DE3439550A1

DE3439550A1 - Verfahren zum herstellen von silizium fuer solarzellen

Info

Publication number: DE3439550A1
Application number: DE19843439550
Authority: DE
Inventors: Hubert Dr Aulich; Friedrich-Wilhelm Dr Schulze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-10-29
Filing date: 1984-10-29
Publication date: 1986-04-30

Description

Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und München VPA 84 P ί 8 8-5 DE

Verfahren zum Herstellen von Silizium für Solarzellen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Silizium für Solarzellen durch carbothermische Reduktion von Quarz, bei dem in ihrer Beschaffenheit dichte Reduktionsmittel wie Petrolkoks oder Rußpellets verwendet werden.

Zur wirtschaftlichen Nutzung der Sonnenenergie mit Solarzellen aus kristallinem Silizium müssen die Kosten für die Herstellung der Ausgangsmaterialien deutlich gesenkt werden. Das bekannteste und heute am kostengünstigsten arbeitende Verfahren zur Herstellung von Silizium ist die carbothermische Reduktion von Quarz im Lichtbogenofen.

Aus der US-PS 4.247.528 ist ein Verfahren zur Herstellung von Solarsilizium im Lichtbogenofen bekannt, bei dem hochreine Ausgangssubstanzen (Quarz und Ruß) unter hochreinen Bedingungen verarbeitet werden. Dadurch wird der Bor- und Phosphorgehalt und der Gehalt an Schwermetallen gesenkt und ein Reinheitsgrad von 99,9 % erreicht. Dieses Verfahren ist aber vor allem aufgrund des teuren Quarzes und einer notwendigen chemischen Nachbehandlung des Siliziums teuer.

Aus der europäischen Patentanmeldung 00 29 157 ist ein Verfahren zur Herstellung von SiO₂ für die carbothermische Reduktion im Lichtbogenofen bekannt, bei dem aus verunreinigtem Quarzsand, Boroxid und Soda ein Natrium-Borosilikatglas erschmolzen und dieses Glas in einen Glaskörper mit großer Oberfläche (Fasern, Bänder, Folien) übergeführt wird. Durch einen anschließenden Temperprozeß Edt 1 Plr/15.10.1984

VPA 84 P 1 8 8 5 DE wird in dem Glaskörper eine Phasentrennung herbeigeführt, bei der neben einer SiCU-reichen Phase eine Na₂O-B₂O-,-reiche Phase entsteht, in welcher sich die störenden Verunreinigungen ansammeln. Durch eine anschließende Säurebehandlung wird die Na₂0-B₂0₃-reiche Phase mitsamt der Verunreinigungen aus dem Glaskörper ausgelaugt, so daß nur hochreines SiO₂ zurückbleibt, welches dann der Kohlenstoff-Reduktion im Lichtbogen zugeführt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die carbothermische Reduktion im Lichtbogenofen bei guter Ausbeute mit kostengünstigen Ausgangsmaterialien durchzuführen, ohne daß dabei die für Solarsilizium geforderte hohe Reinheit eingebüßt wird.

Wichtig für die Ausbeute bei der carbothermischen Reduktion im Lichtbogenofen ist die Beschaffenheit des Möllers (Reaktionsmischung). Ein lockerer Möller ist für den Prozeß von entscheidender Bedeutung, denn nur damit kann das entstehende Kohlenmonoxidgas aus dem Reaktionsraum entfernt und neue Reaktionsmischung dem Prozeß zugeführt werden. Verwendet werden zum Beispiel zur Auflockerung des Möllers Holzkohle oder grüne Holzschnitzel. Will man jedoch sehr reines Silizium herstellen, zum Beispiel für Solarzellen geeignetes Material, so ist man bei der Wahl der Reaktionskomponenten stark eingeschränkt. Holzschnitzel oder Holzkohle können zum Beispiel nicht eingesetzt werden. Man ist auf weniger reaktionsfähige und dichtere Reduktionsmittel wie Petrolkoks angewiesen, um die geforderte Reinheit zu erlangen. Um den Möller trotzdem nicht zu dicht werden zu lassen, muß die Quarzkomponente für eine Auflockerung sorgen.

Die Erfindung löst dieses Problem durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, daß anstelle von Quarz

-U- VPA 84 P 1 885DE

Quarzglas in Form von Scherben oder Rohrbruchstücken, wie sie beispielsweise bei der Quarzglasapparate- oder -lampenproduktion anfallen, verwendet wird. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, daß Quarzglasbruch verwendet wird, der als Abfall bei der Herstellung von Quarzglasgegenstanden mit einem Borgehalt von kleiner 1 ppm entsteht. Als besonders vorteilhaft zur Verwendung hat sich Quarzglasbruch erwiesen, der bei der Herstellung von aus Iota-Sand (USA) erschmolzenen Quarzglasgegenstanden entsteht.

Dünnwandige Rohrbruchstücke, wie sie bei der Quarzrohrbzw. Quarzapparateproduktion anfallen, und Quarzglaspumpstengel aus der Lampenfabrikation (kleine offene Röhrchen von ca. 6 mm Durchmesser) haben eine viel geringere Schüttdichte als zum Beispiel kristalliner Quarz. Dadurch kann die höhere Schüttdichte der Reduktionsmittel zumindest teilweise kompensiert werden.

Eine weitere wichtige Eigenschaft von Quarzglas ist seine homogene Beschaffenheit. Es wird nämlich aus einem speziell aufbereiteten, sehr reinem Quarzsand hergestellt. Da dieser Quarzglasbruch zu dem in großen Mengen als "Abfall" anfällt und daher sehr kostengünstig zu erhalten ist, erscheint er als Ausgangsmaterial zur Herstellung von billigem Solarsilizium bestens geeignet.

3 Patentansprüche
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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Silizium für Solarzellen durch carbothermische Reduktion von Quarz, bei dem in ihrer Beschaffenheit dichte Reduktionsmittel wie Petrolkoks oder Rußpellets verwendet werden, dadurch gekennzeichnet , daß anstelle von Quarz Quarzglas in Form von Scherben oder Rohrbruchstücken, wie sie beispielsweise bei der Quarzglasapparate- oder -lampenproduktion anfallen, verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Quarzglasbruch verwendet wird, der als Abfall bei der Herstellung von Quarzglasgegenständen mit einem Borgehalt von kleiner 1 ppm entsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß Quarzglasbruch verwendet wird, der bei der Herstellung von aus Iota-Sand (USA) erschmolzenen Quarzglasgegenständen entsteht.