Strom aus Licht - Institut für naturwissenschaftliche Grundlagen

Additum 1: Solarzellen-Technologie A1.3
Als Ausgangsmaterial verwendet man Quarzsand (SiO 2 ). Durch chemische Reduktion mit
Kohle wird daraus das Rohsilizium gewonnen. Dieses wird dann auf chemischem Wege
gereinigt. Das Silizium wird dabei sehr rein: Auf eine Milliarde Siliziumatome kommt nur noch
ein fremdes Atom. Aus der Schmelze dieses hochreinen Siliziums wird unter ständiger Rotation
ein monokristalliner Stab gezogen. (Siehe Figur A.1.1.) Teilweise werden die zylinderförmigen
Stäbe (typisch: 10 cm Durchmesser und 100 cm Länge) im Zonenschmelzverfahren weiter
gereinigt: Durch eine ringförmige Heizung, die sich langsam von unten nach oben bewegt, wird
ein Stück des Stabes oben aufgeschmolzen und unten rekristallisiert. Die noch vorhandenen
Verunreinigungen bleiben vorwiegend in der Schmelze; der Kristall wird reiner.
Da man für Solarzellen einen p-n-Übergang braucht, muss man das Silizium dotieren. Dazu
wird oft bereits der Siliziumschmelze eine kleine Menge des Elementes Bor beigefügt. Mit dem
dreiwertigen Bor erhält man p-dotiertes Silizium. Die durchgehend p-dotierten Stäbe werden mit
Spezialsägen in ca. 0.5 mm dicke Scheiben zerschnitten, damit es möglichst wenig Abfall gibt.
Siehe Figur A.1.2. Der Fachausdruck für diese Scheiben ist "wafer. ".
Figur A.1.2: Zerschneiden der Siliziumstäbe in dünne Scheiben (sogenannte "wafer")
Man hat nun also wafer bestehend aus p-dotiertem monokristallinem Silizium. Für die
Herstellung des p-n-Übergangs muss noch ein Teil eines jeden wafers mit einem fünfwertigen
Element dotiert werden. Normalerweise wird Phosphor verwendet. In Figur A.1.3 ist der Prozess
skizziert, mit Hilfe dessen die Phosphor-Dotierung durchgeführt wird.
Sauerstoff
Siliziumwafer
Argon
POCl 3
Figur A.1.3: Dotierung der Siliziumwafer mit Phosphor
Bei diesem Prozess durchströmt ein mit Sauerstoff angereichertes Trägergas (z.B. Argon)
flüssiges Phosphoroxidchlorid (POCl 3 ). Dabei gelangen Phosphoratome in das Gas und werden
mit diesem bis zu den wafern transportiert. An den Waferoberflächen reagiert der Sauerstoff mit
dem Silizium. Dadurch werden die wafer von einer Siliziumoxidschicht überzogen. Ein geringer
Teil der im Gas enthaltenen Phosphoratome lagert sich in dieser Siliziumschicht ab. Die wafer
haben eine sehr hohe Temperatur (800 o C - 900 o C). Deshalb sind die Phosphoratome beweglich
und können aus der Oxidschicht in die Siliziumwafer hineindiffundieren.
ETH-Leitprogramm Physik
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