BRPI0706659A2 - métodos de fabricação de silìcio moldado e de célula solar, células solares, corpos e wafers de silìcio multicristalinos ordenados geometricamente continuos - Google Patents
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Abstract
MéTODOS DE FABRICAçãO DE SILìCIO MOLDADO E DE CéLULA SOLAR, CéLULAS SOLARES, CORPOS E WAFERS DE SILìCIO MULTICRISTALINOS ORDENADOS GEOMETRICAMENTE CONTìNUOS. A invenção proporciona métodos e aparelhos para moldagem de sílico para células fotovoltaicas e outras aplicações. Com esses métodos e aparelhos, pode ser formado um corpo moldado de silício multicristalino ordenado geometricamente livre ou substancialmente livre de impurezas e defeitos distribuídos radialmente e apresentando pelo menos duas dimensões que são cada uma de pelo menos 10 cm.
Description
"Métodos de Fabricação de Silício Moldado e de Célula Solar,Células Solares, Corpos e Wafers de Silício MulticristalinosOrdenados Geometricamente Contínuos"
Relatório Descritivo
Esta invenção foi realizada com o suporte do Governo ame-ricano sob o subcontrato n° ZDO-2-30628-03 do National RenewableEnergy Laboratoiy (NREL) sob o contrato n° DE-AC36-98GO10337 doDepartamento de Energia (DOE), concedido pelo DOE. O GovernoAmericano possui alguns direitos sobre esta invenção.
Pedidos Relacionados
Este pedido reivindica o benefício da prioridade do PedidoProvisório US 60/760.453, depositado em 20 de janeiro de 2006, doPedido Provisório US 60/808.954, depositado em 30 de maio de 2006,do Pedido Provisório US 60/839.672, depositado em 24 de agosto de2006, e do Pedido Provisório US 60/839.670, depositado em 24 deagosto de 2006, que são, na sua totalidade, expressamente aquiincorporados como referência.
Campo Técnico
A presente invenção refere-se genericamente ao campo dosfotovoltaicos e a métodos e aparelhos para a fabricação de silíciomoldado para aplicações fotovoltaicas. A invenção refere-se adicional-mente a novas formas de silício moldado que podem ser utilizadas paraa fabricação de dispositivos, tais como células fotovoltaicas e outrosdispositivos semicondutores. O novo silício pode apresentar umaestrutura multicristalina ordenada geometricamente e pode ser fabrica-do por um processo de moldagem.Informação de Base
As células fotovoltaicas convertem luz em corrente elétrica.Uma das medidas mais importantes de uma célula fotovoltaica é suaeficiência em converter energia luminosa em energia elétrica. Emboracélulas fotovoltaicas possam ser fabricadas a partir de uma variedadede materiais semicondutores, o silício é geralmente utilizado tendo emvista sua disponibilidade a custos razoáveis, e tendo em vista umequilíbrio adequado de propriedades elétricas, físicas e químicas parautilização na fabricação de células fotovoltaicas.
Em um procedimento conhecido na fabricação de células fo-tovoltaicas, a matéria-prima de silício é misturada com um material (oudopante) para induzir ou uma condutividade positiva ou negativa,fundido e então cristalizado ou por retirada do silício cristalizado deuma zona de fusão em lingotes de silício microcristalino (por meio dosmétodos de Czochralski (CZ) ou de zona de flutuação (FZ)) ou moldadoem blocos ou "tijolos" de silício multicristalino ou silício policristalino,dependendo do tamanho dos grãos individuais do silício. No procedi-mento descrito acima, os lingotes ou blocos são cortados em substratosdelgados, também chamados de "wafers", por métodos de fatiamento ouserração. Estes wafers podem ser então processados em células fotovoltaicas.
O silício monocristalino para uso na fabricação de célulasfotovoltaicas é produzido, em geral, pelos métodos CZ ou FZ, sendoambos processos em que é produzido um cristal puro de forma cilíndri-ca de silício cristalino. Para um processo CZ, o cristal puro é lentamen-te retirado de uma massa de silício fundido. Para o processo FZ, omaterial sólido é alimentado através de uma zona de fusão e re-solidiílcado em outra parte da zona de fusão. Um cristal puro de silíciomonocristalino, fabricado desta forma, contém uma distribuição radial30 de impurezas e defeitos tais como anéis de falhas de empilhamentoinduzidas por oxigênio (OSF) e defeitos de "torção" de conjuntosintersticiais ou de vacância. Mesmo na presença destas impurezas edefeitos, o silício monocristalino é, em geral, uma fonte preferida desilício para a produção de células fotovoltaicas, tendo em vista que podeser utilizado para se produzir células solares de alta eficiência. O silíciomonocristalino é, no entanto, mais dispendioso de ser produzir que osilício multicristalino convencional, utilizando-se técnicas conhecidas,tais como as descritas acima.
O silício multicristalino convencional para uso na fabrica-ção de células fotovoltaicas é produzido, em geral, por um processo demoldagem. Os processos de moldagem para a preparação de silício
multicristalino convencional são conhecidos na tecnologia fotovoltaica.Em resumo, nesses processos, o silício fundido é contido em umcadinho, tal como um cadinho de quartzo, e é resfriado de formacontrolada para permitir a cristalização do material de silício alicontido. O bloco de silício multicristalino resultante é em geral cortadoem tijolos apresentando uma seção transversal que é a mesma oupróxima do tamanho do wafer a ser utilizado para a fabricação de umacélula fotovoltaica, e os tijolos são serrados ou de alguma outra formacortados nos tais wafers. O silício multicristalino produzido de talforma é uma aglomeração de grãos de cristal em que, no interior doswafers, a orientação dos grãos em ralação entre si é efetivamenterandômica.
A orientação randômica dos grãos, seja no silício multicris-talino convencional seja no silício policristalino, torna difícil se texturi-zar a superfície de um wafer resultante. A texturização é utilizada paraaumentar a eficiência de uma célula fotovoltaica, pela redução dareflexão de luz e para aumentar a absorção da energia luminosa atravésda superfície de uma célula. Adicionalmente, os "nós" que se formamnas fronteiras entre os grãos do silício multicristalino convencionaltendem a nuclear defeitos estruturais na forma de aglomerados oulinhas de deslocamento. Acredita-se que estes deslocamentos, e asimpurezas que tendem a atrair, provoquem uma recombinação rápidade portadores de cargas elétricas em uma célula fotovoltaica emfuncionamento feita de silício multicristalino convencional. Isto podeprovocar uma redução na eficiência da célula. Células fotovoltaicasfeitas de tal silício multicristalino em geral apresentam baixa eficiênciaem comparação com células fotovoltaicas equivalentes feitas de silíciomonocristalino, mesmo se considerando a distribuição radial dosdefeitos presentes em silício monocristalino produzido por técnicasconhecidas. Entretanto, tendo em vista a relativa simplicidade e baixoscustos da fabricação de silício multicristalino convencional, bem como aefetiva passivação no processamento da célula, o silício multicristalino éuma forma mais amplamente utilizada de silício para a fabricação decélulas fotovoltaicas.
Algumas técnicas anteriores envolviam a utilização de umcadinho de "parede fria" para o crescimento do cristal. O termo "paredefria" refere-se ao fato de estarem presentes bobinas de indução dentroou sobre as paredes do cadinho que são resfriadas com água e podemtambém apresentar fendas, permanecendo em geral abaixo de 100°C.As paredes do cadinho podem ser situadas bem próximas entre asbobinas e a alimentação. O material das paredes do cadinho não éparticularmente termicamente isolante, e pode, desta forma, permane-cer em equilíbrio térmico com as bobinas resfriadas. O aquecimento dosilício, desta forma, não é devido à radiação proveniente das paredes docadinho, porque o aquecimento indutivo do silício no cadinho significaque o silício é aquecido diretamente por corrente induzida fluente.Desta forma, as paredes do cadinho permanecem abaixo da temperatu-ra de fusão do silício, e são consideradas "frias" em relação ao silíciofundido. Durante a solidificação do silício fundido aquecido porindução, estas paredes frias do cadinho atuam como um escoadouro decalor. O lingote se resfria rapidamente, determinado pela radiação dasparedes frias. Por esta razão, uma frente de solidificação inicialrapidamente se torna substancialmente curvada, com a nucleação docristal ocorrendo nas laterais do lingote e crescendo diagonalmente nadireção do centro do lingote, rompendo qualquer tentativa de manterum processo de semeadura ordenada verticalmente e geometricamenteou uma frente de solidificação substancialmente plana.
Tendo em vista o acima, existe uma necessidade por umaforma melhorada de silício que possa ser utilizada na fabricação decélulas fotovoltaicas. Há também a necessidade por silício que possaser fabricado em um processo que têm sido utilizados seja mais rápidoe menos dispendioso que os processos utilizados até o momento paraproduzir silício monocristalino. A presente invenção provê tal silício etais processos.
Sumário da Invenção
Conforme utilizado aqui, o termo "silício monocristalino" re-fere-se a um corpo de silício de cristal único, que apresenta umacompleta consistência de orientação de cristal. Além disto, o silíciomulticristalino convencional refere-se a silício cristalino apresentandouma distribuição de tamanho de grão na escala de cm, com cristaismúltiplos orientados de forma randômica localizados no interior de umcorpo de silício.
Além disto, conforme utilizado aqui, o termo "silício policris-talino" refere-se a silício cristalino com tamanho de grão da ordem demícron e orientações de grão múltiplas localizadas no interior de umdado corpo de silício. Por exemplo, os grãos são tipicamente, em média,de cerca de submícron a submilímetro de tamanho (por exemplo, osgrãos individuais podem não ser visíveis a olho nu) e a orientação degrão distribuída aleatoriamente em sua totalidade.
Ainda adicionalmente, conforme utilizado aqui, o termo "si-lício próximo a monocristalino" refere-se a um corpo de silício cristalinoapresentando uma consistência de orientação de cristal total acima de50% em volume do corpo, onde, por exemplo, tal silício próximo amonocristalino pode compreender um corpo de silício de cristal únicopróximo a uma região multicristalina ou pode compreender um cristalde silício grande contíguo consistente que contém parcial ou totalmentecristais menores de outras orientações cristalinas, onde os cristaismenores não constituem mais de 50% do volume total. De preferência,o silício próximo a monocristalino pode conter cristais menores que nãoperfazem mais de 25% do volume total. Com maior preferência, o silíciopróximo a monocristalino pode conter cristais menores que não perfa-zem mais de 10% do volume total. Ainda com maior preferência, osilício próximo a monocristalino pode conter cristais menores que nãoperfazem mais de 5% do volume total.
Conforme utilizado aqui, entretanto, o termo "silício multi-cristalino ordenado geometricamente" (doravante abreviado como"silício multicristalino geométrico") refere-se a silício cristalino, deacordo com as modalidades da presente invenção, apresentando umadistribuição de tamanho de grão em escala de cm ordenada geometri-camente, com cristais ordenados de forma múltipla localizados dentrode um corpo de silício. Por exemplo, em silício multicristalino geométri-co, cada grão tipicamente apresenta uma área de seção transversalmédia de cerca de 0,25 cm2 a cerca de 2500 cm2 de tamanho, em que aseção transversal está no plano perpendicular à altura ou comprimentodo grão, em uma altura que pode ser tão grande quanto o corpo desilício, por exemplo, a altura pode ser tão grande quanto a dimensão docorpo de silício que é perpendicular ao plano da seção transversal, comorientação de grão dentro de um corpo de silício multicristalino geomé-trico sendo controlada de acordo com orientações predeterminadas. Oformato da seção transversal do grão que é perpendicular à altura oucomprimento do grão de silício multicristalino geométrico é tipicamenteo mesmo formato do cristal semente ou parte de um cristal sementesobre o qual é formado. De preferência, o formato da seção transversaldo grão é poligonal. De preferência, os cantos dos grãos poligonaiscorrespondem a junções de três grãos diferentes. Embora cada grãodentro do corpo do silício multicristalino geométrico de preferênciacompreenda silício apresentando uma orientação cristalina consistentecontígua por todo o grão, um ou mais grãos podem conter tambémpequenas quantidades de cristais menores de silício de orientaçãodiferente. Por exemplo, cada grão pode parcialmente ou totalmenteconter cristais menores de silício de outras orientações cristalinas, ondecada um dos cristais menores não perfaz mais de 25% do volume totalde grãos, de preferência não mais de 10% do volume total de grãos, commaior preferência não mais de 5% do volume total de grãos, ainda commaior preferência não mais de 1% do volume total de grãos e ainda commaior preferência não mais de 0,1% do volume total de grãos.
De acordo com a invenção tal como concretizada e ampla-mente descrita, é provido um método de fabricação de silício moldado,compreendendo: colocação de uma disposição geométrica de umapluralidade de cristais sementes de silício monocristalino em pelomenos uma superfície em um cadinho contendo uma ou mais paredeslaterais aquecidas a pelo menos a temperatura de fusão do silício e pelomenos uma parede para resfriamento; colocação de silício fundido emcontato com a disposição geométrica de cristais sementes de silíciomonocristalino; e a formação de um corpo sólido de silício multicristali-no ordenado geometricamente, opcionalmente apresentando pelo menosduas dimensões sendo cada uma de pelo menos 10 cm, pelo resfria-mento do silício fundido para se controlar a cristalização, em que aformação inclui o controle de uma interface sólido-líquido em umaborda do silício fundido durante o resfriamento de tal forma a mover emuma direção que aumenta uma distância entre o silício fundido e a pelomenos uma parede de resfriamento. Isto inclui a possibilidade de umadas paredes do cadinho ser o fundo do cadinho.
De acordo com uma modalidade da presente invenção, éprovido também um método de fabricação de silício moldado, compre-endendo: dispor uma pluralidade de cfistais sementes de silício mono-cristalino em um padrão predeterminado em pelo menos duas superfí-cies de um cadinho apresentando uma ou mais paredes lateraisaquecidas a pelo menos a temperatura de fusão do silício e pelo menosuma parede para resfriamento; colocação do silício fundido em contatocom a pluralidade de cristais sementes de silício monocristalino; e aformação de um corpo sólido de silício multicristalino ordenado geome-tricamente, opcionalmente apresentando duas dimensões sendo cadauma de pelo menos cerca de 10 cm, pelo resfriamento do silício fundidodas pelo menos duas superfícies do cadinho se controla a cristalização,onde a formação inclui o controle de uma interface sólido-líquido emuma borda do silício fundido durante o resfriamento de forma a mover ainterface em uma direção que aumenta uma distância entre o silíciofundido e os cristais sementes de silício monocristalino no cadinho.
De acordo com outra modalidade da presente invenção, éproporcionado também um método de fabricação de silício moldado,compreendendo: a colocação de uma disposição geométrica de umapluralidade de cristais sementes de silício monocristalino em pelomenos uma superfície em um cadinho; a colocação da matéria-prima desilício em contato com a pluralidade de cristais sementes de silíciomonocristalino na pelo menos uma superfície; o aquecimento damatéria-prima de silício e a pluralidade de cristais sementes de silíciomonocristalino à temperatura de fusão do silício; o controle do aqueci-mento de tal forma que a pluralidade de cristais sementes de silíciomonocristalino não seja fundida completamente, compreendendo ocontrole a manutenção de um ΔΤ de cerca de 0,l°C/minuto ou menos,tal como medido em uma superfície externa do cadinho, após ter sidoalcançada de temperatura de fusão do silício em outras partes nocadinho; e, uma vez a pluralidade de cristais sementes esteja parcial-mente fundida, a formação de um corpo sólido de silício multicristalinoordenado geometricamente por resfriamento do silício.
De acordo com uma modalidade adicional da presente in-venção, é também provido um método de fabricação de silício moldadocompreendendo: a disposição de uma pluralidade de cristais sementesde silício monocristalino em um padrão predeterminado em pelo menosduas superfícies de um cadinho; a colocação da matéria-prima emcontato com a pluralidade de cristais sementes de silício monocristalinonas pelo menos duas superfícies; o aquecimento da matéria-prima e dapluralidade de cristais sementes de silício monocristalino à temperaturade fusão do silício; o controle do aquecimento de tal forma que apluralidade de cristais sementes de silício monocristalino não sejafundida completamente, compreendendo o controle a manutenção deum ΔΤ de cerca de 0,1°C/minuto ou menos, tal como medido em umasuperfície externa do cadinho, após se alcançar a temperatura de fusãodo silício em alguma outra parte no cadinho; e, uma vez a pluralidadede cristais sementes de silício monocristalino parcialmente fundida, aformação de um corpo sólido de silício multicristalino ordenado geome-tricamente por resfriamento do silício.
De acordo com uma modalidade da presente invenção, étambém provido um método de fabricação de silício moldado compreen-dendo: a colocação de pelo menos um cristal semente de silício multi-cristalino em pelo menos uma superfície em um cadinho apresentandouma ou mais paredes laterais aquecidas a pelo menos a temperatura defusão do silício e pelo menos uma parede para resfriamento; a colocaçãodo silício fundido em contato com o pelo menos um cristal semente; aformação de um corpo sólido de silício multicristalino ordenado geome-tricamente, apresentando opcionalmente pelo menos duas dimensõessendo cada uma de pelo menos cerca de 10 cm, pelo resfriamento dosilício fundido se controla a cristalização, em que a formação inclui ocontrole de uma interface sólido-líquido em uma borda do silíciofundido durante o resfriamento de forma a mover em uma direção queaumenta uma distância entre o silício fundido e o pelo menos um cristalsemente de silício multicristalino geométrico no cadinho.
De acordo com outra modalidade da presente invenção, éprovido também um método de fabricação de silício moldado quecompreende: a colocação de uma disposição de uma pluralidade decristais sementes de silício monocristalino em pelo menos uma superfí-cie em um cadinho, sendo a pluralidade de cristais sementes de silíciomonocristalino disposta de modo a cobrir uma área inteira ou substan-cialmente inteira da pelo menos uma superfície no cadinho; a colocaçãodo silício fundido em contato com a disposição geométrica dos cristaissementes de silício monocristalino; e a formação de um corpo sólido desilício multicristalino ordenado geometricamente, apresentando opcio-nalmente pelo menos duas dimensões, sendo cada uma de pelo menoscerca de 10 cm, pelo resfriamento do silício fundido se controla acristalização.
De acordo com outra modalidade da presente invenção, éprovido também um método de fabricação de silício moldado quecompreende: a colocação de silício fundido em contato com pelo menosum cristal semente de silício multicristalino geométrico em um vasoapresentando uma ou mais paredes laterais aquecidas a pelo menos atemperatura de fusão do silício, sendo pelo menos um cristal sementede silício multicristalino ordenado geometricamente disposto para cobriruma área inteira ou substancialmente inteira de uma parede lateral dovaso; e formação de um corpo sólido de silício multicristalino ordenadogeometricamente, opcionalmente apresentando pelo menos duasdimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 10 cm, peloresfriamento do silício fundido se controla a cristalização.
De acordo com uma modalidade adicional da presente in-venção, é provido também um corpo de silício multicristalino ordenadogeometricamente contínuo apresentando uma disposição predetermina-da de orientações de grãos, apresentando o corpo opcionalmente emadição pelo menos duas dimensões que são cada uma de pelo menoscerca de 10 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 5 cm.
De acordo ainda com outra modalidade da presente inven-ção, é provido um corpo de silício multicristalino ordenado geometrica-mente contínuo apresentando uma disposição predeterminada deorientações de grãos, apresentando o corpo opcionalmente pelo menosduas dimensões que são cada uma de pelo menos cerca de 10 cm.
De acordo ainda uma com modalidade adicional da presen-te invenção, é provida uma célula solar compreendendo: um waferformado de um corpo de silício multicristalino ordenado geometrica-mente contínuo, apresentando o corpo uma disposição predeterminadade orientações de grãos, de preferência com uma direção polar emcomum sendo perpendicular a uma superfície do corpo, apresentando ocorpo adicionalmente pelo menos duas dimensões que são cada umaopcionalmente de pelo menos cerca de 10 cm e uma terceira dimensãoque é de pelo menos cerca de 5 cm; uma junção p-n no wafer, umrevestimento anti-reflexivo opcional em uma superfície do wafer,opcionalmente pelo menos uma camada selecionada de um camposuperficial de fundo e uma camada de passivação; e contatos eletrica-mente condutores no wafer.
De acordo ainda uma com modalidade adicional da presen-te invenção, é provida uma célula solar compreendendo: um waferformado de um corpo de silício multicristalino ordenado geometrica-mente moldado contínuo, apresentando o corpo uma disposiçãopredeterminada de orientações de grãos de preferência com umadireção polar em comum sendo perpendicular a uma superfície docorpo, apresentando o corpo adicionalmente pelo menos duas dimen-sões que são cada uma opcionalmente de pelo menos cerca de 10 cm;uma junção p-n no wafer, um revestimento anti-reflexivo opcional emuma superfície do wafer, opcionalmente pelo menos uma camadaselecionada de um campo superficial de fundo e uma camada depassivação; e contatos eletricamente condutores no wafer.
De acordo ainda uma com modalidade adicional da presen-te invenção, é provida uma célula solar compreendendo: um wafer desilício multicristalino ordenado geometricamente contínuo apresentandouma disposição predeterminada de orientações de grãos de preferênciacom uma direção polar em comum sendo perpendicular a uma superfí-cie do wafer, o wafer apresentando adicionalmente pelo menos duasdimensões que são cada uma de pelo menos cerca de 50 cm; umajunção p-n no wafer, um revestimento anti-reflexivo opcional em umasuperfície do wafer, opcionalmente pelo menos uma camada seleciona-is da de um campo superficial de fundo e uma camada de passivação; econtatos eletricamente condutores no wafer.
De acordo ainda uma com modalidade adicional da presen-te invenção, é também provido um wafer compreendendo: silícioformado a partir de silício multicristalino ordenado geometricamentecontínuo, apresentando o corpo uma disposição predeterminada deorientações de grãos de preferência com uma direção polar em comumsendo perpendicular a uma superfície do corpo, apresentando o corpoadicionalmente pelo menos duas dimensões que são cada uma opcio-nalmente de pelo menos cerca de 10 cm e uma terceira dimensão depelo menos 5 cm.
De acordo ainda uma com modalidade adicional da presen-te invenção, é também provido um wafer compreendendo: silícioformado a partir de um corpo de silício multicristalino ordenadogeometricamente moldado contínuo, apresentando o corpo umadisposição predeterminada de orientações de grãos de preferência comuma direção polar em comum sendo perpendicular a uma superfície docorpo, o corpo adicionalmente apresentando pelo menos duas dimen-sões que são cada uma opcionalmente de pelo menos cerca de 10 cm.
De acordo ainda uma com modalidade adicional da presen-te invenção, é também provido um wafer compreendendo: um wafer desilício multicristalino ordenado geometricamente contínuo apresentandouma disposição predeterminada de orientações de grãos de preferênciacom uma direção polar em comum sendo perpendicular a uma superfí-cie do wafer, apresentando o wafer adicionalmente pelo menos duasdimensões que são cada uma opcionalmente de pelo menos cerca de 50cm.
De acordo ainda uma com modalidade adicional da presen-te invenção, é também provida uma célula solar compreendendo: umwafer fatiado de um corpo de silício multicristalino ordenado geometri-camente contínuo, apresentando o corpo uma disposição predetermina-da de orientações de grãos de preferência com uma direção polar emcomum sendo perpendicular a uma superfície do corpo, apresentando ocorpo adicionalmente pelo menos duas dimensões que são cada umaopcionalmente de pelo menos cerca de 10 cm e uma terceira dimensãode pelo menos cerca de 5 cm; uma junção p-n no wafer, um revesti-mento anti-reflexivo opcional em uma superfície do wafer, opcionalmen-te pelo menos uma camada selecionada de um campo superficial defundo e uma camada de passivação; e uma pluralidade de contatoseletricamente condutores em pelo menos uma superfície do wafer.
De acordo ainda uma com modalidade adicional da presen-te invenção, é também provida uma célula solar compreendendo: umwafer fatiado de um corpo de silício multicristalino ordenado geometri-camente contínuo, apresentando o corpo uma disposição predetermina-da de orientações de grãos de preferência com uma direção polar emcomum sendo perpendicular a uma superfície do corpo, apresentando ocorpo adicionalmente pelo menos duas dimensões que são cada umaopcionalmente de pelo menos cerca de 10 cm; uma junção p-n nowafer, um revestimento anti-reflexivo opcional em uma superfície dowafer, opcionalmente pelo menos uma camada selecionada de umcampo superficial de fundo e uma camada de passivação; e umapluralidade de contatos eletricamente condutores em pelo menos umasuperfície do wafer.
De acordo ainda uma com modalidade adicional da presen-te invenção, é também provida uma célula solar compreendendo: umwafer de silício multicristalino ordenado geometricamente contínuoapresentando uma disposição predeterminada de orientações de grãosde preferência com uma direção polar em comum sendo perpendicular auma superfície do wafer, o wafer apresentando adicionalmente pelomenos duas dimensões que são cada uma opcionalmente de pelo menoscerca de 50 cm; uma junção p-n no wafer, um revestimento anti-reflexivo opcional em uma superfície do wafer, opcionalmente pelomenos uma camada selecionada de um campo superficial de fundo euma camada de passivação; e uma pluralidade de contatos eletricamen-te condutores em pelo menos uma superfície do wafer.
De acordo com outra modalidade da presente invenção, silí-cio próximo a monocristalino obtido de acordo com a invenção podeconter até 5% em volume de cristais menores de silício de outrasorientações cristalinas. De preferência, de acordo com outra modalida-de da presente invenção, o silício próximo a monocristalino obtido deacordo com a invenção pode conter até 1% em volume de cristaismenores de silício de outras orientações cristalinas. Ainda com maiorpreferência, de acordo com outra modalidade da presente invenção,silício próximo a monocristalino obtido de acordo com a invenção podeconter até 0,1% em volume de cristais menores de silício de outrasorientações cristalinas.Serão apresentadas características e vantagens adicionaisda invenção na descrição que se segue, sendo óbvias a partir dadescrição ou aprendidas na prática das modalidades da invenção. Ascaracterísticas e outras vantagens da invenção serão realizadas ealcançadas pelas estruturas de dispositivo semicondutor e métodos deaparelhos de fabricação particularmente destacados na descrição ereivindicações, bem como nos desenhos anexos.
Deve ser entendido que tanto a descrição geral antecedentequanto a descrição detalhada a seguir são típicas e explicativas edestinam-se a prover uma explicação adicional da invenção tal comoreivindicada. Esta invenção inclui também silício obtido pelos métodosdescritos e reivindicados aqui, e wafers e células solares feitas de talsilício.
Breve Descrição dos Desenhos
Os desenhos anexos, os quais são incorporados e constitu-em uma parte deste relatório, ilustram modalidades da invenção e, emconjunto com a descrição, servem para explicar as características,vantagens e princípios da invenção. Nos desenhos:
a Figura 1 ilustra uma disposição típica de se-mentes de silício na superfície inferior de um cadinho, de acordo comuma modalidade da presente invenção.
a Figura 2 ilustra uma outra disposição típica desementes de silício nas superfícies lateral e inferior de um cadinho, deacordo com uma modalidade da presente invenção.
as Figuras 3A-3C ilustram um exemplo de moldespara a moldagem de silício multicristalino ordenado geometricamenteem um cadinho, de acordo com uma modalidade da presente invenção.a Figura 4 ilustra outro exemplo de molde para amoldagem de silício multicristalino ordenado geometricamente em umcadinho, de acordo com uma modalidade da presente invenção.
a Figura 5 ilustra um exemplo de um arranjo empacote serrado de moldes sementes hexagonais, de acordo com umamodalidade da presente invenção.
a Figura 6 ilustra um arranjo típico de formatospoligonais apresentando interstícios rombóides ou triangulares, deacordo com uma modalidade da presente invenção.
a Figura 7 ilustra um método típico, de acordocom uma modalidade da presente invenção.
e as Figuras 8A-8G e 9 ilustram processos demoldagem típicos para silício multicristalino ordenado geometricamenteou monocristalino, de acordo com modalidades da presente invenção.
Descrição Das Modalidades
Far-se-á referência em detalhes às modalidades da presenteinvenção, cujos exemplos são ilustrados nos desenhos anexos. Sempreque possível, as mesmas referências numéricas ou semelhantes serãoutilizadas em todos os desenhos para referência às mesmas partes ou apartes semelhantes.
Em modalidades consistentes com a invenção, a cristaliza-ção de silício fundido é conduzida por processos de moldagem utilizan-do-se um ou mais cristais sementes. Conforme descrito aqui, taisprocessos de moldagem podem ser implementados de tal forma que otamanho, formato e orientação dos grãos de cristal no corpo moldado desilício cristalizado são controlados. Conforme utilizado aqui, o termo"moldado" significa que o silício é formado pelo resfriamento de silíciofundido em ura molde ou vaso utilizado para conter o silício fundido.Uma vez o líquido, tal como silício fundido, tendo assumido o formatodo recipiente no qual é colocado, é também contemplado aqui o fato doresfriamento do silício fundido poder ser também obtido enquanto osilício fundido está confinado por qualquer meio, e não apenas em ummolde ou vaso. Como exemplo, o silício pode ser formado por solidifica-ção em um cadinho, onde a solidificação é iniciada a partir de pelomenos uma parede do cadinho, e não por meio de um objeto externoresfriado introduzido no fundido. O cadinho pode apresentar qualquerformato adequado, tal como o de uma xícara, ou de uma caixa. Destaforma, o processo de cristalização do silício fundido de acordo com estainvenção não é controlado pela "retirada" de um cristal puro ou fita.Além disto, em consistência com uma modalidade da presente invenção,o molde, vaso ou cadinho incluem pelo menos uma superfície que éuma "parede lateral quente" em contato com o silício fundido. Confor-me utilizado aqui, o termo "parede lateral quente" refere-se a umasuperfície que é isotérmica com ou mais quente que o silício fundidocom o qual está em contato. De preferência, uma superfície paredelateral quente permanece fixa durante o processamento do silício.
Em consistência com modalidades da invenção, o silíciocristalizado pode ser ou monocristalino contínuo, silício próximo amonocristalino, ou multicristalino geométrico contínuo apresentandoorientações de grão controladas. Conforme utilizado aqui, o termo"silício monocristalino contínuo" refere-se a silício de cristal único, emque o corpo de silício é um corpo homogêneo de silício monocristalino enão peças menores de silício unidas para formar uma peça maior desilício. Além disto, conforme utilizado aqui, o termo "silício multicrista-lino geométrico contínuo" refere-se a silício multicristalino geométricoem que o corpo de silício é um corpo homogêneo de silício multicristali-no geométrico e não peças menores de silício unidas para formar umapeça maior de silício.Em consistência com modalidades da presente invenção, acristalização pode ser obtida posicionando-se uma coleção desejada de"sementes" de silício cristalino, por exemplo, no fundo de um vaso, talcomo um cadinho de quartzo que pode suportar silício fundido quente.
Conforme utilizado aqui, o termo "semente" refere-se de preferência auma peça geometricamente formatada de silício com uma estruturacristalina desejada, de preferência onde pelo menos uma seção trans-versal apresenta um formato geométrico, de preferência poligonal, e depreferência apresentando uma lateral que se conforma a uma superfíciede um vaso no qual pode ser colocada. Essa semente pode ser umapeça monocristalina de silício ou de silício multicristalino ordenadogeometricamente, por exemplo, uma placa ou uma seção horizontalcortada, ou de qualquer outra forma obtida, de um lingote de silíciomulticristalino ordenado geometricamente. Em consistência com apresente invenção, uma semente pode apresentar uma superfíciesuperior que é paralela à sua superfície inferior, embora isto nãonecessite ser o caso. Por exemplo, uma semente pode ser uma peça desilício, que varia em tamanho transversal de cerca de 2 mm a cerca de3.000 mm. Por exemplo, uma semente pode ter transversalmente decerca de 10 mm a cerca de 300 mm. A peça de silício pode apresentaruma espessura de cerca de 1 mm a cerca de 1.000 mm, de preferênciacerca de 5 mm a cerca de 50 mm. Um tamanho e um formato adequa-dos da semente podem ser selecionados por conveniência e moldagem.A moldagem, que será descrita em mais detalhes abaixo, é onde oscristais sementes de silício são dispostos em uma orientação ou padrãotransversal predeterminados, por exemplo, no fundo de ou em uma oumais laterais e na superfície inferior de um cadinho. É preferível que asemente ou sementes cubram toda a superfície do cadinho na qualestão colocadas, de tal forma que quando da movimentação do cristalsemeado a solidificação avança a partir das sementes, todo o tamanhoda seção transversal do cadinho pode ser mantido como um cristal geométrico consistente.O silício fundido é deixado, então, resfriar e cristalizar napresença das sementes, de preferência de uma forma tal que o resfria-mento do silício fundido é conduzido de forma que a cristalização dosilício fundido se inicia no ou abaixo do nível superior original dassementes sólidas e prossegue para cima a partir das sementes. Ainterface sólido-líquido em uma borda do silício fundido irá de preferên-cia se conformar inicialmente com uma superfície de resfriamento dovaso, tal como uma superfície em um cadinho, em que está sendomoldado. De acordo com modalidades da invenção, a interface sólido-líquido entre o silício fundido e o silício cristalizado pode ser mantidasubstancialmente plana em uma parte, por exemplo, a parte inicial doestágio se solidificação, ou todo o processo de moldagem. Em umamodalidade da invenção, a interface sólido-líquido em cada uma dasbordas do silício fundido é controlada durante o resfriamento de talforma a se mover em uma direção que aumenta uma distância entre osilício fundido e a superfície resfriada do cadinho, enquanto de prefe-rência mantém uma interface sólido-líquido substancialmente plana.
Desta forma, em consistência com a presente invenção, afrente de solidificação pode acompanhar o formato de uma superfícieresfriada do vaso. Por exemplo, com um cadinho de fundo plano, afrente de solidificação pode permanecer substancialmente plana, comoa interface sólido-líquido que apresenta um perfil controlado. Ainterface sólido-líquido pode ser controlada de tal forma que seu raio decurvatura diminua conforme se movimenta a partir da borda para ocentro. Alternativamente, a interface sólido-líquido pode ser controladapara manter um raio de curvatura médio de pelo menos metade dalargura do vaso. Além disto, a interface sólido-líquido pode ser contro-lada para manter um raio de curvatura médio de pelo menos duas vezesa largura do vaso. O sólido pode apresentar uma interface ligeiramenteconvexa com um raio de curvatura de pelo menos cerca de quatro vezesa largura do vaso. Por exemplo, a interface sólido-líquido pode apresen-tar um raio de curvatura genericamente acima de 2 m em um cadinhoquadrado de 0,7 m, mais de duas vezes a dimensão horizontal docadinho, e de preferência células 8x a cerca de 16x uma dimensãohorizontal do cadinho.
De acordo com modalidades da presente invenção, pode serformado um corpo sólido de silício monocristalino, de preferênciamoldado, de preferência apresentando pelo menos duas dimensõessendo cada uma de pelo menos cerca de 20 cm, por exemplo, pelomenos cerca de 20 cm em uma lateral, e uma terceira dimensão de pelomenos cerca de 10 cm. De preferência, pode ser formado um corposólido de silício monocristalino, ou de silício próximo a monocristalino,de preferência moldado, apresentando pelo menos duas dimensõessendo cada uma de pelo menos cerca de 30 cm, por exemplo, de pelomenos cerca de 30 cm em uma lateral, e uma terceira dimensão de pelomenos cerca de 10 cm. Com maior preferência, pode ser formado umcorpo sólido de silício monocristalino, ou silício próximo a monocristali-no, de preferência moldado, apresentando pelo menos duas dimensõessendo cada uma de pelo menos cerca de 35 cm, por exemplo, de pelomenos cerca de 35 cm em uma lateral, e uma terceira dimensão de pelomenos cerca de 10 cm. Ainda com maior preferência, pode ser formadoum corpo sólido de silício monocristalino, ou de silício próximo amonocristalino, de preferência moldado, apresentando pelo menos duasdimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 40 cm, por exemplo,de pelo menos cerca de 40 cm em uma lateral e uma terceira dimensãode pelo menos 20 cm. Ainda com maior preferência, pode ser formadoum corpo sólido de silício monocristalino, ou silício próximo a monocris-talino, de preferência moldado, apresentando pelo menos duas dimen-sões sendo cada uma de pelo menos cerca de 35 cm, por exemplo, depelo menos cerca de 35 cm em uma lateral, e uma terceira dimensão depelo menos cerca de 10 cm. Ainda com maior preferência, pode serformado um corpo sólido de silício monocristalino, ou de silício próximoa monocristalino, de preferência moldado, apresentando pelo menosduas dimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 50 cm, porexemplo, de pelo menos cerca de 50 cm em uma lateral, e uma terceiradimensão de pelo menos 20 cm. Ainda com maior preferência, pode serformado um corpo sólido de silício monocristalino, ou de silício próximoa monocristalino, de preferência moldado, apresentando pelo menosduas dimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 60 cm, porexemplo, de pelo menos cerca de 50 cm em uma lateral, e uma terceiradimensão de pelo menos 20 cm. Ainda com maior preferência, pode serformado um corpo sólido de silício monocristalino, ou de silício próximoa monocristalino, de preferência moldado, apresentando pelo menosduas dimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 70 cm, porexemplo, de pelo menos cerca de 70 cm em uma lateral, e uma terceiradimensão de pelo menos 20 cm.
Um limite superior do tamanho horizontal de um lingote desilício moldado obtido de acordo com as modalidades da invenção édeterminado apenas pela moldagem e tecnologia de obtenção docadinho, e não pelo método da invenção em si. Lingotes apresentandouma área de seção transversal de pelo menos 1 m2 e de até 4-8 m2podem ser fabricados de acordo com esta invenção. De modo seme-lhante, um limite superior da altura do lingote pode ser relacionadocom ciclos de tempo mais longos, e não com os fundamentos doprocesso de moldagem. São possíveis alturas de lingote de até cerca de50 cm a cerca de 80 cm. Assim, em consistência com a invenção, umcorpo de silício monocristalino contínuo, ou de silício próximo amonocristalino, pode ser crescido com sucesso a cerca de 66 cm χ 66cm de seção transversal, com uma peça sólida retangular de silíciomonocristalino contínuo apresentando pelo menos 33.750 cm3 devolume. Além disto, em consistência com a presente invenção, pode serformado um corpo sólido de silício monocristalino contínuo, ou de silíciopróximo a monocristalino, de preferência apresentando pelo menosduas dimensões cada uma sendo tão grande quanto as dimensõesinternas de um vaso de moldagem e a terceira dimensão sendo amesma da altura do lingote. Por exemplo, se o corpo moldado de silíciomonocristalino é um sólido na forma de cubo ou na forma retangular,estas dimensões acima devem se referir ao comprimento,largura ealtura de tais corpos.
De modo semelhante, pode ser formado um corpo sólido desilício multicristalino geométrico, de preferência, de silício multicristali-no geométrico moldado e de preferência apresentando duas dimensõessendo cada uma de pelo menos cerca de 10 cm, e uma terceira dimen-são de pelo menos 5 cm. De preferência, pode ser formado um corposólido de silício multicristalino geométrico de preferência silício multi-cristalino geométrico moldado e de preferência apresentando duasdimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 20 cm, e umaterceira dimensão de pelo menos 5 cm. Com maior preferência, podeser formado um corpo sólido de silício multicristalino geométrico depreferência silício multicristalino geométrico moldado e de preferênciaapresentando duas dimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de30 cm, e uma terceira dimensão de pelo menos 5 cm. Ainda com maiorpreferência, pode ser formado um corpo sólido de silício multicristalinogeométrico de preferência silício multicristalino geométrico moldado ede preferência apresentando duas dimensões sendo cada uma de pelomenos cerca de 35 cm e uma terceira dimensão de pelo menos 5 cm.
Ainda com maior preferência, pode ser formado um corpo sólido desilício multicristalino geométrico de preferência silício multicristalinogeométrico moldado e de preferência apresentando duas dimensõessendo cada uma de pelo menos cerca de 40 cm, e uma terceira dimen-são de pelo menos 5 cm. Ainda com maior preferência, pode serformado um corpo sólido de silício multicristalino geométrico, depreferência, de silício multicristalino geométrico moldado e de preferên-cia apresentando duas dimensões sendo cada uma de pelo menos cercade 50 cm, e uma terceira dimensão de pelo menos 5 cm. Ainda commaior preferência, pode ser formado um corpo sólido de silício multi-cristalino geométrico de preferência silício multicristalino geométricomoldado e de preferência apresentando duas dimensões sendo cadauma de pelo menos cerca de 60 cm, e uma terceira dimensão de pelomenos 5 cm. Ainda com maior preferência, pode ser formado um corposólido de silício multicristalino geométrico de preferência silício multi-cristalino geométrico moldado e de preferência apresentando duasdimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 70 cm, e umaterceira dimensão de pelo menos 5 cm. Assim, em consistência com ainvenção, pode ser crescido com sucesso um corpo de silício multicris-talino contínuo de cerca de 66 cm χ 66 cm de seção transversal, comuma peça sólida retangular de silício multicristalino geométrico contí-nuo sendo de pelo menos 33.750 cm3 em volume. Além disto, emconsistência com a presente invenção, um corpo sólido de silíciomulticristalino geométrico de preferência silício multicristalino geomé-trico moldado pode ser formado de preferência apresentando pelomenos duas dimensões cada uma sendo tão grande quanto as dimen-sões internas de um vaso de moldagem. Por exemplo, se o corpomoldado de silício multicristalino geométrico é um sólido em forma decubo ou em forma retangular, estas dimensões acima devem se referirao comprimento, largura e altura de tais corpos.
Conduzindo-se a cristalização do silício moldado de umaforma consistente com modalidades da invenção, pode ser obtido silíciomoldado apresentando limites de grão específicos, mais do que randô-micos, e tamanhos de grãos específicos. Adicionalmente, pelo alinha-mento da(s) semente(s) de uma maneira tal que todas as sementesestejam orientadas na mesma direção relativa entre si, por exemplo, adireção polar (100) sendo perpendicular a um fundo do cadinho e adireção polar (110) paralela a uma das laterais de um cadinho de seçãotransversal retangular ou quadrada, podem ser obtidos corpos grandesde silício moldado, que são ou se aproximam de ser silício monocristali-no no qual a direção polar de tal silício moldado é a mesma da(s)semente(s). De modo semelhante, outras direções polares podem serperpendiculares ao fundo do cadinho. Além disto, em consistência comuma modalidade da invenção, a(s) semente(s) pode(m) ser disposta(s) detal maneira que qualquer direção polar em comum seja perpendicular aum fundo do cadinho.
Quando é obtido silício monocristalino pelo método conven-cional de retirada de um cristal puro de formato cilíndrico de umvolume de silício fundido, por exemplo, de acordo com os métodos CZou FZ, o silício monocristalino obtido contém impurezas e defeitosdistribuídos radialmente, tais como defeitos em torção (formados apartir de defeitos intrínsecos tais como vazios e átomos auto-intersticiais) e defeitos de anel OSF. Defeitos de torção são átomos desilício intersticiais ou vazios ou na forma única ou em aglomerados.
Tais defeitos de torção podem ser detectados por topografia de raio-X eaparecem como "torções" no silício. Podem ser detectados também apósataque ácido preferencial do silício para delineamento do defeito.
De acordo com os métodos CZ e FZ convencionais, a distri-buição dos átomos de oxigênio no interior do silício e os defeitos nosilício causados por tais átomos de oxigênio são situados radialmente.
Isto significa que tendem a serem dispostos em anéis, espirais deestriamentos que são simétricos em torno de um eixo central. Defeitosem anel OSF são um exemplo particular disto, em que oxigênio emescala nanométrica precipita falhas de empilhamento nucleadas emuma banda cilíndrica no interior de um lingote monocristalino ou cristalpuro de silício retirado, resultando em bandas de defeito circulares emwafers feitos de tal silício. Tais bandas podem ser observadas em umaamostra de silício após ataque ácido preferencial.
Tanto defeitos por torção quanto defeitos por anel OSF o-correm nos cristais puros de silício monocristalino por retirada de umcristal puro cilíndrico de um volume de silício fundido, por exemplo, deacordo com os métodos CZ e FZ convencionais, devido à simetriarotacional do processo de retirada, aos gradientes térmicos axiais e àrotação inerente ao processo. Em contraste, o silício pode ser obtidopor processos de moldagem de acordo com modalidades da invençãoque não exibem tais defeitos de torção e defeitos de anel OSF. Isto sedeve ao fato da incorporação dos defeitos durante o processo demoldagem poder ser essencialmente distribuída aleatoriamente em umainterface de crescimento não influenciada pela rotação, em um corpo desilício que não possui simetria cilíndrica, e em um processo em que asisotermas são essencialmente planas através do lingote por todo oprocesso de solidificação e resfriamento.
No que diz respeito às concentrações de impurezas de ele-mentos leves no silício crescido por métodos diferentes, mostradas naTABELA 1, são amplamente consideradas características.
Tabela 1
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Parte dos lingotes CZ pode ser produzida com uma concen-tração tão baixa quanto 5xl017 átomos/cm3 de oxigênio, mas nãomenos. As concentrações de carbono e nitrogênio podem ser aumenta-das nos lingotes FZ e CZ por dopagem intencional, mas a dopagem nãoexcede o limite de solubilidade do sólido nestas técnicas (tal como nomaterial moldado), e os lingotes dopados não foram obtidos em tama-nhos acima de 20 cm de diâmetro. Em contraste, os lingotes moldadossão tipicamente super saturados com carbono e nitrogênio devido ãliberação dos revestimentos e do desenho da zona quente do forno.Como conseqüência, nitretos e carbetos precipitados são ubíquosdevido à nucleação e crescimento em fase líquida. Além disto, foramfabricados lingotes de cristal único moldados de acordo com modalida-des da invenção, com os níveis de impureza reportados acima e comtamanhos tão grandes quanto 50x50x20 cm3 e 60x60x5 cm3. Estasdimensões são apenas exemplificativas, e não são consideradas comolimites superiores para os processos de moldagem da invenção.
Por exemplo, no que diz respeito aos níveis de impureza,uma concentração de carbono dissolvido de cerca de 1-5x1017 áto-mos/cm3 (em especial para cerca de IxlO17 átomos/cm3 a cerca de5x1017 átomos/cm3), uma concentração de oxigênio dissolvido de cercade 2-3xl017 átomos/cm3 e uma concentração de nitrogênio de cerca del-5xl015 átomos/cm3 são preferidas no silício moldado de acordo comesta invenção. De acordo com modalidades da presente invenção, podeser formado um corpo sólido de silício multicristalino geométrico depreferência silício multicristalino geométrico moldado e de preferênciaapresentando pelo menos duas dimensões sendo cada uma de pelomenos cerca de 10 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de5 cm, apresentando uma concentração de carbono dissolvido de cercade 1-5x1017 átomos/cm3, uma concentração de oxigênio dissolvido decerca de 2-3xl017 átomos/cm3 e uma concentração de nitrogênio decerca de l-5xl015 átomos/cm3. De preferência, pode ser formado umcorpo sólido de silício multicristalino geométrico de preferência silíciomulticristalino geométrico moldado e apresentando pelo menos duasdimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 20 cm e umaterceira dimensão de pelo menos cerca de 5 cm, apresentando umaconcentração de carbono dissolvido de cerca de l-5xl017 átomos/cm3,uma concentração de oxigênio dissolvido de cerca de 2-3x1017 átomos/cm3 e uma concentração de nitrogênio de cerca de l-5xl015 áto-mos/cm3. Com maior preferência, pode ser formado um corpo sólido desilício multicristalino geométrico de preferência silício multicristalinogeométrico moldado e apresentando pelo menos duas dimensões, sendocada uma de pelo menos cerca de 30 cm, e uma terceira dimensão depelo menos cerca de 5 cm, apresentando 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 de cerca de l-5xl015 átomos/cm3. Ainda com maiorpreferência, pode ser formado um corpo sólido de silício multicristalinogeométrico de preferência silício multicristalino geométrico moldado eapresentando pelo menos duas dimensões sendo cada uma de pelomenos cerca de 35 cm, e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de5 cm, apresentando uma concentração de carbono dissolvido de cercade l-5xl017 átomos/cm3, uma concentração de oxigênio dissolvido decerca de 2-3xl017 átomos/cm3, e uma concentração de nitrogênio decerca de l-5xl015 átomos/cm3. Ainda com maior preferência, pode serformado um corpo sólido de silício multicristalino geométrico depreferência silício multicristalino geométrico moldado e apresentandopelo menos duas dimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 40cm, e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 5 cm, apresentan-do uma concentração de carbono dissolvido de cerca de 1-5x1017átomos/cm3, uma concentração de oxigênio dissolvido de cerca de 2-3xl017 átomos/cm3 e uma concentração de nitrogênio de cerca de 1-5xl015 átomos/cm3. Ainda com maior preferência, pode ser formadoum corpo sólido de silício multicristalino geométrico de preferênciasilício multicristalino geométrico moldado e apresentando pelo menosduas dimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 50 cm e umaterceira dimensão de pelo menos cerca de 5 cm, apresentando umaconcentração de carbono dissolvido de cerca de l-5xl017 átomos/cm3,uma concentração de oxigênio dissolvido de cerca de 2-3x1017 átomos/cm3 e uma concentração de nitrogênio de cerca de 1-5x1015 áto-mos/cm3. Ainda com maior preferência, pode ser formado um corposólido de silício multicristalino geométrico de preferência silício multi-cristalino geométrico moldado e apresentando pelo menos duas dimen-sões sendo cada uma de pelo menos cerca de 60 cm e uma terceiradimensão de pelo menos cerca de 5 cm, apresentando uma concentra-ção de carbono dissolvido de cerca de l-5xl017 átomos/cm3, umaconcentração de oxigênio dissolvido de cerca de 2-3xl017 átomos/cm3 euma concentração de nitrogênio de cerca de l-5xl015 átomos/cm3.Ainda com maior preferência, pode ser formado um corpo sólido desilício multicristalino geométrico de preferência silício multicristalinogeométrico moldado e apresentando pelo menos duas dimensões sendocada uma de pelo menos cerca de 70 cm, e uma terceira dimensão depelo menos cerca de 5 cm, apresentando 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 de cerca de 1-5x1015 átomos/cm3.
Um limite superior para o tamanho horizontal de um lingotede silício moldado obtido de acordo com modalidades da invenção, eapresentando as concentrações de impurezas referenciadas acima, édeterminado apenas pela moldagem e tecnologia de obtenção docadinho, e não pelo método da invenção em si. Desta forma, emconsistência com a invenção, um corpo de silício multicristalinogeométrico contínuo pode ser crescido com sucesso para cerca de 66 cmx 66 cm de seção transversal, com uma peça sólida de silício multicris-talino geométrico contínuo sendo de pelo menos 33.750 cm3 de volume.Além disto, em consistência com a presente invenção, um corpo sólidode silício multicristalino geométrico contínuo, de preferência silíciomulticristalino geométrico moldado, pode ser formado de preferênciaapresentando pelo menos duas dimensões cada uma sendo tão grandequanto as dimensões internas de um vaso de moldagem. Por exemplo,se o corpo moldado de silício multicristalino geométrico é um sólido naforma de cubo ou na forma retangular, estas dimensões acima devem sereferir ao comprimento, largura e altura de tais corpos.
A(s) semente(s) utilizada(s) para os processos de moldagem,em consistência com modalidades da invenção, pode(m) ser de qualquertamanho e formato desejados, no entanto, são adequadamente peçasformatadas geometricamente de silício monocristalino, silício próximo amonocristalino, ou silício multicristalino ordenado geometricamente, talcomo peças de silício com formato quadrado, retangular, rômbico ouoctogonal. Podem ser formatadas apropriadamente para a moldagem,de tal forma que possam ser colocadas ou "arranjadas" borda-a-borda econformadas com o fundo de um cadinho em um padrão desejado.Também em consistência com modalidades da invenção, as sementespodem ser colocadas em uma ou mais laterais, incluindo todas, docadinho. Tais sementes podem ser obtidas, por exemplo, por corte deuma fonte de silício cristalino, tal como um cristal puro de silíciomonocristalino, em peças apresentando os formatos desejados. Assementes podem ser também formadas por corte de uma amostra ou desilício monocristalino contínuo, silício próximo a monocristalino, ousilício multicristalino geométrico contínuo, obtido por um processo deacordo com modalidades da invenção, de tal forma que a(s) semente(s)para uso em processos de moldagem subseqüentes pode(m) ser obti-da(s) a partir de um processo de moldagem inicial. Desta forma, porexemplo, uma placa ou de silício monocristalino contínuo ou de silíciopróximo a monocristalino cortado ou obtido de alguma outra forma apartir de um lingote de silício monocristalino contínuo ou silíciopróximo a monocristalino, pode funcionar como um molde para umamoldagem subseqüente de silício monocristalino contínuo ou silíciopróximo a monocristalino. Esse cristal semente pode apresentar otamanho e formato, ou substancialmente o tamanho e formato, de umalateral, tal como o fundo, de um cadinho ou outro vaso no qual asemente é colocada. Para os propósitos de moldagem monocristalina, épreferível se ter o menos possível de sementes para cobrir o fundo docadinho de maneira a se evitar a incorporação de defeitos. Desta forma,a semente ou sementes podem ter o tamanho e formato ou substanci-almente o tamanho e formato de uma ou mais laterais, tais como ofundo, de um cadinho ou outro vaso no qual a semente ou sementes écolocada para se realizar o método de moldagem de acordo com estainvenção.
Serão, agora, descritos processos e aparelhos para a prepa-ração de silício de acordo com algumas modalidades da invenção.Entretanto, deve ser entendido que estas não são as únicas formas dese formar silício consistente com os princípios da invenção.
Com referência à Figura 1, as sementes (100) são colocadasno fundo de um cadinho (110), tal como um cadinho de quartzo, deuma forma que aproximadamente estão na mesma orientação demaneira a formar uma placa grande orientada continuamente (120).Alternativamente, encontram-se aproximadamente em orientaçõesdiferentes pré-selecionadas de forma a produzir limites de grãosespecíficos com tamanhos de grãos escolhidos deliberadamente nosilício resultante que é produzido. Isto é, para a moldagem de silíciomulticristalino geométrico, a seção transversal do tamanho de grão e,de preferência o formato da seção transversal do silício multicristalinogeométrico cristalizado resultante serão iguais ou aproximadamenteiguais aos das sementes e a altura do grão pode ser tão grande quanto adimensão do silício que é perpendicular à seção transversal. Se umcristal semente multicristalino geométrico, por exemplo, uma placa desilício multicristalino geométrico, cortado ou obtido de outra forma apartir de um lingote de silício multicristalino geométrico, é utilizadocomo cristal semente ou cristais sementes para a moldagem de silíciomulticristalino geométrico, a seção transversal do tamanho do grão, depreferência, o formato da seção transversal dos grãos do silício multi-cristalino geométrico resultante, irá se aproximar dos grãos na sementeou sementes multicristalinas geométricas. Desta forma, uma placa desilício multicristalino cortada ou de outra forma obtida a partir de umlingote de silício multicristalino geométrico pode ser um "cristal sementede silício multicristalino geométrico" (também chamado de um "cristalsemente de silício multicristalino ordenado geometricamente") e podefuncionar como molde para uma moldagem subseqüente de silíciomulticristalino geométrico. Tal cristal semente pode apresentar otamanho e formato, ou substancialmente o tamanho e formato, de umalateral, tal como o fundo, de um cadinho ou outro vaso no qual asemente é colocada. Quando tal cristal semente é utilizado no métododesta invenção, o silício multicristalino geométrico de preferência iráapresentar grãos cristalinos que apresentam a mesma, ou substancial-mente a mesma, seção transversal do tamanho e formato dos grãos nasemente. De preferência, as sementes (100) são conformadas e coloca-das de forma a cobrir substancialmente todo o fundo do cadinho (110).É preferível também que o cadinho μ 110) apresente um revestimento deliberação tal como um feito de sílica, nitreto de silício, ou de umencapsulante líquido, para auxiliar na remoção do silício cristalizado docadinho (110). Além disto, as sementes podem compreender uma placaou placas de silício monocristalino de uma orientação cristalinadesejada com cerca de 3 mm a cerca de 100 de espessura. Embora umnúmero e tamanho específicos de sementes (100) sejam mostrados naFigura 1, é óbvio a um especialista na técnica que tanto o númeroquanto o ta tamanho das sementes podem ser aumentados ou reduzi-dos, dependendo da aplicação.
Com referência à Figura 2, as sementes (100) podem ser co-locadas 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 apenas para propósitos ilustrativos as sementes(100) sejam mostradas apenas nas paredes (130, 140). De preferência,as sementes (100) que são colocadas em qualquer uma das quatroparedes do cadinho (110) são em forma de coluna para facilitar ocrescimento do cristal. De preferência, cada uma das sementes emforma de coluna colocadas em qualquer uma das quatro paredes docadinho (110) apresenta a mesma orientação de grão que a sementecolocada imediatamente abaixo na superfície inferior do cadinho (110).
No caso de crescimento de silício multicristalino geométrico, a colocaçãode sementes em forma de coluna desta maneira irá facilitar o cresci-mento de grãos de silício multicristalino geométrico do tamanho daaltura do cadinho (110).
Ainda com referência à Figura 2, as vantagens desta dispo-sição das sementes (100) são um processo de autopropagação maisrápido e mais simples de moldagem de silício com cristalinidade maisalta e taxas de crescimento mais altas. Por exemplo, o silício pode serfundido em uma "xícara" de silício, consistindo em muitas sementesque são empilhadas juntas para formar uma cavidade, por exemplo, umfundo e quatro paredes, no interior do cadinho (110). Alternativamente,o silício fundido pode ser derramado em uma "xícara" de silício,consistindo em muitas sementes que são empilhadas juntas paraformar uma cavidade, por exemplo, um fundo e quatro paredes nointerior do cadinho (110). Em um exemplo alternativo, a "xícara"receptora é primeiramente levada à temperatura de fusão do silício, masmantida em estado sólido, e então o silício fundido é derramado edeixado entrar em equilíbrio térmico. Então, em qualquer dos exemplosacima, o cadinho (110) é resfriado, pelo que o calor é removido do fundoe das laterais do cadinho (110), por exemplo, por um material sólidocondutor de calor (não mostrado) que irradia calor para o ambiente,enquanto o calor ainda é aplicado à parte superior aberta do cadinho(110). Desta forma, o lingote moldado resultante de silício pode ser ousilício monocristalino ou silício multicristalino geométrico (dependendodo tipo de sementes (100) utilizadas e de suas orientações) e a cristali-zação prossegue mais rapidamente que nos processos de moldagemmulticristalina conhecidos. De maneira a se repetir este processo, umaparte das laterais e o fundo do lingote de silício cristalizado são removi-dos, utilizando-se técnicas conhecidas, e podem ser reutilizados em umprocesso de moldagem subseqüente. De preferência, uma pluralidadede cristais sementes, por exemplo, sementes (100), é disposta de talforma que uma direção polar em comum entre as sementes (100) éperpendicular ao fundo e uma lateral do cadinho (110), de tal forma quenenhum limite de grão é formado entre o fundo e uma lateral docadinho (110).
As Figuras 3A-3C ilustram um exemplo de molde para mol-dagem de silício multicristalino geométrico em cadinho (110). Aengenharia do grão cristalino pode ser alcançada por criação, orienta-ção, colocação e crescimento cuidadosos de semente. As Figuras 3A e3B, por exemplo, mostram duas placas de silício monocristalino (155,165), nas quais diferentes direções (110) são indicadas. Ambas asplacas apresentam uma direção em comum (100) perpendicular a suassuperfícies. Cada placa de silício monocristalino (155, 165) é entãocortada para formar varias peças de silício, que se tornam sementes(150, 160). As superfícies podem ser uniformes, por exemplo, (100), porquestões de texturização, ou escolhidas à vontade. O formato e tama-nho dos grãos podem ser selecionados com base no corte dos moldes apartir das placas de silício monocristalino (155) e (165), tal comomostrado na Figura 3B. Os ângulos de orientação relativos entre osmoldes vizinhos das peças (150, 160), determinam o tipo de limite degrão (por exemplo, ângulo grande, ângulo pequeno ou igual) no silíciomulticristalino geométrico moldado resultante. Na Figura 3A, porexemplo, são mostradas duas orientações de grão (100) da direçãopolar.As sementes mostradas na Figura 3C são, então, compre-endidas de peças de silício monocristalino moldado (150, 160) queapresentam relações de orientação selecionadas especificamente comseus moldes vizinhos. As peças de silício (150, 160) são então molda-das no fundo do cadinho (110), mostradas na Figura 3C, de tal formaque as duas direções (110) se alternam, como mostrado pelas setasdesenhadas nas peças (150, 160). É importante se observar que aspeças (150, 160) são desenhadas como blocos aproximadamentequadrados apenas para propósitos ilustrativos, e para as razõesdiscutidas abaixo, podem apresentar outros formatos.
Embora não mostrado na Figura 3C, as sementes podemser também localizadas nas laterais do cadinho, como na Figura 2.Matéria-prima de silício (não mostrada) pode então ser introduzida nocadinho (110) sobre as peças (150, 160), e então fundida. Alternativa-mente, o silício fundido pode ser derramado no cadinho (110). Noexemplo alternativo, o cadinho (110) é primeiramente levado para umatemperatura muito próxima à temperatura de fusão do silício, e então osilício fundido é ali derramado. Em consistência com modalidades dainvenção, uma fina camada de sementes pode ser fundida antes que asolidificação se inicie.
Então, em qualquer um dos exemplos acima, o cadinho(110) é resfriado, pelo que calor é removido pelo fundo do cadinho (110)(e laterais apenas se as sementes são moldadas nas superfícies late-rais), por exemplo, por um material sólido condutor de calor que irradiao calor para o ambiente, enquanto o calor é ainda aplicado à partesuperior aberta do cadinho (110). Desta forma, o silício fundido éintroduzido enquanto a semente é mantida como um sólido, e asolidificação direcional do fundido provoca um crescimento para cimados grãos em forma de coluna. Desta maneira, o lingote moldadoresultante de silício multicristalino geométrico irá mimetizar as orienta-ções de grão das sementes de silício moldadas (150, 160). Uma vezimplementada esta técnica apropriadamente, o lingote resultante podeser cortado, por exemplo, em placas horizontais para funcionarem comocamadas de semente para outros processos de moldagem. A placa podeapresentar, por exemplo, o tamanho e formato, ou substancialmente otamanho e formato, de uma superfície, tal como um fundo, de umcadinho ou outro vaso utilizado para a moldagem. Por exemplo, apenasuma de tais placas pode ser utilizada para um processo de moldagem.
A Figura 4 ilustra uma variação do molde mostrado na Fi-gura 3C. Como exemplo de orientação de grão para silício multicristali-no geométrico moldado, peças sementes (150, 160) são moldadas comuma direção polar em comum (001) sendo perpendicular ao fundo docadinho (110). Na Figura 4, todas as variações da família (110) dedireções são representadas na moldagem de peças (150, 160), conformeindicado pelas setas direcionais. Embora não mostrado nesta figura emparticular, as sementes podem estar também em uma ou mais lateraisdo cadinho (110).
Desta forma, a orientação dos cristais sementes em um ca-dinho utilizadas para formar o silício podem ser escolhidas de tal formaque sejam formados limites de grão específicos no silício multicristalinogeométrico moldado e onde tais limites de grão englobam formatosgeométricos. Em contraste com modalidades da invenção, processos demoldagem conhecidos envolvem a moldagem de grãos multicristalinosde uma maneira descontrolada pela solidificação direcional a partir deuma massa completamente fundida de silício. Os grãos resultantesapresentam basicamente uma orientação e uma distribuição detamanhos aleatória. A orientação randômica de grão torna difícil atexturização efetiva da superfície do silício. Além disto, foi mostradoque as dobras nos limites de grão, produtos normais das técnicas decrescimento típicas, tendem a nuclear defeitos estruturais envolvendoaglomerados ou linhas de deslocamento. Estes deslocamentos, e asimpurezas que tendem a atrair, provocam recombinação rápida deportadores elétricos e a degradação da performance como materialfotovoltaico. Desta forma, em consistência com uma modalidade dainvenção, é realizado um planejamento cuidadoso e uma semeadura deuma rede de limite de grão regular para a moldagem ou de silíciomonocristalino ou de silício multicristalino geométrico de tal forma queo tamanho, formato e orientação dos grãos sejam explicitamenteescolhidos para maximizar o tempo de vida do portador em minoria e oajuntamento de impureza enquanto minimizando defeitos estruturais.
Os limites de grão podem ser escolhidos de forma a seremplanos de maneira a minimizar o deslocamento da nucleação enquantomantém a sua direção vertical durante o crescimento. Os tipos delimite de grão são escolhidos para maximizar o ajuntamento de impure-zas e a liberação do esforço. As orientações de grão (e especialmente aorientação superficial) são escolhidas para permitir a texturização,aumentar a passivação superficial e aumentar a resistência de grão. Otamanho dos grãos é escolhido para otimizar o equilíbrio entre asdistâncias de ajuntamento efetivas e áreas de absorção grandes. Porexemplo, a moldagem de silício multicristalino geométrico pode serrealizada de tal forma que o silício multicristalino geométrico apresenteum tamanho de seção transversal de grão mínimo médio de pelo menoscerca de 0,5 cm a cerca de 10 cm com uma direção polar em comumsendo perpendicular à superfície do silício multicristalino geométrico,conforme mostrado, por exemplo, nas Figuras 3C e 4. O tamanho daseção transversal de grão médio pode ser de cerca de 0,5 cm a cerca de70 cm, ou maior. Conforme descrito acima, o tamanho da seçãotransversal de um grão de silício multicristalino geométrico é entendidocomo sendo a maior dimensão da seção transversal do grão que éperpendicular à altura ou comprimento do grão. O resultado líquido éum aumento geral da eficiência do material fotovoltaico resultante.
Em consistência com uma modalidade da invenção, umadisposição geométrica de uma pluralidade de cristais sementes de silíciomonocristalino pode ser colocada em pelo menos uma superfície em umcadinho, por exemplo, uma superfície inferior de um cadinho, onde adisposição geométrica inclui polígonos em pacote serrado. Alternativa-mente, uma disposição geométrica de uma pluralidade de cristaissementes de silício monocristalino pode ser colocada de tal forma que adisposição geométrica inclui hexágonos de pacote serrado, ou formatospoligonais apresentando interstícios rombóides ou triangulares,conforme mostrado, por exemplo, nas Figuras 5 e 6. Ainda noutraalternativa, em vez de se utilizar uma pluralidade de cristais sementesmonocristalinos, uma seção ou placa de silício cortada ou de algumaoutra forma obtida, a partir de um lingote produzido em uma moldagemanterior de silício multicristalino ordenado geometricamente, pode serutilizada como um cristal semente único para a moldagem de silíciomulticristalino ordenado geometricamente de acordo com esta invenção.Tal cristal semente único de silício multicristalino geométrico podeapresentar o mesmo tamanho e formato, ou substancialmente o mesmotamanho e formato, de uma superfície do cadinho ou outro vasoutilizado para conduzir a moldagem. Mais especificamente, a Figura 5ilustra um exemplo de um arranjo de pacote serrado de hexágonos(170). Em contraste, a Figura 6 ilustra um exemplo de um arranjo deformatos poligonais apresentando interstícios rombóides ou triangula-res (180, 190). Ambos os arranjos são discutidos em mais detalhesabaixo. Quaisquer das disposições discutidas acima são aplicáveis auma modalidade para a moldagem ou de um corpo sólido de silíciomonocristalino, de um corpo sólido de silício próximo a monocristalino,ou de um corpo sólido de silício multicristalino geométrico, onde oscristais sementes são colocados tanto no fundo quanto nas superfícieslaterais de um cadinho.
Os grãos cristalinos de silício produzidos pela moldagem deum corpo de silício multicristalino geométrico, em consistência commodalidades da invenção, podem ser crescidos de uma maneira emforma de coluna. Além disto, tais grãos cristalinos podem apresentaruma seção transversal que apresenta, ou aproximadamente apresenta,o formato da semente a partir da qual são formados. Quando daobtenção de silício que apresenta esses limites de grão selecionadosespecificamente, de preferência as junções dos limites de grão apresen-tam apenas três limites de grão se encontrando em um canto. Confor-me mostrado na Figura 5, disposições hexagonais de cristais sementes(170) são desejáveis para a moldagem de sementes em que a orientaçãocristalina é tal que os átomos no plano horizontal apresentam simetriade três vezes ou seis vezes, tal como (111) para silício. Desta forma, aFigura 5 ilustra uma vista planar de uma parte de uma coleção desementes em formato hexagonal para disposição no fundo de umcadinho adequado, tal como o mostrado nas Figuras 1 e 2. As setasindicam a orientação da direção (110) do cristal de silício nas sementes.
Alternativamente, para orientações com simetria de 4 vezes,uma configuração geométrica diferente das sementes pode ser utilizadapara manter estável limites de grão simétricos através de grãos múlti-plos enquanto atende à regra de três cantos de limite de grão. Porexemplo, se θ é a desorientação entre a direção (110) e as lateraisprimárias de um octógono com um pólo (100), e α é o ângulo do vérticede um rombo intersticial, conforme mostrado na Figura 6, todos osgrãos cristalinos irão apresentar um limite de grão simétrico em relaçãoà direção (110) se α = 90° - θ. Neste exemplo, todos os grãos cristalinosapresentam uma direção polar (100) perpendicular ao plano do papel noqual a Figura 6 é apresentada. Desta forma, a Figura 6 é uma vistaplanar de uma parte de uma coleção de sementes de formato octogonaljuntamente com sementes de formato rombóide (180, 190) paradisposição no fundo de um cadinho adequado, tal como o mostrado nasFiguras 1 e 2. As setas indicam a orientação da direção (110) doscristais de silício nas sementes.
A Figura 7 é um íluxograma mostrando um método típicode obtenção de silício, consistente com a presente invenção. Emconsistência com a Figura 7, o método (700) pode se iniciar pela seleçãode cristais sementes de silício monocristalino para o crescimento desilício monocristalino ou de silício multicristalino geométrico, e disposi-ção dos cristais sementes de silício monocristalino em um cadinho(etapa 705). Alternativamente, uma placa única cortada, ou de algumaoutra forma obtida, a partir de um lingote de silício monocristalino oude silício multicristalino ordenado geometricamente, pode ser utilizadacomo um cristal semente único. A seguir, matéria-prima de silício podeser adicionada ao cadinho (etapa 710). O cadinho é então aquecido apartir da parte superior enquanto o fundo do cadinho é resfriado (oupassivamente ou ativamente, ver etapa 715). Durante a fusão, o estágiode fusão do silício é monitorado para se acompanhar e controlar aposição da interface sólido-líquido (etapa 720). O estágio de fusão dosilício é deixado prosseguir até que uma parte dos cristais sementes desilício monocristalino esteja fundida (etapa 725). Uma vez que umaparte desejada dos cristais sementes de silício monocristalino estejafundida, o estágio de fusão é finalizado e o estágio de crescimento decristal se inicia (etapa 730). O crescimento de cristal é deixado conti-nuar unidirecional e verticalmente no interior do cadinho até que acristalização do silício esteja completa (etapa 735). Se as sementes sãodispostas para crescimento de silício multicristalino geométrico, acristalização da etapa 735 irá produzir um lingote de silício multicrista-lino geométrico com grãos em forma de coluna (etapa 740). Alternati-vãmente, se as sementes são dispostas para crescimento de silíciomonocristalino, a cristalização da etapa 735 irá produzir um lingote desilício monocristalino (etapa 745). Finalmente, o lingote produzido emqualquer uma das etapas 740 ou 745 é removido para processamentoposterior (etapa 750).
Conforme mostrado na Figura 8A, a matéria-prima de silício(200) pode ser introduzida no cadinho (210) contendo sementes (220),por exemplo, de duas maneiras. Na primeira, o cadinho (210) é carre-gado para a capacidade máxima com a matéria-prima sólida de silício(200), adequadamente na forma de pedaços de tamanho conveniente, eo cadinho carregado (210) é colocado em uma estação de moldagem(não mostrada).
Conforme mostrado na Figura 8B, o perfil térmico no cadi-nho (21) é ajustado de tal forma que a parte superior da carga de silíciono cadinho (210) é aquecida à fusão, enquanto o fundo é ativamente oupassivamente resfriado para se manter a fase sólida de sementes (220)no fundo do cadinho (210), isto é, de tal forma que não flutue quando amatéria-prima (200) é fundida. Um material sólido condutor de calor(230) está em contato com um fundo do cadinho (210) para irradiaçãode calor para as paredes resfriadas a água. Por exemplo, o materialcondutor de calor (230) pode ser um bloco sólido de grafite, e pode depreferência apresentar as mesmas dimensões do fundo do cadinho. Emconsistência com a invenção, por exemplo, o material condutor de calorpode ter 66 cm por 66 cm por 20 cm, quando utilizado com um cadinhoapresentando uma superfície inferior que é de 66 cm por 66 cm. Asparedes laterais do cadinho (210), de preferência, não são resfriadas deforma alguma, desde que as sementes (220) estejam localizadas apenasno fundo do cadinho (210). Se as sementes (220) estiverem localizadasno fundo e laterais do cadinho (210), então o material condutor de calor(230) deve ser colocado tanto no fundo quanto nas laterais do cadinho(210) para manutenção do perfil térmico desejado.
A fase fundida da matéria-prima de silício (200) é monitora-da de perto para se acompanhar a posição da interface entre o silíciofundido e as sementes. De preferência, a fusão (240) (mostrada naFigura 8B) prossegue até que toda a matéria-prima de silício (200),exceto as sementes, esteja completamente fundida, após o que assementes (220) são parcialmente fundidas. Por exemplo, o aquecimentopode ser rigorosamente controlado de forma que as sementes (220) nãose fundam completamente, pela manutenção de um ΔΤ de cerca de0,1°C/minuto ou menos, tal como medido na superfície externa docadinho, após se alcançar a temperatura de fusão do silício em qual-quer outra parte do cadinho. De preferência, o aquecimento pode serrigorosamente controlado mantendo-se um ΔΤ de cerca de0,05°C/minuto ou menos, tal como medido em uma superfície externado cadinho, após se alcançar a temperatura de fusão do silício emqualquer outra parte do cadinho. Por exemplo, em consistência com ainvenção, o ΔΤ pode ser medido em uma superfície externa do cadinhoentre o cadinho e um bloco grande de grafite, e um bastão pode serinserido no fundido (240) para se determinar a profundidade dofundido, de maneira a se calcular das sementes (220) que fundiram.
Conforme mostrado na Figura 8C, a parte (250) ilustra umaparte fundida da espessura total das sementes (220), abaixo do fundido(240). Após uma parte (250) das sementes (220) estar fundida abaixodo fundido (240), o estágio de fusão é então rapidamente finalizado e oestágio de crescimento de cristal é iniciado, onde o aquecimento naparte superior do cadinho (210) é reduzido e/ou o resfriamento dofundo no material condutor de calor (230) é aumentado. Como umexemplo deste processo, o gráfico na Figura 8D ilustra a fusão de umaparte (250) das sementes (220) em função do tempo. Conforme mostra-do na Figura 8D, uma parte das sementes apresentando uma espessurainicial de 5 e 6 cm é gradualmente fundida até que menos de 2 cmpermaneça como semente sólida. Por exemplo, o aquecimento pode serrigorosamente controlado de tal forma que as sementes (220) são sefundam completamente, mantendo-se um ΔΤ de cerca de 0,l°C/minutoou menos, tal como medido em uma superfície externa do cadinho (porexemplo, por meio de um termopar montado no bloco de resfriamento),após se alcançar a temperatura de fusão do silício em qualquer outraparte do cadinho. De preferência, o aquecimento pode ser controladorigorosamente mantendo-se uma ΔΤ de cerca de 0,05°C/minuto oumenos, tal como medido em uma superfície externa do cadinho, após sealcançar a temperatura de fusão do silício em qualquer outra parte docadinho. Neste ponto, o estágio de fusão é então rapidamente finalizadoe o estágio de crescimento de cristal é iniciado, o que é indicado peloaumento comparativo da espessura do bloco medido na ordenada dográfico.
Então, conforme mostrado na Figura 8E, o crescimento docristal semeado continua unidirecional e verticalmente, no interior docadinho (210) até que a cristalização do silício esteja completa. O ciclode moldagem finaliza quando o gradiente térmico topo-para-fundo nointerior do cadinho (210) desaparece. Então, o lingote inteiro (260) élentamente resfriado para a temperatura ambiente. Para a moldagemde silício multicristalino geométrico, conforme mostrado na Figura 8E,este crescimento unidirecional da semente produz grãos em forma decoluna (270) apresentando, genericamente, uma seção transversalhorizontal que é o formato da semente individual (220) sobre os quaissão formados. Desta maneira, os limites de grão do silício multicristali-no geométrico podem ser pré-selecionados. Qualquer um dos padrõesde semeadura/moldagem discutidos acima é aplicável a este processode moldagem.
Alternativamente, para a moldagem de silício monocristali-no, a disposição das sementes (220) pode ser obtida para não apresen-tar qualquer limite de grão, resultando em silício monocristalino.Conforme mostrado na Figura 8F, a parte (250) ilustra uma partefundida da espessura total das sementes (220), abaixo do fundido (240).Após uma parte (250) das sementes (220) ser fundida abaixo do fundido(240), o estágio de fusão é então rapidamente finalizado e o estágio decrescimento de cristal é iniciado, onde o aquecimento na parte superiordo cadinho (210) é reduzido e/ou o resfriamento do fundo no materialcondutor de calor (230) é aumentado. Então, conforme mostrado naFIG 8G, o crescimento do cristal semeado continua unidirecional everticalmente, no interior do cadinho (210) até que a cristalização dosilício esteja completa. Uma interface sólido-líquido de preferênciasubstancialmente plana (285) se propaga par cima em direção contráriaà superfície inferior do cadinho (210). O ciclo de moldagem finalizaapós o término do crescimento do cristal, quando o gradiente térmicotopo-para-fundo no interior do cadinho (210) desaparece. Então, olingote inteiro (280) é lentamente resfriado para a temperatura ambien-te. Para a moldagem de silício monocristalino, conforme mostrado naFigura 8G, este crescimento unidirecional da semente produz um corposólido contínuo de silício monocristalino moldado (290).
Noutro processo, ilustrado na Figura 9, a matéria-prima desilício (200) pode ser primeiro fundida em um compartimento separadoou vaso de fusão separado (300). As sementes (220) podem ser ou nãoparcialmente fundidas a partir da parte superior antes da matéria-prima fundida (305) ser alimentada ou derramada no cadinho (210)através de uma tubulação de fundido (310), após o que o resfriamento ecrescimento prosseguem como descrito, com referência às Figuras 8B-8G. Noutra modalidade, cristais sementes de silício podem ser monta-dos sobre as paredes do cadinho (210) (não mostrado) e o crescimentode semente pode prosseguir a partir das laterais bem como do fundo docadinho (210), conforme descrito previamente. Alternativamente, amatéria-prima de silício (200) é fundida em um vaso de fusão (300)separado do cadinho (210), e ao mesmo tempo o cadinho (210) éaquecido para a temperatura de fusão do silício, e o aquecimento écontrolado de forma que as sementes (220) não se fundam completa-mente. Na fusão parcial das sementes (220), a matéria-prima fundida(305) pode ser transferida do vaso de fusão (300) para o cadinho (210), eo resfriamento e cristalização podem se iniciar. Desta forma, emconsistência com uma modalidade da invenção, uma parte do corposólido de silício cristalizado pode incluir sementes (220). Alternativa-mente, as sementes podem ser mantidas completamente sólidas antesda introdução do fundido. Neste caso, o silício fundido no vaso de fusão(300) é aquecido além da temperatura de fusão, e o líquido superaque-cido é deixado fundir uma parte das sementes quando o líquidosuperaquecido é introduzido.
Numa estação de moldagem de dois estágios, tal como mos-trado na Figura 9, a matéria-prima (305) deve ser derramada do vaso defusão (300), atingir as sementes (220), e assumir sua cristalinidadedurante a solidificação. Alternativamente, a fusão pode ocorrer em umvaso de fusão central (300), que alimenta uma disposição distribuída decadinhos de solidificação, tal como uma ou mais cópias do cadinho(210) (não mostrado). Em consistência com modalidades da invenção,os cadinhos de solidificação podem ser revestidos com sementes (220)em uma ou ambas as laterais e no fundo dos cadinhos. Algumasvantagens desta abordagem incluem: a separação de sistemas de fusãoe solidificação, para possibilitar a otimização da cada uma das etapasde moldagem; uma fusão semi-contínua do silício, onde a fusão dematerial novo pode ocorrer de forma regular, conforme necessário paramanter o suprimento do cadinho; retirada de escória da parte superior(e drenagem potencial do fundo) de silício, enquanto as estações desolidificação são alimentadas a partir do meio do fundido, aumentandoa pureza do material de silício de partida; e possibilitando que o vaso defusão (300) entre em equilíbrio com a matéria-prima fundida (305) e nãomais sendo uma fonte significativa de impurezas.
Desta forma, após um lingote (260) ou (280) ter sido molda-do por um dos métodos descritos acima, o lingote moldado resultantepode ser adicionalmente processado, por exemplo, por corte do fundoou uma outra seção do lingote e sua utilização como um cristal sementeúnico em um processo de moldagem subseqüente para formar um corpode silício monocristalino, silício próximo a monocristalino, ou silíciomulticristalino geométrico, em consistência com a invenção, e onde otamanho e formato de tal cristal semente único são os mesmos tama-nho e formato do fundo do cadinho utilizado no processo de moldagemsubseqüente, e o restante do lingote pode ser cortado em tijolos ewafers para processamento em células fotovoltaicas. Alternativamente,o lingote inteiro pode ser cortado, por exemplo, em placas horizontaispara uso como cristais sementes em estações múltiplas de moldagempara futuros processos de moldagem.
A matéria-prima de silício utilizada nos processos consis-tentes com modalidades da invenção pode conter um ou mais dopantestais como os selecionados a partir da lista que inclui: boro, alumínio,lítio, gálio, fósforo, antimônio, arsênico e bismuto. A quantidade totalde tal dopante pode ser de cerca de 0,01 partes por milhão em %atômica (ppma) a cerca de 2 ppma. De preferência, a quantidade dedopante no silício é uma quantidade tal que um wafer obtido a partir dosilício apresenta 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.
Desta forma, em consistência com a presente invenção, osilício pode ser um corpo de silício monocristalino contínuo moldado,silício próximo a monocristalino moldado, ou silício multicristalinogeométrico contínuo moldado, que de preferência é essencialmente livrede defeitos distribuídos radialmente tais como defeitos de OSF e/ou detorção, e, de preferência, onde pelo menos duas dimensões do corpo sãode preferência de pelo menos 10 cm, de preferência de pelo menos 20cm, Com maior preferência de pelo menos 30 cm, ainda com maiorpreferência de pelo menos 40 cm, ainda com maior preferência de pelomenos 50 cm, ainda com maior preferência de pelo menos 60 cm, sendoo de maior preferência de pelo menos cerca de 70 cm. Com maiorpreferência, a terceira dimensão de tal corpo de silício é de pelo menoscerca de 5 cm, de preferência de pelo menos cerca de 15 cm e Commaior preferência de pelo menos cerca de 20 cm. O corpo de silíciopode ser uma peça separada como um corpo único ou pode estarcontido no interior ou circundada, total ou parcialmente, por outrosilício. O corpo de silício pode ser formado de preferência apresentandopelo menos duas dimensões cada uma apresentando as mesmasdimensões internas de um vaso de moldagem. Conforme descrito aqui,as modalidades da invenção podem ser utilizadas para produzir grandescorpos de silício monocristalino, silício próximo a monocristalino ousilício multicristalino geométrico por um processo de moldagem simplese de baixo custo.
O que se segue são exemplos de resultados experimentaisconsistentes com modalidades da invenção. Estes exemplos sãoapresentados meramente para exemplificar e ilustrar modalidades dainvenção e não devem ser encarados como limitativos do escopo dainvenção seja como for.
Exemplo 1
Preparação da semente: Um cristal puro de silício Czoc-hralski (CZ) puro (monocristalino), obtido da MEMC, Inc. e contendo 0,3ppma de boro, foi cortado ao longo de seu comprimento utilizando-seuma serra de fita revestida com diamante, de tal forma que apresentavauma seção transversal quadrada medindo 14 cm por lado. O blocoresultante de silício monocristalino foi cortado através de sua seçãotransversal utilizando-se a mesma serra em placas apresentando umaespessura de cerca de 2 cm a cerca de 3 cm. Estas placas foramutilizadas como cristais sementes de silício monocristalino, ou "semen-tes". A orientação polar cristalográfica (100) do cristal puro de silício foimantida. As placas de cristal de silício único resultantes foram entãodispostas no fundo de um cadinho de quartzo de tal forma que adireção (100) das placas ficou voltada para cima, e a direção (110) foimantida paralela a uma lateral do cadinho. O cadinho de quartzo tinhauma seção transversal quadrada com 68 cm de lado, uma profundidadede cerca de 40 cm e uma espessura de parede de cerca de 1,8 cm. Asplacas foram dispostas no fundo do cadinho com suas dimensões aocomprido paralelas ao fundo do cadinho e as laterais se tocando paraformar uma camada completa única de tais placas no fundo do cadinho.
Moldagem: O cadinho foi então cheio para uma massa totalde 265 kg da matéria-prima sólida de silício à temperatura ambiente. Ocadinho cheio foi então transportado para uma estação de fu-são/moldagem por solidificação direcional in situ para a moldagem dosilício multicristalino. O processo de fusão foi conduzido por aqueci-mento por aquecedores a resistência para aproximadamente 1550°C eos aquecedores foram configurados de forma a que o aquecimentopartisse da parte superior enquanto o calor foi deixado irradiar para ofundo pela abertura do isolamento um total de 6 cm. Esta configuraçãofez com que a fusão prosseguisse em uma direção topo-fundo nadireção do fundo do cadinho. O resfriamento passivo através do fundofez com que os cristais sementes fossem mantidos no estado sólido natemperatura de fusão, tal como monitorado por um termopar. Aextensão da fusão foi determinada por um bastão de quartzo que foiinserido no fundido a cada dez minutos. A altura do bastão foi compa-rada com uma medida tomada no cadinho vazio na estação para sedeterminar a altura do material sólido remanescente. Pela medida dobastão, primeiramente a matéria-prima foi fundida, e então a fase defusão foi deixada continuar até que apenas uma altura de cerca de 1,5cm dos cristais sementes permanecia. Neste ponto, a potência deaquecimento foi reduzida para uma temperatura ajustada de 1500°C,enquanto a radiação a partir do fundo foi aumentada pela abertura doisolamento para 12 cm. Um ou dois milímetros adicionais de cristaissementes se fundiram antes da solidificação ser iniciada, conformeobservado pelas medidas do bastão. Então, o crescimento de cristalúnico prosseguiu até o final da etapa de solidificação. O estágio decrescimento e o restante do ciclo de moldagem foram realizados com osparâmetros normais em que o gradiente térmico topo-para-fundodesapareceu e, então, o lingote inteiro foi resfriado lentamente para atemperatura ambiente. 0 produto de silício moldado era um lingote de66 c, por 24 cm, do qual uma parte central apresentando uma seçãotransversal quadrada medindo 50 cm por 50 cm era silício monocrista-Iino do topo ao fundo. A estrutura de silício monocristalino era evidentea partir de inspeção visual da superfície do lingote. Adicionalmente, umataque com ácido do silício com uma fórmula cáustica capaz de delinearos limites de grão afirmou adicionalmente a falta de limites de grão nomaterial. A média de dopagem foi de 1,2 ohm-cm e as células fotovol-taicas fabricadas a partir deste silício apresentaram uma eficiênciaelétrica de 16,0%.
Em outras corridas da moldagem de acordo com este exem-plo, foi observado que o produto de silício moldado era um cristal desilício consistente de forma contígua que continha cristais menores desilício de outra orientações cristalinas, ou era um corpo de silíciomonocristalino que apresentava regiões adjacentes de silício multicris-talino.
Exemplo 2
Preparação de semente: a semeadura foi realizada como noExemplo 1, exceto que as sementes de silício monocristalino foramcortadas de tal forma que a direção (110) era de 45 graus a partir dalateral das sementes quadradas para metade das sementes, enquanto aoutra metade apresentava um ângulo de aproximadamente 20 graus.
As peças quadradas foram colocadas em camada no fundo do cadinhona forma de um tabuleiro de xadrez alternado-se duas orientações desemente diferentes, isto é, a direção (110) apresentava um ângulo de 45graus e 20 graus a partir da orientação das laterais do cadinho. Emrelação entre si, as sementes apresentavam ou 25 graus ou 155 grausde desorientação. Entretanto, devido ao tamanho do desemparelha-mento das sementes quadradas, alguns espaços na camada de sementeforam deixados descobertos. O cadinho media aproximadamente 33 cmem cada lateral e aproximadamente 22 cm de altura.
Moldagem: O cadinho contendo as sementes e um cadinhoseparado contendo um total de 56 kg de pedaços de matéria-prima desilício foram carregados em uma estação de moldagem " UbiquitousCasting Process" em dois estágios. 0 cadinho receptor (com as semen-tes) foi aquecido para o ponto de fusão do silício, mas não recebeuenergia suficiente para a fusão completa. O silício no outro cadinho foifundido por aquecedores de resistência de grafite a uma temperatura depelo menos 50°C acima da temperatura de fusão do silício e entãoderramado no cadinho receptor. Neste ponto, a solidificação se iniciouimediatamente, com o calor sendo extraído pelo fundo do cadinhoreceptor de maneira a se efetuar a solidificação direcional de crescimen-to do cristal semente. O ciclo de crescimento padrão foi encurtado parase ajustar à massa de material já solidificado que as sementes constitu-íam. Desta maneira, em vez de se permitir tempo para todos os 66 kg(10 kg de sementes e 56 kg de matéria-prima de silício) se solidificassemantes de se iniciar o processo de resfriamento, apenas tempo para queos 56 kg de silício fundido fossem obtidos para se evitar desperdício deenergia de aquecimento. O produto deste processo foi um lingote desilício com grãos grandes genericamente em forma de colunas apresen-tando uma seção transversal quadrada apresentando o formato edimensões que permaneceram próximos à superfície superior dasdimensões do cristal semente original sobre as quais foram formados.
As posições do limite de grão lateral variaram em alguns casos namedida em que prosseguia o crescimento.
Exemplo 3
Preparação de semente: A semeadura foi realizada com pla-cas quadradas de 23 kg (100), utilizadas para revestir o fundo de umcadinho, provendo uma área de cobertura de 63 cm χ 63 cm e umaespessura variando de 3 cm no centro a 1,8 cm nas laterais. Todas asplacas foram dispostas com suas direções (110) a 45° a partir dasparedes do cadinho.
Moldagem: O cadinho contendo as sementes foi preenchidocom pedaços da matéria-prima de silício com um total adicional de 242kg, representando uma mistura de silício intrínseco, silício reciclado delingotes prévios, e silício duplamente moldado com uma resistividade dotipo ρ acima de 9 ohm-cm. A carga de silício no cadinho foi conduzidapara um forno de solidificação direcional de um estágio. O cadinho(com as sementes) foi aquecido para uma temperatura de 1550°C,enquanto o fundo foi resfriado por abertura do isolamento para 12 cm.A interface sólido-líquido permaneceu substancialmente plana durantea fusão, de tal forma que ao final da fusão, nenhuma parte das semen-tes estava completamente fundida. A espessura do silício foi monitora-da utilizando-se um bastão de quartzo. Quando foi medido um centrode espessura a 2,5 cm, o estágio de fusão foi interrompido, a tempera-tura do aquecedor foi reduzida para 1440°C e a altura do isolamento foiaumentada para 15 cm. A partir do início da alteração da fase defusão, a taxa de aumento de temperatura foi mantida a ou abaixo de0,1°C/minuto, tal como medida em uma superfície externa do cadinho,após se alcançar a temperatura de fusão do silício em qualquer outraparte do cadinho. Então, o restante do processo de solidificação foideixado prosseguir, com energia aproximadamente constante noaquecedor sendo mantida até que foi observado o final do crescimentode cristal. Após o final do crescimento, a temperatura do lingote desilício cristalizado foi equilibrada e então uniformemente reduzida paraa temperatura ambiente. Após a remoção do lingote do cadinho, ofundo do lingote foi cortado em uma peça grande para reutilizaçãoposterior como semente em um outro processo de moldagem subse-qüente, e o restante do lingote foi cortado em tijolos quadrados de 12,5cm para processamento posterior. O processo foi bem sucedido emgerar um crescimento monocristalino substancialmente sobre toda aseção transversal da camada de semente, e em prosseguir na direção daparte superior do lingote. A monocristalinidade foi evidente a partir dainspeção do silício cortado.
Em outras corridas de moldagem conduzidas de acordo comeste exemplo, foi observado que o produto de silício moldado era umcristal de silício consistente de forma contígua que continha cristaismenores de silício de outras orientações cristalinas ou era um corpo desilício monocristalino que apresentava regiões adjacentes de silíciomulticristalino.
Wafers feitos a partir de silício consistente com modalida-des da invenção são adequadamente finos e podem ser utilizados emcélulas fotovoltaicas. Além disto, os wafers podem ser do tipo η ou dotipo p. Por exemplo, os wafers podem apresentar de cerca de 10 micrade espessura a cerca de 700 micra de espessura. Além disto, os wafersutilizados nas células fotovoltaicas de preferência apresentam umcomprimento de difusão (Lp) que é maior que a espessura do wafer (t).Por exemplo, a razão de Lp para t é adequadamente de pelo menos 0,5.Pode ser, por exemplo, de pelo menos cerca de 1,1, ou pelo menos cercade 2. O comprimento de difusão é a distância média que veículos emminoria (tais como elétrons no material do tipo p) podem difundir antesde se recombinarem com os veículos em maioria (orifícios no materialdo tipo ρ). O Lp está relacionado com o tempo de vida do veículomajoritário ι através da relação Lp = (Di)1/2, onde D é a constante dedifusão. O comprimento de difusão pode ser determinado por umavariedade de técnicas, tais como a técnica da corrente induzida por feixede fótons ou a técnica de fotovoltagem de superfície. Ver, por exemplo,"Fundamentais of Solar Cells", por A. Fahrenbruch e R. Bube, AcademicPress, 1983, pg. 90-102, para uma descrição de como o comprimento dedifusão pode ser medido.Os wafers podem apresentar uma largura de cerca de 100milímetros a cerca de 600 milímetros. De preferência, os wafersapresentam pelo menos uma dimensão sendo de pelo menos cerca de50 mm. Os wafers feitos a partir do silício da invenção, e conseqüen-temente as células fotovoltaicas obtidas pela invenção podem, porexemplo, apresentar uma área superficial de cerca de 50 a cerca de3600 centímetros quadrados. A superfície frontal do wafer é depreferência texturizada. Por exemplo, o wafer pode ser adequadamentetexturizado utilizando-se gravação química, gravação por plasma, oupor gravação a laser ou mecânica. Se um wafer apresentando umaorientação polar (100) é utilizado, o wafer pode ser gravado para formaruma superfície anisotropicamente texturizada tratando-se o wafer emuma solução aquosa de uma base, tal como hidróxido de sódio, emtemperatura elevada, por exemplo, de cerca de 70°C a cerca de 90°C,por cerca de 10 a cerca de 120 minutos. A solução aquosa pode conterum álcool, tal como isopropanol.
Desta forma, células solares podem ser fabricadas utilizan-do-se os wafers produzidos a partir de lingotes moldados de silício deacordo com as modalidades da invenção, fatiando-se o corpo sólido dosilício moldado para formar pelo menos um wafer, opcionalmenterealizando-se um procedimento de limpeza em uma superfície do wafer,opcionalmente realizando-se uma etapa de texturização na superfície;formando uma junção p-n, por exemplo, por dopagem da superfície;opcionalmente depositando-se um revestimento anti-reflexivo nasuperfície; opcionalmente formando pelo menos uma camada seleciona-da de um campo superficial de fundo e uma camada de passivação, porexemplo, por uma etapa de sinterização de alumínio; e formando-secontatos eletricamente condutores no wafer. Uma camada de passiva-ção é uma camada que apresenta uma interface com uma superfícienua do wafer que amarra as ligações pendentes dos átomos de superfí-cie. Exemplos de camadas de passivação em silício incluem nitreto desilício, dióxido de silício e silício amorfo. Esta camada é geralmentemais fina que um mícron, sendo ou transparente à luz ou agindo comocamada anti-reflexiva.
Em um processo típico e geral para a preparação de umacélula fotovoltaica utilizando-se, por exemplo, um wafer de silício dotipo ρ, o wafer é exposto em uma lateral a um dopante η adequado paraformar uma camada emissora e uma junção p-n na parte frontal, oulateral receptora de luz do wafer. Tipicamente, a camada do tipo η oucamada emissora é formada, primeiro, pelo depósito do dopante η sobrea superfície frontal do wafer do tipo ρ utilizando-se técnicas comumenteempregadas tais como deposição química ou física e, após essa deposi-ção, o dopante n, por exemplo, fósforo, é direcionado para superfíciefrontal do wafer de silício para difundir adicionalmente o dopante η nasuperfície da água. Esta etapa de "direcionamento" é comumenterealizada por exposição do wafer a altas temperaturas. Uma junção p-né, desta forma, formada na região limítrofe entre a camada do tipo η e osubstrato do wafer de silício do tipo ρ. A superfície do wafer, antes dadopagem com fósforo ou outro dopante para formar a camada emissora,pode ser texturizada. De maneira a aumentar adicionalmente aabsorção de luz, um revestimento anti-reflexivo ideal, tal como nitretode silício, pode ser tipicamente aplicado à parte frontal do wafer,algumas vezes provendo uma superfície simultânea e/ou uma passiva-ção de volume.
De maneira a se utilizar o potencial elétrico gerado pela ex-posição da junção p-n à energia luminosa, a célula fotovoltaica étipicamente provida com um contato elétrico frontal condutor na facefrontal do wafer e um contato elétrico posterior condutor na faceposterior do wafer, embora ambos os contatos possam estar na parteposterior do wafer. Tais contatos são tipicamente feitos de um ou maismetais eletricamente altamente condutores e são, desta forma, tipica-mente opacos.Desta forma, células solares consistentes com as modalida-des descritas acima podem compreender um wafer formado a partir deum corpo de silício monocristalino contínuo ou silício próximo amonocristalino livre ou substancialmente livre de defeitos distribuídosradialmente, o corpo pode ser como descrito acima, e, por exemplo,apresentar pelo menos duas dimensões sendo cada uma de pelo menoscerca de 25 cm e uma terceira dimensão sendo de pelo menos cerca de20 cm, uma junção p-n no wafer, um revestimento anti-reflexivoopcional e sobre uma superfície do wafer, de preferência apresentandopelo menos uma camada selecionada de um campo superficial de fundoe uma camada de passivação; e contatos eletricamente condutores nowafer, onde o corpo pode ser livre ou substancialmente livre de defeitosde torção e livre ou substancialmente livre de defeitos OSF.
Da mesma forma, células solares consistentes com as mo-dalidades descritas acima podem compreender um wafer formado apartir de um corpo de silício multicristalino geométrico contínuo,apresentando o corpo uma disposição predeterminada de orientações degrão, de preferência com uma direção polar em comum sendo perpendi-cular a uma superfície do corpo, o corpo de preferência apresentandoadicionalmente pelo menos duas dimensões cada uma de preferênciasendo de pelo menos cerca de 10 cm, uma junção p-n no wafer, umrevestimento anti-reflexivo opcional em uma superfície do wafer, depreferência apresentando pelo menos uma camada selecionada de umcampo superficial de fundo e uma camada de passivação, e contatoseletricamente condutores no wafer, onde o silício multicristalinogeométrico inclui grãos de silício apresentando um tamanho de seçãotransversal de grão cristalino de cerca de 0,5 cm a cerca de 30 cm, e onde ocorpo pode ser livre ou substancialmente livre de defeitos de torção e livre ousubstancialmente livre de defeitos OSF.
Ficará óbvio para os especialistas na técnica que várias modifi-cações e variações podem ser feitas nas estruturas e métodos descritos semque se afaste do escopo ou espírito da invenção. Por exemplo, os processos emétodos descritos que se relacionam com a formação de silício monocristali-no são também aplicáveis à formação de silício próximo a monocristalino, asilício multicristalino ou combinações destes. Além disto, embora a molda-gem de silício tenha sido descrita aqui, outros materiais semicondutores emateriais cristalinos não metálicos podem ser moldados sem que se afaste doescopo e espírito da invenção. Por exemplo, o inventor teve em consideraçãoa moldagem de outros materiais consistentes com as modalidades dainvenção, tais como arseneto de gálio, silício-germânio, oxido de alumínio,nitreto de gálio, óxido de zinco, sulfeto de zinco, arseneto de gálio-índio,antimoneto de índio, germânio, óxidos de ítrio e bário, óxidos de lantanídeos,óxido de magnésio, e outros semicondutores, óxidos, e materiais intermetáli-cos com uma fase líquida. Outras modalidades da invenção serão aparentesaos especialistas na técnica a partir da consideração do relatório e prática dainvenção descrita aqui. Pretende-se que o relatório e exemplos sejamconsiderados apenas como típicos, com o verdadeiro escopo e espírito dainvenção sendo indicados pelas reivindicações anexas.
Claims (60)
1. - Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado pelo fatode compreender:colocar uma disposição geométrica de uma pluralidadede cristais sementes de silício em pelo menos uma superfície em umcadinho apresentando uma ou mais paredes laterais aquecidas a pelomenos a temperatura de fusão do silício e pelo menos uma parede pararesfriamento;colocar silício fundido em contato com a disposição geo-métrica de cristais sementes de silício monocristalino; eformar um corpo sólido que compreende silício multicris-talino ordenado geometricamente, apresentando opcionalmente pelomenos duas dimensões cada uma sendo de pelo menos cerca de 10 cm,pelo resfriamento do silício fundido para se controlar a cristalização, emque a formação inclui o controle de uma interface sólido-líquido emuma borda do silício fundido durante o resfriamento de tal forma amover numa direção que aumenta uma distância entre o silício fundidoe a pelo menos uma parede para resfriamento.
2. - Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado pelo fato decompreender:proporcionar um corpo de silício moldado de acordo coma reivindicação 1;formar pelo menos um wafer a partir do corpo;opcionalmente, realizar um procedimento de limpeza emuma superfície do wafer,opcionalmente, realizar uma etapa de texturização dasuperfície;formar uma junção p-n;opcionalmente, depositar um revestimento anti-reflexivona superfície;opcionalmente, formar pelo menos uma camada selecio-nada de um campo superficial de fundo e uma camada de passivação; eformar contatos eletricamente condutores no wafer.
3. - Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado pelo fatode compreender:dispor uma pluralidade de cristais sementes de silício emum padrão predeterminado em pelo menos duas superfícies de umcadinho apresentando uma ou mais paredes laterais aquecidas pelomenos à temperatura de fusão do silício e pelo menos uma parede deresfriamento;colocar silício fundido em contato com uma pluralidadede cristais sementes de silício monocristalino; eformar um corpo sólido compreendendo silício multicris-talino ordenado geometricamente, opcionalmente apresentando pelomenos duas dimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 10 cm,pelo resfriamento do silício fundido a partir das pelo menos duassuperfícies do cadinho para se controlar a cristalização, em que aformação inclui o controle de uma interface sólido-líquido em umaborda do silício fundido durante o resfriamento de tal forma a mover ainterface em uma direção que aumenta uma distância entre o silíciofundido e os cristais sementes de silício monocristalino no cadinho.
4. - Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado pelo fatode compreender:colocar uma disposição geométrica de uma pluralidadede cristais sementes de silício em pelo menos uma superfície em umcadinho;colocar matéria-prima de silício em contato com apluralidade de cristais sementes de silício na pelo menos uma superfí-cie;aquecer a matéria-prima de silício e a pluralidade decristais sementes de silício ã temperatura de fusão do silício;controlar o aquecimento de tal forma que a pluralidadede cristais sementes de silício não funda completamente, compreenden-do o controle a manutenção de um ΔΤ de cerca de 0,l°C/minuto oumenos, tal como medido em uma superfície externa do cadinho, após sealcançar a temperatura de fusão do silício em qualquer outra parte nocadinho; e, uma vez a pluralidade de cristais sementes esteja parcial-mente fundida;formar um corpo sólido que compreende silício multicris-talino ordenado geometricamente pelo resfriamento do silício.
5. - Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado pelo fato decompreender:proporcionar um corpo de silício moldado de acordo coma Reivindicação 4;formar pelo menos um wafer a partir do corpo;opcionalmente, realizar um procedimento de limpeza emuma superfície do wafer,opcionalmente, realizar uma etapa de texturização dasuperfície;formar uma junção p-n;opcionalmente, depositar um revestimento anti-reflexivona superfície;opcionalmente, formar pelo menos uma camada selecio-nada de um campo superficial de fundo e uma camada de passivação; eformar contatos eletricamente condutores no wafer.
6. Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado pelo fatode compreender:dispor uma pluralidade de cristais sementes de silício emum padrão predeterminado em pelo menos duas superfícies de umcadinho;colocar a matéria-prima de silício em contato com apluralidade de cristais sementes de silício em pelo menos duas superfí-cies; aquecer a matéria-prima de silício e a pluralidade decristais sementes de silício à temperatura de fusão do silício;controlar o aquecimento de tal forma que a pluralidadede cristais sementes de silício não funda completamente, compreenden-do o controle a manutenção de um ΔΤ de cerca de 0,l°C/minuto oumenos, tal como medido em uma superfície externa do cadinho, após sealcançar a temperatura de fusão do silício em qualquer outra parte docadinho; e, uma vez a pluralidade de cristais sementes esteja parcial-mente fundida,formar um corpo sólido compreendendo silício multicris-talino ordenado geometricamente por resfriamento do silício.
7. - Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado pelo fato decompreender:proporcionar um corpo de silício moldado de acordo coma Reivindicação 6;formar pelo menos um wafer a partir do corpo;opcionalmente, realizar um procedimento de limpeza emuma superfície do wafer,opcionalmente, realizar uma etapa de texturização dasuperfície;formar uma junção p-n;opcionalmente, depositar um revestimento anti-reflexivona superfície;opcionalmente, formar pelo menos uma camada selecio-nada de um campo superficial de fundo e uma camada de passivação; eformar contatos eletricamente condutores no wafer.
8. - Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado pelo fatode compreender:colocar pelo menos um cristal semente de silício multi-cristalino geométrico em pelo menos uma superfície num cadinho queapresenta uma ou mais paredes laterais aquecidas pelo menos àtemperatura de fusão do silício e pelo menos uma parede de resfriamento;colocar o silício fundido em contato com o pelo menos umcristal semente; eformar um corpo sólido que compreende silício multicris-talino ordenado geometricamente, apresentando opcionalmente pelomenos duas dimensões cada uma sendo de pelo menos cerca de 10 cm,pelo resfriamento do silício fundido para se controlar a cristalização, emque a formação inclui o controle de uma interface sólido-líquido emuma borda do silício fundido durante o resfriamento de tal forma amover em uma direção que aumenta uma distância entre o silíciofundido e o pelo menos um cristal semente de silício multicristalinogeométrico no cadinho.
9. - Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado pelo fato decompreender:prover um corpo de silício moldado, de acordo com aReivindicação 8;formar pelo menos um wafer a partir do corpo;opcionalmente, realizar um procedimento de limpeza emuma superfície do wafer,opcionalmente, realizar uma etapa de texturização dasuperfície;formar uma junção p-n;opcionalmente, depositar um revestimento anti-reflexivona superfície;opcionalmente, formar pelo menos uma camada selecio-nada de um campo superficial de fundo e uma camada de passivação; eformar contatos eletricamente condutores no wafer.
10. - Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado pelofato de compreender:colocar uma disposição geométrica de uma pluralidadede cristais sementes de silício em pelo menos uma superfície numcadinho, sendo a pluralidade de cristais sementes de silício disposta demodo a cobrir uma área inteira ou substancialmente inteira de pelomenos uma superfície no cadinho;colocar o silício fundido em contato com a disposiçãogeométrica de cristais sementes de silício; eformar um corpo sólido que compreende silício multicris-talino ordenado geometricamente, apresentando opcionalmente pelomenos duas dimensões cada uma sendo de pelo menos cerca de 10 cm,pelo resfriamento do silício fundido para se controlar a cristalização.
11. - Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado pelo fatode compreender:prover um corpo de silício moldado, de acordo com aReivindicação 8;formar pelo menos um wafer a partir do corpo;opcionalmente, realizar um procedimento de limpezanuma superfície do wafer,opcionalmente, realizar uma etapa de texturização dasuperfície;formar uma junção p-n;opcionalmente, depositar um revestimento anti-reflexivona superfície;opcionalmente, formar pelo menos uma camada selecio-nada de um campo superficial de fundo e uma camada de passivação; eformar contatos eletricamente condutores no wafer.
12. - Método de Fabricação de Silício Moldado, caracterizado pelofato de compreender:colocar silício fundido em contato com pelo menos umcristal semente de silício multicristalino ordenado geometricamente emum vaso apresentando uma ou mais paredes laterais aquecidas pelomenos à temperatura de fusão do silício, sendo pelo menos um cristalsemente de silício multicristalino ordenado geometricamente dispostopara cobrir uma área inteira ou substancialmente inteira de umasuperfície do vaso; eformar um corpo sólido que compreende silício multicris-talino ordenado geometricamente, apresentando opcionalmente pelomenos duas dimensões sendo cada uma de pelo menos cerca de 10 cm,pelo resfriamento do silício fundido para se controlar a cristalização.
13. - Método de Fabricação de Célula Solar, caracterizado pelo fatode compreender:proporcionar um corpo de silício moldado, de acordo coma Reivindicação 12;formar pelo menos um wafer a partir do corpo;opcionalmente, realizar um procedimento de limpezanuma superfície do wafer,opcionalmente, realizar uma etapa de texturização dasuperfície;formar uma junção p-n;opcionalmente, depositar um revestimento anti-reflexivona superfície;opcionalmente, formar pelo menos uma camada selecio-nada a partir de um campo superficial de fundo e uma camada depassivação; eformar contatos eletricamente condutores no wafer.
14. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 1, 3, 4, 6, 8, 10 ou 12, caracterizadopelo fato de compreender o monitoramento do progresso da fusãoutilizando-se um bastão de imersão.
15. - Célula Solar, caracterizada pelo fato de ser fabricada de acordocom o método de qualquer uma das Reivindicações 1, 3, 4, 6, 8, 10 ou 12.
16. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 1, 3, 4, 6, 8, 10 ou 12, caracterizadopelo fato de que o resfriamento inclui a utilização de um materialcondutor de calor para irradiar calor para paredes resfriadas a água.
17. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 1, 3, 4, 6, 8, 10 ou 12, caracterizadopelo fato de compreender a formação do corpo isento ou substancial-mente isento de defeitos de torção e isento ou substancialmente isentode defeitos por falha de empilhamento induzidos por oxigênio.
18 - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 1, 3, 4, 6, 8, 10 ou 12, caracterizadopelo fato de compreender a formação do corpo sólido de silício multicris-talino ordenado geometricamente de modo a apresentar pelo menosuma dimensão de pelo menos 50 cm.
19 - Método de Fabricação de Célula Solar, de acordo com qualqueruma das Reivindicações 2, 5, 7, 9, 11 ou 13, caracterizado pelo fato decompreender a formação do wafer de forma a apresentar pelo menosuma dimensão de pelo menos 50 cm.
20 - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo com aReivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender a formaçãodo corpo sólido de silício multicristalino ordenado geometricamenteisento ou substancialmente isento de defeitos de torção e isento ousubstancialmente isento de defeitos por falha de empilhamento induzi-dos por oxigênio.
21 - Método de Fabricação de Célula Solar, de acordo com a reivindi-cação 19, caracterizado pelo fato de compreender a formação do waferisento ou substancialmente isento de defeitos de torção e isento ousubstancialmente isento de defeitos por falha de empilhamento induzi-dos por oxigênio.
22 - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 1, 3, 4, 6, 10 ou 12, caracterizadopelo fato de compreender a formação de uma parte do corpo sólido deforma a incluir a pluralidade de cristais sementes.
23 - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo com aReivindicação 8, caracterizado pelo fato de compreender a formação deuma parte do corpo sólido de modo a incluir pelo menos um cristalsemente.
24. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 1, 3 10, caracterizado pelo fato deque a colocação do silício fundido inclui adicionalmente fundir amatéria-prima de silício em um recipiente de fusão separado docadinho, aquecer o cadinho e o silício à temperatura de fusão do silício,controlar o aquecimento de tal forma que a pluralidade de cristaissementes no cadinho não funda completamente, e transferir o silíciofundido do recipiente de fusão para o cadinho.
25. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 8 ou 12, caracterizado pelo fato deque a colocação do silício fundido incluir adicionalmente a fusão damatéria-prima de silício num recipiente de fusão separado do cadinho, oaquecimento do cadinho e do silício à temperatura de fusão do silício,controlar o aquecimento de tal forma que pelo menos um cristalsemente no cadinho não funda completamente e transferir o silíciofundido do recipiente de fusão para o cadinho.
26. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 1, 3, 4, 6 ou 10, caracterizado pelofato de compreender dispor a pluralidade de cristais sementes de talforma que uma direção polar em comum entre os cristais sementes sejaperpendicular a um fundo do cadinho.
27. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 1, 3, 4, 6, 8, 10 ou 12, caracterizadopelo fato de que a formação compreende a formação de silício multicris-talino ordenado geometricamente apresentando um tamanho de grãomédio de cerca de 0,5 cm a cerca de 50 cm de tal maneira que umadireção polar em comum seja perpendicular à superfície do silíciomulticristalino ordenado geometricamente.
28. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 1, 3, 4, 6, 8 ou 10, caracterizadopelo fato de compreender a formação de outro corpo sólido de silíciomulticristalino ordenado geometricamente utilizando-se um cristalsemente obtido a partir de um corpo de silício multicristalino ordenadogeometricamente contínuo previamente moldado de acordo com oreferido método.
29. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 1, 3 ou 10, caracterizado pelo fato deque da colocação do silício fundido inclui adicionalmente o aquecimentodo cadinho e do silício à temperatura de fusão do silício e o controle doaquecimento para manter um ΔΤ de cerca de 0,l°C/minuto ou menos,tal como medido em uma superfície externa do cadinho, após sealcançar a temperatura de fusão do silício em qualquer outra parte docadinho.
30. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 3 ou 6, caracterizado pelo fato deque compreende a disposição de uma pluralidade de cristais sementesde tal forma que uma direção polar em comum entre os cristais semen-tes seja perpendicular a uma de pelo menos duas superfícies docadinho de tal forma que nenhum limite de grão é formado entre as pelomenos duas superfícies do cadinho.
31. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 3 ou 6, caracterizado pelo fato decompreender a disposição de uma pluralidade de cristais sementes detal forma que um máximo de três bordas do cristal se encontra emqualquer canto do padrão predeterminado.
32. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 3 ou 6, caracterizado pelo fato decompreender a disposição do padrão predeterminado numa orientaçãohexagonal ou octogonal ao longo de pelo menos uma superfície docadinho.
33. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 3 ou 6, caracterizado pelo fato deque pelo menos duas superfícies do cadinho são perpendiculares.
34. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 1, 3, 4, 6, 8, 10 ou 12, caracterizadopelo fato de compreender o monitoramento do progresso da fusão pelautilização de um bastão de imersão ou outro meio.
35. - Método de Fabricação de Silício Moldado, de acordo comqualquer uma das Reivindicações 1 ou 4, caracterizado pelo fato deque o estabelecimento da disposição geométrica de uma pluralidade decristais sementes de silício monocristalino compreende a disposição doscristais sementes de maneira a cobrir uma área inteira ou substancial-mente inteira de uma superfície do cadinho.
36. - Corpo de Silício Multicristalino Ordenado GeometricamenteContínuo, caracterizado pelo fato de apresentar uma disposiçãopredeterminada de orientações de grão, apresentando o corpo opcio-nalmente, além disso, duas dimensões que são cada uma de pelo menoscerca de 10 cm e uma terceira dimensão de pelo menos cerca de 5 cm.
37. - Corpo de Silício Multicristalino Ordenado GeometricamenteContínuo, de acordo com a Reivindicação 36, caracterizado pelo fatodo silício multicristalino ordenado geometricamente incluir grãos desilício que apresentam um tamanho médio de seção transversal decerca de 0,5 cm a cerca de 30 cm.
38. - Corpo de Silício Multicristalino Ordenado GeometricamenteContínuo, de acordo com a Reivindicação 36, caracterizado pelo fatode ser isento ou substancialmente isento de defeitos de torção e isentoou substancialmente isento de defeitos por falha de empilhamentoinduzidos por oxigênio.
39. - Corpo de Silício Multicristalino Ordenado GeometricamenteContínuo, caracterizado pelo fato de apresentar uma disposiçãopredeterminada de orientações de grão, apresentando o corpo opcio-nalmente pelo menos duas dimensões que são cada uma de pelo menoscerca de 10 cm.
40. - Corpo de Silício Multicristalino Ordenado GeometricamenteContínuo, de acordo com a Reivindicação 39, caracterizado pelo fatodo silício multicristalino ordenado geometricamente incluir grãos desilício apresentando um tamanho médio de seção transversal de cercade 0,5 cm a cerca de 50 cm.
41. - Corpo de Silício Multicristalino Ordenado GeometricamenteContínuo, de acordo com a Reivindicação 39, caracterizado pelo fatode ser isento ou substancialmente isento de defeitos de torção e isentoou substancialmente isento de defeitos por falha de empilhamentoinduzidos por oxigênio.
42. - Wafer de Silício Multicristalino Ordenado GeometricamenteContínuo, caracterizado pelo fato de apresentar uma disposiçãopredeterminada de orientações de grão, apresentando o wafer aindapelo menos duas dimensões que são, cada uma, de pelo menos cerca de 50 mm.
43. - Wafer de Silício Multicristalino Ordenado GeometricamenteContínuo, de acordo com a Reivindicação 42, caracterizado pelo fatode incluir grãos de silício que apresentam um tamanho médio de seçãotransversal de cerca de 0,5 cm a cerca de 50 cm.
44. - Wafer de Silício Multicristalino Ordenado GeometricamenteContínuo, de acordo com a Reivindicação 39, caracterizado pelo fatode ser isento ou substancialmente isento de defeitos de torção e isentoou substancialmente isento de defeitos por falha de empilhamentoinduzidos por oxigênio.
45. - Corpo de Silício Multicristalino Ordenado GeometrieamenteContínuo, de acordo com qualquer uma das Reivindicações 36 ou 39,caracterizado pelo fato das orientações de grão apresentarem umadireção polar em comum que é perpendicular a uma superfície docorpo.
46. - Wafer de Silício Multicristalino Ordenado GeometricamenteContínuo, de acordo com a Reivindicação 42, caracterizado pelo fatodas orientações de grão apresentarem uma direção polar em comumque é perpendicular a uma superfície do wafer.
47. - Célula Solar, caracterizada pelo fato de compreender silício docorpo de silício, de acordo com qualquer uma das Reivindicações de 36 a 39.
48. - Célula Solar, caracterizada pelo fato de compreender silício dowafer, de acordo com a Reivindicação 42.
49. - Célula Solar, caracterizada pelo fato de compreender:um wafer formado a partir de um corpo de silíciomulticristalino ordenado geometricamente contínuo, apresentando ocorpo uma disposição predeterminada de orientações de grão com umadireção polar em comum sendo perpendicular a uma superfície docorpo, apresentando o corpo, além disso, pelo menos duas dimensõesque são cada uma de pelo menos cerca de 10 cm e uma terceiradimensão de pelo menos cerca de 5 cm;uma junção p-n no wafer,um revestimento anti-reflexivo opcional em uma superfí-cie do wafer,opcionalmente pelo menos uma camada selecionada deum campo superficial de fundo e uma camada de passivação; econtatos eletricamente condutores no wafer.
50. - Célula Solar, de acordo com a Reivindicação 49, caracterizadapelo fato do silício multicristalino ordenado geometricamente incluirgrãos de silício apresentando um tamanho médio de seção transversalde cerca de 0,5 cm a cerca de 30 cm.
51. - Célula Solar, de acordo com a Reivindicação 49, caracterizadapelo fato do corpo ser isento ou substancialmente isento de defeitos detorção e isento ou substancialmente isento de defeitos por falha deempilhamento induzidos por oxigênio.
52. - Célula Solar, caracterizada pelo fato de compreender:um wafer formado a partir de um corpo de silíciomulticristalino ordenado geometricamente moldado contínuo, apresen-tando o corpo uma disposição predeterminada de orientações de grãocom uma direção polar em comum sendo perpendicular a uma superfí-cie do corpo, apresentando o corpo, além disso, pelo menos duasdimensões que são cada uma de pelo menos cerca de 10 cm;uma junção p-n no wafer,um revestimento anti-reflexivo opcional em uma superfí-cie do wafer,opcionalmente pelo menos uma camada selecionada deum campo superficial de fundo e uma camada de passivação; econtatos eletricamente condutores no wafer.
53 - Célula Solar, de acordo com a Reivindicação 52, caracterizadapelo fato do silício multicristalino ordenado geometricamente incluirgrãos de silício que apresentam um tamanho médio de seção transver-sal de cerca de 0,5 cm a cerca de 30 cm.
54 - Célula Solar, de acordo com a Reivindicação 52, caracterizadapelo fato do corpo ser isento ou substancialmente isento de defeitos detorção e isento ou substancialmente isento de defeitos por falha deempilhamento induzidos por oxigênio.
55 - Célula Solar, caracterizada pelo fato de compreender:um wafer de silício multicristalino ordenado geometrica-mente contínuo apresentando uma disposição predeterminada deorientações de grão com uma direção polar em comum sendo perpendi-cular a uma superfície do wafer, o wafer apresentando adicionalmentepelo menos duas dimensões que são cada uma de pelo menos cerca de-50 cm;uma junção p-n no wafer,um revestimento anti-reflexivo opcional em uma superfí-cie do wafer,opcionalmente pelo menos uma camada selecionada deum campo superficial de fundo e uma camada de passivação; econtatos eletricamente condutores sobre o wafer.
56 - Célula Solar, de acordo com a Reivindicação 55, caracterizadapelo fato do wafer de silício multicristalino ordenado geometricamenteincluir grãos de silício que apresentam um tamanho médio de seçãotransversal de cerca de 0,5 cm a cerca de 30 cm.
57 - Célula Solar, de acordo com a Reivindicação 55, caracterizadapelo fato do wafer ser isento ou substancialmente isento de defeitos detorção e isento ou substancialmente isento de defeitos por falha deempilhamento induzidos por oxigênio.
58. - Wafer, caracterizado pelo fato de compreender: silício formado apartir de um corpo de silício multicristalino ordenado geometricamentecontínuo, apresentando o corpo uma disposição predeterminada deorientações de grão com uma direção polar em comum sendo perpendi-cular a uma superfície do corpo, apresentando o corpo, além disso, pelomenos duas dimensões que são cada uma opcionalmente de pelo menoscerca de 10 cm e uma terceira dimensão de pelo menos 5 cm.
59. - Wafer, caracterizado pelo fato de compreender: silício formado apartir de um corpo de silício multicristalino ordenado geometricamentemoldado contínuo, apresentando o corpo uma disposição predetermi-nada de orientações de grão com uma direção polar em comum sendoperpendicular a uma superfície do corpo, apresentando o corpo, alémdisso, pelo menos duas dimensões que são cada uma opcionalmente depelo menos cerca de 10 cm.
60. - Wafer, caracterizado pelo fato de compreender: silício multicrista-lino ordenado geometricamente contínuo, apresentando o wafer umadisposição predeterminada de orientações de grão com uma direçãopolar em comum sendo perpendicular a uma superfície do wafer,apresentando o wafer adicionalmente pelo menos duas dimensões quesão cada uma de pelo menos cerca de 50 mm.
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