AG (Hattenbergstraße 10, Mainz, 55122, DE)
MÜLLER, Matthias (Über den Teufelslöchern 13, Jena, 07749, DE)
JOCKEL, Dietmar (Posewitz 8, Camburg, 07774, DE)
International Classes:
C30B11/00; B22D27/04; C30B29/06; C30B35/00
Attorney, Agent or Firm:
2K PATENTANWÄLTE BLASBERG KEWITZ & REICHEL PARTNERSCHAFT (Schumannstrasse 27, Frankfurt am Main, 60325, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines mono-, quasimono- oder multikristallinen Metalloder Halbmetallkörpers durch gerichtetes Erstarren aus einer Schmelze (3), insbesondere von monokristallinen Siliziumkörpern nach dem Vertical-Gradient-Freeze-Verfahren (VGF- Verfahren), bei welchem Verfahren

die Schmelze in einem Schmelztiegel (2) unter Einwirkung eines

Temperaturgradienten, der in einer vertikalen Richtung und vom oberen Ende des Schmelztiegels (2) zu dessen unterem Ende verläuft, zu dem mono- oder multikristallinen Metall- oder Halbmetallkörper gerichtet erstarrt, wobei

vor dem Einbringen oder vor dem Erzeugen der Schmelze (3) in dem Schmelztiegel (2) der Boden des Schmelztiegels mit einer dünnen Trennschicht (35, 36) bedeckt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Trennschicht (35, 36) aus Quarzglas ausgebildet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Quarzglas ein hochreines synthetisches Quarzglas ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verunreinigungsgehalt des Quarzglases an Eisen (Fe) maximal 30 ppbw beträgt und/oder wobei ein Verunreinigungsgehalt des Quarzglases an Natrium (Na) maximal 30 ppbw beträgt und/oder wobei ein Verunreinigungsgehalt des Quarzglases an Chrom (Cr), Nickel (Ni), Wolfram (W), Molybdän (Mo) oder Vanadium maximal 1 ppbw beträgt.

4. Verfahren zur Herstellung eines mono-, quasimono- oder multikristallinen Metalloder Halbmetallkörpers durch gerichtetes Erstarren aus einer Schmelze (3), insbesondere von monokristallinen Siliziumkörpern nach dem Vertical-Gradient-Freeze-Verfahren (VGF- Verfahren), bei welchem Verfahren

die Schmelze in einem Schmelztiegel (2) unter Einwirkung eines Temperaturgradienten, der in einer vertikalen Richtung und vom oberen Ende des Schmelztiegels (2) zu dessen unterem Ende verläuft, zu dem mono- oder multikristallinen Metall- oder Halbmetallkörper gerichtet erstarrt, wobei

vor dem Einbringen oder vor dem Erzeugen der Schmelze (3) in dem Schmelztiegel (2) der Boden des Schmelztiegels mit einer dünnen Trennschicht (35, 36) bedeckt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Trennschicht (35, 36) ein hochtemperaturfestes Substrat ist, das aus Quarz ausgebildet ist oder mit einer hochreinen Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht bedeckt oder eingekapselt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das hochtemperaturfeste Substrat ein Quarzgewebe oder eine Quarzmatte ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das hochtemperaturfeste Substrat ein Keramiksubstrat ist und die Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht epitaktisch oder durch Sputtern auf das Keramiksubstrat aufgebracht ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Keramiksubstrat aus Si-Carbid, einer Si-Nitrid- basierten Keramik, einer silikatischen Keramik, einer A10x-Keramik, Zirkonsilikat oder AIN besteht. 8. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das hochtemperaturfeste Substrat Graphitpapier ist und die Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht epitaktisch oder durch Sputtern auf das Graphitpapier aufgebracht ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei vor dem Aufbringen der Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht eine Plasmareinigung der

Oberfläche des Keramiksubstrats oder Graphitpapiers erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht Siliziumoxid (SiO), Siliziumnitrid (Si3N4) oder Siliziumcarbid (SiC) ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dünne Trennschicht (35, 36) den Boden des Schmelztiegels (2) vollständig bedeckt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dünne Trennschicht (35, 36) von einer Mehrzahl von dünnen Trennschicht-Platten (36a-36d) ausgebildet wird, die unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet werden, um den Boden des Schmelztiegels (2) vollständig zu bedecken.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Metall- oder Halbmetallkörper ein monokristalliner Metall- oder Halbmetallkörper ist, der durch Sägen entlang von sich in der vertikalen Richtung erstreckenden Sägelinien (37, 38) in eine Mehrzahl von monokristallinen Metall- oder Halbmetallkörpern unterteilt wird und die Mehrzahl von Trennschicht-Platten (36a-36d) so auf dem Boden des Schmelztiegels (2) angeordnet werden, dass Ränder der Trennschicht-Platten (36a-36d) den Beginn der späteren Sägelinien festlegen.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Mehrzahl von dünnen Trennschicht- Platten (36a-36d) eine konstante Dicke aufweisen.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dünne Trennschicht (35, 36) eine Dicke von zumindest 50 μιη, bevorzugter von zumindest 500 μηι aufweist.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trennschicht mit einem Trennmittel beschichtet ist.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schmelztiegel (2) einen rechteckförmigen oder quadratischen Querschnitt aufweist. 18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Einbringen oder vor dem Erzeugen der Schmelze (3) in dem Schmelztiegel (2) ergänzend auch Seitenwände des Schmelztiegels mit einer dünnen Trennschicht der genannten Zusammensetzung bedeckt werden.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbmetall Silizium ist und die Temperatur des Bodens des Schmelztiegels unterhalb von 1400 °C, bevorzugter unterhalb von 1380 °C gehalten wird.

20. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines mono-, quasimono- oder multikristallinen Silizium-Ingots mittels eines Vertical-Gradient-Freeze-Kristallziehverfahrens (VGF- Verfahrens) als Ausgangsmaterial für photovoltaische Bauelemente, insbesondere Solarzellen für Photovoltaik-Module.

Description:
VERTICAL-GRADIENT-FREEZE- ERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON

KRISTALLEN

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2012 100 147.2„Verfahren zur Herstellung von mono-, quasimono- oder multikristallinen Metall- oder Halbmetallkörpern", angemeldet am 10. Januar 2012, deren gesamter Inhalt hiermit im Wege der Bezugnahme mit beinhaltet sei.

Gebiet der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von vergleichsweise großen mono-, quasimono- und multikristallinen Materialrohlingen nach dem Vertical-Gradiant- Freeze- Verfahren (nachfolgend auch VGF- Verfahren genannt), insbesondere von mono-, quasimono- und multikristallinen Metall- oder Halbmetallkörpern, bevorzugt von mono-, quasimono- und multikristallinem Silizium für Anwendungen in der Photovoltaik oder von mono-, quasimono- und multikristallinem Germaniumkristallen.

Hintergrund der Erfindung

Solarzellen sollen einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Sonnenstrahlung in Strom aufweisen. Dieser ist von mehreren Faktoren abhängig, wie unter anderem von der Reinheit des Ausgangsmateriales, dem Eindringen von Verunreinigungen während der Kristallisation von den Berührungsflächen des Kristalls mit dem Tiegel in das Kristallinnere, dem Eindringen von Sauerstoff und Kohlenstoff aus der umgebenden Atmosphäre in das Kristallinnere und auch von der Wachstumsrichtung der einzelnen Kristallkörner.

Neben der Herstellung von monokristallinem Silizium nach dem Czochralski- Verfahren ist aus dem Stand der Technik auch die Herstellung von großvolumigen mono-, quasimono- und multikristallinen Silizium-Ingots durch gerichtetes Erstarren von schmelzflüssigem Silizium in einem Schmelztiegel bekannt. Dabei wird der Kristallschmelze an ihrem Boden Wärme entzogen, so dass ein Kristall von unten nach oben wächst. Es entsteht ein Block, aus mono-, quasimono- oder multikristallinem Silizium . Dabei ist auf eine Ausrichtung der Isothermen des Temperaturfeldes eben und parallel zur Grundfläche des Schmelztiegels, d.h. horizontal, zu achten, was in einer ebenen Phasengrenze resultiert, sodass die einzelnen Kristalle dann senkrecht von unten nach oben wachsen.

Die Deutsche Patentanmeldung DE 10 2007 038 851 AI der Anmelderin (entsprechend der US 2009/0047203 AI), deren Inhalt hiermit im Wege der Bezugnahme ausdrücklich mit beinhaltet sei, offenbart ein Verfahren zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach dem VGF -Verfahren. Der Boden eines aus Quarzglas hergestellten Schmelztiegels wird zur Erzielung eines monokristallinen Kristallwachstums mit einer dünnen Platte aus monokristalllinem Silizium bedeckt. Diese Platte kann auch aus mehreren kleineren Platten aus monokristalllinem Silizium bestehen und wird Teil des herzustellenden monokristallinen Siliziums. Die Schmelztiegel werden üblicherweise vom Hersteller zugekauft und bestehen üblicherweise aus einem Quarglas, das einen Verunreinigungsgrad von > 50 ppm aufweist. Diese Verunreinigungen diffundieren währen der Kristallisation in den Si-Ingot und machen so relativ große Randbereiche des Si-Ingots für die spätere Verwendung für hochreine Si- Solarzellen unbrauchbar.

WO 2010/088046 AI offenbart ein vergleichbares Verfahren.

Bei der Herstellung von multikristallinem Silizium nach dem vorstehenden Verfahren sind zwar die Keimkristallplatten auf dem Boden des Schmelztiegels nicht notwendig. Allerdings ist auch hier insbesondere der Boden des multikristallinen Si-Ingots mit Verunreinigungen durchsetzt, was eine inakzeptabel hohe Verunreinigung zur Folge hat.

US 5,976,247 offenbart die Verwendung eines aus Quarzglas natürlicher Herkunft (fused quartz) ausgebildeten Schmelztiegels zur Herstellung von monokristallinem Silizium nach dem Czochralski-V erfahren. Zur Vermeidung der Bildung von Cristobalit-Schichten nahe der Oberfläche des Schmelztiegels wird dessen Oberfläche mit zumindest einer entglasungsfördernden Beschichtung versehen. US 2003/0094131 AI und US 2004/0103841 AI offenbaren die Beschichtung der Innenoberflächen eines Quarzglas-Schmelztiegels mit einer Beschichtung zur Kristallisationsförderung an der Oberfläche. DE 1 138 514 offenbart einen aus einem schwer schmelzbaren Metall, wie beispielsweise Tantal, Wolfram oder Molybdän, ausgebildeten Schmelztiegel, dessen Innenoberfläche zur Reduzierung der Abgabe von Verunreinigungen mit einer aus Quarzglas bestehenden Oberfläche fest verbunden ist. EP 1 532 297 Bl offenbart einen Quarzglastiegel zum Ziehen eines Silizium-Einkristalls mit einem Tiegelbasiskörper, dessen Seitenwandung mit einer Innenschicht versehen ist, deren unterster Teil aus synthetischem Quarzglas mit zu einer Höhe von mindesten einem Viertel der Höhe des Tiegelbasiskörpers versehen ist und deren restlicher Teil zumindest einen zweiten Abschnitt aufweist, der aus natürlich vorkommendem Quarzglas oder aus einem gemischten Quarzglas aus natürlichem und synthetischen Quarzglas besteht.

DE 10 2010 021 696 AI offenbart ein Verfahren für die Herstellung eines Quarzglastiegels mit transparenter Innenschicht aus synthetisch erzeugtem Quarzglas, die durch Sintern einer porösen Si0 2 -Sootschicht in Vakuum oder in einer Helium und Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre ausgebildet ist.

DE 10 2005 062 916 AI (entsprechend US 2006/0137399 AI und US 2006/0137397 AI) offenbart synthetisches Quarzglas mit hoher Transmission sowie Verfahren zu dessen Herstellung. Dabei werden Siliziumglasrußpartikel in einer porösen Vorform bereitgestellt und dann in Gegenwart von H 2 0 und/oder 0 2 in einem Ofen gesintert.

DE 10 2009 056 751 AI offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Tiegels aus Quarzglas, bei dem der Boden des Tiegels erzeugt wird, indem aus Si0 2 -Körnung eine Boden- Körnungsschicht ausgebildet wird, diese thermisch oder mechanisch zu einer Bodenplatte verfestigt wird und die verfestigte Bodenplatte in einer Schmelzform mit Seitenwänden des

Tiegels versehen wird.

Zusammenfassung der Erfindung Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein effizienteres Verfahren zur Herstellung eines mono-, quasimono- oder multikristallinen Metall- oder Halbmetallkörpers durch gerichtetes Erstarren aus einer Schmelze mit hoher Reinheit bereitzustellen. Somit geht die vorliegende Erfindung von einem Verfahren zur Herstellung eines mono-, quasimono- oder multikristallinen Metall- oder Halbmetallkörpers durch gerichtetes Erstarren aus einer Schmelze aus, insbesondere von monokristallinen Siliziumkörpern nach dem Vertical-Gradient-Freeze-Verfahren (VGF-Verfahren), bei welchem Verfahren die Schmelze in einem Schmelztiegel unter Einwirkung eines Temperaturgradienten, der in einer vertikalen Richtung und vom oberen Ende des Schmelztiegels zu dessen unterem Ende verläuft, zu dem mono-, quasimono- oder multikristallinen Metall- oder Halbmetallkörper gerichtet erstarrt, wobei vor dem Einbringen oder vor dem Erzeugen der Schmelze in dem Schmelztiegel der Boden des Schmelztiegels mit einer dünnen Trennschicht bedeckt wird. Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die dünne Trennschicht aus Quarzglas ausgebildet. Quarzglas ist in hoher Reinheit und mit einem geringen Verunreinigungsgehalt kostengünstig erhältlich, insbesondere auch in Standardabmessungen, die der Bodenfiäche des Schmelztiegels oder einem ganzzahligen Bruchteilsverhältnis davon entsprechen. Somit kann eine effiziente Trennschicht kostengünstig bereitgestellt werden. Aufgrund der Eigenschaften von Quarzglas, insbesondere des hohen Schmelzpunkts, kann die Quarzglas-Trennschicht insbesondere sehr dünn bereitgestellt werden und kann den hohen Temperaturen und der in dem Schmelztiegel aufgenommenen Schmelze dennoch ausreichend widerstehen, sodass sich insgesamt eine sehr hohe Ausbeute an mono-, quasimono- oder multikristallinen Metall- oder Halbmetallkörper ergibt. Nach dem Erstarren und Herauslösen des Ingots aus dem Schmelztiegel braucht einfach nur die sehr dünne Trennschicht am unteren Ende des Ingots abgetrennt zu werden. Die unmittelbar darüber befindliche Schicht weist bereits den gewünschten nahezu verschwindenden Verunreinigungsgehalt auf. Dabei kann der Schmelztiegel insbesondere auch aus einem Quarzglas mit einem höheren Verunreinigungsgehalt ausgebildet sein. Dieser kann, beispielsweise zum Zwecke einer mechanischen Abstützung bei den hohen Prozesstemperaturen in einem diesen umgebenden Graphittiegel aufgenommen sein, sodass der Schmelztiegel insgesamt vergleichsweise kostengünstig und einfach aufgebaut ist. Dennoch lässt sich erfindungsgemäß ein sehr hoher Prozentsatz an verwertbarem mono-, quasimono- oder multikristallinen Metall- oder Halbmetallingot mit einem geringen Verunreinigungsgehalt erzielen. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die dünne(n) Quarzglasplatte(n) nicht, jedenfalls nicht nennenswert, in der in dem Schmelztiegel aufgenommenen Schmelze aufschwimmen.

Anders als nach dem Stand der Technik wird erfindungsgemäß die dünne Trennschicht aus dem Quarzglas nicht als Keimplatte zur Induzierung einer Kristallorientierung des Ingots in einer Richtung parallel zur vertikalen Richtung des Schmelztiegels verwendet. Das Quarzglas dient im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht einer Induzierung einer bevorzugten Kristallisationsrichtung, sondern dient lediglich einer Trennung der Schmelze von dem Boden, ggf. auch von Seitenwänden, des Schmelztiegels. Ein Ingot mit homogenen Eigenschaften über sein gesamtes Volumen und insbesondere auch über dessen Randbereiche kann somit erfindungsgemäß kostengünstiger bereitgestellt werden, insbesondere mit einem geringeren Verunreinigungsgehalt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Quarzglas ein hochreines synthetisches Quarzglas, das mit einem nahezu verschwindenden Verunreinigungsgehalt oder mit einem maximal zulässigen Verunreinigungsgehalt, der auf die jeweils gewünschte Anforderung abgestimmt ist, kostengünstig erhältlich ist oder kostengünstig hergestellt werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt ein Verunreinigungsgehalt des Tiegels an Eisen (Fe) und anderen Elementen maximal 30 ppmw (parts per million by weighfj.Der Verunreinigungsgehalt des Quarzglases an Eisen (Fe) und anderen Elementen beträgt dem gegenüber weniger als 30 ppbw (parts per billion by weight). Somit können bereits die unmittelbar an die dünne Trennschicht angrenzenden Abschnitte des mono-, quasimono- oder multikristallinen Metall- oder Halbmetallingots einen nahezu verschwindenden Verunreinigungsgehalt aufweisen.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die dünne Trennschicht aus einem hochtemperaturfesten Substrat ausgebildet, das aus Quarz ausgebildet ist oder mit einer hochreinen Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht bedeckt oder eingekapselt ist. Quarz kann kostengünstig in hochreiner Form bereitgestellt werden, verhält sich physikalisch und chemisch sehr ähnlich zu der in den Schmelztiegel einzubringen Metall- oder Halbmetallschmelze und kann ein Eindringen von Verunreinigungen in die Metall- oder Halbmetallschmelze wirkungsvoll verhindern.

Als Alternative zu dem Quarzmaterial können gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung andere hochtemperaturfeste Substrate eingesetzt werden, die nicht notwendigerweise hochrein - was das Verhindern des Eindringens von relevanten Verunreinigungen in die Metall- oder Halbmetallschmelze anbelangt - zu sein brauchen, da das Eindringen der relevanten Verunreinigungen in die Metall- oder Halbmetallschmelze durch die hochreine Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht selbst verhindert wird, welche das hochtemperaturfeste Substrat bedeckt oder eingekapselt. Somit können als Material für das hochtemperaturfeste Substrat eine große Vielzahl von unterschiedlichen Materialien verwendet werden, die kostengünstig bereitgestellt werden können und deren physikalische Eigenschaften an die Prozessbedingungen im Rahmen des gerichteten Erstarrens der Metall- oder Halbmetallschmelze geeignet angepasst werden können.

Das hochtemperaturfeste Substrat kann dabei ein Quarzgewebe oder eine Quarzmatte. Vorteilhaft ist hier insbesondere, dass dadurch der Wärmeabfluss die die Wärmeleitungseigenschaften des Quarzgewebes oder der Quarzmatte in einfacher Weise geeignet beeinfiusst werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das hochtemperaturfeste Substrat ein Keramiksubstrat sein, das kostengünstig und mit geeigneten physikalischen Eigenschaften in Gestalt von dünnen Platten oder auch Überzügen bereitgestellt werden kann. Das Keramiksubstrat kann insbesondere aus Si-Carbid, einer Si-Nitrid-basierten Keramik, einer silikatischen Keramik, einer A10 x -Keramik, Zirkonsilikat oder A1N bestehen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das hochtemperaturfeste Substrat Graphitpapier sein, das kostengünstig erhältlich ist und mit dem die thermischen Eigenschaften der Innenbeschichtung des Schmelztiegels, insbesondere dessen Wärmeleitung, in vorteilhaft einfacher Weise geeignet eingestellt werden können. Das Graphitpapier kann insbesondere mit einer Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht beschichtet sein, wie nachfolgend ausgeführt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht epitaktisch oder durch Sputtern aufgebracht werden. Aus dem Stand der Technik stehen zu diesem Zweck eine Vielzahl geeigneter epitaktischer Beschichtungsverfahren zur Verfügung, die kostengünstig und in großem Maßstab ausgeführt werden können und das hochtemperaturfeste Substrat bevorzugt vollständig und ohne Unterbrechungen bedecken oder beschichten.

Als vorteilhaft haben sich insbesondere eine plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) oder thermische CVD herausgestellt. Dabei kann die Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht nach dem Aufbringen insbesondere in einem Rekristallisationsschritt aufgeheizt, zum Schmelzen und anschließend zum Erstarren gebracht werden, wie dies in der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 044 709 AI offenbart ist, deren Inhalt hiermit im Wege der Bezugnahme ausdrücklich mit beinhaltet sei. Beim Erstarren kann dabei insbesondere für einen geeigneten Kristallisationszustand der Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht gesorgt werden, diese insbesondere monokristallin oder polykristallin eingestellt werden, in Anpassung an den Kristallisationszustand des herzustellenden Metall- oder Halbmetallkörpers. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Temperatur des Bodens des Schmelztiegels auf einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Metalls oder Halbmetalls gehalten, um ein Schmelzen der dünnen Trennschicht jedenfalls bis hinab zum Boden des Schmelztiegels zu verhindern. Bevorzugter wird die Temperatur des Bodens des Schmelztiegels so gesteuert oder geregelt, dass ein Schmelzen der dünnen Trennschicht jedenfalls bis hinab zu einer Restdicke der dünnen Trennschicht von wenigstens 30 μιη verhindert ist.

Derartige Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht können auch mittels Verfahren ausgebildet werden, wie diese allgemein aus der Herstellung von Dünnschicht- Solarzellen bekannt sind, wie diese beispielhaft in der Publikation S. Reber, A. Hurrle, A. Eyer, G. Willeke,„Crystalline Silicon thin-film solar cells - recent results at Fraunhofer ISE", Solar Energy 77 (2004) 865-875 sowie in S. Reber,„Electrical confmement for the crystalline Silicon thin-film solar cell on foreign Substrate", ibidem- Verlag Stuttgart 2000, ISBN: 3- 89821-050-2 ausführlich beschrieben und offenbart werden, deren Inhalt hiermit im Wege der Bezugnahme ausdrücklich mit beinhaltet sei.

Als vorteilhaft haben sich gemäß einer weiteren Ausführungsform Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschichten aus Siliziumoxid (SiO), Siliziumnitrid (Si 3 N 4 ) oder Siliziumcarbid (SiC) erwiesen, da diese mit den vorgenannten Beschichtungsverfahren einfach und kostengünstig aufgebracht bzw. abgeschieden werden können und dabei deren physikalischen und chemischen Eigenschaften sowie deren Kristallisationszustand geeignet eingestellt werden können, insbesondere in Anpassung an den Kristallisationszustand des herzustellenden Metall- oder Halbmetallkörpers und an die Prozessbedingungen im Rahmen des gerichteten Erstarrens der Metall- oder Halbmetallschmelze.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform bedeckt die dünne Trennschicht den Boden des Schmelztiegels vollständig. Dabei kann die dünne Trennschicht einstückig ausgebildet sein. Dünne Platten, insbesondere Quarzglasscheiben, mit Abmessungen, die den Innenabmessungen von handelsüblichen zur Herstellung von Metall- oder Halbmetallingots mit Standardabmessungen verwendeten Schmelztiegeln aus Quarzglas entsprechen, sind im Handel kostengünstig erhältlich. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass derartige Platten, insbesondere Quarzglasscheiben, beim gerichteten Erstarren von Metall- oder Halbmetallingots aus einer Schmelze die Erzielung einer höheren Ausbeute in einfacher und kostengünstiger Weise ermöglichen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die dünne Trennschicht von einer Mehrzahl von dünnen Platten, insbesondere Quarzglasplatten, ausgebildet, die unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet werden, um den Boden des Schmelztiegels vollständig zu bedecken. Dies kann beispielsweise aus Kostengründen von Vorteil sein, wenn Platten, insbesondere Quarzglasplatten, nur mit kleineren Abmessungen als den Innenabmessungen des zum gerichteten Erstarren verwendeten Schmelztiegels verfügbar sind. Für eine solche Anordnung der Platten, insbesondere Quarzglasplatten, unmittelbar aneinander angrenzend auf dem Boden des Schmelztiegels eignen sich einfache geometrische Formen, die einander zu geschlossenen Flächen gut ergänzen, wie insbesondere rechteckförmige, quadratische oder gleichseitige drei- bzw. sechseckige Grundflächen der Keimplatten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Metall- oder Halbmetallkörper ein monokristalliner Metall- oder Halbmetallkörper, der durch Sägen entlang von sich in der vertikalen Richtung erstreckenden Sägelinien in eine Mehrzahl von monokristallinen Metalloder Halbmetallkörpern unterteilt wird, wobei die Mehrzahl von Platten, insbesondere Quarzglasplatten, so auf dem Boden des Schmelztiegels angeordnet werden, dass Ränder der Platten, insbesondere der Quarzglasplatten, den Beginn der späteren Sägelinien festlegen. Diese können insbesondere auf die typischen Abmessungen von Bauelementen abgestimmt sein, beispielsweise auf die Abmessungen von Solarzellen zur Verwendung in der Photovoltaik, sodass diese durch einfaches Sägen entlang der durch die Ränder der Platten, insbesondere der Quarzglasscheiben, vorgegebenen Sägelinien in den gewünschten Abmessungen vorgegeben werden können, ggf. nach weiterer Bearbeitung an den Rändern

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Mehrzahl von dünnen Platten, insbesondere Quarzglasplatten, eine konstante Dicke auf, sodass man beim Abtrennen des unteren Endes des Ingots einfach nur eine Schicht mit der maximalen Stärke der verwendeten Platten, insbesondere Quarzglasplatten, abzutrennen braucht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die dünne Trennschicht eine Dicke von zumindest 50 μηι auf, bevorzugter von zumindest 1000 μπι. Experimente der Erfinder haben ergeben, dass insbesondere beim gerichteten Erstarren von Si-Ingots die vorgenannte Dicke ausreichend für eine ausreichende mechanische Stabilität der Trennschicht aus Quarzglas oder den anderen vorgenannten Materialien ist, insbesondere ein vollständiges Aufweichen der Trennschicht, insbesondere der Quarzglasschicht, verhindert ist, jedenfalls bis zu einer als minimal erachteten Restdicke von 30 μηι. Nach oben ist die Dicke nur durch die Verfügbarkeit von dicken Platten aus den vorgenannten Materialien, insbesondere Quarzglasplatten, begrenzt, dennoch ist es sinnvoll, die Dicke so klein wie möglich zu gestalten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Trennschicht, insbesondere das Quarzglas, mit einem Trennmittel beschichtet, was ein einfaches Abtrennen bzw. Ablösen des Ingots von der

Trennschicht nach dem gerichteten Erstarren ermöglicht. Trennmittel mit einem geringen Verunreinigungsgehalt sind verfügbar und aus dem Stand der Technik bekannt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden vor dem Einbringen oder vor dem Erzeugen der Schmelze in dem Schmelztiegel ergänzend auch Seitenwände des Schmelztiegels mit einer dünnen Trennschicht aus dem Quarzglas oder den vorgenannten Materialein in der vorstehend beschriebenen bedeckt, um eine Verunreinigung auch der Seitenwandbereiche des Ingots zu unterbinden.

Ein weiterer bevorzugter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines monokristallinen Silizium- Ingots mittels eines Vertical-Gradient-Freeze-Kristallziehverfahrens (VGF-Verfahrens) als Ausgangsmaterial für Bauelemente in der Photovoltaik, wie beispielsweise Solarzellen zur Ausbildung von Photovoltaik-Modulen.

Zur Ausführung des vorgenannten Verfahrens kann insbesondere eine Vorrichtung mit einem feststehenden Schmelztiegel und einer Heizeinrichtung zum Aufschmelzen des in dem Tiegel befindlichen Siliziums eingesetzt werden. Dabei sind/ist die Heizeinrichtung und/oder eine thermische Dämmung der Vorrichtung so ausgelegt, um in dem Tiegel einen Temperaturgradienten in der Längsrichtung bzw. vertikalen Richtung auszubilden. Dies erfolgt normalerweise dadurch, dass der Boden des Tiegels auf einer niedrigeren Temperatur gehalten wird als das obere Ende desselben. Ferner weist bei einer solchen Vorrichtung die Heizeinrichtung einen Mantelheizer zur Unterdrückung eines Wärmeflusses senkrecht zur

Längsrichtung, das heißt horizontal auswärts gerichtet, auf.

Dabei ist der Mantelheizer bevorzugt ein Einzonenheizer, der so ausgelegt ist, dass seine Heizleistung in der Längsrichtung bzw. vertikalen Richtung von dem oberen Ende zu dem unteren Ende des Schmelztiegels hin abnimmt, um zur Aufrechterhaltung des in dem Schmelztiegel ausgebildeten Temperaturgradienten zumindest beizutragen. Mit anderen Worten, durch Variieren der Heizleistung des Mantelheizers in Längsrichtung des Tiegels in stetiger oder diskreter Weise wird die Ausbildung eines vorbestimmten Temperaturgradienten in dem Tiegel zumindest unterstützt. Dieser Temperaturgradient wird in dem Schmelztiegel durch unterschiedliche Temperaturen eines Deckelheizers und einer Bodenheizers in an sich bekannter Weise vorgegeben. Dabei ist die Temperatur des Bodenheizers am Boden des Schmelztiegels niedriger, insbesondere unterhalb der Schmelztemperatur des zu verarbeitenden Siliziums. Zweckmäßig erstreckt sich dabei der Bodenheizer nicht zwangsläufig über die gesamte Grundfläche des Tiegels. Die Ausbildung einer ebenen Phasengrenzen in dem zu kristallisierenden Material, beispielsweise Silizium, ist mit einem sich über die Grundfläche des Tiegels erstreckenden Bodenheizer zwar am exaktesten realisierbar, aber eine in der Praxis ausreichend ebene Phasengrenze kann auch noch mit einem ringförmigen Bodenheizer erzielt werden, der in der Kristallisationsphase bezüglich seiner Temperaturabsenkung über die Prozesszeit sehr gut an das Temperaturprofil des Mantelheizers abgestimmt ist.

Figurenübersicht

Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich weitere Merkmale, Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben werden. Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Schnittdarstellung eine Vorrichtung zur Herstellung von monokristallinem Silizium gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2a in einer schematischen Draufsicht gemäß einer ersten Ausführungsform die Anordnung von insgesamt vier Quarzglasplatten zur Ausbildung einer dünnen Trennschicht auf dem Boden eines Schmelztiegels sowie die Orientierung von Sägelinien, entlang denen der Ingot nach dem gerichteten Erstarren in kleinere Blöcke unterteilt wird;

Fig. 2b in einer schematischen Draufsicht gemäß einer zweiten Ausführungsform die Anordnung von insgesamt zwei Quarzglasplatten zur Ausbildung einer dünnen Trennschicht auf dem Boden eines Schmelztiegels sowie die Orientierung einer Sägelinie, entlang der der Ingot nach dem gerichteten Erstarren in zwei kleinere Blöcke unterteilt wird; und

Fig. 2c einer schematischen Draufsicht gemäß einer dritten Ausführungsform die Bedeckung des gesamten Bodens des Schmelztiegels mit einer einzigen, einstückig ausgebildeten Quarzglasplatte zur Ausbildung einer dünnen Trennschicht gemäß der vorliegenden Erfindung.

In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Elementgruppen.

Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel für eine Vertical-Gradiant-Freeze-Kristallisationsanlage, die bei einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird, das nachfolgend beispielhaft anhand eines Verfahrens zur Herstellung eines Silizium-Ingots beschrieben wird. Die insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Anlage weist einen Tiegel mit viereckigem Querschnitt auf. Gemäß der Fig. 1 ist der Tiegel von einem als Schmelztiegel dienenden Quarzglastiegel 2 ausgebildet, der zur mechanischen Abstützung in einem korrespondierend ausgebildeten Graphitbehälter 4 eng anliegend aufgenommen ist. Die in dem Quarzglastiegel 2 aufgenommene Schmelze 3, insbesondere eine Silizium-Schmelze, gelangt somit nicht in Anlage zu dem Graphitbehälter 4. Der Schmelztiegel ist aufrecht stehend angeordnet, so dass die Schmelztiegelwände entlang der Richtung der Schwerkraft verlaufen. Der Schmelztiegel 2 ist ein kommerziell erhältlicher Quarzglastiegel mit einer Grundfläche von beispielsweise 550 x 550 mm, 680 x 680 mm oder 1000 x 1000 mm und kann mit einem Trennmittel beschichtet sein, dass als Trennschicht zwischen den Seitenwänden des Schmelztiegels aus dem o. g. Quarzglas und der Schmelze, insbesondere der Silizium-Schmelze, dienen kann.

Oberhalb und unterhalb des so ausgebildeten Tiegels befindet sich ein Deckelheizer 6 bzw. ein Bodenheizer 5, wobei zwischen dem Tiegel und dem Bodenheizer 5 eine Tiegelaufstellplatte 40, beispielsweise aus Graphit, angeordnet ist, die in der Darstellung nur schematisch angedeutet ist. Dabei ist die eigentliche Halterung des vorgenannten Tiegels so ausgebildet, dass zwischen dem Bodenheizer 5 und der den Tiegel abstützenden Tiegelaufstellplatte 40 ein schmaler Spalt ausgebildet ist. Umgeben wird die Kernzone des Tiegels von einem flächigen Heizelement, nämlich einem Mantelheizer 7, der in den Eckbereichen des Schmelztiegels insbesondere so ausgebildet sein kann, wie ausführlich in der Deutschen Patentschrift DE 10 2006 017 621 B4 der Anmelderin (entsprechend US 2007/0266931 AI und US 2009/0188427 AI) beschrieben ist, deren Inhalt hiermit im Wege der Bezugnahme zu Offenbarungszwecken ausdrücklich mit beinhaltet sei. Der Mantelheizer erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe des Tiegels. Bei dem VGF- Kristallisationsverfahren sind alle Heizer 5-7 temperaturgeregelt. Dazu werden die Oberflächentemperaturen der Heizer durch Pyrometer 9a— 9c an geeigneter Stelle, wie beispielhaft in der Fig. 1 dargestellt, erfasst und in eine Steuerungseinheit eingegeben, die den durch die Heizer 5-7 fließenden Strom geeignet steuert oder regelt. Alternativ oder ergänzend kann die mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnete Platte auch als Kühlplatte ausgebildet sein, die von einem Kühlmittel unter Einwirkung einer geeigneten Steuerung oder Regelung durchströmt werden kann. Die Tiegelaufstellplatte 40 kann dann als Isolationsplatte ausgebildet sein, beispielsweise aus Graphit. Dabei ist die eigentliche Halterung des Tiegels so ausgebildet, dass zwischen der den Tiegel abstützenden Tiegelaufstellplatte 40 und der Kühlplatte 5 ein schmaler Spalt ausgebildet ist.

Nach dem VGF- Verfahren wird zunächst ein Ausgangsmaterial in den Schmelztiegel 2 eingebracht und anschließend in diesem aufgeschmolzen. Insbesondere kann hierzu die Vorgehensweise befolgt werden, wie in der DE 10 2007 038 851 AI der Anmelderin (entsprechend US 2009/0047203 AI) offenbart, deren gesamter Inhalt hiermit zum Zwecke der Offenbarung ausdrücklich mit beinhaltet sei. Anschließend wird die Temperatur eines jeden der drei dargestellten Heizer parallel zu den anderen Heizern heruntergefahren, so dass die Schmelze in dem Tiegel kontinuierlich nach oben erstarren kann, wobei die Phasengrenze zwischen dem schon auskristallisierten und dem noch geschmolzenen Material horizontal, also senkrecht zur Richtung der Schwerkraft, verläuft.

Zur gerichteten Abkühlung und Erstarrung des flüssigen Siliziums in dem Schmelztiegel 2 zu einem mono- oder quasimonokristallinen Silizium-Ingot wird der Bodenheizer auf einer definierten Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Siliziums gehalten, beispielsweise auf einer Temperatur von mindestens 10 K unterhalb der Schmelztemperatur. Am Boden des Schmelztiegels kommt es nun zur Initiierung des Kristall Wachstums. Nach kurzer Zeit stellt sich ein Gleichgewichtstemperaturprofil ein und das initiierte Kristallwachstum kommt zum Erliegen. In diesem Zustand haben Decken- und Bodenheizer den gewünschten Temperaturunterschied, welcher gleich dem Temperaturunterschied zwischen oben und unten im Mantelheizer ist. Jetzt wird die Heizleistung der Heizer 5-7 reduziert und zwar jeweils parallel zueinander. Es kommt zu einem kolumnaren Wachstum eines mono- oder quasimonokristallinen Si-Blocks. Entsprechend der horizontalen Phasengrenze erfolgt das Wachstum parallel und senkrecht von unten nach oben. Der so erhaltene monokristalline Si-Ingot wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt und entnommen.

Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, ist der gesamte Boden des Quarzglastiegels 2 mit einer als Trennschicht zwischen dem Tiegel und der Schmelze 3 wirkenden dünnen Platte 35 aus einem Quarzglas bedeckt. Das Quarzglas kann dabei auch ein hochreines synthetisches Quarzglas sein.

Bevorzugt beträgt der Verunreinigungsgehalt des Quarzglases an Eisen (Fe) maximal 30 ppbw und/oder beträgt der Verunreinigungsgehalt des Quarzglases an Natrium (Na) maximal 30 ppbw und/oder beträgt der Verunreinigungsgehalt des Quarzglases an Chrom (Cr), Nickel (Ni), Wolfram (W), Molybdän (Mo) oder Vanadium maximal 1 ppbw.

Wie in den Fig. 2a und 2b gezeigt, kann die dünne Trennschicht 35 von einer Mehrzahl von dünnen Quarzglasplatten 36a-36d ausgebildet sein, die unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet werden, um den Boden des Schmelztiegels 2 vollständig zu bedecken. Die dünnen Quarzglasplatten 36a - 36d weisen dabei bevorzugt eine konstante Dicke auf. Bevorzugt weist die dünne Trennschicht 35 eine Dicke von zumindest 50 μηι, bevorzugter von zumindest 500 μ η ι auf. Das Quarzglas kann dabei mit einem Trennmittel beschichtet sein.

Wenngleich in der Fig. 1 nicht dargestellt, können vor dem Einbringen oder vor dem Erzeugen der Schmelze 3 in dem Schmelztiegel 2 ergänzend auch Seitenwände des Schmelztiegels 2 in entsprechender Weise mit einer dünnen Trennschicht aus dem Quarzglas bedeckt werden.

Die Fig. 2a zeigt die Anordnung von insgesamt vier dünnen Quarzglasplatten 36a-36d auf dem Boden des Schmelztiegels in einer Draufsicht, um in diesem Bereich eine dünne Trennschicht zwischen dem Schmelztiegel und der darin aufgenommenen Schmelze auszubilden. Erkennbar ist, dass die Kanten der Quarzglasplatten 36a-36d unmittelbar aneinander anstoßen, sodass der Boden des Schmelztiegels vollständig bedeckt ist, und zwar auch in den Eckbereichen desselben. Die Linien 37 und 38 bezeichnen in Draufsicht Sägelinien, entlang denen der Si-Ingot mit quadratischen Querschnitt nach dem gerichteten Erstarren in vier kleinere, quadratische Blöcke mit identischen Grundflächen unterteilt wird, beispielsweise durch Sägen mittels einer Drahtsäge. Natürlich können je nach Größe des Ingots durch entsprechendes Sägen mittels Drahtsäge auch mehrere quadratische Blöcke entstehen (z.B. 25 5 "-Blöcke oder 16 6 "-Blöcke oder entsprechend der Grundfläche des Ingots andere Stückzahlen). Wie der Fig. 2a entnommen werden kann, verlaufen die Sägelinien exakt entlang den Kanten der Quarzglasplatten 36a-36d. Auf diese Weise werden die in einer horizontalen Schnittebene des Ingots bzw. der Blöcke detektierbaren Versetzungen weiter reduziert

Die Fig. 2b zeigt in entsprechender Weise die Anordnung von insgesamt zwei dünnen Quarzglasplatten 36c, 36d auf dem Boden des Schmelztiegels in einer Draufsicht, um in diesem Bereich eine dünne Trennschicht zwischen dem Schmelztiegel und der darin aufgenommenen Schmelze auszubilden. Durch Sägen des erstarrten Ingos entlang der Sägelinie 37 und in vertikaler Richtung lassen sich so in entsprechender Weise zwei kleinere weitestgehend versetzungsfreie Ingots der halben Größe erzielen.

Die Fig. 2c zeigt schließlich in einer Draufsicht, dass der gesamte Boden des Schmelztiegels mit einer einzigen dünnen Quarzglasplatte bedeckt ist, die als dünne Trennschicht 35 zwischen dem Schmelztiegel und der darin aufgenommenen Schmelze wirkt. Ausführungsbeispiel 1

Zur Herstellung eines multikristallinen Silizium-Ingots wurde ein Quarztiegel mit einer quadratischen Grundform der Abmessungen 680 x 680 mm und einer Höhe von 450 mm verwendet. Der Boden des Schmelztiegels wurde mit einer aus vier einzelnen Quarzglasplatten ausgebildeten dünnen Trennschicht bedeckt. Auf diese Trennschicht wurde dann ein Silizium-Granulat feiner oder mittlerer Körnung bis zum oberen Rand des Schmelztiegels nachgefüllt. Das Si-Granulat wurde von oben her durch einen Deckelheizer aufgeschmolzen. Dabei waren die Mantelheizer ebenfalls eingeschaltet, während der Boden des Schmelztiegels nicht beheizt wurde. Es wurde mit einer Abschmelzrate von 5 cm/h gearbeitet, die gemäß anderen Versuchsreihen im Bereich zwischen 1 cm/h und 10 cm/h variiert werden konnte. Beim Aufschmelzen wurde die Phasengrenze fest/flüssig zuerst über den Tiegel von oben nach unten abgesenkt. Dabei war der Wärmeeintrag von oben her vergleichsweise groß während die Wärmeverluste am Boden des Schmelztiegels relativ gering waren, um so ein geeignet rasches, energieeffizientes Aufschmelzen zu ermöglichen.

In einem zweiten Schritt wurde die Wärmeabfuhr am Boden des Schmelztiegels erhöht und gleichzeitig der Wärmeeintrag von oben her herabgesetzt. Dadurch wird die Bewegungsrichtung der Phasengrenze fest/flüssig wieder umgekehrt. Es konnte die gerichtete Erstarrung eines monokristallinen Si-Ingots beobachtet werden, dessen kristalline Struktur durch die der Keimplatten vorgegeben war. Dabei entscheidet das Verhältnis zwischen Wärmeeintrag von oben her und Wärmeabfuhr am Boden des Schmelztiegels über die Erstarrungsgeschwindigkeit. Selbst bei Verwendung von Quarzglasplatten mit einer Dicke von nur 50 μηι brauchte nur der unterste Bereich des Ingots bis zu einer Dicke, die der Ausgangsdicke der verwendeten Quarzglasplatten entsprach, von dem Ingot abgetrennt werden, um einen homogenen Ingot mit einem geringen Verunreinigungsgehalt auch in dessen Randbereichen, insbesondere an dessen unterem Ende, zu erhalten. Dementsprechend war die Ausbeute sehr hoch.

Ausführungsbeispiel 2

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel war die Trennschicht aus einem hochtemperaturfesten Substrat ausgebildet, das mit einer hochreinen Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht bedeckt oder eingekapselt war. Das hochtemperaturfeste Substrat war ein Keramiksubstrat aus Si-Carbid und die Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht war Siliziumoxid (SiO), das mittels plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) aufgebracht wurde. Die Herstellung eines multikristallinen Silizium-Ingots erfolgte wie nach dem Ausführungsbeispiel 1.

Selbst bei Verwendung von hochtemperaturfesten Substrat-Platten mit einer Dicke von nur 50 μηι brauchte nur der unterste Bereich des Ingots bis zu einer Dicke, die der Ausgangsdicke der verwendeten Substrat-Platten entsprach, von dem Ingot abgetrennt werden, um einen homogenen Ingot mit einem geringen Verunreinigungsgehalt auch in dessen Randbereichen, insbesondere an dessen unterem Ende, zu erhalten. Dementsprechend war die Ausbeute sehr hoch.

Das hochtemperaturfeste Substrat kann alternativ auch aus einer Si-Nitrid-basierten Keramik, einer silikatischen Keramik, einer A10 x -Keramik, Zirkonsilikat oder AIN bestehen. Alternativ kann die Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht auch eine Siliziumnitrid (Si 3 N 4 )-Schicht oder eine Siliziumcarbid (SiC)-Schicht sein, die auch durch andere Verfahren aufgebracht bzw. abgeschieden werden können, insbesondere durch thermische CVD oder Sputtern. Vor dem Aufbringen oder Abscheiden der Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht erfolgt bevorzugt eine Plasmareinigung der Oberfläche des hochtemperaturfesten Substrats erfolgt

Ausführungsbeispiel 3

Gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel war die Trennschicht aus einem Quarzgewebe aus hochreinem Quarz ausgebildet. Selbst bei Verwendung von hochtemperaturfesten Quarzgeweben mit einer Dicke von nur 50 μπι brauchte nur der unterste Bereich des Ingots bis zu einer Dicke, die der Ausgangsdicke der verwendeten Quarzgewebe entsprach, von dem Ingot abgetrennt werden, um einen homogenen Ingot mit einem geringen Verunreinigungsgehalt auch in dessen Randbereichen, insbesondere an dessen unterem Ende, zu erhalten. Dementsprechend war die Ausbeute sehr hoch.

Ausführungsbeispiel 4

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel war die Trennschicht aus gepressten Sinter- Siliziumplatten aus hochreinem Silizium ausgebildet. Selbst bei Verwendung von hochtemperaturfesten Quarzgeweben mit einer Dicke von nur 50 μηι brauchte nur der unterste Bereich des Ingots bis zu einer Dicke, die der Ausgangsdicke der verwendeten Quarzgewebe entsprach, von dem Ingot abgetrennt werden, um einen homogenen Ingot mit einem geringen Verunreinigungsgehalt auch in dessen Randbereichen, insbesondere an dessen unterem Ende, zu erhalten. Dementsprechend war die Ausbeute sehr hoch.

Ausführungsbeispiel 5

Gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel war die Trennschicht aus einem hochtemperaturfesten Graphitpapier ausgebildet, das mit einer hochreinen Diffusionsbarriereoder Oberflächenpassivierungssschicht aus Siliziumoxid (SiO) bedeckt oder eingekapselt war. Das Siliziumoxid (SiO) wurde mittels plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) aufgebracht. Die Herstellung eines multikristallinen Silizium-Ingots erfolgte wie nach dem Ausfuhrungsbeispiel 1.

Selbst bei Verwendung von hochtemperaturfesten hochtemperaturfesten Graphitpapier mit nur geringer Dicke brauchte nur der unterste Bereich des Ingots bis zu einer Dicke, die der Ausgangsdicke der verwendeten Substrat-Platten entsprach, von dem Ingot abgetrennt werden, um einen homogenen Ingot mit einem geringen Verunreinigungsgehalt auch in dessen Randbereichen, insbesondere an dessen unterem Ende, zu erhalten. Dementsprechend war die Ausbeute sehr hoch.

Alternativ kann die Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht auch eine Siliziumnitrid (Si3N 4 )-Schicht oder eine Siliziumcarbid (SiC)-Schicht sein, die auch durch andere Verfahren aufgebracht bzw. abgeschieden werden können, insbesondere durch thermische CVD oder Sputtern. Vor dem Aufbringen oder Abscheiden der Diffusionsbarriere- oder Oberflächenpassivierungssschicht erfolgt bevorzugt eine Plasmareinigung der Oberfläche des hochtemperaturfesten Substrats erfolgt

Vergleichsbeispiel Bei entsprechenden Verfahrensbedingungen wurde ein Si-Ingot ohne Anordnung von Quarzglasplatten auf dem Boden des Schmelztiegels hergestellt. Dieser wies in den Randbereichen, insbesondere aber an seinem unteren Ende, einen erheblichen Verunreinigungsgehalt auf, der insbesondere auch in Abständen von 5 mm vom Rand des Si- Ingots noch deutlich höher war als in dem obigen Ausfuhrungsbeispiel.

Wie dem Fachmann bei Studium der vorstehenden Beschreibung ohne weiteres ersichtlich sein wird, kann mit Solarzellen, die aus einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Si-Ingot hergestellt werden, aufgrund des deutlich niedrigeren Verunreinigungsgehaltes insbesondere auch in den Randbereichen des Ingots und die dadurch bedingte höhere Homogenität, ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden. Da weniger Verschnitt zur Herstellung von Solarzellen und anderen Bauelementen anfallt, ist die Ausbeute bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens höher, was Kosten sparen hilft. Abschätzungen der Erfinder deuten auf einen Kostenvorteil von bis zu 10% hin. Bezugszeichenliste

1 Kristallisationsanlage

2 Quarzglastiegel

3 Schmelze

4 Graphittiegel

5 Bodenheizer

6 Deckelheizer

7 Mantelheizer / flächige seitliche Heizeinrichtung

9a-9c Temperaturfühler

35 Trennschicht aus Quarzglas

36a-36d hochreine Quarzglasscheibe

37 Trennlinie

38 Trennlinie

40 Isolationsschicht / Tiegelaufstellplatte