Handbook of Photovoltaic Science and Engineering

5.7.3 Simplification of the Polysilicon Process
The Union Carbide and Ethyl Corporation polysilicon processes (Sections 5.4.2 and 5.4.3)
resulted from attempts to make the Siemens process more economical. Project goals were
to meet a price target of 10 US$/kg set in 1975 by the US Department of Energy (DoE).
The Siemens process was fully developed around 1960, but polysilicon for electronic
devices and other purposes had been produced since the forties. The Siemens process
was the first design of a rational industrial process, which gained international recogni-
tion through rapid and broad licensing. At least a dozen processes had been developed
prior to the Siemens process and coexisted with the Siemens process until the begin-
ning of the seventies. Purity and high production rates based on semiconductor industry

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ROUTES TO SOLAR GRADE SILICON
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demand were the primary criteria for the process design. Capital expenditure and energy
consumption were considered secondary criteria. While large production quantities of
ultra-pure polysilicon were available at acceptable prices for semiconductors, this price
was too expensive for the development of low-cost solar systems. For solar cells, a
process with reduced costs, reduced energy consumption and increased production rates,
with purity levels not as important, is needed. Since several processes had been developed
in the past, a review and re-evaluation of the silicon chemistry of these processes was
suggeste (see Tables 5.11 and 5.12).
Table 5.11
Historical processes to manufacture polysilicon (according to Strategies Unlim-
ited [79])
Companies
Volatile silicon source
Reduction agent
Reactor type
Dupont
SiCl
4
Zinc
Inside-quartz tube
Bell lab.
SiCl
4
Hydrogen
Ta-filament
Union Carbide
SiHCl
3
Hydrogen
Inside-quartz tube
Int’l Telephone
SiCl
4
Sodium hydride NaH
Ta-filament
Mallinckrodt
SiI
4
Hydrogen
Inside-quartz tube
Transitron
SiH
4
Decomposition
Inside-quartz tube
Texas Instruments
SiCl
4
Hydrogen
Outside-quartz tube
Foot Mineral
SiI
4
Decomposition
Si-filament
Chisso
SiCl
4
Hydrogen
Inside-quartz tube
Siemens
SiHCl
3
Hydrogen
Si-filament
Komatsu
SiH
4
SiHCl
3
Decomposition
Si-filament
Motorola
SiHCl
3
Hydrogen
W-filament
Phoenix Materials
SiCl
4
Hydrogen
Si-filament
Texas Instruments
SiHCl
3
Hydrogen
Fluidised bed spheres