JP2000327488A - 太陽電池用シリコン基板の製造方法 - Google Patents
太陽電池用シリコン基板の製造方法Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 出発原料金属シリコン中の不純物濃度を所望
の濃度レベルまで効率的に除去することで、セル効率が
高く、低コストで高品質な太陽電池用シリコン基板の製
造方法を提供する。 【解決手段】 高純度金属シリコンを真空下で電子ビー
ム溶解して、Ｐ、Ａｌ、Ｃａ等の揮発性不純物を蒸発・
除去した後、凝固粗精製でＦｅ，Ｔｉ等の重金属不純物
の濃縮部を切断・除去し、得られたインゴットを破砕・
洗浄して粗精製原料とし、次いで、この粗精製原料を酸
化性雰囲気下でプラズマ溶解し、Ｂ、Ｃ等の不揮発性不
純物を酸化物として蒸発・除去した後、凝固仕上げ精製
でＦｅ，Ｔｉ等の重金属不純物の濃縮部を切断・除去
し、精製されたインゴットをスライスして高品質太陽電
池用シリコン基板を得る。
の濃度レベルまで効率的に除去することで、セル効率が
高く、低コストで高品質な太陽電池用シリコン基板の製
造方法を提供する。 【解決手段】 高純度金属シリコンを真空下で電子ビー
ム溶解して、Ｐ、Ａｌ、Ｃａ等の揮発性不純物を蒸発・
除去した後、凝固粗精製でＦｅ，Ｔｉ等の重金属不純物
の濃縮部を切断・除去し、得られたインゴットを破砕・
洗浄して粗精製原料とし、次いで、この粗精製原料を酸
化性雰囲気下でプラズマ溶解し、Ｂ、Ｃ等の不揮発性不
純物を酸化物として蒸発・除去した後、凝固仕上げ精製
でＦｅ，Ｔｉ等の重金属不純物の濃縮部を切断・除去
し、精製されたインゴットをスライスして高品質太陽電
池用シリコン基板を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池用シリコ
ン基板の製造方法、特には高純度金属シリコンを出発原
料とし、より低いコストで、規模の拡大が容易な、冶金
的精製プロセスによる高品質の太陽電池用シリコン基板
の製造方法に関するものである。
ン基板の製造方法、特には高純度金属シリコンを出発原
料とし、より低いコストで、規模の拡大が容易な、冶金
的精製プロセスによる高品質の太陽電池用シリコン基板
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、太陽電池用基板は、低コスト化の
ため、半導体用高純度シリコン（１１Ｎ）の規格外品
（９Ｎ）を原料として使用している。しかしながら、今
後、太陽電池産業が伸びた場合には、この規格外品だけ
では、近い将来、原料の供給不足が深刻化することが心
配されている。このため、早急に太陽電池専用のシリコ
ン基板の開発が求められている。
ため、半導体用高純度シリコン（１１Ｎ）の規格外品
（９Ｎ）を原料として使用している。しかしながら、今
後、太陽電池産業が伸びた場合には、この規格外品だけ
では、近い将来、原料の供給不足が深刻化することが心
配されている。このため、早急に太陽電池専用のシリコ
ン基板の開発が求められている。
【０００３】ところで、金属シリコンを出発原料とした
太陽電池基板の製造プロセスは、大きく分けてガス化
精製と冶金的精製の２つに区分される。ガス化精製プ
ロセスは、金属シリコンをトリクロロシランなどの塩化
物にした後、蒸留・精製し、水素還元熱分解することに
より、インゴット状の高純度シリコンを得るプロセスで
あり、ジーメンス法として工業化されている。得られた
製品は半導体用原料として広く使用されている。しか
し、このプロセスは化学プラントとなるため、最低１，
０００トン／年規模の設備が必要で、その初期設備投資
が大きく、太陽電池市場の大きさに合わせて小規模の設
備で、低コストで半導体用原料を製造するのは困難とさ
れてきた。このため、ジーメンス法を改良して低コスト
化を図る方法の開発が試みられたが、安定操業に課題が
残り工業化までには到らなかった。
太陽電池基板の製造プロセスは、大きく分けてガス化
精製と冶金的精製の２つに区分される。ガス化精製プ
ロセスは、金属シリコンをトリクロロシランなどの塩化
物にした後、蒸留・精製し、水素還元熱分解することに
より、インゴット状の高純度シリコンを得るプロセスで
あり、ジーメンス法として工業化されている。得られた
製品は半導体用原料として広く使用されている。しか
し、このプロセスは化学プラントとなるため、最低１，
０００トン／年規模の設備が必要で、その初期設備投資
が大きく、太陽電池市場の大きさに合わせて小規模の設
備で、低コストで半導体用原料を製造するのは困難とさ
れてきた。このため、ジーメンス法を改良して低コスト
化を図る方法の開発が試みられたが、安定操業に課題が
残り工業化までには到らなかった。
【０００４】他方、冶金的精製プロセスは、古くからワ
ッカー（独）、ジーメンス（独）、エルケム（ノルウェ
ー）等のメーカーにより、世界的に開発が進められてき
たが、研究室レベルで得られた同基板は、純度が太陽電
池用基板として要求されるレベルに至らず、やはり工業
化には到っていない。日本でも、日本板硝子と川崎製鉄
がＮＥＤＯからの共同受託開発により、直接還元法と呼
ばれる高純度シリカから直接太陽電池用シリコン原料を
製造する方法を試みたが、研究室レベルでの純度は満足
したものの、原材料であるシリカや炭材の精製コスト高
やアーク還元炉の大型化、安定操業等に課題が残り、ま
た量産した場合に、期待される程の低コスト化が達成し
にくい等の理由で現在この方法の開発も中断されてい
る。
ッカー（独）、ジーメンス（独）、エルケム（ノルウェ
ー）等のメーカーにより、世界的に開発が進められてき
たが、研究室レベルで得られた同基板は、純度が太陽電
池用基板として要求されるレベルに至らず、やはり工業
化には到っていない。日本でも、日本板硝子と川崎製鉄
がＮＥＤＯからの共同受託開発により、直接還元法と呼
ばれる高純度シリカから直接太陽電池用シリコン原料を
製造する方法を試みたが、研究室レベルでの純度は満足
したものの、原材料であるシリカや炭材の精製コスト高
やアーク還元炉の大型化、安定操業等に課題が残り、ま
た量産した場合に、期待される程の低コスト化が達成し
にくい等の理由で現在この方法の開発も中断されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】冶金的精製プロセスと
しては、例えば、ワッカーの米国特許第４，３０４，７
６３号公報（１９８１年１２月）に記載の方法が挙げら
れる。この公報はスラグ処理、酸リーチング、真
空溶解＋凝固精製のプロセスにより、太陽電池用シリコ
ン原料を得る製造方法を開示している。しかし、この方
法ではＢの除去プロセスとしてスラグ処理を採用してい
るが、この処理には、シリコンと同量もしくは２倍程度
のスラグが必要となり、またスラグ中にＢが分配される
比率が２．０程度のため、得られたシリコン中のＢ濃度
も１〜２ｐｐｍａと目標濃度の１０倍程度までの低減が
限界である等の問題があり、経済的かつ技術的に見ても
有効な方法とはいえない。
しては、例えば、ワッカーの米国特許第４，３０４，７
６３号公報（１９８１年１２月）に記載の方法が挙げら
れる。この公報はスラグ処理、酸リーチング、真
空溶解＋凝固精製のプロセスにより、太陽電池用シリコ
ン原料を得る製造方法を開示している。しかし、この方
法ではＢの除去プロセスとしてスラグ処理を採用してい
るが、この処理には、シリコンと同量もしくは２倍程度
のスラグが必要となり、またスラグ中にＢが分配される
比率が２．０程度のため、得られたシリコン中のＢ濃度
も１〜２ｐｐｍａと目標濃度の１０倍程度までの低減が
限界である等の問題があり、経済的かつ技術的に見ても
有効な方法とはいえない。
【０００６】さらに、この方法ではＦｅ、Ｔｉ等の重金
属除去プロセスとして、金属シリコンの破砕、酸リーチ
ング及び凝固精製を採用しているが、出発金属シリコン
中の不純物濃度が、例えば、Ｆｅの場合、１、０００ｐ
ｐｍａ程度と高濃度であるため、得られるシリコン中の
Ｆｅ濃度も２〜５ｐｐｍａまでの低減が限界となってい
る。このため、同じ原料を使用して一方向凝固によりシ
リコンインゴットを製造し、スライスして太陽電池用シ
リコン基板としたものの不純物は、Ｆｅが最大で０．０
５ｐｐｍａ程度依然として残留しており、これがライフ
タイムキラーとして作用し、セル効率が、半導体規格外
品を原料とした市販セルで１４〜１５％なのに対し、１
２％と低効率に留まっている。このため、市販セル相当
の効率を得るためには、太陽電池用シリコン基板でのＦ
ｅ濃度を更に１／１００程度低減する必要があった。
属除去プロセスとして、金属シリコンの破砕、酸リーチ
ング及び凝固精製を採用しているが、出発金属シリコン
中の不純物濃度が、例えば、Ｆｅの場合、１、０００ｐ
ｐｍａ程度と高濃度であるため、得られるシリコン中の
Ｆｅ濃度も２〜５ｐｐｍａまでの低減が限界となってい
る。このため、同じ原料を使用して一方向凝固によりシ
リコンインゴットを製造し、スライスして太陽電池用シ
リコン基板としたものの不純物は、Ｆｅが最大で０．０
５ｐｐｍａ程度依然として残留しており、これがライフ
タイムキラーとして作用し、セル効率が、半導体規格外
品を原料とした市販セルで１４〜１５％なのに対し、１
２％と低効率に留まっている。このため、市販セル相当
の効率を得るためには、太陽電池用シリコン基板でのＦ
ｅ濃度を更に１／１００程度低減する必要があった。
【０００７】さらに、Ｐ、Ａｌ、Ｃａ等の揮発性不純物
の除去プロセスとして、金属シリコンのグラファイト坩
堝内での真空溶解、保持が提案されている。湯下ら（全
日本金属学会；第６１巻、１０号、１９９７、Ｐ．１９
８６）によれば、真空排気系の最適化を行うことで、従
来、同プロセスでのＰの除去限界：０．５ｐｐｍａが＜
０．１ｐｐｍａまで大幅に低減することができたとの報
告があるが、真空室内でのシリコン溶解であるため、エ
ネルギー効率の問題や、使用グラファイト坩堝からの重
金属のコンタミ汚染の可能性が考えられる。またＰの目
標濃度である＜０．０１ｐｐｍａまでの到達を確認する
必要があった。
の除去プロセスとして、金属シリコンのグラファイト坩
堝内での真空溶解、保持が提案されている。湯下ら（全
日本金属学会；第６１巻、１０号、１９９７、Ｐ．１９
８６）によれば、真空排気系の最適化を行うことで、従
来、同プロセスでのＰの除去限界：０．５ｐｐｍａが＜
０．１ｐｐｍａまで大幅に低減することができたとの報
告があるが、真空室内でのシリコン溶解であるため、エ
ネルギー効率の問題や、使用グラファイト坩堝からの重
金属のコンタミ汚染の可能性が考えられる。またＰの目
標濃度である＜０．０１ｐｐｍａまでの到達を確認する
必要があった。
【０００８】本発明は、これらの問題点の解決を目的と
するもので、具体的には、出発原料金属シリコン中の不
純物濃度を所望の濃度レベルまで効率的に除去すること
で、セル効率が高く、低コストで高品質な太陽電池用シ
リコン基板の製造方法を提供する。
するもので、具体的には、出発原料金属シリコン中の不
純物濃度を所望の濃度レベルまで効率的に除去すること
で、セル効率が高く、低コストで高品質な太陽電池用シ
リコン基板の製造方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、高純度金属シ
リコンを出発原料として、従来法より低コストかつ精製
効率を向上させた冶金的精製プロセスの組合せによる、
太陽電池用シリコン基板の製造方法に係るもので、具体
的には、高純度金属シリコンを真空下で電子ビーム溶解
して、Ｐ、Ａｌ、Ｃａ等の揮発性不純物を蒸発・除去し
た後、凝固粗精製でＦｅ，Ｔｉ等の重金属不純物の濃縮
部を切断・除去し、得られたインゴットを破砕・洗浄し
て粗精製原料とし（以下、第１プロセスと称する）、次
いで、この粗精製原料を酸化性雰囲気下でプラズマ溶解
し、Ｂ、Ｃ等の不揮発性不純物を酸化物として蒸発・除
去した後、凝固仕上げ精製でＦｅ，Ｔｉ等の重金属不純
物の濃縮部を切断・除去し、精製されたインゴットをス
ライスする（以下、第２プロセスと称する）ことを特徴
としている。
リコンを出発原料として、従来法より低コストかつ精製
効率を向上させた冶金的精製プロセスの組合せによる、
太陽電池用シリコン基板の製造方法に係るもので、具体
的には、高純度金属シリコンを真空下で電子ビーム溶解
して、Ｐ、Ａｌ、Ｃａ等の揮発性不純物を蒸発・除去し
た後、凝固粗精製でＦｅ，Ｔｉ等の重金属不純物の濃縮
部を切断・除去し、得られたインゴットを破砕・洗浄し
て粗精製原料とし（以下、第１プロセスと称する）、次
いで、この粗精製原料を酸化性雰囲気下でプラズマ溶解
し、Ｂ、Ｃ等の不揮発性不純物を酸化物として蒸発・除
去した後、凝固仕上げ精製でＦｅ，Ｔｉ等の重金属不純
物の濃縮部を切断・除去し、精製されたインゴットをス
ライスする（以下、第２プロセスと称する）ことを特徴
としている。
【００１０】高純度金属シリコンには、金属シリコンを
破砕し酸リーチング処理して得られたシリコン中の不純
物濃度が、Ｂ，Ｐ＜１ｐｐｍａ、Ｃ，Ａｌ＜５０ｐｐｍ
ａ、Ｆｅ，Ｃａ＜５ｐｐｍａ、Ｔｉ＜０．５ｐｐｍａで
ある純度４Ｎ以上のものを使用するのが好適である。こ
の方法によれば、純度７Ｎ以上の高品質の太陽電池用シ
リコン基板を低コストで製造することができる。
破砕し酸リーチング処理して得られたシリコン中の不純
物濃度が、Ｂ，Ｐ＜１ｐｐｍａ、Ｃ，Ａｌ＜５０ｐｐｍ
ａ、Ｆｅ，Ｃａ＜５ｐｐｍａ、Ｔｉ＜０．５ｐｐｍａで
ある純度４Ｎ以上のものを使用するのが好適である。こ
の方法によれば、純度７Ｎ以上の高品質の太陽電池用シ
リコン基板を低コストで製造することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
先ず、上記第１プロセスでは、高純度金属シリコン原料
を真空下において電子ビームで溶解し、Ｐ、Ａｌ、Ｃａ
等の揮発性不純物を蒸発させて除去する。その後、凝固
粗精製でシリコンをインゴット化し、Ｆｅ、Ｔｉ等の重
金属不純物の濃縮部を切断・除去した後、精製されたシ
リコンインゴットを破砕・洗浄し、粗精製原料とする。
次に、第２プロセスでは、酸化性雰囲気下で上述の粗精
製原料をプラズマ溶解し、Ｂ、Ｃ等の不揮発性不純物を
酸化物として蒸発・除去する。その後、凝固仕上げ精製
でシリコンをインゴット化し、再度、Ｆｅ、Ｔｉ等の重
金属不純物の濃縮部を切断・除去する。さらに、残りの
精製されたシリコンインゴットをマルチ・ワイヤーソー
を使用して所定の厚さにスライスして、太陽電池用シリ
コン基板を得る。
先ず、上記第１プロセスでは、高純度金属シリコン原料
を真空下において電子ビームで溶解し、Ｐ、Ａｌ、Ｃａ
等の揮発性不純物を蒸発させて除去する。その後、凝固
粗精製でシリコンをインゴット化し、Ｆｅ、Ｔｉ等の重
金属不純物の濃縮部を切断・除去した後、精製されたシ
リコンインゴットを破砕・洗浄し、粗精製原料とする。
次に、第２プロセスでは、酸化性雰囲気下で上述の粗精
製原料をプラズマ溶解し、Ｂ、Ｃ等の不揮発性不純物を
酸化物として蒸発・除去する。その後、凝固仕上げ精製
でシリコンをインゴット化し、再度、Ｆｅ、Ｔｉ等の重
金属不純物の濃縮部を切断・除去する。さらに、残りの
精製されたシリコンインゴットをマルチ・ワイヤーソー
を使用して所定の厚さにスライスして、太陽電池用シリ
コン基板を得る。
【００１２】本発明では、Ｂ、Ｐ、Ｃ及び重金属の精製
原理は従来の冶金的精製プロセスとほぼ同様であるが、
精製プロセスの見直しを図り、Ｂ及びＣの除去では従来
のスラグ処理から酸化性雰囲気でのプラズマ溶解処理、
Ｐ、Ａｌ及びＣａの除去では真空下での高周波加熱溶解
から電子ビーム溶解処理とすることで、除去速度の大幅
な向上と除去限界の一層の低減を達成している。さら
に、スラグ処理が不要のため、スラグ材や関連した廃棄
物処理の費用も省略でき、コスト低減に寄与している。
また、電子ビーム溶解では、水冷鋼坩堝を使用するた
め、廃棄物処理に伴う重金属の汚染がなく、高品質で安
定した生産が可能となっている。さらに、２回のシリコ
ン溶解に伴う連続した凝固精製で、Ｆｅ、Ｔｉ等の重金
属不純物を太陽電池用シリコン基板の目標濃度まで低減
させることができ、一連の連続した精製プロセスのた
め、自動化・大型化が可能であり、コストの低減が可能
である。
原理は従来の冶金的精製プロセスとほぼ同様であるが、
精製プロセスの見直しを図り、Ｂ及びＣの除去では従来
のスラグ処理から酸化性雰囲気でのプラズマ溶解処理、
Ｐ、Ａｌ及びＣａの除去では真空下での高周波加熱溶解
から電子ビーム溶解処理とすることで、除去速度の大幅
な向上と除去限界の一層の低減を達成している。さら
に、スラグ処理が不要のため、スラグ材や関連した廃棄
物処理の費用も省略でき、コスト低減に寄与している。
また、電子ビーム溶解では、水冷鋼坩堝を使用するた
め、廃棄物処理に伴う重金属の汚染がなく、高品質で安
定した生産が可能となっている。さらに、２回のシリコ
ン溶解に伴う連続した凝固精製で、Ｆｅ、Ｔｉ等の重金
属不純物を太陽電池用シリコン基板の目標濃度まで低減
させることができ、一連の連続した精製プロセスのた
め、自動化・大型化が可能であり、コストの低減が可能
である。
【００１３】
【実施例】（実施例１）図１（ａ）は、本発明の冶金的
精製による太陽電池用シリコン基板の製造プロセスを示
した工程図である。このプロセスの概要は次の通りであ
る。先ず、表１に示す不純物元素を含む純度４Ｎ以上の
高純度金属シリコンを水冷鋼坩堝に入れ、炉内圧１０
−２Ｐａの真空下での電子ビーム加熱により、シリコン
を溶解・保持し、引き続いて底なしの水冷鋼鋳型部に、
別の電子ビーム加熱により、シリコンの溶解状態を保持
しながら、シリコンを連続的に移し、鋳型底部をシリコ
ン溶解保持部から、１ｍｍ／分の速度で降下させること
で、１方向凝固を行った。得られたシリコンインゴット
の上部金属不純物の濃縮部を切断・除去し、さらに破砕
・洗浄を行った。
精製による太陽電池用シリコン基板の製造プロセスを示
した工程図である。このプロセスの概要は次の通りであ
る。先ず、表１に示す不純物元素を含む純度４Ｎ以上の
高純度金属シリコンを水冷鋼坩堝に入れ、炉内圧１０
−２Ｐａの真空下での電子ビーム加熱により、シリコン
を溶解・保持し、引き続いて底なしの水冷鋼鋳型部に、
別の電子ビーム加熱により、シリコンの溶解状態を保持
しながら、シリコンを連続的に移し、鋳型底部をシリコ
ン溶解保持部から、１ｍｍ／分の速度で降下させること
で、１方向凝固を行った。得られたシリコンインゴット
の上部金属不純物の濃縮部を切断・除去し、さらに破砕
・洗浄を行った。
【００１４】次いで、この破砕シリコンを石英坩堝内に
入れ、水蒸気１０容量％を添加したＨｅプラズマ加熱に
より、シリコンを溶解・保持した後、グラファイト鋳型
に移し換え、同鋳型を均熱保持されている炉内から０．
５ｍｍ／分の速度で降下させることで、シリコンの１方
向凝固を行った。このシリコンインゴットの上部金属不
純物の濃縮部を再度、切断・除去し、得られた残りの精
製済みシリコンインゴットをマルチ・ワイヤーソーで２
８０μｍの厚さにスライスすることで太陽電池用シリコ
ン多結晶基板を得た。この太陽電池用シリコン基板の不
純物濃度は、表１の通りであり、同基板を用いてセル化
を行ったところ、セル効率として１５％が得られ、これ
は半導体用高純度シリコンの規格外品を原料とした市販
セルと同等の効率であった。
入れ、水蒸気１０容量％を添加したＨｅプラズマ加熱に
より、シリコンを溶解・保持した後、グラファイト鋳型
に移し換え、同鋳型を均熱保持されている炉内から０．
５ｍｍ／分の速度で降下させることで、シリコンの１方
向凝固を行った。このシリコンインゴットの上部金属不
純物の濃縮部を再度、切断・除去し、得られた残りの精
製済みシリコンインゴットをマルチ・ワイヤーソーで２
８０μｍの厚さにスライスすることで太陽電池用シリコ
ン多結晶基板を得た。この太陽電池用シリコン基板の不
純物濃度は、表１の通りであり、同基板を用いてセル化
を行ったところ、セル効率として１５％が得られ、これ
は半導体用高純度シリコンの規格外品を原料とした市販
セルと同等の効率であった。
【００１５】
【表１】
【００１６】（比較例１）図１（ｂ）は、従来の冶金的
精製による太陽電池用シリコン基板の製造プロセスを示
した工程図である。このプロセスの概要は以下の通りで
ある。まず、表２に示す不純物元素を含む純度９９．５
％以上の金属シリコン（ケミカルグレード）をグラファ
イト坩堝に入れ、さらに、シリコン重量の２倍の石灰石
を加え、Ａｒガス雰囲気下で高周波誘導加熱により、シ
リコンを溶解し、１，５００℃で１時間保持した。シリ
コン溶湯上に形成されたシリケートスラグ（ＣａＳｉＯ
３ ）の上澄みを除去した後、融液をグラファイト鋳型
内にキャスティングしてシリコンインゴットを作製し
た。得られたインゴットを塊状に粗砕した後、ジョーク
ラッシャーにて破砕、さらに振動ボールミルを使用して
粒径５０μｍ以下に粉砕し、これをテフロンライニング
されたステンレス容器に入れ、５重量％ＨＦ液を加えた
後、常温で１時間撹拌しながら酸リーチング処理と洗浄
を行った。
精製による太陽電池用シリコン基板の製造プロセスを示
した工程図である。このプロセスの概要は以下の通りで
ある。まず、表２に示す不純物元素を含む純度９９．５
％以上の金属シリコン（ケミカルグレード）をグラファ
イト坩堝に入れ、さらに、シリコン重量の２倍の石灰石
を加え、Ａｒガス雰囲気下で高周波誘導加熱により、シ
リコンを溶解し、１，５００℃で１時間保持した。シリ
コン溶湯上に形成されたシリケートスラグ（ＣａＳｉＯ
３ ）の上澄みを除去した後、融液をグラファイト鋳型
内にキャスティングしてシリコンインゴットを作製し
た。得られたインゴットを塊状に粗砕した後、ジョーク
ラッシャーにて破砕、さらに振動ボールミルを使用して
粒径５０μｍ以下に粉砕し、これをテフロンライニング
されたステンレス容器に入れ、５重量％ＨＦ液を加えた
後、常温で１時間撹拌しながら酸リーチング処理と洗浄
を行った。
【００１７】次いで、この粉砕シリコンをグラファイト
坩堝に入れ、Ａｒガス雰囲気下で高周波誘導加熱により
シリコンを溶解した後、真空引きを行い、炉内圧を１０
−２Ｐａに調整し、１，５００℃で２時間保持し、引き
続きグラファイト鋳型が均熱保持されている炉内から、
０．５ｍｍ／分の速度で降下させることで、シリコンの
１方向凝固を行った。このシリコンインゴットの上部金
属不純物の濃縮部を切断・除去し、さらに、破砕・洗浄
した後、この１方向凝固を再度、繰り返した。得られた
精製済みのシリコンインゴットをマルチ・ワイヤーソー
で厚さ２８０μｍにスライスすることで、太陽電池用シ
リコン多結晶基板を得た。この太陽電池用シリコン基板
中の不純物濃度は表２の通りであり、同基板を用いてセ
ル化を行ったところ、セル効率として１１％が得られ
た。
坩堝に入れ、Ａｒガス雰囲気下で高周波誘導加熱により
シリコンを溶解した後、真空引きを行い、炉内圧を１０
−２Ｐａに調整し、１，５００℃で２時間保持し、引き
続きグラファイト鋳型が均熱保持されている炉内から、
０．５ｍｍ／分の速度で降下させることで、シリコンの
１方向凝固を行った。このシリコンインゴットの上部金
属不純物の濃縮部を切断・除去し、さらに、破砕・洗浄
した後、この１方向凝固を再度、繰り返した。得られた
精製済みのシリコンインゴットをマルチ・ワイヤーソー
で厚さ２８０μｍにスライスすることで、太陽電池用シ
リコン多結晶基板を得た。この太陽電池用シリコン基板
中の不純物濃度は表２の通りであり、同基板を用いてセ
ル化を行ったところ、セル効率として１１％が得られ
た。
【００１８】
【表２】
【００１９】比較例１で得られた基板には、Ｂ、Ｐ、Ｆ
ｅがまだ多く残留している。市販セル相当の効率を得る
ためには、Ｒｅｖｕｅ Ｐｈｙｓ．Ａｐｐｌ．２２（１
９８７），ｐ．５２９，Ｊ．ＦａｌｌｙらによるＰ型シ
リコン基板中の不純物濃度とセル効率の関係を示したグ
ラフ（図２参照）から明らかなように、Ｆｅを例に挙げ
れば、＜０．００１ｐｐｍａとする必要がある。
ｅがまだ多く残留している。市販セル相当の効率を得る
ためには、Ｒｅｖｕｅ Ｐｈｙｓ．Ａｐｐｌ．２２（１
９８７），ｐ．５２９，Ｊ．ＦａｌｌｙらによるＰ型シ
リコン基板中の不純物濃度とセル効率の関係を示したグ
ラフ（図２参照）から明らかなように、Ｆｅを例に挙げ
れば、＜０．００１ｐｐｍａとする必要がある。
【００２０】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、サブマージ
ドアーク炉により、高純度硅石を高純度炭材で還元し、
さらに破砕・酸リーチングすることで得られた純度４Ｎ
以上の高純度金属シリコンを出発原料として、従来のも
のより精製効率を一層向上させた低コストで純度７Ｎ以
上の高品質太陽電池用シリコン基板の製造が可能とな
る。
ドアーク炉により、高純度硅石を高純度炭材で還元し、
さらに破砕・酸リーチングすることで得られた純度４Ｎ
以上の高純度金属シリコンを出発原料として、従来のも
のより精製効率を一層向上させた低コストで純度７Ｎ以
上の高品質太陽電池用シリコン基板の製造が可能とな
る。
【図１】 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ太陽電池用シリコ
ン基板の本発明及び従来のプロセスを比較して示した工
程図である。
ン基板の本発明及び従来のプロセスを比較して示した工
程図である。
【図２】 Ｐ型シリコン基板中の不純物濃度とセル効率
の関係を示したグラフである。
の関係を示したグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】 高純度金属シリコンを真空下で電子ビー
ム溶解して、Ｐ、Ａｌ、Ｃａ等の揮発性不純物を蒸発・
除去した後、凝固粗精製でＦｅ，Ｔｉ等の重金属不純物
の濃縮部を切断・除去し、得られたインゴットを破砕・
洗浄して粗精製原料とし、次いで、この粗精製原料を酸
化性雰囲気下でプラズマ溶解し、Ｂ、Ｃ等の不揮発性不
純物を酸化物として蒸発・除去した後、凝固仕上げ精製
でＦｅ，Ｔｉ等の重金属不純物の濃縮部を切断・除去
し、精製されたインゴットをスライスすることを特徴と
する太陽電池用シリコン基板の製造方法。 - 【請求項２】 高純度金属シリコンとして、金属シリコ
ンを破砕し酸リーチング処理して得られたシリコン中の
不純物濃度が、Ｂ，Ｐ＜１ｐｐｍａ、Ｃ，Ａｌ＜５０ｐ
ｐｍａ、Ｆｅ，Ｃａ＜５ｐｐｍａ、Ｔｉ＜０．５ｐｐｍ
ａである純度４Ｎ以上のものを使用する請求項１に記載
の太陽電池用シリコン基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11144616A JP2000327488A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | 太陽電池用シリコン基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11144616A JP2000327488A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | 太陽電池用シリコン基板の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000327488A true JP2000327488A (ja) | 2000-11-28 |
Family
ID=15366187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11144616A Pending JP2000327488A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | 太陽電池用シリコン基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000327488A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1999
- 1999-05-25 JP JP11144616A patent/JP2000327488A/ja active Pending
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