JP2001206798A - シリコンリボン製造装置 - Google Patents
シリコンリボン製造装置Info
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 凝固時の急冷を避け、制御された厚さを持
ち、且つ一方の面はシリコン融液から直接成長するシリ
コンリボンの製造装置を提供することにある。 【解決手段】 シリコン融液に回転冷却体を接触させ
て、前記シリコン融液から凝固成長させ、シリコンリボ
ンを製造するシリコンリボン製造装置において、前記回
転冷却体は、その表面に凹凸形状を有してなることを特
徴とする
ち、且つ一方の面はシリコン融液から直接成長するシリ
コンリボンの製造装置を提供することにある。 【解決手段】 シリコン融液に回転冷却体を接触させ
て、前記シリコン融液から凝固成長させ、シリコンリボ
ンを製造するシリコンリボン製造装置において、前記回
転冷却体は、その表面に凹凸形状を有してなることを特
徴とする
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として太陽電池
等に用いることができるシリコンリボンの製造装置及び
その製造方法に関する。
等に用いることができるシリコンリボンの製造装置及び
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン融液を回転冷却体を用いて晶出
または多結晶化させる方法としては、例えば、特公平７
−５３５６９号公報、ケイ素の精製方法（出願人：昭和
アルミニウム株式会社）や特開昭６１−２７５１１９号
公報、シリコンリボンの製造方法（出願人：川崎製鉄株
式会社）などがある。
または多結晶化させる方法としては、例えば、特公平７
−５３５６９号公報、ケイ素の精製方法（出願人：昭和
アルミニウム株式会社）や特開昭６１−２７５１１９号
公報、シリコンリボンの製造方法（出願人：川崎製鉄株
式会社）などがある。
【０００３】特公平７−５３５６９号公報は、ケイ素の
精製方法に関するものであるが、図６に示されるよう
に、粗製珪素中に不活性ガス雰囲気下に中空回転冷却体
を浸漬し、この冷却体の外周面に珪素を晶出させること
により、純度９９．９％以上の高純度珪素を得ることを
目的にしている。
精製方法に関するものであるが、図６に示されるよう
に、粗製珪素中に不活性ガス雰囲気下に中空回転冷却体
を浸漬し、この冷却体の外周面に珪素を晶出させること
により、純度９９．９％以上の高純度珪素を得ることを
目的にしている。
【０００４】特公平７−５３５６９号公報の構成は次の
通りである。予めるつぼ６２内に、粗製珪素例えば、鉄
０．５０％、アルミニウム０．４５％を含有する粗製珪
素を入れておき、不活性ガス供給管６３から、溶解炉６
１内に不活性ガス例えば、アルゴンガスを供給し、溶解
炉６１内をアルゴンガス雰囲気とする。次いで、まずヒ
ータ６４により粗製珪素を溶解して溶融珪素Ｌとし、こ
れを約１５００℃に加熱保持しておく。次いで、冷却流
体供給管６５を通して内部に冷却流体を供給しながら、
回転冷却体６６を回転例えば、回転数４００ｒｐｍで回
転させる。この操作を１０分間程度行った後、冷却体６
６の回転を停止させる。冷却体６６の外周面に珪素塊Ｓ
が晶出する。
通りである。予めるつぼ６２内に、粗製珪素例えば、鉄
０．５０％、アルミニウム０．４５％を含有する粗製珪
素を入れておき、不活性ガス供給管６３から、溶解炉６
１内に不活性ガス例えば、アルゴンガスを供給し、溶解
炉６１内をアルゴンガス雰囲気とする。次いで、まずヒ
ータ６４により粗製珪素を溶解して溶融珪素Ｌとし、こ
れを約１５００℃に加熱保持しておく。次いで、冷却流
体供給管６５を通して内部に冷却流体を供給しながら、
回転冷却体６６を回転例えば、回転数４００ｒｐｍで回
転させる。この操作を１０分間程度行った後、冷却体６
６の回転を停止させる。冷却体６６の外周面に珪素塊Ｓ
が晶出する。
【０００５】次に、特開昭６１−２７５１１９号公報
は、円筒状の回転冷却の円筒面の一部を溶融シリコン中
に浸漬し、該回転冷却体を回転させながら円筒面に生成
するシリコン凝固殻を引き出すことによるシリコンリボ
ンの製造方法に関するものである。
は、円筒状の回転冷却の円筒面の一部を溶融シリコン中
に浸漬し、該回転冷却体を回転させながら円筒面に生成
するシリコン凝固殻を引き出すことによるシリコンリボ
ンの製造方法に関するものである。
【０００６】図５は従来例の回転冷却体５０の構造説明
図である。回転冷却体５０の構造は、熱伝導性のよい銅
などの板で円筒ドラム５１を構成し、その内部に水冷あ
るいは空冷等の冷却機構を設ける。この内部水冷金属体
（円筒ドラム）５１の外側を耐火物５２で覆う。外部耐
火物５２には窒化珪素セラミックスを用い、円筒部の厚
みを３ｍｍとした。この外部耐火物５２の円筒部を冷却
するため銅製の内部水冷金属体５１を内蔵した。そし
て、内部水冷金属体５１による外部耐火物側面５３の冷
却を防止するため５ｍｍの隙間５４を設けた。なお、回
転冷却体の円筒部の長さを８ｃｍ、直径を１０ｃｍとし
た。この回転冷却体の円筒部表面から２．５ｃｍの位置
までを溶融シリコンに浸漬し、回転させながらシリコン
リボンを製造する実験を行っている。５５は水冷パイプ
であり、５６はその保持部である。
図である。回転冷却体５０の構造は、熱伝導性のよい銅
などの板で円筒ドラム５１を構成し、その内部に水冷あ
るいは空冷等の冷却機構を設ける。この内部水冷金属体
（円筒ドラム）５１の外側を耐火物５２で覆う。外部耐
火物５２には窒化珪素セラミックスを用い、円筒部の厚
みを３ｍｍとした。この外部耐火物５２の円筒部を冷却
するため銅製の内部水冷金属体５１を内蔵した。そし
て、内部水冷金属体５１による外部耐火物側面５３の冷
却を防止するため５ｍｍの隙間５４を設けた。なお、回
転冷却体の円筒部の長さを８ｃｍ、直径を１０ｃｍとし
た。この回転冷却体の円筒部表面から２．５ｃｍの位置
までを溶融シリコンに浸漬し、回転させながらシリコン
リボンを製造する実験を行っている。５５は水冷パイプ
であり、５６はその保持部である。
【０００７】回転冷却体に用いる耐火物５２としては、
高温高強度材料として使用される窒化珪素や炭化珪素、
窒化硼素などのセラミックスが適している。特に窒化珪
素セラミックスが耐熱耐火物として最も適している。ま
た、窒化硼素または窒化硼素を含有するセラミックス
は、生成するシリコン中に硼素が微量含有されるとＰ型
太陽電池として有利となる利点がある。
高温高強度材料として使用される窒化珪素や炭化珪素、
窒化硼素などのセラミックスが適している。特に窒化珪
素セラミックスが耐熱耐火物として最も適している。ま
た、窒化硼素または窒化硼素を含有するセラミックス
は、生成するシリコン中に硼素が微量含有されるとＰ型
太陽電池として有利となる利点がある。
【０００８】図４はこの回転冷却体５１を用いた従来例
のシリコンリボンの製造装置である。同図において、５
７はシリコン融液であり、５８は成長したシリコンリボ
ンである。この従来例では、シリコンリボンの引き上げ
速度は１０〜５０ｃｍ／ｍｉｎ、シリコン融液の過熱度
は５℃〜２５℃（シリコン融点より５℃〜２５℃高い状
態）、回転冷却体の冷却は冷却水を用いており、製造し
たシリコンリボンの結晶粒径は１００μｍ以上あった。
そして、溶融シリコン過熱度をシリコンリボン引き上げ
速度によって決まる臨界値（Ｃ曲線）より高い値にする
ことにより、シリコンリボンの割れの発生を防止してい
る。
のシリコンリボンの製造装置である。同図において、５
７はシリコン融液であり、５８は成長したシリコンリボ
ンである。この従来例では、シリコンリボンの引き上げ
速度は１０〜５０ｃｍ／ｍｉｎ、シリコン融液の過熱度
は５℃〜２５℃（シリコン融点より５℃〜２５℃高い状
態）、回転冷却体の冷却は冷却水を用いており、製造し
たシリコンリボンの結晶粒径は１００μｍ以上あった。
そして、溶融シリコン過熱度をシリコンリボン引き上げ
速度によって決まる臨界値（Ｃ曲線）より高い値にする
ことにより、シリコンリボンの割れの発生を防止してい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図４に示される従来例
では、シリコンリボンの引き出し面は、回転冷却体５１
の上面に位置している。言い換えれば、シリコン融液を
回転冷却体の上に載せて冷却し、シリコンリボンを得る
方法である。
では、シリコンリボンの引き出し面は、回転冷却体５１
の上面に位置している。言い換えれば、シリコン融液を
回転冷却体の上に載せて冷却し、シリコンリボンを得る
方法である。
【００１０】しかしながら、この方法では、制御された
厚さを持つシリコンリボンを形成することができなかっ
た。
厚さを持つシリコンリボンを形成することができなかっ
た。
【００１１】そこで本発明の目的は、凝固時の急冷を避
け、制御された厚さを持ち、且つ一方の面はシリコン融
液から直接成長するシリコンリボンの製造装置を提供す
ることにある。
け、制御された厚さを持ち、且つ一方の面はシリコン融
液から直接成長するシリコンリボンの製造装置を提供す
ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によるシリコンリ
ボン製造装置は、シリコン融液に回転冷却体を接触させ
て、前記シリコン融液から凝固成長させ、シリコンリボ
ンを製造するシリコンリボン製造装置において、前記回
転冷却体が、その表面に凹凸形状を有してなることによ
って、上記の目的を達成する。
ボン製造装置は、シリコン融液に回転冷却体を接触させ
て、前記シリコン融液から凝固成長させ、シリコンリボ
ンを製造するシリコンリボン製造装置において、前記回
転冷却体が、その表面に凹凸形状を有してなることによ
って、上記の目的を達成する。
【００１３】本発明によるシリコンリボン製造装置は、
シリコン融液に回転冷却体を接触させて、前記シリコン
融液から凝固成長させ、シリコンリボンを製造するシリ
コンリボン製造装置において、前記回転冷却体が、その
表面に溝形状を有してなることによって、上記の目的を
達成する。
シリコン融液に回転冷却体を接触させて、前記シリコン
融液から凝固成長させ、シリコンリボンを製造するシリ
コンリボン製造装置において、前記回転冷却体が、その
表面に溝形状を有してなることによって、上記の目的を
達成する。
【００１４】本発明によるシリコンリボン製造装置は、
凹部の形状が、Ｕ字型又はＶ字型であることによって、
上記の目的を達成する。
凹部の形状が、Ｕ字型又はＶ字型であることによって、
上記の目的を達成する。
【００１５】本発明によるシリコンリボン製造装置は、
前記凹部の形状の深さが０．０７ｍｍ程度であることに
よって、上記の目的を達成する。
前記凹部の形状の深さが０．０７ｍｍ程度であることに
よって、上記の目的を達成する。
【００１６】本発明によるシリコンリボン製造装置は、
前記凹部の形状のピッチが０．０７ｍｍ程度であること
によって、上記の目的を達成する。
前記凹部の形状のピッチが０．０７ｍｍ程度であること
によって、上記の目的を達成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１乃至図３は本発明の一実施の
形態に関する図である。
形態に関する図である。
【００１８】本発明の一実施の形態よりなるシリコンリ
ボンの製造装置の略断面図を図１に示す。図１を説明す
ると、高密度グラファイト（例えば、東洋炭素１Ｇ−１
１など）製の坩堝１、撹拌プロペラ装置２、回転冷却体
３、シリコン融液に浸漬した囲い壁４及びセラミックス
製の楔５、ガイドローラー６により構成される。７はシ
リコン融液であり、８は引き出されたシリコンリボンで
ある。撹拌プロペラ装置２の先端に取り付けられたプロ
ペラ９及び回転冷却体３の表面層１０は窒化ケイ素膜で
コーティングされており、シリコン融液に対する濡れ性
を悪くする処理を施してある。そして、このシリコンリ
ボンの製造装置はＡｒガス雰囲気にシールされたチャン
バー内に設置されている。シリコンの加熱融解部は上記
坩堝１及び坩堝１の側壁及び裏面に設けた高周波加熱コ
イルより構成されている。また、撹拌プロペラ装置２
は、シリコン融液を噴流の圧力によって回転冷却体の外
周面に加圧供給する機構を構成する一例である。
ボンの製造装置の略断面図を図１に示す。図１を説明す
ると、高密度グラファイト（例えば、東洋炭素１Ｇ−１
１など）製の坩堝１、撹拌プロペラ装置２、回転冷却体
３、シリコン融液に浸漬した囲い壁４及びセラミックス
製の楔５、ガイドローラー６により構成される。７はシ
リコン融液であり、８は引き出されたシリコンリボンで
ある。撹拌プロペラ装置２の先端に取り付けられたプロ
ペラ９及び回転冷却体３の表面層１０は窒化ケイ素膜で
コーティングされており、シリコン融液に対する濡れ性
を悪くする処理を施してある。そして、このシリコンリ
ボンの製造装置はＡｒガス雰囲気にシールされたチャン
バー内に設置されている。シリコンの加熱融解部は上記
坩堝１及び坩堝１の側壁及び裏面に設けた高周波加熱コ
イルより構成されている。また、撹拌プロペラ装置２
は、シリコン融液を噴流の圧力によって回転冷却体の外
周面に加圧供給する機構を構成する一例である。
【００１９】次に回転冷却体３について説明する。図２
は回転冷却体３の略断面図である。回転冷却体３は、熱
伝導の良い高密度グラファイト（東洋炭素１Ｇ−１１）
製のドラム１１の上に、シリコン融液に対する濡れ性の
悪い処理を施した表面層１０、を設け、両端にフランジ
（ステンレス製）１３がある。中心には冷却ノズル１４
及び１５があり、窒素などの冷却ガスが流される。表面
層１０はシリコン融液に対する濡れ性の悪い材料で処理
されている。例えば、ＰＶＡ（ポリビニールアルコー
ル）に微粉末の窒化珪素を溶かし、ボールミルにより、
スラリー状とする。これをドラム１１の上に塗布し、９
００℃、２時間程度焼成して、表面層１０を形成する。
この厚さは数十μｍ程度であり、基体の高密度グラファ
イト表面にこの窒化珪素膜は強固に付着している。塗布
し、焼成する１回の窒化珪素膜の形成により、１回のシ
リコンリボンの製造の使用に耐えるものである。
は回転冷却体３の略断面図である。回転冷却体３は、熱
伝導の良い高密度グラファイト（東洋炭素１Ｇ−１１）
製のドラム１１の上に、シリコン融液に対する濡れ性の
悪い処理を施した表面層１０、を設け、両端にフランジ
（ステンレス製）１３がある。中心には冷却ノズル１４
及び１５があり、窒素などの冷却ガスが流される。表面
層１０はシリコン融液に対する濡れ性の悪い材料で処理
されている。例えば、ＰＶＡ（ポリビニールアルコー
ル）に微粉末の窒化珪素を溶かし、ボールミルにより、
スラリー状とする。これをドラム１１の上に塗布し、９
００℃、２時間程度焼成して、表面層１０を形成する。
この厚さは数十μｍ程度であり、基体の高密度グラファ
イト表面にこの窒化珪素膜は強固に付着している。塗布
し、焼成する１回の窒化珪素膜の形成により、１回のシ
リコンリボンの製造の使用に耐えるものである。
【００２０】次に、シリコンリボンの製造装置（図１）
によるシリコンリボンの製造方法について説明する。容
積約２５リットルの坩堝１に、高純度多結晶シリコン原
料（純度イレブンナイン９９．９９９９９９９９９％）
を約４０ｋｇを入れ、坩堝１の側壁及び裏面に設けた高
周波加熱コイルの出力によりシリコン多結晶を融解す
る。パイロメータ又は熱電対により、相対温度を検出し
て、シリコン融液の温度を融点（約１４２０℃）よりも
１００℃程度高く保つ。この状態で撹拌プロペラ装置２
のプロペラ９を回転数１００ｒｐｍ程度で回転させ、シ
リコン融液７を回転冷却体３の下部に設けた囲い壁４内
に送り込む。シリコン融液は回転冷却体３の濡れ性の悪
い表面層１０に加圧供給され、囲い壁４の上部をオーバ
ーフローして坩堝１に戻り、循環供給される。この時の
回転冷却体３のシリコン融液への浸漬の深さはおよそ２
０ｍ程度と推定される。また、１回のシリコン多結晶の
充填により得られるシリコンリボンの長さは、４０〜８
０ｍ程度である。
によるシリコンリボンの製造方法について説明する。容
積約２５リットルの坩堝１に、高純度多結晶シリコン原
料（純度イレブンナイン９９．９９９９９９９９９％）
を約４０ｋｇを入れ、坩堝１の側壁及び裏面に設けた高
周波加熱コイルの出力によりシリコン多結晶を融解す
る。パイロメータ又は熱電対により、相対温度を検出し
て、シリコン融液の温度を融点（約１４２０℃）よりも
１００℃程度高く保つ。この状態で撹拌プロペラ装置２
のプロペラ９を回転数１００ｒｐｍ程度で回転させ、シ
リコン融液７を回転冷却体３の下部に設けた囲い壁４内
に送り込む。シリコン融液は回転冷却体３の濡れ性の悪
い表面層１０に加圧供給され、囲い壁４の上部をオーバ
ーフローして坩堝１に戻り、循環供給される。この時の
回転冷却体３のシリコン融液への浸漬の深さはおよそ２
０ｍ程度と推定される。また、１回のシリコン多結晶の
充填により得られるシリコンリボンの長さは、４０〜８
０ｍ程度である。
【００２１】シリコン融液の回転冷却体３の表面層１０
への加圧供給の方法としては、この他にピストンによる
加圧もしくは囲い壁４と坩堝１の高低差を利用すること
もできる。
への加圧供給の方法としては、この他にピストンによる
加圧もしくは囲い壁４と坩堝１の高低差を利用すること
もできる。
【００２２】シリコン融液の回転冷却体３の表面層１０
に当たる圧力としては１０ｇｆ／ｃｍ2の大きさである
が、基板の成長面（１０×１０ｃｍ）全体に対しては、
ほぼｌｋｇの大きさになることで、引き出し中のシリコ
ンリボン８の回転冷却体３への保持強度としては十分な
応力である。この装置の回転冷却体３の大きさは、直径
２０ｃｍ、長さ１２ｃｍの円筒状を用い、囲い壁４でシ
リコン融液７が当たる部分が上記の回転冷却体３の表面
層１０に限定されるようにした。この回転冷却体３の冷
却方法としては、図２に示されるように、工業用高純度
窒素ガスを流量１７０リットル／分程度流すことによ
り、表面層１０が連続成長状態で、約１３００℃程度の
表面温度となるように制御した。
に当たる圧力としては１０ｇｆ／ｃｍ2の大きさである
が、基板の成長面（１０×１０ｃｍ）全体に対しては、
ほぼｌｋｇの大きさになることで、引き出し中のシリコ
ンリボン８の回転冷却体３への保持強度としては十分な
応力である。この装置の回転冷却体３の大きさは、直径
２０ｃｍ、長さ１２ｃｍの円筒状を用い、囲い壁４でシ
リコン融液７が当たる部分が上記の回転冷却体３の表面
層１０に限定されるようにした。この回転冷却体３の冷
却方法としては、図２に示されるように、工業用高純度
窒素ガスを流量１７０リットル／分程度流すことによ
り、表面層１０が連続成長状態で、約１３００℃程度の
表面温度となるように制御した。
【００２３】また、シリコンリボンの最初の引き出しは
次のようにして行われる。冷却体３の表面層１０に予め
カーボンネットを巻き付けておき、装置外部までネット
を引き出しておく。冷却を開始し、カーボンネット上に
固体シリコンの付着が始まった時点で、回転冷却体を回
転しはじめ、この回転に同期して、カーボンネットを外
へ引き出す。カーボンネット上に成長した固体シリコン
を種として、シリコンリボンが連続的に引き出される。
次のようにして行われる。冷却体３の表面層１０に予め
カーボンネットを巻き付けておき、装置外部までネット
を引き出しておく。冷却を開始し、カーボンネット上に
固体シリコンの付着が始まった時点で、回転冷却体を回
転しはじめ、この回転に同期して、カーボンネットを外
へ引き出す。カーボンネット上に成長した固体シリコン
を種として、シリコンリボンが連続的に引き出される。
【００２４】この円筒状の回転冷却体３（直径２０ｃ
ｍ）を２５ｒｐｍ程度で回転させ、連続的に幅１０ｃｍ
程度、厚さ０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のシリコンリボ
ン８を連続成長させることができた。シリコンリボンの
引き出し速度は３〜ｌ５ｍ／分、回転冷却体３の回転速
度は８〜２５ｒｐｍ程度である。そして、シリコンリボ
ンの製造装置が不活性なＡｒガス雰囲気下にあるため、
引き出されたシリコンリボンの表面は金属光沢をしてい
る。
ｍ）を２５ｒｐｍ程度で回転させ、連続的に幅１０ｃｍ
程度、厚さ０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のシリコンリボ
ン８を連続成長させることができた。シリコンリボンの
引き出し速度は３〜ｌ５ｍ／分、回転冷却体３の回転速
度は８〜２５ｒｐｍ程度である。そして、シリコンリボ
ンの製造装置が不活性なＡｒガス雰囲気下にあるため、
引き出されたシリコンリボンの表面は金属光沢をしてい
る。
【００２５】回転冷却体３の表面層１０に接しないシリ
コンリボンの表面は、金属光沢のあるほぼ平坦な面が得
られるので、そのままの表面の表面状態を用いて拡散法
は勿論のこと、エピタキシャル法、ショットキー法など
の接合形成や所望の製膜形成が可能である。
コンリボンの表面は、金属光沢のあるほぼ平坦な面が得
られるので、そのままの表面の表面状態を用いて拡散法
は勿論のこと、エピタキシャル法、ショットキー法など
の接合形成や所望の製膜形成が可能である。
【００２６】また、この回転冷却体３の表面層１０の表
面が平坦の場合、表面の粗さ（凹凸度）はグラファイト
面と同じほぼ平滑な面が得られ、後に述べる太陽電池セ
ルのプロセスに必要な真空チャッキングが可能となり、
太陽電池の高効率化のための裏面ＢＳＦ形成用アルミニ
ウム電極ペースト材料の印刷・合金化などの工程も可能
である。
面が平坦の場合、表面の粗さ（凹凸度）はグラファイト
面と同じほぼ平滑な面が得られ、後に述べる太陽電池セ
ルのプロセスに必要な真空チャッキングが可能となり、
太陽電池の高効率化のための裏面ＢＳＦ形成用アルミニ
ウム電極ペースト材料の印刷・合金化などの工程も可能
である。
【００２７】引き出されたシリコンリボンは、回転冷却
体３の表面層１０とは化学反応がなく、表面層１０には
全く固着しないか、若干のシリコン細片が残ることか
ら、セラミックス製の楔５を取り付けることにより、シ
リコンリボンの小片を完全に除去できる。引き出された
シリコンリボンの取り出しはガイドローラ６を介して、
装置壁のガスシールされたスリット部分から取り出すこ
とができる。また、シリコンリボンの厚さは、回転冷却
体３に流す冷却ガスの流量、及び回転冷却体の回転数に
より制御される。
体３の表面層１０とは化学反応がなく、表面層１０には
全く固着しないか、若干のシリコン細片が残ることか
ら、セラミックス製の楔５を取り付けることにより、シ
リコンリボンの小片を完全に除去できる。引き出された
シリコンリボンの取り出しはガイドローラ６を介して、
装置壁のガスシールされたスリット部分から取り出すこ
とができる。また、シリコンリボンの厚さは、回転冷却
体３に流す冷却ガスの流量、及び回転冷却体の回転数に
より制御される。
【００２８】成長したシリコンリボンの結晶方位は、回
転数が約５ｒｐｍと遅い（約３ｍ／分程度）場合、双晶
を媒体とする結晶成長が主体となり、シリコンリボンの
結晶方位は＜１１２＞方向が優勢となるが、更に引き出
し速度を早くするとランダム方位となる。
転数が約５ｒｐｍと遅い（約３ｍ／分程度）場合、双晶
を媒体とする結晶成長が主体となり、シリコンリボンの
結晶方位は＜１１２＞方向が優勢となるが、更に引き出
し速度を早くするとランダム方位となる。
【００２９】このように、引き出し速度が１５ｍ／分程
度（２５ｒｐｍ程度）で作成したシリコンリボンの結晶
粒径は０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ程度とかなり大きく、太
陽電池用の半導体基板として十分な品質を有している。
度（２５ｒｐｍ程度）で作成したシリコンリボンの結晶
粒径は０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ程度とかなり大きく、太
陽電池用の半導体基板として十分な品質を有している。
【００３０】また、この装置では、冷却体３の直径が２
０ｃｍと小さいため、引き出し直後のシリコンリボンは
回転冷却体に近い曲率でカールする。しかし、回転冷却
体の直径を５０ｃｍ以上と大きく取ることにより、この
カール現象は緩和される。
０ｃｍと小さいため、引き出し直後のシリコンリボンは
回転冷却体に近い曲率でカールする。しかし、回転冷却
体の直径を５０ｃｍ以上と大きく取ることにより、この
カール現象は緩和される。
【００３１】上記の図２の説明において、回転冷却体３
の表面層１０の表面形状は平坦なものであったが、深さ
０．０７ｍｍ、ピッチ０．０７ｍｍ程度のＵ字型または
Ｖ字型の加工を施すことができる。冷却体３の表面形状
としては、太陽電池となった時の受光面側の反射低減の
ため、あらかじめ冷却体３表面に微細な凹凸形状、構形
状などの加工を行うことにより、片面が逆凹凸形状表
面、逆溝形状表面を有するシリコン基板の作製が可能に
なり、太陽電池など光を基板内部により多く取り込む必
要のあるデバイスにおいては特に有効になる。この表面
層の凹凸化処理によるシリコンリボンの特有の効果は、
表面層の凹凸化処理により、入射光の閉じ込め効果が大
きくなり、多くの入射光を基板内部に取り込むこと結
果、光変換効率を高めることができることである。
の表面層１０の表面形状は平坦なものであったが、深さ
０．０７ｍｍ、ピッチ０．０７ｍｍ程度のＵ字型または
Ｖ字型の加工を施すことができる。冷却体３の表面形状
としては、太陽電池となった時の受光面側の反射低減の
ため、あらかじめ冷却体３表面に微細な凹凸形状、構形
状などの加工を行うことにより、片面が逆凹凸形状表
面、逆溝形状表面を有するシリコン基板の作製が可能に
なり、太陽電池など光を基板内部により多く取り込む必
要のあるデバイスにおいては特に有効になる。この表面
層の凹凸化処理によるシリコンリボンの特有の効果は、
表面層の凹凸化処理により、入射光の閉じ込め効果が大
きくなり、多くの入射光を基板内部に取り込むこと結
果、光変換効率を高めることができることである。
【００３２】次に、得られたシリコンリボン（回転冷却
体の表面温度が約１３００℃付近で成長したもの）の電
気的特性を表１に示す。本発明の一実施の形態よりなる
例（下段）では、シリコンリボンの寸法が１００ｍｍ×
１００ｍｍ×０．２５ｍｍ、成長速度が１５，０００ｃ
ｍ2／ｍｉｎ、基板のタイプはＰ型、比抵抗０．８Ω・
ｃｍ、ライフタイムが１０μｓｅｃである。一方キャス
ト法（シリコン融液を徐冷により、そのまま多結晶化し
たもの）の場合は、切り出したウェハの寸法が１００ｍ
ｍ×１００ｍｍ×０．３ｍｍ、成長速度が３５０ｃｍ2
／ｍｉｎ、基板のタイプはＰ型、比抵抗１Ω・ｃｍ、ラ
イフタイムが２５μｓｅｃである。本発明のシリコンリ
ボンは、従来のキャスト基板の特性に極めて近い優れた
電気的特性を持つことを示している。シリコンリボンの
Ｐ型へのドーピング方法は、Ｂ（ボロン）を含む高濃度
Ｓｉペレットの添加によって行う。
体の表面温度が約１３００℃付近で成長したもの）の電
気的特性を表１に示す。本発明の一実施の形態よりなる
例（下段）では、シリコンリボンの寸法が１００ｍｍ×
１００ｍｍ×０．２５ｍｍ、成長速度が１５，０００ｃ
ｍ2／ｍｉｎ、基板のタイプはＰ型、比抵抗０．８Ω・
ｃｍ、ライフタイムが１０μｓｅｃである。一方キャス
ト法（シリコン融液を徐冷により、そのまま多結晶化し
たもの）の場合は、切り出したウェハの寸法が１００ｍ
ｍ×１００ｍｍ×０．３ｍｍ、成長速度が３５０ｃｍ2
／ｍｉｎ、基板のタイプはＰ型、比抵抗１Ω・ｃｍ、ラ
イフタイムが２５μｓｅｃである。本発明のシリコンリ
ボンは、従来のキャスト基板の特性に極めて近い優れた
電気的特性を持つことを示している。シリコンリボンの
Ｐ型へのドーピング方法は、Ｂ（ボロン）を含む高濃度
Ｓｉペレットの添加によって行う。
【００３３】
【表１】
【００３４】さらに、本発明によるシリコン融液の精製
効果についての結果を表２に示す。図１に示した本発明
によるシリコンリボンの製造装置を用い、原料として金
属級シリコンを用いた場合の不純物元素の分析をＩＣＰ
発光法により行ったところ、原料の不純物（単位：ｐｐ
ｍ）、Ｃａが４００、Ｂが２１、Ｐが６４、Ｆｅが２３
０、Ａｌが４５０、Ｍｎが１４６、Ｍｇが１８、であっ
たものが、精製効果（偏析現象）により、本発明では、
Ｃａが２４、Ｂが１６、Ｐが３１、Ｆｅが７０、Ａｌが
２２０、Ｍｎが３、Ｍｇが＜１、と高純度化することが
できた。
効果についての結果を表２に示す。図１に示した本発明
によるシリコンリボンの製造装置を用い、原料として金
属級シリコンを用いた場合の不純物元素の分析をＩＣＰ
発光法により行ったところ、原料の不純物（単位：ｐｐ
ｍ）、Ｃａが４００、Ｂが２１、Ｐが６４、Ｆｅが２３
０、Ａｌが４５０、Ｍｎが１４６、Ｍｇが１８、であっ
たものが、精製効果（偏析現象）により、本発明では、
Ｃａが２４、Ｂが１６、Ｐが３１、Ｆｅが７０、Ａｌが
２２０、Ｍｎが３、Ｍｇが＜１、と高純度化することが
できた。
【００３５】
【表２】
【００３６】次に、通常の方法により、太陽電池セルを
作成した。シリコンリボンをＹＡＧレーザ装置を用いて
１０ｃｍ角に切断した。工程手順の一例は、基板のエッ
チング→テクスチャエッチ→Ｐ拡散→酸化膜除去→反射
防止膜の形成→バックエッチ→裏面電極の形成→焼成→
表面電極印刷→焼成→などの一般的に手法である。
作成した。シリコンリボンをＹＡＧレーザ装置を用いて
１０ｃｍ角に切断した。工程手順の一例は、基板のエッ
チング→テクスチャエッチ→Ｐ拡散→酸化膜除去→反射
防止膜の形成→バックエッチ→裏面電極の形成→焼成→
表面電極印刷→焼成→などの一般的に手法である。
【００３７】このようにして得られた太陽電池セル（面
積約１００ｃｍ2程度で割れの生じる条件のシリコンリ
ボンでは数ｃｍ2程度である）の特性はＡＭ１におい
て、表３に示すように、開放電圧Ｖｏｃ＝５９０ｍＶ、
短絡電流Ｊｓｃ＝２９ｍＡ／ｃｍ2、Ｆ．Ｆ＝０．７
２、変換効率η＝１２．３％、と優れた特性を示し、従
来のＣＺ法基板、同キャスト基板に準ずる特性であるこ
とを示している。
積約１００ｃｍ2程度で割れの生じる条件のシリコンリ
ボンでは数ｃｍ2程度である）の特性はＡＭ１におい
て、表３に示すように、開放電圧Ｖｏｃ＝５９０ｍＶ、
短絡電流Ｊｓｃ＝２９ｍＡ／ｃｍ2、Ｆ．Ｆ＝０．７
２、変換効率η＝１２．３％、と優れた特性を示し、従
来のＣＺ法基板、同キャスト基板に準ずる特性であるこ
とを示している。
【００３８】
【表３】
【００３９】冷却体３の表面温度と、成長したシリコン
リボンで作製した太陽電池の光電変換効率の関連性につ
いて行った実験結果を図３に示す。この図は、横軸に冷
却体３の表面温度を、縦軸に太陽電池の変換効率を取っ
たものであり、図中、○印はシリコンリボンの割れの発
生しなかった条件を示し、▲印はシリコンリボンの割れ
の発生した条件を示す。▲印の試料では、セル作製時に
基板に割れがあり、小面積での特性を示したが、特性の
評価には影響がない。そして、シリコン融液が急冷され
る状態での結晶成長ほど、基板の内部応力が高くなり、
その基板の半導体特性も同時に低くなった。この図３の
結果から、回転冷却体３の表面層１０の温度が、９００
℃以上の範囲において、良好なシリコンリボンの太陽電
池が得られることが分かる。（尚、この時のシリコンリ
ボンの引き出し速度は、１５ｍ／分程度、回転数２５ｒ
ｐｍ程度である。）
リボンで作製した太陽電池の光電変換効率の関連性につ
いて行った実験結果を図３に示す。この図は、横軸に冷
却体３の表面温度を、縦軸に太陽電池の変換効率を取っ
たものであり、図中、○印はシリコンリボンの割れの発
生しなかった条件を示し、▲印はシリコンリボンの割れ
の発生した条件を示す。▲印の試料では、セル作製時に
基板に割れがあり、小面積での特性を示したが、特性の
評価には影響がない。そして、シリコン融液が急冷され
る状態での結晶成長ほど、基板の内部応力が高くなり、
その基板の半導体特性も同時に低くなった。この図３の
結果から、回転冷却体３の表面層１０の温度が、９００
℃以上の範囲において、良好なシリコンリボンの太陽電
池が得られることが分かる。（尚、この時のシリコンリ
ボンの引き出し速度は、１５ｍ／分程度、回転数２５ｒ
ｐｍ程度である。）
【００４０】
【発明の効果】本発明によって、凹凸形状又は溝形状と
いった、制御された厚さを持つシリコンリボンを製造す
ることが可能となるため、このシリコンリボンを用い
て、太陽電池など光を多く取り込む必要があるデバイス
を製造することにより、光変換効率の高いデバイスを作
成することが可能となる。
いった、制御された厚さを持つシリコンリボンを製造す
ることが可能となるため、このシリコンリボンを用い
て、太陽電池など光を多く取り込む必要があるデバイス
を製造することにより、光変換効率の高いデバイスを作
成することが可能となる。
【図１】本発明の一実施の形態よりなるシリコンリボン
の製造装置の略断面図である。
の製造装置の略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態よりなるシリコンリボン
の製造装置における回転冷却体３の略断面図である。
の製造装置における回転冷却体３の略断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態よりなるシリコンリボン
を用いて作成した太陽電池の光電変換効と冷却体３の表
面温度との関係を示す図であり、図中、○印はシリコン
リボンの割れの発生しなかった条件を示し、▲印はシリ
コンリボンの割れの発生した条件を示す図である。。
を用いて作成した太陽電池の光電変換効と冷却体３の表
面温度との関係を示す図であり、図中、○印はシリコン
リボンの割れの発生しなかった条件を示し、▲印はシリ
コンリボンの割れの発生した条件を示す図である。。
【図４】従来例の回転冷却体を用いたシリコンリボンの
製造装置の略断面図である。
製造装置の略断面図である。
【図５】従来例の回転冷却体の構造説明図である。
【図６】従来例の回転冷却体による粗製珪素ケイ素の精
製方法に用いられた装置の略断面図である。
製方法に用いられた装置の略断面図である。
１ 高密度グラファイト製の坩堝 ２ 撹拌プロペラ装置 ３ 回転冷却体 ４ シリコン融液に浸漬した囲い壁 ５ 及びセラミックス製の楔 ６ シリコンリボンの取り出用ガイドローラ ７ シリコン融液 ８ シリコンリボン ９ プロペラ １０ 回転冷却体３のシリコン融液に対する濡れ性の悪
い表面層 １１ 転冷却体３の中の熱伝導の良い高密度グラファイ
ト製のドラム １３ 両端のフランジ １４ 冷却ノズル １５ 冷却ノズル
い表面層 １１ 転冷却体３の中の熱伝導の良い高密度グラファイ
ト製のドラム １３ 両端のフランジ １４ 冷却ノズル １５ 冷却ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 布居 徹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 富田 孝司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 シリコン融液に回転冷却体を接触させ
て、前記シリコン融液から凝固成長させ、シリコンリボ
ンを製造するシリコンリボン製造装置において、 前記回転冷却体は、その表面に凹凸形状を有してなるこ
とを特徴とするシリコンリボン製造装置。 - 【請求項２】 シリコン融液に回転冷却体を接触させ
て、前記シリコン融液から凝固成長させ、シリコンリボ
ンを製造するシリコンリボン製造装置において、 前記回転冷却体は、その表面に溝形状を有してなること
を特徴とするシリコンリボン製造装置。 - 【請求項３】 凹部の形状は、Ｕ字型又はＶ字型である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンリボ
ン製造装置。 - 【請求項４】 前記凹部の形状は、その深さが０．０７
ｍｍ程度であることを特徴とする請求項３に記載のシリ
コンリボン製造装置。 - 【請求項５】 前記凹部の形状は、そのピッチが０．０
７ｍｍ程度であることを特徴とする請求項３、又は４に
記載のシリコンリボン製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000346283A JP3553487B2 (ja) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | シリコンリボン製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000346283A JP3553487B2 (ja) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | シリコンリボン製造装置 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18706896A Division JP3437034B2 (ja) | 1996-07-17 | 1996-07-17 | シリコンリボンの製造装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001206798A true JP2001206798A (ja) | 2001-07-31 |
| JP3553487B2 JP3553487B2 (ja) | 2004-08-11 |
Family
ID=18820184
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000346283A Expired - Fee Related JP3553487B2 (ja) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | シリコンリボン製造装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3553487B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1030285C2 (nl) * | 2005-10-27 | 2007-05-01 | Rgs Dev B V | Werkwijze en inrichting voor het fabriceren van metalen folies met een patroon. |
| WO2011062975A2 (en) * | 2009-11-18 | 2011-05-26 | Nanogram Corporation | Photovoltaic structures produced with silicon ribbons |
| WO2014001888A1 (en) * | 2012-06-27 | 2014-01-03 | Rgs Development B.V. | Film of polycrystalline semiconductor material, method of making same and undercooling molds therefor, and electronic device |
| US8926749B2 (en) | 2002-02-20 | 2015-01-06 | Hemlock Semi Conductor | Flowable chips and methods for the preparation and use of same, and apparatus for use in the methods |
| EP3046151A1 (en) * | 2015-01-16 | 2016-07-20 | Somont GmbH | Method and apparatus of fabricating an interconnector assembly |
| JP2018052811A (ja) * | 2012-02-17 | 2018-04-05 | ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド | 溶融体から水平リボンを成長させ、溶融体からの第１材料のリボンを形成する方法 |
| US11440804B2 (en) | 2009-09-16 | 2022-09-13 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Process for producing polycrystalline silicon mass |
-
2000
- 2000-11-14 JP JP2000346283A patent/JP3553487B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9909231B2 (en) | 2002-02-20 | 2018-03-06 | Hemlock Semiconductor Operations Llc | Flowable chips and methods for the preparation and use of same, and apparatus for use in the methods |
| US8926749B2 (en) | 2002-02-20 | 2015-01-06 | Hemlock Semi Conductor | Flowable chips and methods for the preparation and use of same, and apparatus for use in the methods |
| WO2007049964A1 (en) * | 2005-10-27 | 2007-05-03 | Rgs Development B.V. | Method and device for producing metal panels with a pattern |
| US8225480B2 (en) | 2005-10-27 | 2012-07-24 | Rgs Development B.V. | Method and device for producing metal panels with a pattern |
| NL1030285C2 (nl) * | 2005-10-27 | 2007-05-01 | Rgs Dev B V | Werkwijze en inrichting voor het fabriceren van metalen folies met een patroon. |
| US11440804B2 (en) | 2009-09-16 | 2022-09-13 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Process for producing polycrystalline silicon mass |
| WO2011062975A2 (en) * | 2009-11-18 | 2011-05-26 | Nanogram Corporation | Photovoltaic structures produced with silicon ribbons |
| WO2011062975A3 (en) * | 2009-11-18 | 2011-09-09 | Nanogram Corporation | Photovoltaic structures produced with silicon ribbons |
| JP2018052811A (ja) * | 2012-02-17 | 2018-04-05 | ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド | 溶融体から水平リボンを成長させ、溶融体からの第１材料のリボンを形成する方法 |
| WO2014001888A1 (en) * | 2012-06-27 | 2014-01-03 | Rgs Development B.V. | Film of polycrystalline semiconductor material, method of making same and undercooling molds therefor, and electronic device |
| EP3046151A1 (en) * | 2015-01-16 | 2016-07-20 | Somont GmbH | Method and apparatus of fabricating an interconnector assembly |
| WO2016113616A1 (en) | 2015-01-16 | 2016-07-21 | Somont Gmbh | Method and apparatus of fabricating an interconnector assembly |
| US10586885B2 (en) | 2015-01-16 | 2020-03-10 | Somont Gmbh | Method and apparatus of fabricating an interconnector assembly |
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| JP3553487B2 (ja) | 2004-08-11 |
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