Determinação do coeficiente de distribuição efetiva (K) para impurezas de silício

Para a produção de células fotovoltaicas, a pureza do silício pode ser intermediária entre silício de grau metalúrgico (MG-Si, 98%-99,9% puro) e silício de grau eletrônico (>99,9999% puro). Este silício, com pureza intermediária e que ainda atende às exigências das células solares, é chamado de silício de grau metalúrgico atualizado (UMG-Si). Um método de produção de UMG-Si é a aplicação de um processo de solidificação controlada, como a solidificação unidirecional (método de troca de calor), fusão de zona (ou refinamento de zona), ou crescimento Czochralski para MG-Si. Estes processos utilizam a diferença de solubilidade de impurezas em silício sólido e líquido conhecida como coeficiente de distribuição eficaz (K). Por estas razões, para estudar o processo de solidificação, é necessário determinar K para impurezas de silício, que é o objetivo deste estudo. MG-Si (99,85% de pureza ou 1500 ppm de impurezas) foi processado por 1 passo de fusão de zona a 1 mm/min utilizando um forno de feixe de elétrons com cadinho de cobre resfriado a água. O coeficiente de distribuição efetiva (K) para impurezas com Ko ≤ 10-1 foi encontrado para seguir a relação K = 0,03 Ko-0,063. Para o boro, K = 0,8. Impurezas com Ko entre 10-3 e 10-8 apresentaram coeficientes de distribuição efetiva similares (K = 0,07 ± 0,02), significando que o coeficiente de distribuição efetiva de uma impureza específica depende da quantidade total de impurezas. Os perfis de impurezas medidos em silício foram comparados com aqueles obtidos pelas equações de Pfann utilizando os coeficientes de distribuição efetiva e apresentaram resultados comparativos.

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