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1. (WO2019063413) METHOD FOR PRODUCING A NITROGEN-FREE LAYER COMPRISING SILICON CARBIDE
Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

Patentansprüche:

Verfahren zur Herstellung einer Siliciumcarbid aufweisenden Schicht, wobei die Schicht stickstofffrei ist, wobei

(a) in einem ersten Verfahrensschritt eine flüssige kohlenstoff- und silicium- haltige Lösung oder Dispersion, insbesondere ein SiC-Precursorsol, auf einen Träger aufgebracht wird,

(b) in einem auf den ersten Verfahrensschritt (a) folgenden zweiten Verfahrensschritt die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorol, zu Siliciumcarbid umgesetzt wird, wobei die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion einer mehrstufigen thermischen Behandlung unterzogen wird, wobei

(i) in einer ersten thermische Verfahrensstufe (i) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, auf Temperaturen von 300 °C oder höher, insbesondere 300 bis 1800 °C, vorzugsweise 800 bis 1000 °C, erhitzt wird und

(ii) in einer auf die erste thermische Verfahrensstufe (i) folgenden zweiten thermischen Verfahrensstufe die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, auf Temperaturen von 1800 °C oder höher, insbesondere 1800 bis 2200 °C, erhitzt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Verfahrensstufe (i) zumindest im Wesentlichen für 5 bis 150 Minuten, bevorzugt 10 bis 120 Minuten, vorzugsweise 15 bis 60 Minuten, durchgeführt wird und/oder dass die thermische Verfahrensstufe (ii) zumindest im Wesentlichen für 10 bis 90 Minuten, bevorzugt 10 bis 40 Minuten, vorzugsweise 40 Minuten, durchgeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der ersten thermischen Verfahrensstufe (i) vorgelagerten Verfahrensstufe die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, auf Temperaturen im Bereich von 50 bis 800 °C, insbesondere 100 bis 500 °C, vorzugsweise 100 bis 250 °C, erhitzt wird, insbesondere für zumindest im Wesentlichen 5 bis 30 Minuten, bevorzugt 5 bis 20 Minuten, weiter bevorzugt 10 bis 18 Minuten, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen 15 Minuten.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensstufe (i) in der kohlenstoff- und siliciumhaltigen Lösung oder Dispersion, insbesondere dem SiC-Precursorol, enthaltene stickstoffhaltige Verbindungen zersetzt und/oder in die Gasphase überführt werden, insbesondere wobei alle stickstoffhaltigen Verbindungen durch die Temperaturbehandlung zersetzt werden, insbesondere in die Gasphase überführt werden.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensstufe (i) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, in ein Glas überführt wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensstufe (ii) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, vorzugsweise das in Verfahrensstufe (i) erhaltene Glas, in kristallines Siliciumcarbid umgewandelt wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht dotiert wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Schicht im ersten Verfahrensschritt (a) die kohlenstoff-und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, als Schicht, insbesondere als homogene Schicht, auf einen, vorzugsweise Siliciumcarbid, vorzugsweise 3C-SiC, aufweisenden und/oder n-dotierten, Träger aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt (a) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, durch ein Be- schichtungsverfahren, insbesondere durch Tauchen (Dipcoating), Spin- coating, Sprühen, Rollen, Walzen oder Druck auf den Träger aufgebracht wird, vorzugsweise durch Tauchen, Spincoating, Sprühen oder Drucken, bevorzugt durch Tauchen.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt (a) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, mit einer Schichtdicke im Bereich von 1 μιη bis 1 .000 μιη, insbesondere 5 μιη bis 500 μιη, vorzugsweise 8 μιη bis 300 μιη, bevorzugt 10 μιη bis 10 μιη, auf den Träger aufgebracht wird.

1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Trägers ausgewählt ist aus Kohlenstoff, insbesondere Graphit, und keramischen Materialien, insbesondere Siliciumcar- bid, Siliciumdioxid, und mineralische Materialen, insbesondere Korund, vorzugsweise Saphir, und Aluminiumoxid sowie Metallen, insbesondere Stahl, und deren Mischungen.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die thermische Behandlung, insbesondere im Anschluss an Verfahrensschritt (b), der Träger entfernt wird.

13. SiC-Schicht (2) und/oder SiC-Wafer, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die SiC- Schicht (2) und/oder SiC-Wafer Siliciumcarbid aufweist, vorzugsweise 3C- SiC,

dadurch gekennzeichnet,

dass die SiC-Schicht (2) und/oder SiC-Wafer vollständig stickstoffrei ist.

14. Verwendung einer, vorzugsweise p-dotierten, SiC-Schicht (2) und/oder eines SiC-Wafers nach Anspruch 13 und/oder hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einer Solarzelle (1 ), insbesondere einer Intermediate-Band-Solarzelle.

15. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, insbesondere eine Intermediate- Band-Solarzelle, mit einem Schichtaufbau, mit wenigstens einer, insbesondere dünnen, Siliciumcarbid, vorzugsweise 3C-SiC, aufweisenden stickstofffreien Schicht, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 12, wobei zur Erzeugung der stickstofffreien Schicht

(a) in einem ersten Verfahrensschritt eine flüssige kohlenstoff- und silicium- haltige Lösung oder Dispersion, insbesondere ein SiC-Precursorsol,auf ein Substrat oder einer Schicht des Schichtaufbaus aufgebracht wird,

(b) in einem auf den ersten Verfahrensschritt (a) folgenden zweiten Verfahrensschritt die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Persecursol, zu Siliciumcarbid umgesetzt wird, wobei die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, einer mehrstufigen thermischen Behandlung unterzogen wird, wobei

(i) in einer ersten thermischen Verfahrensstufe (i) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, auf Temperaturen von 300 °C oder höher, insbesondere 300 bis 1800 °C, vorzugsweise 800 bis 1000 °C, erhitzt wird und

(ii) in einer auf die erste thermische Verfahrensstufe (i) folgenden thermischen Verfahrensstufe (ii) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, auf Temperaturen von 1800 °C oder höher, insbesondere 1800 bis 2200 °C, erhitzt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt (a) die kohlenstoff- und siliciumhaltige Lösung oder Dispersion, insbesondere das SiC-Precursorsol, mit einer Schichtdicke im Bereich von 1 nm bis 1 .000 μιη, insbesondere 5 bis 500 nm, vorzugsweise 8 bis 300 nm, bevorzugt 10 bis 200 nm, aufgebracht wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein wenigstens zweischichtiger Aufbau aufgebracht wird, insbesondere auf das Substrat, wobei der wenigstens zweischichtige Aufbau eine weitere Schicht aufweist, insbesondere wobei die weitere, insbesondere Siliciumcarbid, vorzugsweise 3C-SiC, aufweisende, Schicht nach wenigstens einem Ver-

fahrensmerkmal nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder nach einem der Ansprüche 15 oder 16 hergestellt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Substrat zuerst die weitere Schicht und anschließend auf die weitere Schicht die stickstofffreie Schicht aufgebracht wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht dotiert wird, vorzugsweise n-dotiert, insbesondere durch Stickstoff und/oder Phosphor.

20. Solarzelle (1 ), insbesondere Intermediate-Band-Solarzelle, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 15 bis 19 und/oder unter Verwendung, insbesondere nach Anspruch 14, einer SiC-Schicht (2) und/oder eines SiC-Wafers nach Anspruch 13 und/oder hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit wenigstens einer Sili- ciumcarbid, vorzugsweise 3C-SiC, aufweisenden Schicht (2),

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schicht (2) vollständig stickstofffrei ist.