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Multicrystalline Silicon Ribbons Grown Over a Dust Substrate
Publication . Serra, Filipe; Serra, João Manuel de Almeida; Silva, José Almeida
O Silício sobre Substrato de Pó (SDS da sigla em inglês) é um processo desenvolvido para fabricar fitas de silício multicristalino directamente a partir de uma fonte gasosa (silano), evitando as etapas industriais de deposição de poli-silício, crescimento de cristal e corte em bolachas. Este processo tem por objectivo alcançar um material com boa qualidade cristalográfica para o fabrico de células solares, aliado a uma expressiva redução do custo global dos sistemas fotovoltaicos.
O foco do trabalho apresentado nesta tese é o aperfeiçoamento de toda a técnica SDS, a qual consiste em três passos principais: (i) produção de pó de silício; (ii) deposição química em fase de vapor (CVD da sigla em inglês) de silício sobre um substrato de pó de silício; e (iii) recristalização por zona fundida flutuante (ZMR da sigla em inglês) da fita microcristalina obtida no passo de CVD. Adicionalmente, foram identificadas as melhores práticas e parâmetros experimentais ideais para os três passos, que possibilitam obter fitas de silício multicristalino de melhor qualidade.
Um novo sistema experimental para a produção de pó de silício com granulometria micrométrica a partir de bolachas de silício multicristalino foi testado, caracterizado e usado na produção de seis pós de silício com intervalos bem definidos de dimensão de partículas, variando entre ≤25 e ]180; 250] μm.
A dimensão das partículas, massa por unidade de área e porosidade são propriedades do substrato de pó que têm uma importante influência no sucesso do processo de CVD e nas propriedades físicas da pré-fita de silício microcristalino crescida sobre o substrato de pó, tais como rácio de pó, taxa de crescimento e porosidade. Foi demonstrado que à medida que a dimensão das partículas do substrato de pó diminui, a taxa de crescimento por CVD aumenta (até 52.8 μm/min) e ambos os valores de porosidade e rácio de pó da pré-fita diminuem (até 52.7 ± 7.3% e 0.60 ± 0.01, respectivamente).
Consequentemente, o êxito do processo ZMR é fortemente afectado pelas características da pré-fita, de tal modo que o material cristalizado de melhor qualidade foi obtido a partir de pré-fitas crescidas sobre substratos de pó com partículas de menor dimensão (≤75 μm), as quais também têm menor porosidade e incorporação de pó do substrato. Foram produzidas fitas de silício multicristalino com sucesso, tendo-se obtido largas áreas cristalinas, medindo aproximadamente 2×4 cm2, com crescimento cristalino colunar e com uma dimensão média do cristal no intervalo de 1 a 10 mm. O valor de resistividade obtido foi 0.70 ± 0.05 Ω.cm, equivalente a uma concentração de dopante de 2.1×1016 cm-3 e o valor obtido para o tempo de vida de portadores minoritários foi de 0.3 ± 0.1 μs.
Foi demonstrada a capacidade de produção de fitas de silício multicristalino, por CVD sobre um substrato de pó, previamente obtido a partir da moagem de pedaços silício, seguido de um passo de recristalização por zona fundida.
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Entidade financiadora
Fundação para a Ciência e a Tecnologia
Programa de financiamento
3599-PPCDT
Número da atribuição
150072