Desenvolvimento de um processo de baixo consumo energético para dopagem contínua de grânulos de silício

• Author(s): Ferreiro, Ana Isabel Marques
• Date: 2008
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/2052
• Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
• Subject(s): Engenharia física; Teses de mestrado
• Document Type: Master thesis
• Language: Portuguese
• Advisor(s): Alves, Jorge Augusto Mendes da Maia; Brito, Miguel Centeno
• Contributor(s): Repositório da Universidade de Lisboa

Description

Tese de mestrado, Engenharia Física, 2008, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa

O objectivo deste trabalho é o estudo e desenvolvimento experimental de um processo de dopagem de fitas de silício cristalino com boro para aplicação fotovoltaica. Mais especificamente, o processo de dopagem aqui apresentado foi desenvolvido no sentido de ser facilmente integrado com o conceito EZ RIBBON para o crescimento de fitas de silício a partir de uma zona fundida eléctrica. Uma das possíveis abordagens para a dopagem com boro de grânulos de silício para crescimento de fitas pelo processo EZ Ribbon consiste na dopagem a partir de uma fonte sólida de boro num forno de difusão. Os grânulos previamente dopados poderão então ser utilizados para sustentar o reservatório de silício líquido que alimenta a zona fundida eléctrica. Este procedimento é inerentemente descontínuo uma vez que desacopla o processo de dopagem do processo de alimentação. A caracterização do processo de dopagem exigiu o desenvolvimento de um processo de fusão dos grânulos de silício previamente dopados onde foram testadas diferentes abordagens, tendo-se definido como melhor solução a fusão usando a radiação de uma lâmpada de arco focada. Foram realizadas duas séries de experiências para determinar o efeito dos parâmetros de difusão (tempo e temperatura de difusão) na incorporação de boro nos grânulos de silício e conclui-se que, com a presente geometria do porta-amostras, as condições de difusão para obtermos uma concentração de portadores da ordem de 2×1016 cm-3 é de 10 minutos a 800ºC. Do ponto de vista industrial um processo de dopagem contínuo oferece naturalmente outras vantagens. O equipamento desenvolvido para o efeito é baseado num sistema de transporte dos grânulos de silício através de um forno de difusão a rádio-frequência com indutor de grafite; a fonte sólida utilizada é um filamento de boro, acomodado numa célula de Knudsen. Os resultados experimentais demonstram inequivocamente a incorporação de boro nos grânulos de silício processados. De modo a obter a dopagem necessária para o fabrico de células solares é ainda preciso o reajuste das condições experimentais, nomeadamente aumentar a temperatura de difusão no interior do forno e/ou reduzir a velocidade do movimento dos grânulos

The purpose of this work is the study and experimental development of silicon's doping process using boron for photovoltaic application. Specifically, the doping process here presented was developed to be a part of the EZ RIBBON concept for the growth of silicon ribbons from an electrical melted zone. One of the possible approaches for the boron doping of granular silicon applied to the growth of silicon ribbons by the EZ ribbon process consists on dope the silicon using a boron solid source in a diffusion heater. The granules previously doped might be used in order to support the liquid silicon reservoir which feeds the electrical melted zone. This procedure is a non continuous one since it decouples the doping process from the feeding process. The characterization of the doping process required the development of a fusion process of the granular silicon previously doped where were tested different approaches, which the best fusion solution is to use the radiation of a focused arc lamp. Two experimental series were tested in order to determine the effect of the diffusion parameters (time and diffusion temperature) on the boron incorporation on the silicon granules, were it was conclude that, with the present carrying sample geometry, the necessary diffusion conditions to obtain a carrier concentration of 2×1016 cm-3 is 10 minutes at 800 ºC. From the industrial point of view a continuous doping process naturally offers other advantages. The developed equipment for the effect is based on a transport system of the granular silicon through a diffusion radio-frequency heater with a graphite inductor; the solid source used is a boron filament, accommodated on a Knudsen cell. The experimental results show clearly the boron incorporation on the silicon granules processed. In order to obtain the necessary doping to produce solar cells it is still needed the readjust of the experimental conditions, specifically the raising of the diffusion temperature on the heater interior and/or decreasing the speed movement of the granules