BRPI0706547A2

BRPI0706547A2 - métodos de fabricação de silìcio moldado e de célula solar, células solares, corpos de silìcio monocristalinos contìnuos, bolachas e silìcio

Info

Publication number: BRPI0706547A2
Application number: BRPI0706547-7A
Authority: BR
Inventors: Nathan G Stoddard
Original assignee: Bp Corp North America Inc
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2011-03-29
Also published as: US20150087105A1; US20140102359A1; WO2007084936A2; JP5514444B2; KR101400075B1; WO2007084934A3; KR101400068B1; KR20120076378A; US8951344B2; WO2007084936A3; KR20130133884A; EP1974077A2; CA2636031C; KR101470814B1; TWI445851B; AU2007205947A1; JP5486190B2; WO2007084934A2; KR101372593B1; CA2636031A1

Abstract

Métodos de Fabricação de Sílicio Moldado e de Célula Solar, Células Solares, Corpos de Sílicio Monocristalinos Contínuos, Bolachas e Sílicio. Métodos e aparelhos são providos para moldagem de silício para células fotovoltaicas e outras aplicações. Com esses métodos e aparelhos, pode ser formado um corpo moldado de silício monocristalino que é isento ou substancialmente isento de impurezas e defeitos distribuídos radialmente e tendo pelo menos duas dimensões que são, cada uma, de pelo menos cerca de 35 cm.

Description

Cj;Uqí£í.ss uc r aoricação de Silício Moldado e de Célula Solar,Células Solares, Corpos de Silício Monocristalinos Contínuos,

Bolachas e Silício"Relatório Descritivo

Esta invenção foi feita com o apoio do Governo dos EstadosUnidos da América dentro do sub-contrato n° ZDO-2-30628-03 doNational Renewable Energy Laboratory (NREL) dentro do contrato n°pE-AC36-98GO 10337 do Departamento de Energia (DOE), concedidopelo DOE. O Governo americano tem certos direitos sobre esta inven-ção.

Depósitos Relacionados

Este Pedido reivindica o benefício da prioridade do PedidoProvisório US 60/760.453, depositada em 20 de janeiro de 2006, PedidoProvisório US 60/808.954, depositada em 30 de maio de 2006, PedidoProvisório US 60/839.672, depositada em 24 de agosto de 2006 ePedido Provisório US 60/839.670, depositada em 24 de agosto de 2006,cuja totalidade é aqui expressamente incorporada neste documento porreferência nas suas totalidades.

Campo Técnico

A presente invenção refere-se em geral ao campo dos foto-voltaicos e a métodos e aparelhos para a fabricação de silício moldadopara aplicações fotovoltaicas. A invenção ainda refere-se a novas formasde silício moldado que podem ser usadas para fabricar dispositivos, taiscomo células fotovoltaicas e outros dispositivos semi-condutores. Onovo silício pode ter uma estrutura monocristalina e pode ser fabricadopor um processo de moldagem.Informações Antecedentes

As células fotovoltaicas convertem luz em corrente elétrica.Uma das mais importantes medidas de uma célula fotovoltaica é suaeficiência na conversão de energia luminosa em energia elétrica.Embora as células fotovoltaicas possam ser fabricadas a partir de umavariedade de materiais semicondutores, o silício é geralmente usadoporque está prontamente disponível a um custo razoável e porque temum balanço apropriado de propriedades elétricas, físicas e químicaspara uso na fabricação de células fotovoltaicas.

Em um procedimento conhecido de fabricação de células fo-tovoltaicas, uma carga de silício é misturada com um material (oudopante) para indução de um tipo de condutividade seja positiva ounegativa fundida e, então, cristalizada, seja pela retirada do silíciocristalizado de uma zona de fusão em lingotes de silício monocristalino(via os métodos de Czochralski (CZ) ou da zona de flutuação (FZ)) sejamoldado em blocos ou "tijolos" de silício multicristalino ou silíciopolicristalino, dependendo do tamanho do grão dos grãos de silícioindividuais. No procedimento descrito acima, os lingotes ou blocos sãocortados em substratos finos, também referidos como bolachas, pormétodos conhecidos de fatiamento ou corte. Estas bolachas podem,então, ser processadas em células fotovoltaicas.

O silício monocristalino para uso na fabricação de célulasfotovoltaicas é geralmente produzido pelos métodos CZ ou FZ, sendoambos processos nos quais um cristal sintético puro na forma cilíndricade silício cristalino é produzido. Para um processo CZ, o cristal sintéticopuro é vagarosamente retirado de um reservatório de silício fundido.Para um processo FZ, o material sólido é alimentado através de umazona de fundição e solidificado de novo no outro lado da zona defundição. Um cristal sintético puro de silício monocristalino, fabricadodestes modos, contém uma distribuição radial de impurezas e defeitos,tais como anéis de falhas de empacotamento induzidas pelo oxigênio(OSF) e defeitos de "rotação" de aglomerados intersticiais ou vazios.Mesmo com a presença destas impurezas e defeitos, o silício monocris-talino é geralmente uma fonte preferida de silício para a produção decélulas fotovoltaicas por que ele pode ser usado para produzir célulassolares de alta eficiência. O silício monocristalino é, todavia, mais carode produzir do que o silício multicristalino convencional, usandotécnicas conhecidas tais como aquelas descritas acima.

O silício multicristalino convencional para uso na fabrica-ção de células fotovoltaicas é geralmente produzido por um processo demoldagem. São conhecidos processos de moldagem para o preparo desilício multicristalino convencional na técnica da tecnologia fotovoltaica.Resumidamente, nesses processos, o silício fundido é contido em umcadinho, tal como um cadinho de quartzo e é resfriado de um modocontrolado para permitir a cristalização do silício contido no mesmo. Obloco de silício multicristalino que resulta é geralmente cortado emtijolos tendo uma seção transversal que é a mesma ou próxima damesma do tamanho da bolacha a ser usada na fabricação de umacélula fotovoltaica e os tijolos são cortados ou de outra forma cortadosem tais bolachas. O silício multicristalino produzido de tal modo é umaaglomeração de grãos de cristal onde, dentro das bolachas feitas domesmo, a orientação dos grãos com relação uns aos outros é efetiva-mente aleatória.

A orientação aleatória dos grãos, seja no silício multicrista-lino convencional ou policristalino, torna difícil texturizar a superfíciede uma bolacha resultante. A texturização é usada para aumentar aeficiência de uma célula fotovoltaica pela redução da reflexão da luz eaumentando a absorção da energia luminosa através da superfície deuma célula. Além disso, "dobras" que se formam nos limites entre osgrãos do silício multicristalino convencional tende a nuclear defeitosestruturais na forma de aglomerados ou linhas de deslocamentos.Acredita-se que estes deslocamentos e as impurezas que eles tendem aatrair causam uma recombinação rápida de condutores de cargaelétrica em uma célula fotovoltaica que funciona feita de silício multi-cristalino convencional. Isto pode causar uma diminuição da eficiênciadas células. As células fotovoltaicas feitas de tais silícios multicristali-nos geralmente tem baixa eficiência comparada à células fotovoltaicasequivalentes feitas de silício monocristalino, mesmo considerando adistribuição radial dos defeitos presentes no silício monocristalinoproduzido por técnicas conhecidas. Todavia, por causa da simplicidaderelativa e baixo custo de fabricação de silício monocristalino convencio-nal, bem como o efetivo defeito de passivação no processamento dacélula, o silício multicristalino é a forma mais largamente usada desilício para a fabricação de células fotovoltaicas.

Algumas técnicas anteriores de moldagem envolviam o usode um cadinho de "parede fria" para crescimento de cristal. O termo"parede fria" refere-se ao fato de que serpentinas de indução presentessobre ou dentro das paredes do cadinho são resfriadas a água e podemtambém ser embutidas, permanecendo, assim, geralmente abaixo de100°C. As paredes do cadinho podem estar situadas bem perto entre asserpentinas e a carga. O material das paredes do cadinho não éparticularmente isolado termicamente e pode desta forma permanecerem equilíbrio térmico com as serpentinas resfriadas. O aquecimento dosilício não é desta maneira um predicado da radiação das paredes docadinho, por que o aquecimento indutivo do silício no cadinho significaque o silício é aquecido diretamente pela corrente induzida que fluinaquele lugar. Deste modo, as paredes do cadinho permanecem abaixoda temperatura de fusão do silício e são consideradas "frias" em relaçãoao silício fundido. Durante a solidificação do silício fundido aquecidoindutivamente, estas paredes frias do cadinho agem como um sorve-douro de calor. Os lingotes se resfriam rapidamente, determinado pelaradiação para as paredes frias. Desta forma, uma frente de solidificaçãoinicial rapidamente se torna substancialmente curva, com a nucleaçãodo cristal ocorrendo nos lados dos lingotes e crescendo diagonalmenteem direção ao centro dos lingotes, quebrando qualquer tentativa de semanter um processo de semeadura vertical e geometricamente ordena-do ou uma frente de solidificação substancialmente plana.

Em vista do exposto acima, existe uma necessidade de umaforma de silício melhorada que possa ser usada para fabricar célulasfotovoltaicas. Existe também a necessidade de um silício que possa serproduzido em um processo que seja mais rápido e menos caro do que osprocessos que têm sido usados até então para produzir silício monocris-talino. A presente invenção fornece esse silício e esses processos.

Sumário da Invenção

Conforme aqui usado, o termo "silício monocristalino" refe-re-se a um corpo de silício de cristal único, tendo uma orientação decristal consistente através dele todo. Ainda, silício multicristalinoconvencional refere-se a silício cristalino tendo uma distribuição detamanho de grão na escala do cm com múltiplos cristais orientadosaleatoriamente localizados dentro do corpo do silício.

Ainda, como aqui usado, o termo "silício policristalino" refe-re-se a silício cristalino com tamanho de grão da ordem de mícron emúltiplas orientações de grãos localizadas dentro de um dado corpo desilício. Por exemplo, os grãos são tipicamente uma média entre submí-cron a submilímetro de tamanho (por exemplo, grãos individuais podemnão ser visíveis ao olho nu) e orientação de grão distribuída aleatoria-mente através dele todo.

Ainda mais, como aqui usado, o termo "silício próximo domonocristalino" refere-se a um corpo de silício cristalino tendo umaorientação de cristal consistente através de todo ele para maior do que50% em volume do corpo, onde, por exemplo, tal silício próximo domonocristalino pode compreender um corpo de silício de cristal únicopróximo a uma região multicristalina ou ele pode compreender umcristal de silício consistente grande, contiguamente que parcialmente outotalmente contem cristais menores de silício de outras orientações decristal, onde os cristais menores não compreendem mais do que 50% dovolume total. Preferivelmente, o silício próximo do monocristalino podeconter cristais menores os quais não compreendem mais do que 25% dovolume total. Com maior preferência, o silício próximo do monocristali-no pode conter cristais menores os quais não se constituem em mais doque 10% do volume total. Ainda com maior preferência, o silíciopróximo do monocristalino pode conter cristais menores os quais não seconstituem em mais do que 5% do volume total.

Conforme aqui usado, todavia, o termo "silício multicristali-no ordenado geometricamente" (daqui em diante abreviado como "silíciomulticristalino geométrico") refere-se ao silício cristalino, de acordo comas modalidades da presente invenção, tendo uma distribuição detamanho de grão na escala do cm ordenada geometricamente, commúltiplos cristais ordenados localizados dentro de um corpo de silício.Por exemplo, no silício multicristalino geométrico, cada grão tipicamen-te tem uma área da seção transversal média de cerca de 0,25 cm2 acerca de 2.500 cm2 em tamanho e uma altura pode ser tão grandequanto o corpo do silício, por exemplo, a altura pode ser tão grandequanto a dimensão do corpo de silício que é perpendicular ao plano daseção transversal, com orientação de grão dentro de um corpo de silíciomulticristalino geométrico sendo controlado de acordo com orientaçõespré-determinadas. A forma da seção transversal do grão que é perpen-dicular à altura ou comprimento do grão de silício multicristalinogeométrico é tipicamente a mesma forma da semente de cristal ou partede uma semente de cristal sobre a qual ele foi formado. Preferivelmente,a forma da seção transversal do grão é poligonal. Preferivelmente, oscantos dos grãos poligonais correspondem às junções de três diferentesgrãos. Embora cada grão dentro de um corpo de silício multicristalinogeométrico de preferência compreende silício tendo uma orientação decristal consistente contiguamente através de todo aquele grão, um oumais grãos podem também conter pequenas quantidades de cristaismenores de silício de orientação diferentes. Por exemplo, cada tal grãopode parcialmente ou totalmente conter cristais menores de silício deoutras orientações de cristal, onde tais cristais menores não constituemmais do que 25% do volume total do grão, de preferência não mais doque 10% do volume total do grão, com maior preferência não mais doque 5% do volume total do grão, ainda com maior preferência não maisdo que 1% do volume total do grão e ainda com maior preferência nãomais do que 0,1% do volume total do grão.

De acordo com a invenção com aqui realizada e amplamentedescrita, é fornecido um método de fabricação de silício moldado,compreendendo: colocar silício fundido em contato com pelo menos umcristal de semente de silício em um vaso tendo um ou mais paredeslaterais aquecidas a pelo menos a temperatura de fusão do silício e pelomenos uma parede de resfriamento; e formação de um corpo sólido desilício monocristalino, opcionalmente tendo pelo menos duas dimensõescada pelo menos cerca de 10 cm, pelo resfriamento do silício fundidopara controlar a cristalização, onde a formação inclui a formação deuma interface sólido-líquido numa borda do silício fundido que pelomenos inicialmente é paralela a pelo menos uma parede de resfriamen-to, a interface sendo controlada durante o resfriamento de forma a semover numa direção que aumente a distância entre o silício fundido epelo menos uma parede de resfriamento. É contemplado que uma dasparedes do cadinho pode ser um fundo de um cadinho.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, étambém fornecido um método de fabricação de silício moldado, compre-endendo: colocar um arranjo geométrico de uma pluralidade de cristaisde semente de silício monocristalino em pelo menos uma superfície emum cadinho tendo uma ou mais paredes aquecidas a pelo menos atemperatura de fusão do silício e pelo menos uma parede de resfriamen-to, em que o arranjo geométrico dos cristais de semente de silíciomonocristalino inclui polígonos densamente empacotados; colocar osilício fundido em contato com o arranjo geométrico dos cristais desemente de silício monocristalino; e formação de um corpo sólido desilício monocristalino, opcionalmente tendo pelo menos duas dimensõessendo cada uma pelo menos cerca de 10 cm, pelo resfriamento do silíciofundido para controlar a cristalização, onde a formação inclui a forma-ção de uma interface sólido-líquido em uma borda do silício fundido queé paralela a pelo menos uma parede de resfriamento, a interface sendocontrolada durante o resfriamento de forma a se mover na direção queaumenta a distância entre o silício fundido e pelo menos uma parede deresfriamento.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecido um método de fabricação de silício moldado, compre-endendo: o arranjo de uma pluralidade de cristais de semente de silíciomonocristalino em um padrão pré-determinado de pelo menos duassuperfícies de um cadinho; colocar o silício fundido em contato com oscristais de semente de silício monocristalino; e formação de um corposólido de silício monocristalino, opcionalmente tendo pelo menos duasdimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 10 cm, pelo resfria-mento do silício fundido a partir de pelo menos duas superfícies docadinho para controlar a cristalização, onde a formação inclui o controlede uma interface sólido-líquido em uma borda do silício fundidodurante o resfriamento de forma a se mover na direção que aumenta adistância entre o silício fundido e pelo menos duas superfícies docadinho.

De acordo ainda com outra modalidade da presente inven-ção, é também fornecido um método de fabricação de silício fundido,compreendendo: colocar a carga de silício em contato com pelo menosum cristal de semente de silício monocristalino em pelo menos umasuperfície; aquecer a carga de silício e pelo menos um cristal desemente de silício monocristalino até a temperatura de fusão do silício;controlar o aquecimento de forma a que pelo menos um cristal desemente de silício monocristalino não funda completamente, compreen-dendo o controle manter um ΔΤ de cerca de 0,1 0C/minuto ou menos,como medido na superfície externa do cadinho, após alcançar atemperatura de fusão do silício em qualquer lugar do cadinho; e, umavez que pelo menos um cristal de semente de silício monocristalino sejaparcialmente fundido, formar um corpo sólido de silício monocristalinopelo resfriamento do silício.

De acordo ainda com outra modalidade da presente inven-ção, é também fornecido um método de fabricação de silício moldado,compreendendo: colocar um arranjo geométrico de uma pluralidade decristais de semente de silício monocristalino em pelo menos umasuperfície em um cadinho, em que o arranjo geométrico inclui polígonosdensamente empacotados; colocar a carga de silício em contato comuma pluralidade de cristais de semente de silício monocristalino empelo menos uma superfície; aquecimento da carga de silício e dapluralidade de cristais de semente de silício monocristalino até atemperatura de fusão do silício; controlar o aquecimento de forma que apluralidade de cristais de semente não funda completamente, compre-endendo o controle manter um ΔΤ de cerca de 0,1 "C/minuto ou menos,como medido na superfície externa do cadinho, após alcançar atemperatura de fusão do silício em qualquer lugar do cadinho; e, umavez que pelo menos um cristal de semente de silício monocristalino sejaparcialmente fundido, formar um corpo sólido de silício monocristalinopelo resfriamento do silício.

De acordo ainda com outra modalidade da presente inven-ção, é também fornecido um método de fabricação de silício moldado,compreendendo: o arranjo de uma pluralidade de cristais de semente desilício monocristalino em um padrão pré-determinado de pelo menosduas superfícies de um cadinho; colocar a carga de silício em contatocom a pluralidade de cristais de semente de silício monocristalino empelo menos duas superfícies; aquecimento da carga de silício e dapluralidade de cristais de semente de silício monocristalino até atemperatura de fusão do silício; controlar o aquecimento de forma que apluralidade de cristais de semente não funda completamente, compre-endendo o controle manter um ΔΤ de cerca de 0,1 0C/minuto ou menos,como medido na superfície externa do cadinho, após alcançar atemperatura de fusão do silício em qualquer lugar do cadinho; e, umavez que pelo menos um cristal de semente de silício monocristalino sejaparcialmente fundido, formar um corpo sólido de silício monocristalinopelo resfriamento do silício.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, étambém fornecido um método de fabricação de silício moldado, compre-endendo: colocar silício fundido em contato com pelo menos um cristalde semente de silício em um vaso tendo um ou mais paredes lateraisaquecidas a pelo menos a temperatura de fusão do silício, pelo menosum cristal de semente de silício arranjado para cobrir uma área inteiraou substancialmente inteira da superfície do vaso; e formação de umcorpo sólido de silício monocristalino, opcionalmente tendo pelo menosduas dimensões cada pelo menos cerca de 10 cm, pelo resfriamento dosilício fundido para controlar a cristalização.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, étambém fornecido um corpo de silício monocristalino contínuo sendoisento ou substancialmente isento de impurezas e defeitos radialmentedistribuídos, e tendo pelo menos duas dimensões que são cada umapelo menos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão de pelo menoscerca de 20 cm.

De acordo ainda com outra modalidade da presente inven-ção, é também fornecido um corpo de silício monocristalino contínuotendo uma concentração de carbono de cerca de 2x106 átomos/cm3 acerca de 5x1017 átomos/cm3, uma concentração de oxigênio nãoexcedendo 5xl017 átomos/cm3, uma concentração de nitrogênio de pelomenos IxlO15 átomos/cm3, e tendo pelo menos duas dimensões quesão cada uma pelo menos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão depelo menos cerca de 20 cm.

De acordo ainda com outra modalidade da presente inven-ção, é também fornecido um corpo de silício monocristalino moldadocontínuo tendo pelo menos duas dimensões que são cada uma pelomenos cerca de 35 cm.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecida uma célula solar, compreendendo: uma bolachaformada a partir de um corpo de silício monocristalino contínuo sendoisento ou substancialmente isento de impurezas e defeitos radialmentedistribuídos, tendo o corpo pelo menos duas dimensões que são cadauma pelo menos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão de pelomenos cerca de 20 cm; uma junção p-n na bolacha; um revestimentoanti-reflexivo opcional na superfície da bolacha; opcionalmente pelomenos uma camada selecionada a partir de um campo de superfície detrás e uma camada passivadora; e contatos condutores elétricos nabolacha.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecida uma célula solar, compreendendo: uma bolachaformada a partir de um corpo de silício monocristalino contínuo, tendoo corpo pelo menos duas dimensões que são cada uma pelo menoscerca de 35 cm; uma junção p-n na bolacha; um revestimento anti-reflexivo opcional na superfície da bolacha; opcionalmente pelo menosuma camada selecionada a partir de um campo de superfície de trás euma camada passivadora; e contatos condutores elétricos na bolacha.De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecida uma célula solar, compreendendo: uma bolacha desilício monocristalino contínua formada a partir de um corpo de silíciomonocristalino moldado contínuo sendo, a bolacha tendo pelo menosuma dimensão que é pelo menos cerca de 50 mm, e tendo o corpo pelomenos duas dimensões que são cada uma pelo menos cerca de 25 cm euma terceira dimensão de pelo menos cerca de 20 cm; uma junção p-nna bolacha; um revestimento anti-reflexivo opcional na superfície dabolacha; opcionalmente pelo menos uma camada selecionada a partirde um campo de superfície de trás e uma camada passivadora; econtatos condutores elétricos na bolacha.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecida uma bolacha, compreendendo: silício formado apartir de um corpo de silício monocristalino contínuo sendo isento ousubstancialmente isento de impurezas e defeitos radialmente distribuí-dos, tendo o corpo pelo menos duas dimensões que são cada uma pelomenos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de20 cm.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecida uma bolacha, compreendendo: silício formado apartir de um corpo de silício monocristalino moldado contínuo, abolacha tendo pelo menos uma dimensão que é pelo menos cerca de 50mm, e tendo o corpo pelo menos duas dimensões que são cada umapelo menos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão de pelo menoscerca de 20 cm.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecido um método de fabricação de silício moldado, compre-endendo: colocar silício fundido em contato com pelo menos um cristalde semente de silício em um vaso tendo uma ou mais paredes lateraisaquecidas a pelo menos a temperatura de fusão do silício e pelo menosuma parede de resfriamento; e formação de um corpo sólido de silíciopróximo do monocristalino, opcionalmente tendo pelo menos duasdimensões cada pelo menos cerca de 10 cm, pelo resfriamento do silíciofundido para controlar a cristalização, onde a formação inclui a forma-ção de uma interface sólido-líquido numa borda do silício fundido quepelo menos inicialmente é paralela a pelo menos uma parede deresfriamento, a interface sendo controlada durante o resfriamento deforma a se mover numa direção que aumente a distância entre o silíciofundido e pelo menos uma parede de resfriamento.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecido um método de fabricação de silício moldado, compre-endendo: colocar silício fundido em contato com pelo menos um cristalde semente de silício em um vaso tendo uma ou mais paredes lateraisaquecidas a pelo menos a temperatura de fusão do silício, pelo menosum cristal de semente de silício arranjado para cobrir uma área inteiraou substancialmente inteira da superfície do vaso; e formação de umcorpo sólido de silício próximo monocristalino, opcionalmente tendopelo menos duas dimensões cada sendo pelo menos cerca de 10 cm,pelo resfriamento do silício fundido para controlar a cristalização.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecido um corpo de silício próximo monocristalino sendoisento ou substancialmente isento de impurezas e defeitos radialmentedistribuídos, e tendo pelo menos duas dimensões que são cada umapelo menos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão de pelo menoscerca de 20 cm.

De acordo ainda com outra modalidade da presente inven-ção, é também fornecido um corpo de silício próximo monocristalinotendo uma concentração de carbono de cerca de 2x106 átomos/cm3 acerca de 5x1017 átomos/cm3, uma concentração de oxigênio nãoexcedendo 5x1017 átomos/cm3, uma concentração de nitrogênio de pelomenos IxlO15 átomos/cm3, e tendo pelo menos duas dimensões quesão cada uma pelo menos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão depelo menos cerca de 20 cm.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecido um corpo de silício próximo monocristalino moldadotendo pelo menos duas dimensões que são cada uma pelo menos cercade 35 cm.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecida uma célula solar, compreendendo: uma bolachaformada a partir de um corpo de silício próximo monocristalino sendoisento ou substancialmente isento de impurezas e defeitos radialmentedistribuídos, tendo o corpo pelo menos duas dimensões que são cadauma pelo menos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão de pelomenos cerca de 20 cm; uma junção p-n na bolacha; um revestimentoanti-reflexivo opcional na superfície da bolacha; opcionalmente pelomenos uma camada selecionada a partir de um campo de superfície detrás e uma camada passivadora; e contatos condutores elétricos na bolacha.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecida uma célula solar, compreendendo: uma bolachaformada a partir de um corpo de silício próximo monocristalino molda-do, tendo o corpo pelo menos duas dimensões que são cada uma pelomenos cerca de 35 cm; uma junção p-n na bolacha; um revestimentoanti-reflexivo opcional na superfície da bolacha; opcionalmente pelomenos uma camada selecionada a partir de um campo de superfície detrás e uma camada passivadora; e contatos condutores elétricos nabolacha.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecida uma bolacha, compreendendo: silício formado apartir de um corpo de silício próximo monocristalino sendo isento ousubstancialmente isento de impurezas e defeitos radialmente distribuí-dos, tendo o corpo pelo menos duas dimensões que são cada uma pelomenos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de20 cm.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecida uma bolacha, compreendendo: silício formado apartir de um corpo de silício próximo monocristalino moldado, abolacha tendo pelo menos uma dimensão que é pelo menos cerca de 50mm, e tendo o corpo pelo menos duas dimensões que são cada umapelo menos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão de pelo menoscerca de 20 cm.

De acordo ainda com outra modalidade da presente inven-ção, é também fornecida uma célula solar, compreendendo: umabolacha fatiada a partir de um corpo de silício monocristalino contínuosendo isento ou substancialmente isento de impurezas e defeitosradialmente distribuídos, tendo o corpo pelo menos duas dimensõesque são cada uma pelo menos cerca de 25 cm e uma terceira dimensãode pelo menos cerca de 20 cm; uma junção p-n na bolacha; umrevestimento anti-reflexivo opcional na superfície da bolacha; umcampo de superfície de trás opcional; uma ou mais camadas passivado-ras opcionais; e uma pluralidade de contatos condutores elétricos empelo menos uma superfície da bolacha.

De acordo ainda com outra modalidade da presente inven-ção, é também fornecida uma célula solar, compreendendo: umabolacha fatiada a partir de um corpo de silício monocristalino moldadosendo isento ou substancialmente isento de impurezas e defeitosradialmente distribuídos, tendo o corpo pelo menos duas dimensõesque são cada uma pelo menos cerca de 35 cm; uma junção p-n nabolacha; um revestimento anti-reflexivo opcional na superfície dabolacha; um campo de superfície de trás opcional; uma ou maiscamadas passivadoras opcionais; e uma pluralidade de contatoscondutores elétricos em pelo menos uma superfície da bolacha.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, étambém fornecida uma célula solar, compreendendo: uma bolacha desilício monocristalino contínua fatiada a partir de um corpo de silíciomonocristalino contínuo e sendo isento ou substancialmente isento deimpurezas e defeitos radialmente distribuídos, a bolacha tendo pelomenos uma dimensão que é pelo menos cerca de 40 mm, e tendo ocorpo pelo menos duas dimensões que são cada uma pelo menos cercade 25 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 20 cm; umajunção p-n na bolacha; um revestimento anti-reflexivo opcional nasuperfície da bolacha; um campo de superfície de trás opcional; uma oumais camadas passivadoras opcionais; e uma pluralidade de contatoscondutores elétricos em pelo menos uma superfície da bolacha.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, silí-cio próximo monocristalino feito de acordo com a invenção contem até5% em volume de cristais menores de silício de outras orientações decristal. Preferivelmente, de acordo com outra modalidade da presenteinvenção, silício próximo monocristalino feito de acordo com a invençãocontem até 1% em volume de cristais menores de silício de outrasorientações de cristal. Ainda com maior preferência, de acordo comoutra modalidade da presente invenção, silício próximo monocristalinofeito de acordo com a invenção contem até 0,1% em volume de cristaismenores de silício de outras orientações de cristal.

Aspectos adicionais e vantagens da invenção serão estabe-lecidos na descrição que se segue, sendo evidente a partir da descriçãoou aprendido na prática das modalidades da invenção. Os aspectos eoutras vantagens da invenção serão efetuados e atingidos por estrutu-ras de dispositivos semicondutores e métodos e aparelhos de fabricarparticularmente apontadas na descrição escrita e reivindicações, bemcomo nos desenhos anexados.

É para ser compreendido que ambas a descrição geral pre-cedente e a descrição detalhada seguinte são exemplificativoes eexplanatórias e são pretendidas a fornecer explanação adicional dainvenção como reivindicada. Esta invenção também inclui silício feitopelos métodos descritos e reivindicados aqui neste documento ebolachas e células solares feitas de tal silício.

Breve Descrição dos Desenhos

Os desenhos que acompanham o documento, os quais sãoincorporados e constituem uma parte desta especificação, ilustrammodalidades da invenção e, juntos com a descrição, servem paraexplicar os aspectos, vantagens e princípios da invenção. Nos desenhos:

A Figura 1 ilustra um arranjo exemplificativo de sementesde silício nas superfícies de fundo e lateral de um cadinho, de acordocom uma modalidade da presente invenção;

A Figura 2 ilustra outro arranjo exemplificativo de semen-tes de silício nas superfícies de fundo e lateral de um cadinho; deacordo com uma modalidade da presente invenção;

As Figuras 3A-3C ilustram um exemplo de empilhamentode silício multicristalino ordenado geometricamente moldado em umcadinho, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 4 ilustra outro exemplo de empilhamento para osilício multicristalino ordenado geometricamente moldado em umcadinho, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 5 ilustra um exemplo de um empilhamento desementes em matriz densamente empacotada em hexágono, de acordocom uma modalidade da presente invenção;

A Figura 6 ilustra um exemplo de uma matriz de forma po-ligonal tendo interstícios rombóides e triangulares, de acordo com umamodalidade da presente invenção;

A Figura 7 ilustra um método exemplificativo, de acordocom uma modalidade da presente invenção; e

As Figuras 8A-8G e 9 ilustram processos de moldagem e-xemplificativoes para silício monocristalino ou ordenado geometrica-mente, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

Descrição das Modalidades

A referência será feita agora em detalhe às modalidades dapresente invenção, exemplos das quais estão ilustradas nos desenhosque a acompanham. Sempre que possível, os números de referênciaiguais ou similares serão usados em todos os desenhos para se referiràs partes iguais ou semelhantes.

Nas modalidades consistentes com a invenção, a cristaliza-ção de silício fundido é conduzida por processos de moldagem usandoum ou mais cristais de sementes. Como revelado aqui neste documento,tais processos de moldagem podem ser implementados de forma que otamanho, forma e orientação dos grãos dos cristais no corpo moldadodo silício cristalizado são controlados. Conforme aqui usado nestedocumento, o termo "moldado" significa que o silício é formado peloresfriamento do silício fundido em um molde ou vaso usado para reter osilício fundido. Uma vez que um líquido, como o silício fundido, tomaráa forma do recipiente no qual ele é colocado, é também contempladoaqui neste documento que o resfriamento do silício fundido podetambém ser efetuado enquanto se confina o silício fundido por quais-quer meios e não apenas em um molde ou vaso. Como exemplo, o silíciopode ser formado pela solidificação em um cadinho, aonde a solidifica-ção é iniciada a partir de pelo menos uma parede do cadinho e nãoatravés de um objeto estranho resfriado introduzido no meio fundido. 0cadinho pode ter qualquer forma apropriada, tal como uma taça, umcilindro ou uma caixa. Assim, o processo de cristalização do silíciofundido de acordo com esta invenção não é controlado ao se "puxar" umcristal sintético puro ou uma tira. Ainda, consistente com uma modali-dade da presente invenção, o molde, vaso ou cadinhos incluem pelomenos uma superfície de "parede de lado quente" em contato com osilício fundido, Conforme aqui usado, o termo "parede de lado quente"refere-se a uma superfície que é isotérmica ou mais quente do que osilício fundido que ela contacta. Preferivelmente, uma superfície deparede de lado quente permanece fixa durante o processamento dosilício.

Consistente com as modalidades da invenção, o silício cris-talizado pode ser tanto monocristalino contínuo, silício próximomonocristalino ou multicristalino geométrico contínuo tendo orienta-ções de grãos controladas. Conforme aqui usado neste documento, otermo "silício monocristalino contínuo" refere-se a um cristal de silícioúnico, onde o corpo de silício é um corpo homogêneo de silício mono-cristalino e não pedaços menores de silício posto juntos para formar umpedaço maior de silício. Ainda, como aqui usado neste documento, otermo "silício multicristalino geométrico contínuo" refere-se a silíciomulticristalino geométrico onde o corpo do silício é um corpo homogê-neo de silício multicristalino geométrico e não pedaços menores desilício colocados juntos para formar um pedaço maior de silício.

Consistente com as modalidades da presente invenção, acristalização pode ser efetuada pelo posicionamento de uma coleçãodesejada de "sementes" de silício cristalino, por exemplo, no fundo deum vaso, tal como um cadinho de quartzo que pode conter silíciofundido. Conforme aqui usado neste documento, o termo "semente"refere-se a um pedaço de silício de formato de preferência geométricocom uma estrutura de cristal desejada, de preferência pelo menos umaseção transversal tem uma forma geométrica, de preferência poligonal ede preferência tendo um lado que se conforma à superfície de um vasono qual ele pode ser colocado. Essa semente pode ser tanto um pedaçode silício monocristalino quanto um pedaço de silício multicristalinoordenado geometricamente, por exemplo, uma barra ou um corte deseção horizontal ou de outra forma obtido de um lingote de um silíciomonocristalino. Consistente com a presente invenção, uma sementepode ter uma superfície do topo que é paralela à sua superfície defundo, embora este possa não ser o caso. Por exemplo, uma sementepode ser um pedaço de silício, variando em tamanho de cerca de 2 mma cerca de 3.000 mm de lado a lado. Por exemplo, uma semente podeser de cerca de 10 mm a cerca de 300 mm de lado a lado. O pedaço desilício pode ter uma espessura de cerca de 1 mm a cerca de 1.000 mm,de preferência de cerca de 5 mm a cerca de 50 mm. Um tamanho eforma apropriados da semente podem ser selecionados por conveniênciae empilhamento. O empilhamento, como será descrito em mais detalhesabaixo, ocorre quando cristais de semente de silício são arranjados emuma orientação ou padrão geométrico pré-determinado de lado a lado,por exemplo, o fundo de um ou mais dos lados e as superfícies de fundode um cadinho. É preferível que a semente ou sementes cubram asuperfície inteira do cadinho próxima de onde elas estão localizadas, deforma que quando movendo a frente de solidificação de crescimento docristal semeado para longe das sementes, o tamanho total da seçãotransversal do cadinho pode ser mantida como um cristal geométricoconsistente.

O silício fundido é, então, permitido resfriar e cristalizar napresença das sementes, de preferência de uma maneira na qual oresfriamento do silício fundido é conduzido de forma que a cristalizaçãodo silício fundido se inicia no nível do topo original das sementes desólido ou abaixo e prossegue para longe, de preferência para longe nosentido ascendente, a partir das sementes. A interface líquido-sólido emuma borda do silício fundido conformar-se-á de preferência inicialmentea uma superfície de resfriamento do vaso, tal como a superfície de umcadinho, na qual ele está sendo moldado. De acordo com as modalida-des da invenção, a interface líquido-sólido entre o silício fundido e osilício cristalizado pode ser mantida substancialmente plana por toda aparte, por exemplo, a parte inicial do estágio de solidificação ou todo oprocesso de moldagem. Em uma modalidade da invenção, a interfacelíquido-sólido de cada uma das bordas do silício fundido é controladadurante o resfriamento de forma a se mover numa direção que aumentaa distância entre o silício fundido e a superfície resfriada do cadinho, aomesmo tempo em que, de preferência, mantém uma interface sólido-líquido substancialmente plana.

Desta forma, consistente com a presente invenção, a frentede solidificação pode ficar paralela à forma de uma superfície resfriadado vaso. Por exemplo, com um cadinho de fundo plano, a frente desolidificação pode permanecer substancialmente plana, com a interfacesólido-líquido tendo um perfil controlado. A interface sólido-líquido podeser controlada de forma que seu raio de curvatura diminua quando seestá se movendo da borda para o centro. Alternativamente, a interfacesólido-líquido pode ser controlada para manter um raio médio decurvatura de pelo menos metade da largura do vaso. Além do mais, ainterface sólido-líquido pode ser controlada para manter um raio decurvatura médio de pelo menos duas vezes a largura do vaso. O sólidopode ter uma interface levemente convexa com um raio de curvatura depelo menos cerca de quatro vezes a largura do vaso. Por exemplo, ainterface sólido-líquido pode ter um raio de curvatura geralmente maiordo que 2 m em um cadinho quadrado de 0,7 m, mais do que duas vezesa dimensão horizontal do cadinho e de preferência cerca de 8x a cercade 16x de uma dimensão horizontal do cadinho.De acordo com as modalidades da presente invenção, podeser formado um corpo sólido de silício monocristalino ou silício próximodo monocristalino, de preferência moldado, de preferência tendo pelomenos duas dimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 20 cm,por exemplo, pelo menos cerca de 20 cm em um lado e uma terceiradimensão de pelo menos cerca de 10 cm. Preferivelmente, pode serformado um corpo sólido de silício monocristalino ou silício próximomonocristalino, de preferência moldado, tendo pelo menos duasdimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 30 cm, por exemplo,pelo menos cerca de 30 cm em um lado e uma terceira dimensão depelo menos cerca de 10 cm. Ainda com maior preferência, pode serformado um corpo sólido de silício monocristalino ou silício próximomonocristalino, de preferência moldado, tendo pelo menos duasdimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 40 cm, por exemplo,pelo menos cerca de 40 cm em um lado e uma terceira dimensão depelo menos cerca de 20 cm. Ainda com maior preferência, pode serformado um corpo sólido de silício monocristalino ou silício próximomonocristalino, de preferência moldado, tendo pelo menos duasdimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 50 cm, por exemplo,pelo menos cerca de 50 cm em um lado e uma terceira dimensão depelo menos cerca de 20 cm. Ainda com maior preferência, pode serformado um corpo sólido de silício monocristalino ou silício próximomonocristalino, de preferência moldado, tendo pelo menos duasdimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 60 cm, por exemplo,pelo menos cerca de 60 cm em um lado e uma terceira dimensão depelo menos cerca de 20 cm. Ainda com maior preferência, pode serformado um corpo sólido de silício monocristalino ou silício próximomonocristalino, de preferência moldado, tendo pelo menos duasdimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 70 cm, por exemplo,pelo menos cerca de 70 cm em um lado e uma terceira dimensão depelo menos cerca de 20 cm. De acordo com as modalidades da presenteinvenção, pode ser formado um corpo de silício monocristalino contínuoou silício próximo monocristalino, sendo isento ou substancialmenteisento de defeitos e/ou impurezas radialmente distribuídas, de prefe-rência tendo pelo menos duas dimensões sendo cada uma pelo menoscerca de 20 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 10 cm.Preferivelmente, pode ser formado um corpo de silício monocristalinocontínuo ou silício próximo monocristalino, sendo isento ou substanci-almente isento de defeitos e/ou impurezas radialmente distribuídas, depreferência tendo pelo menos duas dimensões sendo cada uma pelomenos cerca de 30 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de10 cm. Com maior preferência, pode ser formado um corpo de silíciomonocristalino contínuo ou silício próximo monocristalino, sendo isentoou substancialmente isento de defeitos e/ou impurezas radialmentedistribuídas, de preferência tendo pelo menos duas dimensões sendocada uma pelo menos cerca de 35 cm e uma terceira dimensão de pelomenos cerca de 10 cm. Ainda com maior preferência, pode ser formadoum corpo de silício monocristalino contínuo ou silício próximo mono-cristalino, sendo isento ou substancialmente isento de defeitos e/ouimpurezas radialmente distribuídas, de preferência tendo pelo menosduas dimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 40 cm e umaterceira dimensão de pelo menos cerca de 20 cm. Ainda com maiorpreferência, pode ser formado um corpo de silício monocristalinocontínuo ou silício próximo monocristalino, sendo isento ou substanci-almente isento de defeitos e/ou impurezas radialmente distribuídas, depreferência tendo pelo menos duas dimensões sendo cada uma pelomenos cerca de 50 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de20 cm. Ainda com maior preferência, pode ser formado um corpo desilício monocristalino contínuo ou silício próximo monocristalino, sendoisento ou substancialmente isento de defeitos e/ou impurezas radial-mente distribuídas, de preferência tendo pelo menos duas dimensõessendo cada uma pelo menos cerca de 60 cm e uma terceira dimensão depelo menos cerca de 20 cm. Ainda com maior preferência, pode serformado um corpo de silício monocristalino contínuo ou silício próximomonocristalino, sendo isento ou substancialmente isento de defeitose/ou impurezas radialmente distribuídas, de preferência tendo pelomenos duas dimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 70 cm euma terceira dimensão de pelo menos cerca de 20 cm.

Um limite superior de tamanho horizontal de um lingote desilício moldado feito de acordo com as modalidades da invenção éapenas determinado pela tecnologia de moldagem e fabricação decadinho e não pelo próprio método da invenção. Os lingotes tendo umaárea de seção transversal de pelo menos 1 m2 e até 4-8 m2 podem sermanufaturados de acordo com esta invenção. De modo semelhante, umlimite superior da altura do lingote pode estar relacionado com ciclos detempo maiores e não aos fundamentos do processo de moldagem.Alturas de lingotes até cerca de 50 cm a cerca de 80 cm são possíveis.Assim, consistente com a invenção, um corpo de silício monocristalinocontínuo, ou silício próximo monocristalino, pode ser feito crescer comsucesso de cerca de 66 cm χ 66 cm de seção transversal, com uma peçade sólido retangular de silício monocristalino contínuo sendo pelomenos 33.750 cm3 em volume. Ainda, consistente com a presenteinvenção, um corpo sólido de silício monocristalino contínuo moldado,ou silício próximo monocristalino, pode ser formado de preferênciatendo pelo menos duas dimensões sendo cada uma tão larga quanto asdimensões interiores de um vaso de moldagem e a terceira dimensãosendo da mesma altura do lingote. Por exemplo, se o corpo moldado desilício monocristalino for um sólido em forma de cubo ou em formatoretangular, estas dimensões acima referir-se-iam ao comprimento,largura e altura desses corpos.

De modo semelhante, pode ser formado um corpo sólido desilício multicristalino geométrico moldado, de preferência tendo pelomenos duas dimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 10 cme uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 5 cm. Preferivelmente,pode ser formado um corpo sólido de silício multicristalino geométricomoldado, de preferência tendo pelo menos duas dimensões sendo cadauma de pelo menos cerca de 20 cm e uma terceira dimensão de pelomenos cerca de 5 cm. Com maior preferência, pode ser formado umcorpo sólido de silício multicristalino geométrico moldado, de preferên-cia tendo pelo menos duas dimensões sendo cada uma de pelo menoscerca de 30 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 5 cm.Ainda com maior preferência, pode ser formado um corpo sólido desilício multicristalino geométrico moldado, de preferência tendo pelomenos duas dimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 35 cme uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 5 cm. Ainda com maiorpreferência, pode ser formado um corpo sólido de silício multicristalinogeométrico moldado, de preferência tendo pelo menos duas dimensõessendo cada uma de pelo menos cerca de 40 cm e uma terceira dimensãode pelo menos cerca de 5 cm. Ainda com maior preferência, pode serformado um corpo sólido de silício multicristalino geométrico moldado,de preferência tendo pelo menos duas dimensões sendo cada uma depelo menos cerca de 50 cm e uma terceira dimensão de pelo menoscerca de 5 cm. Ainda com maior preferência, pode ser formado umcorpo sólido de silício multicristalino geométrico moldado, de preferên-cia tendo pelo menos duas dimensões sendo cada uma de pelo menoscerca de 60 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 5 cmpode ser formado. Ainda com maior preferência, um corpo sólido desilício multicristalino geométrico moldado, de preferência tendo pelomenos duas dimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 70 cme uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 5 cm. Assim, consis-tente com a invenção, pode ser feito crescer um corpo de silício multi-cristalino geométrico contínuo com sucesso de cerca de 66 cm χ 66 cmde seção transversal, com uma peça de sólido retangular de silíciomulticristalino geométrico contínuo sendo pelo menos 33.750 cm3 emvolume. Ainda, consistente com a presente invenção, um corpo sólidode silício multicristalino geométrico contínuo moldado pode ser formadode preferência tendo pelo menos duas dimensões sendo cada uma tãolarga quanto as dimensões interiores de um vaso de moldagem. Porexemplo, se o corpo moldado de silício multicristalino geométrico for umsólido em forma de cubo ou em formato retangular, estas dimensõesacima referir-se-iam ao comprimento, largura e altura desses corpos.

Pela condução da cristalização do silício fundido de umamaneira consistente com as modalidades da invenção, pode ser feitosilício moldado tendo fronteiras de grãos específicas, ao invés dealeatórias e tamanhos de grãos específicos. Além disso, pelo alinha-mento da(s) semente(s) de um modo tal que todas as sementes fiquemorientadas na mesma direção em relação uma à outra, por exemplo, adireção do pólo (100) sendo perpendicular ao fundo do cadinho e adireção do pólo (110) paralela a um dos lados de um cadinho retangularou de seção transversal quadrada, podem ser obtidos corpos grandes desilício moldado que são ou quase são silício monocristalino em que adireção do pólo de tal silício moldado é a mesma daquela da(s) semen-te(s). De modo semelhante, outras direções do pólo podem ser perpendi-culares ao fundo do cadinho. Além do mais, consistente com umamodalidade da invenção, a(s) semente(s) podem ser arranjadas de formaque qualquer direção do pólo comum seja perpendicular ao fundo docadinho.

Quando silício monocristalino é feito pelo método conven-cional de remoção um cristal sintético puro de forma cilíndrica a partirde um recipiente de silício fundido, por exemplo, de acordo com osmétodos CZ ou FZ, o silício monocristalino obtido contém impurezas edefeitos distribuídos radialmente, tal como defeitos de rotação (forma-dos a parte de defeitos intrínsecos tais como vazios e átomos auto-intersticiais) e defeitos de anéis OSF. Os defeitos de rotação são átomosde silício intersticiais ou vazios, sejam na forma singular sejam naforma aglomerada. Esses defeitos de rotação podem ser detectados portopografia de raio-X e aparecem como "rotações" no silício. Eles tambémpodem ser detectados após gravação ácida preferencial do silício paradelineação do defeito.

De acordo com os métodos convencionais CZ e FZ, a distri-buição dos átomos de oxigênio dentro do silício e os defeitos no silíciocausados por esses átomos de oxigênio estão situados radialmente. Istosignifica que eles tendem a ser arranjados em anéis, espirais ou estriasque são simétricas em relação ao eixo central. Os defeitos de anéis OSFsão um exemplo particular disto, em que o oxigênio em escala nanomé-trica precipita faltas de empilhamento nucleadas em uma bandacilíndrica dentro de um lingote monocristalino removido ou cristalsintético puro de silício, resultando em bandas de defeitos circularesnas bolachas feitas de tal silício. Essas bandas podem ser observadasem uma amostra de silício após gravação ácida preferencial.

Tanto os defeitos de rotação como os defeitos de anéis OSFocorrem nos cristais sintéticos puros de silício monocristalino pelaremoção de um cristal sintético puro de forma cilíndrica a partir de umrecipiente de silício fundido, por exemplo, de acordo com os métodos CZou FZ, devido à simetria rotacional do processo de remoção, os gradien-tes térmicos axiais e a rotação inerente ao processo. Em contraste, osilício pode ser feito por processos de moldagem de acordo com modali-dades da presente invenção que não exiba esses defeitos de rotação edefeitos de anéis OSF. Isto é por que a incorporação de defeitos duranteo processo de moldagem pode ser essencialmente distribuída aleatoria-mente na interface crescente não influenciada pela rotação, em umcorpo de silício que não possui simetria cilíndrica e em um processoonde as isotermas são essencialmente planas através do lingote durantetodo o processo de solidificação e resfriamento.

Com relação às concentrações de impurezas de elementosleves no crescimento do silício por diferentes métodos, os níveis seguin-tes, mostrados na Tabela 1, são amplamente considerados característi-cos.<table>table see original document page 29</column></row><table>

Partes dos lingotes CZ podem ser produzidas com tão baixaquanto 5 x 1017 átomos/cm3 de oxigênio, mas não mais baixa. Asconcentrações de carbono e nitrogênio podem ser aumentadas noslingotes FZ e CZ por dopagem intencional, mas a dopagem não excede olimite de solubilidade do sólido nestas técnicas (como se faz no materialmoldado) e lingotes dopados não tem sido feitos em tamanhos maioresdo que 20 cm em diâmetro. Em contraste, lingotes moldados sãotipicamente supersaturados com carbono e nitrogênio devido aorevestimento de liberação e o projeto da zona quente da fornalha. Comouma conseqüência, nitretos e carbetos precipitados estão em toda partedevido à nucleação e crescimento da fase líquida. Em adição, lingotesde cristal único moldado têm sido fabricados, de acordo com as modali-dades da invenção, com os níveis de impurezas acima relatados e comtamanhos tão grandes quanto 50 x 50 x 20 cm3 e 60 x 60 x 5 cm3.Estas dimensões são apenas exemplificativas e não são consideradaslimites superiores para o processo de moldagem da invenção.

Por exemplo, com relação aos níveis de impureza, são prefe-ridas uma concentração de carbono dissolvido de cerca de 1-5x1017átomos/cm3 (notação de cerca de 1xl017 a cerca de 5xl017 áto-mos/cm3), uma concentração de oxigênio dissolvido de cerca de 2-3x1017 átomos/cm3 e uma concentração de nitrogênio dissolvido decerca de 1-5x1015 átomos/cm3 na moldagem do silício de acordo com ainvenção. De acordo com as modalidades da presente invenção, podeser formado um corpo sólido de silício monocristalino, ou silício

Tabela 1

<table>table see original document page 29</column></row><table>próximo monocristalino, de preferência moldado, de preferência tendopelo menos duas dimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 20cm, por exemplo, pelo menos cerca de 20 cm em um lado e uma terceiradimensão de pelo menos cerca de 10 cm, tendo uma concentração decarbono dissolvido de cerca de l-5xl017 átomos/cm3, uma concentra-ção de oxigênio dissolvido de cerca de 2-3xl017 átomos/cm3 e umaconcentração de nitrogênio dissolvido de cerca de l-5xl015 átomos/cm3.Preferivelmente, um corpo sólido de silício monocristalino ou silíciopróximo monocristalino, de preferência moldado, tendo pelo menosduas dimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 30 cm, porexemplo, pelo menos cerca de 30 cm em um lado, e uma terceiradimensão de pelo menos cerca de 10 cm, pode ser formado, tendo umaconcentração de carbono dissolvido de cerca de l-5xl017 átomos/cm3,uma concentração de oxigênio dissolvido de cerca de 2-3xl017 áto-mos/cm3 e uma concentração de nitrogênio dissolvido de cerca de 1-5xl015 átomos/cm3. Com maior preferência, pode ser formado um corposólido de silício monocristalino, ou silício próximo monocristalino, depreferência moldado, tendo pelo menos duas dimensões sendo cadauma pelo menos cerca de 35 cm, por exemplo, pelo menos cerca de 35cm em um lado, e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 10cm, , tendo uma concentração de carbono dissolvido de cerca de 1-5xl017 átomos/cm3, uma concentração de oxigênio dissolvido de cercade 2-3xl017 átomos/cm3 e uma concentração de nitrogênio dissolvidode cerca de l-5xl015 átomos/cm3. Ainda com maior preferência, podeser formado um corpo sólido de silício monocristalino ou silício próximomonocristalino, de preferência moldado, tendo pelo menos duasdimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 40 cm, por exemplo,pelo menos cerca de 40 cm em um lado e uma terceira dimensão depelo menos cerca de 20 cm, tendo uma concentração de carbonodissolvido de cerca de l-5xl017 átomos/cm3, uma concentração deoxigênio dissolvido de cerca de 2-3x1017 átomos/cm3 e uma concentra-ção de nitrogênio dissolvido de cerca de l-5xl015 átomos/cm3. Aindacom maior preferência, pode ser formado um corpo sólido de silíciomonocristalino ou silício próximo monocristalino, de preferênciamoldado, tendo pelo menos duas dimensões sendo cada uma pelomenos cerca de 50 cm, por exemplo, pelo menos cerca de 50 cm numlado e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 20 cm, tendo umaconcentração de carbono dissolvido de cerca de l-5xl017 átomos/cm3,uma concentração de oxigênio dissolvido de cerca de 2-3x1017 áto-mos/cm3 e uma concentração de nitrogênio dissolvido de cerca de 1-5x1015 átomos/cm3. Ainda com maior preferência, pode ser formado umcorpo sólido de silício monocristalino, ou silício próximo monocristalino,de preferência moldado, tendo pelo menos duas dimensões sendo cadauma pelo menos cerca de 60 cm, por exemplo, pelo menos cerca de 60cm de um lado e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 20 cm,tendo uma concentração de carbono dissolvido de cerca de 1-5x1017átomos/cm3, uma concentração de oxigênio dissolvido de cerca de 2-3x1017 átomos/cm3 e uma concentração de nitrogênio dissolvido decerca de l-5xl015 átomos/cm3. Ainda com maior preferência, pode serformado um corpo sólido de silício monocristalino, ou silício próximomonocristalino, de preferência moldado, tendo pelo menos duasdimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 70 cm, por exemplo,pelo menos cerca de 70 cm em um lado e uma terceira dimensão depelo menos cerca de 20 cm, tendo uma concentração de carbonodissolvido de cerca de l-5xl017 átomos/cm3, uma concentração deoxigênio dissolvido de cerca de 2-3xl017 átomos/cm3 e uma concentra-ção de nitrogênio dissolvido de cerca de l-5xl015 átomos/cm3.

De acordo com as modalidades da presente invenção, podeser formado um corpo de silício monocristalino contínuo ou silíciopróximo monocristalino, sendo isento ou substancialmente isento dedefeitos e/ou impurezas radialmente distribuídas, de preferência tendopelo menos duas dimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 20cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 10 cm, tendo umaconcentração de carbono dissolvido de cerca de l-5xl017 átomos/cm3,uma concentração de oxigênio dissolvido de cerca de 2-3x1017 áto-mos/cm3 e uma concentração de nitrogênio dissolvido de cerca de 1-5xl015 átomos/cm3. Preferivelmente, pode ser formado um corpo desilício monocristalino contínuo ou silício próximo monocristalino, sendoisento ou substancialmente isento de defeitos e/ou impurezas radial-mente distribuídas, de preferência tendo pelo menos duas dimensõessendo cada uma pelo menos cerca de 30 cm e uma terceira dimensão depelo menos cerca de 10 cm, tendo uma concentração de carbonodissolvido de cerca de l-5xl017 átomos/cm3, uma concentração deoxigênio dissolvido de cerca de 2-3xl017 átomos/cm3 e uma concentra-ção de nitrogênio dissolvido de cerca de l-5xl015 átomos/cm3. Commaior preferência, pode ser formado um corpo de silício monocristalinocontínuo ou silício próximo monocristalino, sendo isento ou substanci-almente isento de defeitos e/ou impurezas radialmente distribuídas, depreferência tendo pelo menos duas dimensões sendo cada uma pelomenos cerca de 35 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de10 cm, tendo uma concentração de carbono dissolvido de cerca de 1-5x1017 átomos/cm3, uma concentração de oxigênio dissolvido de cercade 2-3x1017 átomos/cm3 e uma concentração de nitrogênio dissolvidode cerca de l-5xl015 átomos/cm3. Ainda com maior preferência, podeser formado um corpo de silício monocristalino contínuo ou silíciopróximo monocristalino, sendo isento ou substancialmente isento dedefeitos e/ou impurezas radialmente distribuídas, de preferência tendopelo menos duas dimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 40cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 20 cm, tendo umaconcentração de carbono dissolvido de cerca de l-5xl017 átomos/cm3,uma concentração de oxigênio dissolvido de cerca de 2-3x1017 áto-mos/cm3 e uma concentração de nitrogênio dissolvido de cerca de 1-5x1015 átomos/cm3. Ainda com maior preferência, pode ser formado umcorpo de silício monocristalino contínuo ou silício próximo monocrista-lino, sendo isento ou substancialmente isento de defeitos e/ou impure-zas radialmente distribuídas, de preferência tendo pelo menos duasdimensões sendo cada uma pelo menos cerca de 50 cm e uma terceiradimensão de pelo menos cerca de 20 cm, tendo uma concentração decarbono dissolvido de cerca de 1-5x1017 átomos/cm3, uma concentra-ção de oxigênio dissolvido de cerca de 2-3x1017 átomos/cm3 e umaconcentração de nitrogênio dissolvido de cerca de l-5xl015 átomos/cm3.Ainda com maior preferência, um corpo de silício monocristalinocontínuo ou silício próximo monocristalino, sendo isento ou substanci-almente isento de defeitos e/ou impurezas radialmente distribuídas,tendo de preferência pelo menos duas dimensões sendo cada uma pelomenos cerca de 60 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de20 cm, pode ser formado, tendo uma concentração de carbono dissolvi-do de cerca de l-5xl017 átomos/cm3, uma concentração de oxigêniodissolvido de cerca de 2-3x1017 átomos/cm3 e uma concentração denitrogênio dissolvido de cerca de l-5xl015 átomos/cm3. Ainda commaior preferência, pode ser formado um corpo de silício monocristalinocontínuo ou silício próximo monocristalino, sendo isento ou substanci-almente isento de defeitos e/ou impurezas radialmente distribuídas, depreferência tendo pelo menos duas dimensões sendo cada uma pelomenos cerca de 70 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de20 cm, tendo uma concentração de carbono dissolvido de cerca de 1-5xl017 átomos/cm3, uma concentração de oxigênio dissolvido de cercade 2-3xl017 átomos/cm3 e uma concentração de nitrogênio dissolvidode cerca de l-5xl015 átomos/cm3.

Um limite superior de tamanho horizontal de um lingote desilício moldado feito de acordo com as modalidades da invenção, e tendoas concentrações de impurezas acima referidas, é apenas determinadopela tecnologia de moldagem e fabricação do cadinho e não pelo própriométodo da invenção. Assim, consistente com a presente invenção, umcorpo de silício monocristalino contínuo moldado, ou silício próximomonocristalino, tendo as concentrações de impurezas acima referidas,pode ser formado de preferência tendo pelo menos duas dimensõessendo cada uma tão grande quanto as dimensões interiores do vaso demoldagem e uma terceira dimensão sendo da mesma altura que olingote. Por exemplo, se o corpo moldado de silício monocristalino é umsólido de em forma de cubo ou forma retangular, estas dimensõesacima referir-se-iam ao comprimento, largura e altura desses corpos.

A(s) semente(s) usada(s) no processo de moldagem, consis-tente com as modalidades da invenção, pode(m) ter qualquer tamanho eforma desejados, mas são peças em formato geométrico apropriado dosilício monocristalino, silício próximo monocristalino ou silício multi-cristalino ordenado geometricamente, tal como peças de silício noformato quadrado, retangular, hexagonal, rombóide ou octogonal. Elaspodem ser moldadas condizente com o empilhamento, de forma quepodem ser colocadas ou "empilhadas" lado a lado e conformadas aofundo de um cadinho em um padrão desejado. Também consistentecom as modalidades da invenção, as sementes podem ser colocadas emum ou mais, incluindo todos, lados do cadinho. Tais sementes podemser obtidas, por exemplo, pelo corte de uma fonte de silício cristalino,tal como um cristal sintético puro de silício monocristalino, em peçastendo as formas desejadas. As sementes podem também ser formadaspelo corte a partir de uma amostra seja de silício monocristalino, silíciopróximo monocristalino ou silício multicristalino geométrico contínuofeito pro um processo de acordo com as modalidades da invenção, deforma que a(s) semente (s) para uso em processos subseqüentes demoldagem podem ser feitas a partir de um processo de moldageminicial. Assim, por exemplo, uma barra de um corte ou obtido de outraforma de um lingote de silício monocristalino ou próximo monocristali-no, seja de silício monocristalino contínuo ou próximo monocristalino,pode funcionar como um molde para uma moldagem subseqüente desilício monocristalino contínuo ou próximo monocristalino. Esse cristalde semente pode ter o tamanho e a forma, ou substancialmente otamanho e a forma, de um lado, tal como o fundo, de um cadinho ououtro vaso no qual a semente é colocada. Para os propósitos de molda-gem monocristalina, é preferível ter tão poucas sementes quantopossível para cobrir o fundo do cadinho de forma a evitar a incorpora-ção de defeitos. Assim, a semente ou as sementes pode(m) ter umtamanho e forma, ou substancialmente o tamanho e forma, de um oumais lados, tal como o fundo, de um cadinho ou outro vaso no qual asemente ou sementes é colocada para efetuar o método de moldagem deacordo com esta invenção.

Serão agora descritos os processos e aparelhos para prepa-rar silício de acordo com certas modalidades da invenção. Todavia, deveser compreendido que estes não são apenas modos de formar silícioconsistentes com os princípios da invenção.

Com referência à Figura 1, são colocadas sementes 100 nofundo de um cadinho com fundo e parede 110, tal como um cadinho dequartzo, de modo que qualquer delas está em contato próximo com amesma orientação de modo a formar uma barra 120 orientada continu-amente, grande. Alternativamente, elas podem ficar em contato próximoem desordem pré-selecionada de forma a produzir limites de grãosespecíficos com tamanhos de grãos escolhidos deliberadamente nosilício resultante que é produzido. Isto é, para moldagem do silíciomulticristalino geométrico, a seção transversal do tamanho do grão, depreferência, a forma da seção transversal do silício multicristalinogeométrico cristalizado resultante será igual ou se aproximará daqueladas sementes e a altura do grão pode ser tão alto quanto a dimensão dosilício que é perpendicular à seção transversal. Se for usado um cristalde semente multicristalino geométrico, por exemplo, um pedaço debarra de silício multicristalino geométrico ou de outra forma obtido deum lingote de silício multicristalino geométrico, tal como um cristal desemente ou cristais de sementes para moldagem de silício multicristali-no geométrico, a seção transversal do tamanho de grão e, de preferên-cia, a forma da seção transversal dos grãos do silício multicristalinogeométrico resultante se aproximará dos grãos da semente ou sementesmulticristalina geométrica. Assim, um pedaço de barra de silíciomulticristalino geométrico ou de outra forma obtido de um lingote desilício multicristalino geométrico pode ser um "cristal de semente desilício multicristalino geométrico" (também referido como "cristal desemente de silício multicristalino ordenado geometricamente") e podefuncionar como molde para uma moldagem subseqüente de silíciomulticristalino geométrico. Esse cristal de semente pode ter umtamanho e forma, ou substancialmente o tamanho e forma, de um lado,tal com o fundo, de um cadinho ou outro vaso no qual a semente écolocada. Quando esse cristal de semente for usado nesta invenção, osilício multicristalino geométrico resultante de preferência terá grãos decristal que tem o mesmo ou substancialmente o mesmo tamanho eforma da seção transversal dos grãos na semente.

Preferivelmente, as sementes 100 são empilhadas e coloca-das de forma a cobrir substancialmente a totalidade do fundo docadinho 110. É também preferível que o cadinho 110 tenha um reves-timento de liberação tal como um feito de sílica, nitreto de silício ou umlíquido encapsulante, para ajudar na remoção do silício cristalizado docadinho 110. Ainda, as sementes podem compreender uma barra oubarras de silício monocristalino com uma orientação de cristal desejada,cerca de 3 mm a cerca de 100 mm de espessura. Embore um número etamanho específicos de sementes 100 sejam mostrados na Figura 1,será prontamente evidente para uma pessoa versada na técnica queambos os número e tamanho de sementes podem ser aumentados oudiminuídos, dependendo da aplicação.

Referindo-se à Figura 2, podem também ser colocadas se-mentes 100 em uma ou mais paredes laterais 130, 140 do cadinho 110.As sementes 100 podem ser colocadas em todas as quatro paredes docadinho 110, embora com o propósito de ilustração apenas, sementes100 sejam mostradas apenas nas paredes 130, 140. Preferivelmente, assementes 100 que são colocadas em qualquer das quatro paredes docadinho 110 são na forma de coluna para facilitar o crescimento docristal. De preferência, cada uma das sementes na forma de colunacolocadas em qualquer das quatro paredes do cadinho 110 terá amesma orientação de grão que a semente colocada imediatamenteabaixo dela na superfície do fundo do cadinho 110. No caso do cresci-mento do silício multicristalino geométrico, a colocação das sementesna forma de coluna desta maneira facilitará o crescimento dos grãos desilício multicristalino geométricos tão grandes quanto a altura docadinho 110.

Ainda, com referência à Figura 2, as vantagens deste arran-jo de sementes 110 são um processo de autopropagação, mais simples,mais rápido de moldagem de silício com alta cristalinidade e altas taxasde crescimento. Por exemplo, o silício pode ser fundido em uma "taça"de silício, consistindo de muitas sementes que são empilhadas juntaspara formar uma cavidade, por exemplo, um fundo e várias paredes,dentro do cadinho 110. Num exemplo alternativo, a "taça" receptora éprimeiramente trazida para a temperatura de fusão do silício, masmantida em estado sólido, e então o silício fundido é derramado dentroe permitido alcançar o equilíbrio térmico. Então, em qualquer exemploacima, o cadinho 110 é resfriado, onde o calor é removido do fundo elados do cadinho 110 por, por exemplo, um material absorvedor decalor sólido (não mostrado) que irradia calor para o ambiente, enquantocalor é ainda aplicado ao topo aberto do cadinho 110. Desta forma, olingote moldado resultante de silício pode ser tanto monocristalino oumulticristalino geométrico (dependendo dos tipos de sementes 100usadas e suas orientações), e a cristalização prossegue mais rápido doque nos processos de moldagem multicristalino conhecidos. Para repetiro processo, uma parte dos lados e fundo do lingote de silício cristalizadoé removida, usando técnicas conhecidas e pode ser reutilizada em umprocesso de moldagem subseqüente. Preferivelmente, uma pluralidadede cristais de sementes, por exemplo, sementes 100, é arranjada deforma que uma direção de pólo comum entre as sementes 100 éperpendicular a cada um do fundo e um lado do cadinho 110, de formaque nenhuma borda de grão é formada entre o fundo e um lado docadinho 110.

As Figuras 3A-3C ilustram um exemplo de empilhamentopara moldagem de silício multicristalino geométrico em cadinho 110. Aengenharia do grão do cristal pode ser conseguida pela cuidadosacriação, orientação, colocação e crescimento de cristal da semente.Figuras 3A e 3B, por exemplo, mostram duas barras de silício mono-cristalino 155, 165, nas quais diferentes direções (110) são indicadas.Ambas as barras tem uma direção perpendicular (100) em comum comsuas superfícies. Cada barra de silício monocristalino 155, 165 é entãocortada para formar muitos pedaços de silício, os quais se tornamsementes 150, 160. Os tipos de superfície podem ser uniformes, porexemplo, (100), por razões de textura ou escolhidos à vontade. A formae tamanho dos grãos podem ser selecionados baseados no corte dosempilhamentos das barras de silício monocristalino 155 e 156, comomostrado na Figura 3B. Os ângulos de orientação relativa entre osempilhamentos vizinhos das peças 150, 160, determinam o tipo defronteira do grão (por exemplo, ângulo alto, ângulo baixo ou idêntico) nosilício multicristalino geométrico resultante. Na Figura 3A, por exemplo,duas orientações de grão da direção do pólo (100) são mostradas.

As sementes mostradas na Figura 3C são, então, compre-endidas de peças de silício monocristalino empilhadas 150, 160 quetêm relacionamentos de orientação selecionada específica com suaspilhas vizinhas. As peças de silício 150, 160 são então empilhadas nofundo do cadinho 110, como mostrado na Figura 3C, de forma que asduas direções (110) são alternantes, como mostradas pelas setasdesenhadas nas peças 150, 160. É importante notar que as peças 150,160 são projetadas como blocos quadrados grosseiros com propósitosilustrativos somente, e pelas razões discutidas abaixo, poderiam teroutras formas.

Embora não mostrado na Figura 3C, as sementes podemtambém estar localizadas nos lados do cadinho, como na Figura 2. ACarga de silício (não mostrada) pode então ser introduzida no cadinho110 sobre as peças 150, 160 e então fundida. Alternativamente, o silíciofundido pode ser derramado no cadinho 110. No exemplo alternativo, ocadinho 110 é primeiro trazido para muito próximo da temperatura dosilício ou até a temperatura do silício e, então, o silício fundido é vertidonele. Consistente com as modalidades da invenção, uma camada fina desementes pode ser fundida antes de a solidificação começar.

Então, em qualquer exemplo acima, o cadinho 110 é resfri-ado, onde calor é removido do fundo do cadinho 110 (e lados apenas seas sementes estão empilhadas nas superfícies laterais também) pormeio, por exemplo, de um material absorvedor de calor sólido queirradia calor para o ambiente, enquanto calor é ainda aplicado ao topoaberto do cadinho 110. Então, é introduzido silício fundido enquanto asemente é mantida como um sólido e a solidificação direcional dofundido causa o crescimento no sentido ascendente dos grãos na formade coluna. Desta forma, o lingote moldado resultante de silício multi-cristalino geométrico imitará as orientações dos grãos das sementes desilício empilhados 150, 160. Uma vez esta técnica sendo implementadaapropriadamente, o lingote resultante pode ser cortado, por exemplo,em barras horizontais para atuar como camadas de sementes paraoutros processos de moldagem. A barra pode ter, por exemplo, otamanho e forma ou substancialmente o tamanho e forma de umasuperfície, tal como o fundo, de um cadinho ou outro vaso usado para amoldagem. Por exemplo, apenas uma de tal barra pode ser usada para oprocesso de moldagem.A Figura 4 ilustra uma variação no empilhamento mostradona Figura 3C. Como exemplo de orientação de grão para o silíciomulticristalino geométrico moldado, peças de sementes 150, 160 sãoempilhadas com uma direção de pólo comum (001) sendo perpendicularao fundo do cadinho 110. Na Figura 4, todas as variações das famíliasde direção (110) estão representadas na peças de empilhamento 150,160, como indicado pelas setas direcionais. Embora não mostradanesta figura em particular, as sementes podem estar em um ou maislados do cadinho 110.

Assim, a orientação dos cristais de semente em um cadinhousado para formar o silício pode ser escolhida de forma são formadasque bordas de grãos específicas no silício multicristalino geométricomoldado e onde essas bordas de grãos englobam formas geométricas.Em contraste ás modalidades desta invenção, processos conhecidos demoldagem envolvem a moldagem de grãos multicristalinos de umamaneira não controlada pela solidificação direcional a partir de umamassa fundida completamente de silício. Os grãos resultantes têmbasicamente orientação e distribuição de tamanho aleatória. A orienta-ção de grão aleatória torna difícil a textura efetiva da superfície desilício. Além disso, tem sido mostrado que as dobras nas bordas dosgrãos, produtos naturais das técnicas de crescimento típicas, tendem anuclear defeitos estruturais envolvendo aglomerados ou linhas dedeslocamento. Estes deslocamentos e as impurezas que eles tendem aatrair, causam rápida recombinação dos condutores elétricos e adegradação do desempenho de um material fotovoltaico. Desta forma,consistente com uma modalidade da invenção, o planejamento esemeadura cuidadosa de uma rede com borda de grão regular paramoldagem tanto do silício monocristalino ou silício multicristalinogeométrico é efetuado de tal forma que o tamanho, forma e orientaçãodos grãos são explicitamente escolhidos de forma a maximizar ummenor tempo de vida de condutor e agregação de impureza enquantominimiza os defeitos estruturais.

As bordas dos grãos podem ser escolhidas para serem pla-nos lisos de forma a minimizar a nucleação de deslocamento enquantomantém suas direções verticais durante o crescimento. Os tipos debordas de grãos são escolhidos para maximizar a agregação de impure-zas e liberação de estresse. As orientações dos grãos (e especialmente aorientação da superfície) são escolhidas para permitir a texturização,aumentar a superfície de passivação e aumentar a força do grão. Otamanho dos grãos é escolhido para otimizar o balanço entre distânciasde agregação efetivas e áreas de absorção grandes. Por exemplo, amoldagem de silício multicristalino geométrico pode ser efetuada de talforma que o silício multicristalino geométrico tenha um tamanho deseção transversal de grão mínimo médio de pelo menos cerca de 0,5 cma cerca de 10 cm com uma direção de pólo comum sendo perpendicularà superfície do silício multicristalino geométrico moldado, como mostra-do, por exemplo, nas Figuras 3C e 4. O tamanho de seção transversalde grão mínimo médio pode ser cerca de 0,5 cm a cerca de 70 cm oumaior. Como descrito acima, o tamanho da seção transversal é compre-endido como a dimensão mais comprida da seção transversal do grãoque é perpendicular à altura ou comprimento do grão. O resultadolíquido é um aumento global na eficiência do material fotovoltaicoresultante.

Consistente com uma modalidade da invenção, um arranjogeométrico de uma pluralidade de cristais de sementes de silíciomonocristalino pode ser colocado pelo menos em uma superfície em umcadinho, por exemplo, uma superfície do fundo de um cadinho, em queo arranjo geométrico inclui polígonos densamente empacotados.Alternativamente, um arranjo geométrico de uma pluralidade de cristaisde semente de silício monocristalino pode ser colocado de tal forma queo arranjo geométrico inclui hexágonos densamente empacotados ouformas poligonais tendo interstícios rombóides ou triangulares, comomostrado, por exemplo, nas Figuras 5 e 6. Ainda noutra alternativa, aoinvés de usar uma pluralidade de cristais de semente monocristalino,uma seção ou barra de corte de silício ou de outra forma obtida a partirde um lingote produzido em uma moldagem prévia de silício monocris-talino ou silício próximo monocristalino pode ser usado como um cristalde semente único para moldar silício monocristalino ou silício próximomonocristalino de acordo com esta invenção. Esse cristal de sementeúnico pode ter o mesmo tamanho e forma, ou substancialmente omesmo tamanho e forma, como uma superfície do cadinho ou outrovaso usado para conduzir a moldagem. Mais especificamente, a Figura5 ilustra um exemplo de uma matriz de empacotamento denso dehexágonos 170. Em contraste, a Figura 6 ilustra um exemplo de umamatriz de formas poligonais tendo interstícios rombóides e triangulares180, 190. Ambas as matrizes são discutidas em mais detalhes abaixo.Quaisquer dos arranjos discutidos acima são também aplicáveis a umamodalidade para moldar seja um corpo sólido de silício monocristalino,um corpo sólido de silício próximo monocristalino ou um corpo sólidode um silício multicristalino geométrico, onde os cristais de semente sãocolocados em ambas as superfícies, fundo e lado do cadinho.

Os grãos de cristal de silício produzidos pela moldagem deum corpo de silício multicristalino geométrico, consistente com asmodalidades da invenção, podem ser crescidos de um modo na formade coluna. Ainda, esses grãos de cristal podem ter uma seção transver-sal que é, ou é próxima, à forma da semente da qual ela é formada.Quando fazendo silício que tenha tais bordas de grão selecionadasespecificamente, de preferência as junções da borda do grão apenas têmtrês bordas de grãos se encontrando em um canto. Como mostrado naFigura 5, arranjos hexagonais de cristais de semente 170 são desejáveispara o empilhamento das sementes onde a orientação do cristal é talque os átomos no plano horizontal tenham simetria de três dobras ouseis dobras, tal como (111) para o silício. Assim, a Figura 5 ilustra umavista em plano de uma parte de uma coleção de sementes em formahexagonal para arranjo no fundo de um cadinho apropriado, tais comoaqueles mostrados nas Figuras 1 e 2. As setas indicam a orientação dadireção (110) do cristal de silício nas sementes.

Alternativamente, para orientações com simetria de quatrodobras, uma configuração geométrica diferente das sementes pode serusada para manter bordas de grãos estáveis, simétricas através dosmúltiplos grãos enquanto ainda satisfazendo a regra da borda com trêsgrãos no canto. Por exemplo, se θ for uma desorientação entre a direção(110) e os lados primários de um octógono com um pólo (100) e α é oângulo do vértice de um rombo intersticial, como mostrado na Figura 6,todos os grãos de cristal terão uma borda de grão simétrica com relaçãoà direção (110) se a = 90° - Θ. Neste exemplo, todos os grãos de cristaltêm uma direção de pólo (100) perpendicular ao plano do papel no quala Figura 6 está desenhada. Assim, a Figura 6 é uma vista de plano deuma parte de uma coleção de sementes em forma octogonal ao longocom sementes em forma de losango 180, 190 para arranjo no fundo deum cadinho apropriado, tal como aquele mostrado nas Figuras 1 e 2. Assetas indicam a orientação da direção (110) do cristal de silício nassementes.

A Figura 7 é um fluxograma que mostra um método exem-plificativo de fabricação de silício consistente com a presente invenção.Consistente com a Figura 7, o método 700 pode começar pela seleçãodos cristais de semente de silício monocristalino para crescimento desilício monocristalino ou multicristalino geométrico e arranjo doscristais de sementes de silício monocristalino em um cadinho (etapa705). Alternativamente, pode ser usado um corte de barra único ou deoutra forma obtido de um lingote de silício monocristalino ou silíciomulticristalino ordenado geometricamente como um cristal de sementeúnico. A seguir, a carga de silício pode ser adicionada ao cadinho (etapa710). O cadinho é então aquecido a partir do topo enquanto o fundo docadinho é resfriado a partir do fundo (seja passivamente ou ativamente;veja etapa 715). Durante a fusão, o estágio de fusão do silício é monito-rado para determinar e controlar a posição da interface sólido-líquido(etapa 720). O estágio de fusão do silício é permitido de ocorrer até queuma parte dos cristais de semente de silício monocristalino é fundida(etapa 725). Uma vez que uma parte desejada do silício monocristalino éfundida, o estágio de fusão é terminado e o estágio de crescimento decristal se inicia (etapa 730). O crescimento de cristal é permitidocontinuar unidirecional e verticalmente dentro do cadinho até que acristalização do silício esteja completa (etapa 735). Se as sementes estãoarranjadas para crescimento de silício multicristalino geométrico, acristalização da etapa 735 produzirá um lingote de silício multicristalinogeométrico com grãos na forma de coluna (etapa 740). Alternativamen-te, se as sementes são arranjadas para crescimento de silício monocris-talino, a cristalização da etapa 735 produzirá um lingote de silíciomonocristalino (etapa 745). Finalmente, o lingote produzido em qual-quer das etapas 735 ou 745 é removido para processamento posterior(etapa 750).

Como mostrado na Figura 8A, a carga de silício 200 podeser introduzida no cadinho 210 contendo sementes 220 de, por exem-plo, um ou dois modos. No primeiro, o cadinho 210 é carregado na suacapacidade plena com carga de silício sólido 200, apropriado na formade pedaços grossos de tamanhos convenientes e o cadinho carregado210 é colocado em uma estação de moldagem (não mostrada).

Como mostrado na Figura 8B, o perfil térmico de um cadi-nho 210 é fixado de forma que o topo da carga do silício no cadinho 110seja aquecido até a fusão, enquanto o fundo é ativamente ou passiva-mente resfriado para manter a fase sólida das sementes 220 no fundodo cadinho 210, isto é, de forma que eles não flutuam quando a carga200 é fundida. Um material sólido de sumidouro de calor 230 está emcontato com o fundo do cadinho 210 para irradiar o calor para paredesresfriadas por água. Por exemplo, o material de sumidouro de calor 230pode ser um bloco sólido de grafite e pode ter, de preferência, dimen-sões tão grandes ou maiores do que o fundo do cadinho. Consistentecom a invenção, por exemplo, o material de sumidouro de calor pode ser66 cm por 66 cm por 20 cm, quando usado com um cadinho tendo umasuperfície de fundo que seja 66 cm por 66 cm. As paredes laterais docadinho 210 são, de preferência, não resfriadas de qualquer modo,desde que as sementes 220 estejam localizadas apenas no fundo docadinho 210. Se as sementes 220 estivessem localizadas no fundo e noslados do cadinho 210, então o material de sumidouro de calor 230estaria localizado em ambos o fundo e os lados do cadinho 210 paramanter o perfil térmico desejado.

A fase em fusão da carga de silício 200 é monitorada de per-to para determinar a posição da interface entre o silício fundido e assementes. Preferivelmente, a fusão 240 (como mostrado na Figura 8B)prossegue até que a carga de silício 200 exceto pelas sementes 220 sejacompletamente fundida, após o que as sementes 220 são parcialmentefundidas. Por exemplo, o aquecimento pode ser controlado de perto deforma que as sementes 220 não fundam completamente, pela manuten-ção de um ΔΤ de cerca de 0,1 "C/minuto ou menos, como medido nasuperfície externa do cadinho, após alcançar a temperatura de fusão dosilício em qualquer lugar no cadinho. Preferivelmente, o aquecimentopode ser controlado de perto pela manutenção de um ΔΤ de cerca de0,05 0C/minuto ou menos, como medido na superfície externa docadinho, após alcançar a temperatura de fusão do silício em qualquerlugar no cadinho. Por exemplo, consistente com a invenção, o ΔΤ podeser medido na superfície externa do cadinho entre o cadinho e um blocogrande de grafite, e uma haste de imersão pode ser inserida na fusão240 para medir a profundidade da fusão, de forma a calcular a partedas sementes 220 que tenham fundido.

Como mostrado na Figura 8C, a parte 250 ilustra uma par-te fundida da espessura total das sementes 220, abaixo da fusão 240.Após a parte 250 das sementes 220 serem fundidas abaixo da fusão240, o estágio de fusão é então rapidamente terminado e o estágio decrescimento de cristal é iniciado, onde o aquecimento no topo docadinho 210 é diminuído e/ou o resfriamento do fundo no material desumidouro de calor 230 é aumentado. Como um exemplo deste proces-so, o gráfico mostrado na Figura 8D ilustra a fusão de uma parte 250das sementes 220 em função do tempo. Como mostrado na Figura 8D,uma parte das sementes tendo uma espessura inicial entre 5 e 6 cm égradualmente fundida até apenas sob 2 cm de onde a semente sólidapermanece. Por exemplo, o aquecimento pode ser controlado de perto deforma que as sementes 220 não fundam completamente, pela manuten-ção de um ΔΤ de cerca de 0,1 °C/minuto ou menos, como medido nasuperfície externa do cadinho (por exemplo, através de um termoparmontado no bloco de resfriamento), após alcançar a temperatura defusão do silício em qualquer lugar no cadinho. Preferivelmente, oaquecimento pode ser controlado de perto pela manutenção de um ΔΤde cerca de 0,05°C/minuto ou menos, como medido na superfícieexterna do cadinho, após alcançar a temperatura de fusão do silício emqualquer lugar no cadinho. Neste ponto, o estágio de fusão é entãorapidamente terminado e o estágio de crescimento de cristal é começa-do, o qual é indicado pelo aumento comparativo na espessura do sólidomedido na ordenada do gráfico.

Então, como mostrado na Figura 8E, o crescimento do cris-tal semeado continua unidirecional e verticalmente, dentro do cadinho210 até que a cristalização do silício esteja completa. O ciclo de molda-gem termina quando o gradiente térmico entre o topo e o fundo docadinho 210 é igualado. Então, o lingote inteiro 260 é vagarosamenteresfriado até à temperatura ambiente. Para a moldagem de silíciomulticristalino geométrico, como mostrado na Figura 8E, este cresci-mento unidirecional de semeadura produz grãos em forma de coluna270 tendo, geralmente, uma seção transversal horizontal que é daforma da semente individual 220 sobre a qual ele é formado. Destamaneira, as bordas do grão no silício multicristalino geométricomoldado pode ser pré-selecionadas. Qualquer dos padrões de semeadu-ra/empilhamento discutidos previamente é aplicável a este processo demoldagem.

Alternativamente, para moldagem de silício monocristalino,o arranjo das sementes 220 pode ser feito para não se ter bordas nogrão de qualquer maneira, resultando em silício monocristalino molda-do. Com mostrado na Figura 8F, a parte 250 ilustra uma parte fundidada espessura total das sementes 220, abaixo da fusão 240. Após a parte250 das sementes 220 serem fundidas abaixo da fusão 240, o estágiode fusão é então rapidamente terminado e o estágio de crescimento decristal é começado, onde o aquecimento do topo do cadinho 210 édiminuído e/ou o resfriamento do fundo da material de sumidouro decalor 230 é aumentado. Então, como mostrado na Figura 8G, o cresci-mento do cristal semeado continua unidirecional e verticalmente dentrodo cadinho 210 até que a cristalização do silício esteja completa. Umainterface sólido-líquido, de preferência, substancialmente lisa 285 sepropaga na direção ascendente e para longe da superfície do fundo docadinho 210. O ciclo de moldagem termina após o crescimento docristal estar completo, quando o gradiente térmico do topo e do fundodentro do cadinho 210 é igualado. Então, o lingote inteiro 280 évagarosamente resfriado à temperatura ambiente. Para moldagem dosilício monocristalino, com mostrado na Figura 8C, este crescimentounidirecional por semeadura produz um corpo sólido contínuo de silíciomonocristalino moldado 290.

Em outro processo, ilustrado na Figura 9, a carga de silício200 pode ser primeiro fundida em um compartimento separado ou umvaso de fusão separado 300. Sementes 220 podem ou não ser parcial-mente fundidas a partir do topo antes da carga fundida 305 seralimentada ou derramada no cadinho 210 via um tubo de fusão 310,após o que o resfriamento e crescimento prosseguem como descritoscom referência às Figuras 8B-8G. Em outra modalidade, cristais desemente de silício podem ser montados nas paredes do cadinho 210(não mostrado) e o crescimento por semeadura pode prosseguir a partirdos lados bem como do fundo do cadinho 210, como descrito previa-mente. Alternativamente, a carga de silício 200 é fundida em um vasode fusão 300 separado do cadinho 210, e ao mesmo tempo o cadinho210 é aquecido para a temperatura de fusão do silício e o aquecimento écontrolado de forma que as sementes 220 não fundem completamente.Sob fusão parcial das sementes 220, a carga fundida 305 pode sertransferida a partir do vaso de fusão 300 para o cadinho 210, e oresfriamento e cristalização pode começar. Assim, consistente com umamodalidade da invenção, uma parte do corpo sólido do silício cristaliza-do pode incluir sementes 220. Alternativamente, as sementes podemser mantidas completamente sólidas antes da introdução da fusão.Neste caso, o silício fundido no vaso de fusão 300 é aquecido além datemperatura de fusão, e o líquido superaquecido é permitido fundir umaparte de algumas sementes quando o líquido superaquecido é introdu-zido.

Numa estação de moldagem em dois estágios, tal como a-quela mostrada na Figura 9, a carga fundida 305 seria vertida no vasode fusão 300, sobre as sementes 220, e assumir a cristalinidade delasdurante a solidificação. Alternativamente, a fusão pode ter lugar em umvaso de fusão central 300, o qual alimenta um arranjo distribuído decadinhos de solidificação, tais como uma ou mais cópias do cadinho210 (não mostrado). Consistente com as modalidades da invenção, oscadinhos de solidificação podem ser forrados com sementes 220 emqualquer um ou ambos os lados e fundo dos cadinhos. Algumasvantagens desta abordagem incluem: a separação dos sistemas de fusãoe solidificação, para permitir melhor otimização de cada etapa demoldagem; uma fusão semi-contínua do silício, em que a fusão de novomaterial pode ocorrer de um modo regular, como necessário paramanter o cadinho alimentado; formação de escória do silício de topo (epotencial drenagem do fundo) enquanto as estações de solidificação sãoalimentadas a partir do meio da fusão, aumentando a pureza domaterial de silício inicial; e permitir que o vaso de fusão 300 alcance oequilíbrio com a carga fundida 305 e não sendo mais uma fontesignificante de impurezas.

Assim, após um lingote 260 ou 280 ter sido moldado porum dos métodos descritos acima, o lingote moldado resultante pode serprocessado adicionalmente, por exemplo, por corte do fundo ou outraseção do lingote e usando-o como uma semente de cristal única emuma corrida subseqüente para formar um corpo de silício monocristali-no, silício próximo monocristalino ou silício multicristalino geométrico,consistente com a invenção, e aonde o tamanho e a forma dessasemente de cristal única é do mesmo tamanho e forma do fundo docadinho usado na corrida de moldagem subseqüente e o resto do lingotepode ser cortado em tijolos ou bolachas para processamento em célulasfotovoltaicas. Alternativamente, o lingote inteiro pode ser cortado, porexemplo, em barras horizontais para uso como cristais de semente emmúltiplas estações de moldagem para futuras corridas de moldagem.

A carga de silício usada nos processos consistente com asmodalidades da invenção pode conter um ou mais dopantes tais comoaqueles selecionados a partir de uma lista incluindo: boro, alumínio,lítio, gálio, fósforo, antimônio, arsênio e bismuto. A quantidade total detal dopante pode ser de cerca de 0,01 partes por milhão por % atômica(ppma) a cerca de 2 ppma. Preferivelmente, a quantidade de dopante nosilício está em uma quantidade tal que uma bolacha feita a partir dosilício tem uma resistividade de cerca de 0,1 a cerca de 50 ohm-cm, depreferência de cerca de 0,5 a cerca de 5,0 ohm-cm.Assim, consistente com a presente invenção, o silício podeser um corpo de silício monocristalino contínuo moldado, silíciopróximo monocristalino moldado ou silício multicristalino geométricomoldado, que de preferência é essencialmente isento ou isento dedefeitos radialmente distribuídos tais como de OSF e/ou defeitos derotação, e de preferência, onde pelo menos duas dimensões do corposão de preferência pelo menos cerca de 10 cm, de preferência cerca de20 cm, com maior preferência pelo menos 30 cm, ainda com maiorpreferência pelo menos 40 cm, ainda com maior preferência pelo menos50 cm, ainda com maior preferência pelo menos 60 cm, e com maiorpreferência pelo menos 70 cm. Com maior preferência, a terceiradimensão de tal corpo de silício é de pelo menos cerca de 5 cm, depreferência de pelo menos cerca de 15 cm e, com maior preferência, depelo menos cerca de 20 cm. O corpo de silício pode ser uma peçaseparada como um corpo único ou ela pode ser contida dentro ouenvolvida pela totalidade ou parcialmente, de outro silício. O corpo desilício pode ser formado de preferência tendo pelo menos duas dimen-sões cada sendo tão grandes quanto as dimensões interiores de umvaso de moldagem. Como aqui revelado, modalidades da invençãopodem ser usadas para produzir corpos grandes de silício monocristali-no, silício próximo monocristalino ou silício multicristalino geométricopor um simples e custo efetivo processo de moldagem.

Os seguintes são exemplos de resultados experimentaisconsistentes com as modalidades da invenção. Estes exemplos estãoapresentados para meramente exemplificar e ilustrar as modalidades dainvenção e não devem ser entendidos como limitantes do escopo dainvenção de qualquer modo.

Exemplo 1

Preparação da semente: Um cristal sintético puro de silício(monocristalino) puro Czochralski (CS), obtido da MEMC, Inc. e tendo0,3 ppma de boro, foi cortado ao longo de seu comprimento usandouma lâmina de banda revestida com diamante de forma que ela tinhauma seção transversal quadrada medindo de 14 cm por lado. O blocoresultante de silício monocristalino foi cortado através de sua seçãotransversal usando a mesma lâmina em fatias tendo uma espessura decerca de 2 cm a cerca de 3 cm. Estas fatias foram usadas como cristaisde sementes de silício monocristalino, ou "sementes". A orientação dopólo cristalográfico (100) do corpo sintético puro de silício foi mantida.As fatias de silício de cristal único resultante foram então arranjadas nofundo de um cadinho de quartzo de forma que a direção (100) das fatiasficou para cima, e a direção (110) foi mantida paralela a um lado docadinho. O cadinho de quartzo tinha uma seção transversal quadradacom 698 cm em um lado, uma profundidade de cerca de 40 cm e umaespessura de parede de cerca de 1,8 cm. As fatias foram arranjadas nofundo do cadinho com suas dimensões mais compridas paralelas aofundo do cadinho e seus lados se tocando para formar uma camadaúnica, completa de tais fatias no fundo do cadinho.

Moldagem: O cadinho foi então preenchido até uma massatotal de 265 kg de carga de silício sólido na temperatura ambiente. Ocadinho preenchido foi então carregado em uma estação de moldagemde fusão/solidificação direcional in situ usada para moldar silíciomulticristalino. O processo de fusão foi corrido pelo aquecimento deaquecedores resistivos a aproximadamente 1550°C, e os aquecedoresforam configurados de forma que o aquecimento veio do topo enquantoo calor era permitido irradiar para fora pelo fundo ao se abrir o isola-mento de um total de 6 cm. Esta configuração levou a fusão a acontecernuma direção topo para fundo em direção ao fundo do cadinho. Oresfriamento passivo através do fundo levou a que os cristais desemente fossem mantidos no estado sólido na temperatura de fusão,como monitorado por um termopar. A extensão da fusão foi medida poruma haste de imersão de quartzo que foi baixada no meio fundido acada dez minutos. A altura da haste de imersão foi comparada comuma medida tomada em um cadinho vazio na estação para determinara altura do material sólido remanescente. Pela medida da haste deimersão, primeiro a carga fundiu e então a fase fundida foi permitida acontinuar até apenas uma altura de cerca de 1,5 cm dos cristais desemente restante. Neste ponto, o aquecimento foi diminuído para umatemperatura ajustada em 1500°C, enquanto a radiação a partir dofundo foi aumentada pela abertura do isolamento para 12 cm. Um oudois milímetros adicionais de cristais de semente fundiram antes de asolidificação começar, como observado pelas medidas com a haste deimersão. Então o crescimento do cristal único semeado se iniciou até ofim da etapa de solidificação. O estágio de crescimento e o restante dociclo de moldagem foram efetuados com os parâmetros normais em quefoi igualado o gradiente térmico topo-fundo e, então, o lingote inteiro foivagarosamente resfriado para a temperatura ambiente. O produto silíciomoldado era um lingote de 66 cm por 66 cm por 24 cm, tendo umaparte central do qual uma seção transversal quadrada horizontalmedindo 50 cm por 50 cm era silício monocristalino do topo ao fundo. Aestrutura do silício monocristalino era evidente pela inspeção visual dasuperfície do lingote. Além disso, a gravação do silício com uma fórmulacáustica capaz de delinear as fronteiras dos grãos ainda afirmou a faltade borda nos grãos no material. A dopagem média no total foi 1,2 ohm-cm, e as células fotovoltaicas fabricadas com este silício tinham umaeficiência elétrica de 16,0%.

Em outras corridas de moldagem conduzidas de acordo comeste exemplo, foi observado que o produto silício moldado era um cristalde silício consistente contínuo que continha cristais de silício menoresde outras orientações de cristal ou era um corpo de silício monocristali-no que tinha regiões adjacentes de silício multicristalino.

Exemplo 2Preparação da semente: A semeadura foi efetuada como noExemplo 1, exceto que as sementes de silício monocristalino foramcortadas de forma que a direção (110) foi de 45 graus a partir do ladodas sementes quadradas para metade das sementes, enquanto a outrametade tinha um ângulo de aproximadamente 20 graus. As peçasquadradas foram colocadas em camadas no fundo do cadinho de ummodo como num tabuleiro de damas alternando as duas orientaçõesdiferentes da semente, isto é, a direção (110) tinha um ângulo de 45graus e 20 graus a partir da orientação dos lados do cadinho. Comrelação um ao outro, as sementes tinham ou 25 graus ou 155 graus dedesorientação. Todavia, devido às diferenças de tamanho nas sementesem forma de quadrado, alguns vazios na camada de semeadura foramdeixados descobertos. O cadinho media aproximadamente 33 cm emcada um dos lados do quadrado e aproximadamente 22 de altura.

Moldagem: O cadinho contendo as sementes e um cadinhoseparado contendo um total de 56 kg de carga de escória de silícioforam carregados numa estação de moldagem em dois estágios deProcesso de Moldagem Ubíquo (UCP). O cadinho receptor (com assementes dentro) foi aquecido até o ponto de fusão do silício, mas nãodada energia para fundir completamente. O silício no outro cadinho foifundido usando aquecedores de grafite resistivos na temperatura depelo menos 50°C acima da temperatura de fusão do silício e, então,vertido no cadinho receptor. Neste ponto, a solidificação começouimediatamente, com o calor sendo extraído do fundo do cadinhoreceptor de forma a efetuar a solidificação direcional e crescimento decristal semeado. O ciclo de crescimento padrão foi encurtado para levarem conta a massa de material já solidificado constituída pelas semen-tes. Deste modo, ao invés de permitir um tempo para que todos os 66kg (10 kg de sementes e 56 kg de carga de silício) solidificassem antesdo processo de resfriamento começar, apenas o tempo para que os 56kg de silício fundido fosse fornecido para evitar perda de energia deaquecimento. O produto deste processo foi ura lingote de silício comgrãos geralmente na forma de coluna, grandes tendo uma seçãotransversal quadrada tendo forma e dimensões que permanecerampróximas da superfície do topo das dimensões do cristal de sementeoriginal sobre os quais eles foram formados. As posições de borda degrão lateral mudaram em alguns casos enquanto o crescimento prosse-guia.

Exemplo 3

Preparação da semente: A semeadura foi efetuada com 23kg de placas (100) quadradas usadas para recobrir o fundo de umcadinho, fornecendo uma área de cobertura de 63 cm χ 63 cm e umaespessura variando de 3 cm no centro a 1,8 cm nos lados. Todas asplacas foram arranjadas com suas direções (110) a 45° a partir dasparedes do cadinho.

Moldagem: O cadinho contendo as sementes foi preenchidocom um total adicional de 242 kg de carga de escória de silício, repre-sentando uma mistura de silício intrínseco, silício reciclado a partir delingotes prévios e silício duplamente moldado com uma resistividadetipo ρ maior do que 9 ohm-cm. A carga de silício no cadinho foi carre-gada em uma fornalha de solidificação direcional de um estágio. Ocadinho (com as sementes dentro) foi aquecido até uma temperatura de1550°C, enquanto o fundo foi resfriado pela abertura do isolamento em12 cm. A interface sólido-líquido permaneceu substancialmente planadurante a fusão, de forma que ao final da fusão, nenhuma parte dasemente foi fundida. A espessura do silício foi monitorada pelo uso deuma haste de imersão de quartzo. Quando uma espessura do centro foimedida em 2,5 cm, o estágio de fusão foi parado, a temperatura deaquecimento foi diminuída para 1.440°C e a altura do isolamento foidiminuída para 15 cm. A partir do começo da mudança da fase defusão, a taxa de aumentou de temperatura foi mantida em 0,1"C/minuto ou abaixo, como medida na superfície externa do cadinho,após alcançar a temperatura de fusão do silício em qualquer lugar docadinho. Então, o restante do processo de solidificação foi permitido deocorrer, com a potência do aquecedor grosseiramente constante sendomantida até o final do crescimento do cristal ser observado. Após o finaldo crescimento, a temperatura do lingote de silício cristalizado foiigualada e então trazida uniformemente para a temperatura ambiente.Após a remoção do lingote do cadinho, o fundo do lingote foi cortado emuma peça grande pra re-uso posterior como uma semente em outroprocesso de moldagem subseqüente, e o restante do lingote foi cortadoem tijolos quadrados de 12,5 cm para posterior processamento. Oprocesso foi um sucesso ao conseguir crescimento monocristalinosubstancialmente sobre a inteira seção transversal da camada desemente, e ocorrendo através do topo do lingote. A monocristalinidadefoi evidente a partir da inspeção do silício cortado.

Em outras corridas de moldagem conduzidas de acordo comeste exemplo, foi observado que o produto silício moldado foi um cristalde silício consistente contíguo que continha cristais de silício menoresde outras orientações de cristal ou era um corpo de silício monocristali-no que tinha regiões adjacente de silício multicristalino.

As bolachas feitas a partir de silício consistente com as mo-dalidades da invenção são apropriadamente finas e podem ser usadasem células fotovoltaicas. Além disso, as bolachas podem ser do tipo ηou do tipo p. Por exemplo, bolachas podem ter uma espessura de cercade 10 micra a cerca de 700 micra de espessura. Ainda, as bolachasusadas em células fotovoltaicas de preferência têm um comprimento dedifusão (Lp) que é maior do que a espessura (t) da bolacha. Por exemplo,a razão de Lp para t é apropriadamente pelo menos 0,5. Pode ser, porexemplo, pelo menos cerca de 1,1 ou pelo menos cerca de 2. O compri-mento de difusão é a distância média que condutores minoritários (taiscomo elétrons no material tipo p) podem se difundir antes da recombi-nação com os condutores majoritários (buracos no material do tipo p).O Lp é relacionado ao tempo de vida τ do condutor minoritário atravésda relação Lp = (Dx)1/2, onde D é a constante de difusão. O comprimentode difusão pode ser medido por um número de técnicas, tais como atécnica da Corrente Fóton-Feixe-Induzida ou a técnica da Fotovoltagemde Superfície. Veja, por exemplo, "Fundamentais of Solar Cell^, de A.Fahrenbruch e R. Rube, Academic Press, 1983, pág. 90-102, para umadescrição de como o comprimento de difusão pode ser medido.

As bolachas podem ter uma largura de cerca de 100 milíme-tros a cerca de 600 milímetros. Preferivelmente, as bolachas têm pelomenos uma dimensão sendo pelo menos cerca de 50 mm. As bolachasfeitas de silício da invenção e, conseqüentemente, as células fotovoltai-cas feitas pela invenção podem, por exemplo, ter uma área superficialde cerca de 50 a cerca de 3600 centímetros quadrados. A superfíciefrontal da bolacha é, de preferência, texturizada. Por exemplo, a bolachapode ser apropriadamente texturizada usando gravação química,gravação por plasma ou traçador a laser ou mecânico. Se uma bolachatendo uma orientação de pólo (100) é usada, a bolacha pode ser gravadapara formar uma superfície texturizada anisotrópica pelo tratamento dabolacha em uma solução aquosa de uma base, tal como hidróxido desódio, a elevada temperatura, por exemplo, de cerca de 70°C a cerca de90°C, por cerca de 10 a cerca de 120 minutos. A solução aquosa podeconter um álcool, tal como isopropanol.

Assim, células solares podem ser fabricadas usando as bo-lachas produzidas a partir de lingotes de silício moldados de acordocom as modalidades da invenção, pelo fatiamento do corpo sólido desilício moldado para formar pelo menos uma bolacha; opcionalmenteefetuando um procedimento de limpeza na superfície da bolacha;opcionalmente efetuando uma etapa de texturização na superfície;formação de uma junção p-n, por exemplo, ao dopar a superfície;opcionalmente depositando um revestimento anti-reflexivo na superfí-cie; opcionalmente formandpelo menos uma camada selecionada apartir de um campo de superfície de trás e uma camada de passivaçãopor, por exemplo, uma etapa de sinterização de alumínio; e formação decontatos condutores elétricos na bolacha. Uma camada de passivação éuma camada que tem uma interface com uma superfície da bolachadescoberta que une as ligações oscilantes da superfície dos átomos.Exemplos de camadas de passivação no silício incluem nitreto de silício,dióxido de silício e silício amorfo. Esta camada é geralmente mais finado que um mícron, seja transparente à luz ou atuando como umacamada anti-reflexiva.

Num processo típico e geral para preparar célula fotovoltai-ca usando, por exemplo, uma bolacha de silício tipo p, a bolacha éexposta em um lado a um n-dopante apropriado para formar umacamada emissora e uma junção p-n na frente, ou lado receptor de luzna bolacha. Tipicamente, a camada do tipo η ou camada emissora éformada ao primeiro se depositar o n-dopante na superfície da frente dabolacha do tipo ρ usando técnicas comumente empregadas na técnica,tais como deposição química ou física e, após essa deposição, o n-dopante, por exemplo, fósforo, é direcionado para a superfície da frenteda bolacha de silício para ainda difundir o n-dopante na superfície dabolacha. Esta etapa de "direção" é comumente efetuada pela exposiçãoda bolacha a altas temperaturas. Uma junção p-n é, desta forma,formada na região de fronteira entre a camada do tipo η e o substratoda bolacha de silício tipo ρ. A superfície da bolacha, antes da dopagempor fósforo ou outro dopante para formar a camada emitente, pode sertexturizada. De forma a ainda aumentar a absorção de luz, um revesti-mento anti-reflexivo opcional, tal como nitreto de silício, pode sertipicamente aplicado na frente da bolacha, algumas vezes fornecendopassivação simultânea para a superfície e ou de volume.

De forma a utilizar o potencial elétrico gerado pela exposi-ção da junção p-n à energia luminosa, a célula fotovoltaica é tipicamen-te provida com um contato elétrico de frente condutivo na face da frenteda bolacha e um contato elétrico de trás condutivo na face de trás dabolacha, embora ambos os contatos possam estar na parte de trás dabolacha. Esses contatos são tipicamente feitos de um ou mais metaiscondutores altamente elétricos e são, desta forma, tipicamente opacos.

Assim, as células solares consistentes com as modalidadesdescritas acima podem compreender uma bolacha formada de um corpode silício monocristalino contínuo ou silício próximo monocristalinosendo isento ou substancialmente isento de defeitos distribuídosradialmente, o corpo podendo ser como descrito acima neste documentoe, por exemplo, tendo pelo menos duas dimensões cada um sendo pelomenos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão sendo pelo menos cercade 20 cm, uma junção p-n na bolacha, um revestimento anti-reflexivoopcional na superfície da bolacha; de preferência tendo pelo menos umacamada selecionada de um campo de superfície de trás e uma camadade passivação; e contatos condutores elétricos na bolacha, onde o corpopode ser isento ou substancialmente isento de defeitos de rotação eisento ou substancialmente isento de defeitos de OSF.

Também células solares consistentes com as modalidadesdescritas acima podem compreender uma bolacha formada a partir deum corpo de silício multicristalino geométrico contínuo, tendo o corpoum arranjo pré-determinado de orientações de grãos, de preferênciacom uma direção de pólo comum sendo perpendicular à superfície docorpo, o corpo de preferência ainda tendo pelo menos duas dimensõescada um preferencialmente sendo pelo menos cerca de 10 cm, umajunção p-n na bolacha, um revestimento anti-reflexivo opcional nasuperfície da bolacha; de preferência tendo pelo menos uma camadaselecionada de um campo de superfície de trás e uma camada depassivação; e contatos condutores elétricos na bolacha, onde o silíciomulticristalino geométrico inclui grãos de silício tendo um tamanho deseção transversal de grão de cristal médio de cerca de 0,5 cm a cerca de30 cm e em que o corpo pode ser isento ou substancialmente isento dedefeitos de rotação e isento ou substancialmente isento de defeitos deOSF.

Ficará evidente para aqueles versados na técnica que váriasmodificações e variações podem ser feitas nas estruturas e métodosrevelados sem se afastar do escopo ou espírito da invenção. Por exem-plo, os processos e métodos revelados que referem-se à formação desilício monocristalino são também aplicáveis para a formação de silíciopróximo monocristalino ou combinações dos mesmos. Além do mais,embora a moldagem de silício tenha sido descrita aqui neste documen-to, outros materiais semicondutores e materiais cristalinos não metáli-cos podem ser moldados sem sair do escopo e espírito da invenção. Porexemplo, o inventor considerou a moldagem de outros materiaisconsistentes com as modalidades da invenção, tais como arsenieto degálio, germânio silício, óxido de alumínio, nitreto de gálio, óxido dezinco, sulfeto de zinco, arsenieto índio gálio, antimoneto de índio,germânio, óxidos de bário ítrio, óxidos de lantanídeos, óxido de magné-sio e outros semicondutores, óxidos e intermetálicos com uma faseliquida. Outras modalidades da invenção serão evidentes para aquelesversados na técnica a partir da consideração da especificação e práticada invenção revelada aqui neste documento. Pretende-se que o RelatórioDescritivo e os Exemplos sejam considerados apenas exemplificativos,com um escopo e um espírito da invenção verdadeiros sendo indicadospelas Reivindicações seguintes.

Claims

"Métodos de Fabricação de Silício Moldado e de Célula Solar,Células Solares, Corpos de Silício Monocristalinos Contínuos,Bolachas e Silício"

1. - Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado por quecompreendendo :colocar silício fundido em contato com pelo menos um cris-tal de semente de silício em um vaso tendo um ou mais lados aquecidosaté pelo menos a temperatura de fusão do silício e pelo menos umaparede para resfriamento; eformar um corpo sólido compreendendo silício monocrista-lino, opcionalmente tendo pelo menos duas dimensões cada sendo pelomenos cerca de 10 cm, pelo resfriamento do silício fundido paracontrolar a cristalização, onde a formação inclui a formação de umainterface sólido-líquido em uma borda do silício fundido que pelo menosinicialmente é paralela a pelo menos uma parede para resfriamento, ainterface sendo controlada durante o resfriamento de forma a se moverna direção que aumenta a distância entre o silício fundido e pelo menosuma parede para resfriamento.

2. - Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado por quecompreende:proporcionar um corpo de silício moldado de acordo com aReivindicação 1;formar pelo menos uma bolacha a partir do corpo;opcionalmente efetuar um procedimento de limpeza na su-perfície da bolacha;opcionalmente efetuar uma etapa de texturização na super-fície;formar uma junção p-n;opcionalmente depositar um revestimento anti-reflexivo nasuperfície;opcionalmente formar pelo menos uma camada selecionadaa partir de um campo de superfície de trás e uma camada de passiva-Ção; eformar contatos condutores elétricos na bolacha.

3. Método, de acordo com as Reivindicações 1 ou 2, caracterizado porquecolocar inclui ainda colocar pelo menos um cristal de se-mente de silício no fundo de um cadinho eainda em que o resfriamento move a interface sólido-líquidonuma direção para longe do fundo do cadinho, ao mesmo tempo em quemantém a borda que é paralela a pelo menos uma parede para resfria-mento.

4. Método, de acordo com a Reivindicação 3, caracterizado por que oarranjo compreende ainda pelo menos um cristal de semente de formaque uma direção de pólo específica seja perpendicular a um fundo deum cadinho.

5. Método, de acordo com a Reivindicação 3, caracterizado por quecolocar o silício fundido inclui ainda fundir a carga de silício numrecipiente de fusão separado do cadinho, aquecer o cadinho e o silício àtemperatura de fusão do silício, controlar o aquecimento de forma quepelo menos um cristal de semente no cadinho não funda completamen-te e transferir o silício fundido do recipiente de fusão para o cadinho.

6. Método, de acordo com a Reivindicação 3, caracterizado por queinclui ainda formar uma parte do corpo para incluir pelo menos umcristal de semente.

7. Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado por quecompreende:colocar um arranjo geométrico de uma pluralidade de cris-tais de sementes de silício compreendendo silício monocristalino empelo menos uma superfície de um cadinho tendo uma ou mais paredeslaterais aquecidas para pelo menos a temperatura de fusão do silício epelo menos uma parede para resfriamento, em que o arranjo geométricoinclui polígonos densamente empacotados;colocar silício fundido em contato com o arranjo geométricodos cristais de semente de silício; eformar um corpo sólido compreendendo silício monocrista-lino, opcionalmente tendo pelo menos duas dimensões cada sendo pelomenos cerca de 10 cm, pelo resfriamento do silício fundido paracontrolar a cristalização, em que a formação inclui a formação de umainterface sólido-líquido em uma borda do silício fundido que é paralela apelo menos uma parede para resfriamento, sendo a interface controladadurante o resfriamento de forma a se mover na direção que aumenta adistância entre o silício fundido e a pelo menos uma parede pararesfriamento.

8. Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado por quecompreende:proporcionar um corpo de silício moldado de acordo com aReivindicação 7;formar pelo menos uma bolacha a partir do corpo;opcionalmente efetuar um procedimento de limpeza na su-perfície da bolacha;opcionalmente efetuar uma etapa de texturização na super-fície;formar uma junção p-n;opcionalmente depositar um revestimento anti-reflexivo nasuperfície;opcionalmente formar pelo menos uma camada selecionadaa partir de um campo de superfície de trás e uma camada de passiva-Ção; eformar contatos condutores elétricos na bolacha.

9. - Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado por quecompreendendo:arranjar uma pluralidade de cristais de semente de silíciocompreendendo silício monocristalino num padrão pré-determinado empelo menos duas superfícies de um cadinho;colocar silício fundido em contato com os cristais de semen-te de silício monocristalino; eformar um corpo sólido compreendendo silício monocrista-lino, opcionalmente tendo pelo menos duas dimensões cada sendo pelomenos cerca de 10 cm, pelo resfriamento do silício fundido a partir depelo menos duas superfícies do cadinho para controlar a cristalização,em que a formação inclui a o controle de uma interface sólido-líquidoem uma borda do silício fundido durante o resfriamento de forma a semover na direção que aumenta a distância entre o silício fundido e apelo menos duas superfícies do cadinho.

10. - Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado por quecompreende:proporcionar um corpo de silício moldado de acordo com aReivindicação 9;formar pelo menos uma bolacha a partir do corpo;opcionalmente efetuar um procedimento de limpeza na su-perfície da bolacha;opcionalmente efetuar uma etapa de texturização na super-fície;formar uma junção p-n;opcionalmente depositar um revestimento anti-reflexivo nasuperfície;opcionalmente formar pelo menos uma camada selecionadaa partir de um campo de superfície de trás e uma camada de passivaÇão; eformar contatos condutores elétricos na bolacha.

11. - Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado por quecompreende:colocar uma carga de silício em contato com pelo menos umcristal de semente de silício compreendendo silício monocristalino empelo menos uma superfície;aquecer a carga de silício e pelo menos um cristal de se-mente de silício para a temperatura de fusão do silício;controlar o aquecimento de forma que pelo menos um cris-tal de semente de silício não funda completamente, compreendendo ocontrole manter um ΔΤ de cerca de 0,1 0C/minuto ou menos, comomedido numa superfície externa do cadinho, após alcançar a tempera-tura de fusão do silício em qualquer lugar do cadinho; e, uma vez quepelo menos um cristal de semente de silício seja parcialmente fundido,formar um corpo sólido compreendendo silício monocrista-Iino pelo resfriamento do silício.

12. - Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado por quecompreende:proporcionar um corpo de silício moldado de acordo com aReivindicação 11;formar pelo menos uma bolacha a partir do corpo;opcionalmente efetuar um procedimento de limpeza na su-perfície da bolacha;opcionalmente efetuar uma etapa de texturização na super-fície;formar uma junção p-n;opcionalmente depositar um revestimento anti-reflexivo nasuperfície;opcionalmente formar pelo menos uma camada selecionadaa partir de um campo de superfície de trás e uma camada de passivação; eformar contatos condutores elétricos na bolacha.

13. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo com asReivindicações 9 ou 11, caracterizado por que colocar ainda incluicolocar pelo menos um cristal de semente de no fundo de um cadinho.

14. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo com asReivindicações 9 ou 11, caracterizado por que inclui ainda formar umaparte do corpo para incluir pelo menos um cristal de semente.

15. - Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado porque, compreendendo:colocar um arranjo geométrico de uma pluralidade de cris-tais de sementes de silício compreendendo silício monocristalino empelo menos uma superfície de um cadinho, em que o arranjo geométricoinclui polígonos densamente empacotados;colocar a carga de silício em contato com a pluralidade decristais de semente de silício em pelo menos uma superfície;aquecer a carga de silício e a pluralidade de cristais de se-mente de silício para a temperatura de fusão do silício;controlar o aquecimento de forma que a pluralidade de cris-tais de semente de silício não funde completamente, compreendendo ocontrole manter um ΔΤ de cerca de 0,1 °C/minuto ou menos, comomedido em uma superfície externa do cadinho, após alcançar a tempe-ratura de fusão do silício em qualquer lugar do cadinho; e, uma vez quepelo menos um cristal de semente de silício seja parcialmente fundido,formar um corpo sólido compreendendo silício monocrista-lino pelo resfriamento do silício.

16. - Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado por quecompreende:proporcionar um corpo de silício moldado de acordo com aReivindicação 15;formar pelo menos uma bolacha a partir do corpo;opcionalmente efetuar um procedimento de limpeza na su-perfície da bolacha;opcionalmente efetuar uma etapa de texturização na super-fície;formar uma junção p-n;opcionalmente depositar um revestimento anti-reflexivo nasuperfície;opcionalmente formar pelo menos uma camada selecionadaa partir de um campo de superfície de trás e uma camada de passivaÇão; eformar contatos condutores elétricos na bolacha.

17. - Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado porque, compreende:arranjar uma pluralidade de cristais de semente de silíciocompreendendo silício monocristalino num padrão pré-determinado empelo menos duas superfícies de um cadinho;colocar a carga de silício em contato com a pluralidade decristais de semente de silício em pelo menos duas superfícies;aquecer a carga de silício e a pluralidade de cristais de se-mente de silício para a temperatura de fusão do silício;controlar o aquecimento de forma que a pluralidade de cris-tais de semente de silício não funde completamente, compreendendo ocontrole manter um ΔΤ de cerca de 0,1 0C/minuto ou menos, comomedido em uma superfície externa do cadinho, após alcançar a tempe-ratura de fusão do silício em qualquer lugar do cadinho; e, uma vez quepelo menos um cristal de semente de silício seja parcialmente fundido,formar um corpo sólido compreendendo silício monocrista-Iino pelo resfriamento do silício.

18. - Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado por quecompreende:proporcionar um corpo de silício moldado de acordo com aReivindicação 17;formar pelo menos uma bolacha a partir do corpo;opcionalmente efetuar um procedimento de limpeza na su-perfície da bolacha;opcionalmente efetuar uma etapa de texturização na super-fície;formar uma junção p-n;opcionalmente depositar um revestimento anti-reflexivo nasuperfície;opcionalmente formar pelo menos uma camada selecionadaa partir de um campo de superfície de trás e uma camada de passivação; eformar contatos condutores elétricos na bolacha.

19. - Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado por quecompreende:colocar silício fundido em contato com pelo menos um cris-tal de semente de silício em um vaso tendo uma ou mais paredeslaterais aquecidas a pelo menos a temperatura de fusão do silício, pelomenos um cristal de semente de silício arranjado para cobrir uma áreainteira ou substancialmente inteira da superfície do vaso; eformar um corpo sólido compreendendo silício monocrista-lino, opcionalmente tendo pelo menos duas dimensões cada sendo pelomenos cerca de 10 cm, pelo resfriamento do silício fundido paracontrolar a cristalização.

20. - Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado por quecompreende:proporcionar um corpo de silício moldado de acordo com aReivindicação 19;formar pelo menos uma bolacha a partir do corpo;opcionalmente efetuar um procedimento de limpeza na su-perfície da bolacha;opcionalmente efetuar uma etapa de texturização na super-fície;formar uma junção p-n;opcionalmente depositar um revestimento anti-reflexivo nasuperfície;opcionalmente formar pelo menos uma camada selecionadaa partir de um campo de superfície de trás e uma camada de passiva-Ção; eformar contatos condutores elétricos na bolacha.

21. - Célula Solar, caracterizada por que é fabricada de acordo com ométodo das Reivindicações 1, 7, 9, 11, 15, 17 ou 19.

22. - Método, de acordo com as Reivindicações 1, 3, 7-12 ou 15-19,caracterizado por que o resfriamento inclui o uso de um material desumidouro de calor para irradiar calor para as paredes resfriadas aágua.

23. - Método, de acordo com as Reivindicações 1, 3, 7-12 ou 15-19,caracterizado por que ainda compreende formar o corpo sendo subs-tancialmente isento de defeitos de rotação e substancialmente isento dedefeitos de falhas de empilhamento induzidas pelo oxigênio.

24. - Método de Fabricação de Silício Moldado de acordo com asReivindicações 1, 7, 9, 11, 15, 17 ou 19, caracterizado por que aindacompreende formar uma bolacha tendo pelo menos uma dimensãosendo pelo menos cerca de 50 mm.

25. - Método de Fabricação de Célula Solar, de acordo com as Reivin-dicações 2, 8, 10, 12, 16, 18 ou 20, caracterizado por que aindacompreende formar uma bolacha tendo pelo menos uma dimensãosendo pelo menos de cerca de 50 mm.

26. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo com aReivindicação 24, caracterizado por que compreende ainda formar abolacha sendo substancialmente isenta de defeitos de rotação e subs-tancialmente isenta de defeitos de falhas de empilhamento induzidaspelo oxigênio.

27. - Método de Fabricação de Célula Solar, de acordo com a Reivindi-cação 25, caracterizado por que compreende ainda formar a bolachasendo substancialmente isenta de defeitos de rotação e substancialmen-te isenta de defeitos de falhas de empilhamento induzidas pelo oxigênio.

28. - Método, de acordo com as Reivindicações 7-12 ou 15-18, caracte-rizado por que inclui ainda formar uma parte do corpo para incluiruma pluralidade de cristais de semente.

29. - Método, de acordo com as Reivindicações 7-10 e 15-18, caracteri-zado por que colocar o silício fundido inclui ainda fundir a carga desilício num recipiente de fusão separado do cadinho, aquecer o cadinhoe o silício à temperatura de fusão do silício, controlar o aquecimento deforma que a pluralidade de cristais de semente no cadinho não fundacompletamente e transferir o silício fundido do recipiente de fusão parao cadinho.

30. - Método, de acordo com as Reivindicações 1, 2, 11, 12, 19 e 20,caracterizado por que colocar o silício fundido ainda inclui fundir acarga de silício num recipiente de fusão separado do cadinho, aquecer ocadinho e o silício para a temperatura de fusão do silício, controlar oaquecimento de forma que pelo menos um cristal de semente nocadinho não funda completamente e transferir o silício fundido dorecipiente de fusão para o cadinho.

31. - Método, de acordo com qualquer uma das Reivindicações 7, 8, 15ou 16, caracterizado por que compreende ainda arranjar a pluralidadede cristais de semente de forma que uma direção de pólo comum entreos cristais de semente seja perpendicular ao fundo do cadinho.

32. - Método, de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1, 3, 7--12 ou 15-20, caracterizado por que compreende ainda formar outrocorpo sólido de silício usando um cristal de semente cortado a partir deum corpo de silício previamente moldado de acordo com o dito método.

33. - Método, de acordo com qualquer uma das Reivindicações 7-10,caracterizado por que colocar silício fundido inclui ainda aquecer ocadinho e o silício para a temperatura de fusão do silício e controlar oaquecimento para manter um ΔΤ de cerca de 0,1 0C/minuto ou menos,como medido em uma superfície externa do cadinho, após alcançar atemperatura de fusão do silício em qualquer lugar do cadinho.

34. - Método, de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1,2, 19e 20, caracterizado por que colocar silício fundido inclui ainda aquecero cadinho e o silício para a temperatura de fusão do silício e controlar oaquecimento para manter um ΔΤ de cerca de 0,1 0C/minuto ou menos,como medido em uma superfície externa do cadinho, após alcançar atemperatura de fusão do silício em qualquer lugar do cadinho.

35. - Método, de acordo com qualquer uma das Reivindicações 9, 11 ou-18, caracterizado por que compreende ainda arranjar a pluralidade decristais de semente de forma que uma direção de pólo comum entre oscristais de semente seja perpendicular a uma de pelo menos duassuperfícies do cadinho de forma que nenhuma borda de grão sejaformada entre o pelo menos duas superfícies do cadinho.

36. - Método, de acordo com qualquer uma das Reivindicações 9, 11 ou-18, caracterizado por que compreende ainda arranjar a pluralidade decristais de semente de forma que um máximo de seis bordas de cristalde semente se encontrem em qualquer canto do padrão pré-determinado.

37. - Método, de acordo com qualquer uma das Reivindicações 9, 11,-17 ou 18, caracterizado por que compreende ainda arranjar o padrãopré-determinado em uma orientação hexagonal ou octogonal ao longode pelo menos uma superfície do cadinho.

38. - Método, de acordo com qualquer uma das Reivindicações 9, 11,-17 ou 18, caracterizado por que pelo menos duas superfícies docadinho são perpendiculares.

39. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 1, 7, 9, 11, 15, 17 ou 19, caracteri-zado por que compreende ainda monitorar um progresso de fusão pelouso de uma haste de imersão.

40. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 1, 7, 9, 11, 15, 17 ou 19, caracteri-zado por que formar compreende formar um corpo sólido de silíciomonocristalino ou próximo monocristalino.

41. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo com aReivindicação 1, caracterizado por que colocar inclui arranjar pelomenos um cristal de semente de silício para cobrir uma área inteira ousubstancialmente inteira de uma superfície do vaso.

42. - Corpo de Silício Monocristalino Contínuo, caracterizado porque é isento ou substancialmente isento de impurezas e defeitosradialmente distribuídos e tem pelo menos duas dimensões que sãocada uma pelo menos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão de pelomenos cerca de 20 cm.

43. - Corpo de Silício Monocristalino Contínuo, caracterizado porque tem uma concentração de carbono de cerca de 2x106 átomos/cm3 acerca de 5xl017 átomos/cm3, uma concentração de oxigênio nãoexcedendo 5xl017 átomos/cm3, uma concentração de nitrogênio de pelomenos IxlO15 átomos/cm3 e tem pelo menos duas dimensões que sãocada uma pelo menos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão de pelomenos cerca de 20 cm.

44. - Corpo de Silício Monocristalino Contínuo, de acordo com aReivindicação 42, caracterizado por que o corpo é substancialmenteisento de defeitos de rotação e substancialmente isento de defeitos defalhas de empilhamento induzidas pelo oxigênio.

45. - Corpo de Silício Monocristalino Contínuo, caracterizado porque tendo pelo menos duas dimensões que são cada de pelo menoscerca de 35 cm.

46. - Corpo de Silício Monocristalino Contínuo, de acordo com aReivindicação 45, caracterizado por que o corpo é isento ou substanci-almente isento de defeitos radialmente distribuídos.

47. - Célula Solar, caracterizado por que compreende o corpo de silíciode acordo com as Reivindicações 42 ou 45.

48. - Célula Solar, caracterizada por que compreende:uma bolacha formada a partir de um corpo de silício mono-cristalino contínuo sendo isento ou substancialmente isento de impure-zas e defeitos radialmente distribuídos, tendo o corpo pelo menos duasdimensões que são cada uma pelo menos cerca de 25 cm e uma terceiradimensão de pelo menos cerca de 20 cm;uma junção p-n na bolacha;um revestimento anti-reflexivo opcional na superfície da bolacha;opcionalmente pelo menos uma camada selecionada a par-tir de um campo de superfície de trás e uma camada passivadora; econtatos condutores elétricos na bolacha.

49. - Célula Solar, de acordo com a Reivindicação 48, caracterizada porque o corpo é isento ou substancialmente isento de defeitos de rotação esubstancialmente isento de defeitos de falhas de empilhamento induzi-das pelo oxigênio.

50. - Célula Solar, caracterizada por que compreende:uma bolacha formada a partir de um corpo de silício mono-cristalino contínuo, tendo o corpo pelo menos duas dimensões que sãocada uma pelo menos cerca de 35 cm;uma junção p-n na bolacha;um revestimento anti-reflexivo opcional na superfície da bo-lacha;opcionalmente pelo menos uma camada selecionada a par-tir de um campo de superfície de trás e uma camada passivadora; econtatos condutores elétricos na bolacha.

51. - Célula Solar, de acordo com a Reivindicação 50, caracterizada porque o corpo é isento ou substancialmente isento de defeitos radialmentedistribuídos.

52. - Célula Solar, caracterizada por que compreende:uma bolacha de silício monocristalino contínua formada apartir de um corpo de silício monocristalino moldado contínuo, abolacha tendo pelo menos uma dimensão que é pelo menos cerca de 50mm e tendo o corpo pelo menos duas dimensões que são cada uma pelomenos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 20 cm;uma junção p-n na bolacha;um revestimento anti-reflexivo opcional na superfície da bo-lacha;opcionalmente pelo menos uma camada selecionada a par-tir de um campo de superfície de trás e uma camada passivadora; econtatos condutores elétricos na bolacha.

53. - Célula Solar, de acordo com a Reivindicação 52, caracterizada porque a bolacha é isenta ou substancialmente isenta de defeitos radial-mente distribuídos.

54. - Bolacha, caracterizada por que compreende: silício formado apartir de um corpo de silício monocristalino contínuo sendo isento ousubstancialmente isento de impurezas e defeitos radialmente distribuí-dos, tendo o corpo pelo menos duas dimensões que são cada uma pelomenos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 20 cm.

55. - Bolacha, caracterizada por que compreende: silício formado apartir de um corpo de silício monocristalino moldado contínuo, tendo abolacha pelo menos uma dimensão que é pelo menos cerca de 50 mm etendo o corpo pelo menos duas dimensões que são cada uma pelomenos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 20 cm.

56. - Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado por quecompreende:colocar silício fundido em contato com pelo menos um cris-tal de semente de silício em um vaso tendo um ou mais paredes lateraisaquecidas a pelo menos a temperatura de fusão do silício e pelo menosuma parede de resfriamento; eformação de um corpo sólido de silício próximo monocrista-lino, opcionalmente tendo pelo menos duas dimensões cada pelo menoscerca de 10 cm, pelo resfriamento do silício fundido para controlar acristalização, em que a formação inclui a formação de uma interfacesólido-líquido numa borda do silício fundido que pelo menos inicialmen-te é paralela pelo menos uma parede de resfriamento, sendo a interfacecontrolada durante o resfriamento de forma a se mover numa direçãoque aumente a distância entre o silício fundido e pelo menos umaparede de resfriamento.

57. - Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado por quecompreende:proporcionar um corpo de silício moldado de acordo com aReivindicação 56;formar uma bolacha a partir de um corpo;opcionalmente efetuar um procedimento de limpeza na su-perfície da bolacha;opcionalmente efetuar uma etapa de texturização na super-fície;formar uma junção p-n;um revestimento anti-reflexivo opcional na superfície da bo-lacha;opcionalmente formar pelo menos uma camada selecionadaa partir de um campo de superfície de trás e uma camada passivadora;eformar contatos condutores elétricos na bolacha.

58. - Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado por quecompreende:colocar silício fundido em contato com pelo menos um cris-tal de semente de silício num vaso tendo uma ou mais paredes lateraisaquecidas a pelo menos a temperatura de fusão do silício, pelo menosum cristal de semente de silício arranjado para cobrir uma área inteiraou substancialmente inteira da superfície do vaso; eformar um corpo sólido compreendendo silício próximo mo-nocristalino, opcionalmente tendo pelo menos duas dimensões cadasendo pelo menos cerca de 10 cm, pelo resfriamento do silício fundidopara controlar a cristalização.

59. - Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado por quecompreende:proporcionar um corpo de silício moldado de acordo com aReivindicação 58;formar uma bolacha a partir de um corpo;opcionalmente efetuar um procedimento de limpeza na su-perfície da bolacha;opcionalmente efetuar uma etapa de texturização na super-fície;formar uma junção p-n;um revestimento anti-reflexivo opcional na superfície da bo-lacha;opcionalmente formar pelo menos uma camada selecionadaa partir de um campo de superfície de trás e uma camada passivadora;eformar contatos condutores elétricos na bolacha.

60. - Corpo de Silício, caracterizado por que é próximo de monocrista-Iino sendo isento ou substancialmente isento de impurezas e defeitosradialmente distribuídos e tem pelo menos duas dimensões que sãocada uma pelo menos cerca de 25 cm e uma terceira dimensão de pelomenos cerca de 20 cm.

61. - Corpo de Silício, caracterizado por que é próximo de monocrista-Iino contínuo tendo uma concentração de carbono de cerca de 2x106átomos/cm3 a cerca de 5xl017 átomos/cm3, uma concentração deoxigênio não excedendo 5x1017 átomos/cm3, uma concentração denitrogênio de pelo menos IxlO15 átomos/cm3 e tendo pelo menos duasdimensões que são cada uma pelo menos cerca de 25 cm e uma terceiradimensão de pelo menos cerca de 20 cm.

62. - Corpo de Silício, de acordo com a Reivindicação 60, caracteriza-do por que o corpo é isento ou substancialmente isento de defeitos derotação e substancialmente isento de defeitos de falhas de empilhamen-to induzidas pelo oxigênio.

63. - Corpo de Silício, caracterizado por que é próximo de monocrista-Iino tendo pelo menos duas dimensões que são cada uma de pelomenos cerca de 35 cm.

64. - Célula Solar, caracterizado por que compreende:uma bolacha formada a partir de um corpo de silício próxi-mo monocristalino sendo isento ou substancialmente isento de impure-zas e defeitos radialmente distribuídos, tendo o corpo pelo menos duasdimensões que são cada uma pelo menos cerca de 25 cm e uma terceiradimensão de pelo menos cerca de 20 cm;uma junção p-n na bolacha;um revestimento anti-reflexivo opcional na superfície da bo-lacha;opcionalmente pelo menos uma camada selecionada a par-tir de um campo de superfície de trás e uma camada passivadora; econtatos condutores elétricos na bolacha.

65. - Célula Solar, caracterizado por que compreende:uma bolacha formada a partir de um corpo de silício próxi-mo monocristalino, tendo o corpo pelo menos duas dimensões que sãocada uma pelo menos cerca de 35 cm;uma junção p-n na bolacha;um revestimento anti-reflexivo opcional na superfície da bo-lacha;opcionalmente pelo menos uma camada selecionada a par-tir de um campo de superfície de trás e uma camada passivadora; econtatos condutores elétricos na bolacha.

66. - Bolacha, caracterizada por que compreende:silício formado a partir de um corpo de silício próximo mo-nocristalino sendo isento ou substancialmente isento de impurezas edefeitos radialmente distribuídos, tendo o corpo pelo menos duasdimensões que são cada uma pelo menos cerca de 25 cm e uma terceiradimensão de pelo menos cerca de 20 cm.

67. - Bolacha, caracterizada por que compreende:silício formado a partir de um corpo de silício próximo mo-nocristalino moldado, a bolacha tendo pelo menos uma dimensão que épelo menos cerca de 50 mm, tendo o corpo pelo menos duas dimensõesque são cada uma pelo menos cerca de 25 cm e uma terceira dimensãode pelo menos cerca de 20 cm.

68. - Silício, caracterizado por que é feito de acordo com o método dequalquer uma das Reivindicações 1, 7, 9, 11, 15, 17 ou 19.

69. - Bolacha, caracterizada por que é feita de acordo com o método dequalquer uma das Reivindicações 1, 7, 9, 11, 15, 17 ou 19.

70. - Uma ou Mais Células Solares, caracterizada(s) por que compre-ende(m) silício feito de acordo com o método de qualquer uma dasReivindicações 1, 7, 9, 11, 15, 17 ou 19.