JP2000351688A - 結晶シリコン製造用ルツボ及びその製造方法 - Google Patents

結晶シリコン製造用ルツボ及びその製造方法

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JP2000351688A
JP2000351688A JP11164428A JP16442899A JP2000351688A JP 2000351688 A JP2000351688 A JP 2000351688A JP 11164428 A JP11164428 A JP 11164428A JP 16442899 A JP16442899 A JP 16442899A JP 2000351688 A JP2000351688 A JP 2000351688A
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crucible
silica
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crystalline silicon
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English (en)
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Junichi Sasaki
順一 佐々木
Saburo Wakita
三郎 脇田
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな結晶粒径を有する多結晶シリコンを製
造する。 【解決手段】 シリカ製のルツボ本体1の外底部にシリ
カ粒子の焼成体からなる台座2が一体に設けられ、該台
座2の外底面2aが平坦に形成されていることを特徴と
する結晶シリコン製造用ルツボを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン融液を冷
却して一方向に徐々に凝固する結晶シリコン製造装置の
ルツボとその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】実用化されている太陽電池の大部分を占
めるシリコン系のものは、結晶構造の面から、単結晶、
多結晶、アモルファスに分類される。その中で、多結晶
シリコン太陽電池は、当初コストの低減を最大の目標と
して研究開発され、その後、さらに高効率化を目指して
多大な努力が払われてきた結果、今日最も多く製造され
ている太陽電池である。現在では、多結晶シリコン太陽
電池はさまざまな技術の向上により、単結晶シリコン太
陽電池と匹敵する変換効率が得られるまでになった。
【0003】多結晶シリコン太陽電池の発電素子(ソー
ラー・セル)は、多結晶シリコンの基板を用いて作られ
るため、その品質が多結晶シリコン太陽電池の性能を大
きく左右する。そのため、多結晶シリコンの製造にはこ
れまで様々な改良がなされてきた。
【0004】多結晶シリコン基板が有する結晶粒界は、
ソーラー・セル内のキャリアの寿命の短縮と移動度の低
下につながって太陽電池のエネルギー変換効率を下げ
る。そのため、多結晶シリコン太陽電池で大きなエネル
ギー変換効率を得るためには、多結晶シリコンの製造に
おいて、その結晶粒界をできるだけ少なくすること、言
い換えると、結晶粒径をできるだけ大きくすることが重
要である。この結晶粒径は、多結晶シリコンの製造方法
に大きく依存する。
【0005】多結晶シリコンを製造する方法の中で代表
的なものに、ルツボに収容したシリコン融液をルツボの
一方向から徐冷する方法がある。この場合、そのシリコ
ン融液の冷却は、通常、ルツボの底部に平坦な冷却板を
当接することにより行われる。結晶は正の温度勾配にそ
って大きな成長速度をもつので、ルツボの底部が最も低
温で上部にいくほど温度は高くなるこの場合は、ルツボ
の底部から上部方向に長い柱状の結晶粒が成長する。し
たがって、このような多結晶シリコンの製造方法におい
て、太陽電池のエネルギー変換効率をできるだけ高くす
るためには、より長大な結晶粒を成長させて結晶粒界を
少なくすることが重要である。
【0006】ところで、従来シリコン融液収容用に用い
られている石英ルツボは、冷却板に置いたときに、その
外底部の周辺部が冷却板との間に隙間ができるほど外側
に湾曲している。また、シリカ粉末を主成分とするバイ
ンダー層とシリカ砂からなるスタッコ層とが交互に積層
された構造をもつ成形体を焼成してなるシリカ多孔質ル
ツボの場合も、石英ルツボと同様に、その外底部は外側
に湾曲している。また、シリカ多孔質ルツボでは、その
外底部はシリカ砂による凹凸を有している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来用い
られている石英ルツボやシリカ多孔質ルツボでは、ルツ
ボの外底部が湾曲していたり、あるいは凹凸を有してい
るため、ルツボと冷却板との接触が不十分でその間の熱
伝導が悪く、ルツボの底部全体を均一に効率よく冷却す
ることができず、製品であるシリコンインゴットの上部
に結晶組織の不良が発生し、製品の高さが制限されてし
まうという問題があった。このルツボと冷却板との接触
が不十分になると、シリコン融液内にルツボの底部から
上部方向へ均一な温度勾配を形成できず、結晶粒はその
方向に大きく成長できなくなる。
【0008】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、従来用いられてきたルツボの場合に比してより
長大な結晶粒を有する結晶シリコンの製造を可能にする
結晶シリコン製造用ルツボおよびその製造方法を提供す
る事を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、シリコン融液をルツボの底部から上部方向に徐冷し
て凝固する結晶シリコン製造用ルツボにおいて、シリカ
製のルツボ本体の外底部にシリカ粒子の焼成体からなる
台座が一体に設けられ、該台座の外底面が平坦に形成さ
れていることを特徴とする。
【0010】この場合、結晶シリコン製造用ルツボはそ
の平坦な外底面全体が平坦な冷却板に面接触状態で当接
するので、シリコン融液内にルツボの底部から上部方向
に均一な温度勾配が形成される。そのため、ルツボの底
部に発生した結晶核は、最も安定な面方位をその温度勾
配に向けて一方向に成長することができるため、従来法
に比して長大な結晶粒へと成長することができる。すな
わち、本発明の結晶シリコン製造用ルツボを使用すれ
ば、従来法に比して長大な結晶粒を有する結晶シリコン
を製造することができる。さらに、冷却効率が向上する
ことにより、結晶組織の不良が発生することなく、高さ
の高いインゴットの製造が可能となり、製品の収率が向
上する。
【0011】本発明の結晶シリコン製造用ルツボは、平
坦な内側底面を有する容器内にシリカ製のルツボ本体を
配置するとともに、該容器内にコロイダルシリカとシリ
カ粒子を混合してなるスラリーを注入し、前記ルツボ本
体に該スラリーを乾燥して付着した後焼成して、平坦な
外底面を有する台座をルツボ本体に一体に形成すること
により製造される。
【0012】この場合、シリコン融液を実際に収容する
前記結晶シリコン製造用ルツボのルツボ本体として従来
用いられてきた石英ルツボやシリカ多孔質ルツボを使用
することができるので、それらが有する利点をそのまま
利用できる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る結晶シリコン
製造用ルツボ及びその製造方法の好適な実施の形態を図
を参照して詳細に説明する。
【0014】図1は、本発明に係る結晶シリコン製造用
ルツボの製造方法の概略を示す。まず、従来用いられる
シリカ多孔質ルツボ(ルツボ本体)1を内側底面5aが
平坦な容器5に置く。このとき、シリカ多孔質ルツボ1
の外底部1aは外側に湾曲しているために容器5の内側
底面5aとの間に隙間Pが形成されている。
【0015】図2は、シリカ多孔質ルツボ1の外底部1
aと容器5の内側底面5aとの接触部Rの近傍の断面を
拡大した模式図である。まず、シリカ多孔質ルツボ1の
製造方法について概略する。所望のルツボの内側空間と
同じ形状を有する鑞型をシリカ粉末とコロイダルシリカ
とを混合してなるスラリー中に浸漬した後引き上げて、
鑞型の表面にスラリー層を形成し、次に、該スラリー層
の表面に、シリカ砂を散布してスタッコ層を形成すると
いう工程を任意回数繰り返してスラリー層とスタッコ層
とを交互に積層し、最後にスタッコ層の上にスラリー層
を形成する。次に、このように表面にスラリー層とスタ
ッコ層との交互層を形成された鑞型を、温度70〜12
0℃で加熱して溶融した後冷却することにより収縮させ
て除去する。こうして得られたシリカの積層体からなる
ルツボ殻を、800〜1200℃で1〜8時間加熱保持
して焼成することにより、シリカ多孔質ルツボ1ができ
あがる。尚、実際のシリカ多孔質ルツボでは通常多数層
積層されているが、この模式図では、バインダー層12
が三層でスタッコ層13が二層だけ描いている。シリカ
多孔質ルツボ1の外底部1aには、シリカ砂7による凹
凸が形成されている。通常使用されるシリカ砂の粒径
は、容器5の内側底面5aの凹凸を無視できるほど大き
いため、シリカ多孔質ルツボ1は、その外底部1aの凸
部8が容器5の内側底面5aに点接触状態で当接して支
持される。そのため、シリカ多孔質ルツボ1の外底部1
aと容器5の内側底面5aとの間には、微小隙間Qが形
成される。
【0016】容器5にシリカ粒子を混合してなるスラリ
ー6を流し込むと、スラリー6は図1に示されている隙
間Pや、さらには、図2に示されている微小隙間Qへと
入り込む。スラリー6をシリカ多孔質ルツボ1の外底部
1a全体を浸すように流し込むと、その外底部1aにス
ラリー層が形成される。このスラリー層は、隙間Pおよ
び微小隙間Q全体を充填するので、隙間Pおよび微小隙
間Qと同形状に形成される。
【0017】次に、このシリカ多孔質ルツボ1を乾燥し
て、不要部を除去した後焼成すると、図3に示されるよ
うに、シリカ製の焼成体からなる台座2が形成され、平
坦な外底面2aを有する結晶シリコン製造用ルツボ3が
できあがる。こうしてできた結晶シリコン製造用ルツボ
は、結晶シリコン製造装置内に配置されて前記冷却板と
平坦な面同士で面接触状態で当接する。そのため、結晶
シリコン製造用ルツボの底部が均一に冷却されるので、
シリコン融液内には結晶シリコン製造用ルツボの底部全
面から垂直にほぼ同じ勾配を有する温度勾配が形成され
る。
【0018】この場合、ルツボ本体としてシリカ多孔質
ルツボに適用したが、従来用いられている石英ルツボに
対しても効果的である。それは、石英ルツボの場合も、
その外底部には大きな凹凸はないものの、外側に湾曲し
ているため、シリカ多孔質ルツボの場合と同様に冷却板
との間に隙間ができるからである。
【0019】上述のような方法で製造した結晶シリコン
製造用ルツボを使用して結晶シリコン製造装置によって
実際に製造した高さ300mmの結晶シリコンにおい
て、従来法で製造した場合に観察される一方向凝固組織
不良は確認されなかった。
【0020】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る結晶シリコン製造用ルツボ及びその製造方法によれ
ば、以下に記載されるような効果を奏する。
【0021】本発明に係る結晶シリコン製造用ルツボ
は、それが有する平坦な外底面全体が平坦な冷却板に面
接触状態で当接するため、シリコン融液内にルツボの底
部から上部方向に均一な温度勾配が形成され、その温度
勾配そって結晶が成長するため、従来法の場合に比して
長大な結晶粒を有する結晶シリコンを製造することがで
きる。
【0022】本発明に係る結晶シリコン製造用ルツボ
は、従来用いられているルツボ本体を平坦な内側底面を
有する容器内に配置し、容器内にシリカ粒子を混合して
なるスラリーを注入して前記ルツボ本体にそのスラリー
からなる台座を形成した後焼成して、平坦な外底面を有
する台座をルツボ本体に一体に形成することにより、容
易に製造することができる。
【0023】この場合、シリコン融液を実際に収容する
前記ルツボ本体として、従来用いられてきた石英ルツボ
やシリカ多孔質ルツボを使用することができるので、そ
れらが有する利点を利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の結晶シリコン製造用ルツボの製造方
法の一実施形態の概略工程図である。
【図2】 ルツボ本体と容器の接触部を拡大した断面図
である。
【図3】 本発明の結晶シリコン製造用ルツボの断面図
である
【符号の説明】
1 シリカ多孔質ルツボ(ルツボ本体) 1a 外底部 2 台座 2a 外底面 3 結晶シリコン製造用ルツボ 5 容器 5a 内側底面 6 スラリー 7 シリカ砂 8 凸部 12 バインダー層 13 スタッコ層 P 隙間 Q 微小隙間 R 接触部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリカ製のルツボ本体の外底部に、シリ
    カ粒子の焼成体からなる台座が一体に設けられ、該台座
    の外底面が平坦に形成されていることを特徴とする結晶
    シリコン製造用ルツボ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のルツボを具備すること
    を特徴とする結晶シリコン製造装置。
  3. 【請求項3】 結晶シリコン製造用ルツボの製造方法に
    おいて、 平坦な内側底面を有する容器内にシリカ製のルツボ本体
    を配置するとともに、該容器内にシリカ粒子を混合して
    なるスラリーを注入し、前記ルツボ本体に該スラリーを
    付着した後焼成して、平坦な外底面を有する台座をルツ
    ボ本体に一体に形成することを特徴とする結晶シリコン
    製造用ルツボの製造方法。
JP11164428A 1999-06-10 1999-06-10 結晶シリコン製造用ルツボ及びその製造方法 Withdrawn JP2000351688A (ja)

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