JP2003095630A - Silicon sheet and solar battery including the same - Google Patents

Silicon sheet and solar battery including the same

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JP2003095630A JP2001294377A JP2001294377A JP2003095630A JP 2003095630 A JP2003095630 A JP 2003095630A JP 2001294377 A JP2001294377 A JP 2001294377A JP 2001294377 A JP2001294377 A JP 2001294377A JP 2003095630 A JP2003095630 A JP 2003095630A
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon sheet capable of standing both rapid growth and good semiconductor character and solar batteries using the same. SOLUTION: The silicon sheet is directly formed by solidifying from a liquid phase silicon by bringing a cooling substrate into contact with a silicon melt, the average crystal grain sizes appearing on a first main surface (1) on which the sheet contacted with the silicon melt and a second main surface (2) which contacted with the cooling substrate are less than 10 mm on both the main surfaces, and the average crystal grain size appearing on the first main surface (1) is greater than the average crystal grain size appearing on the second main surface (2).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はシリコンシートの低
コスト化に関し、特に、たとえば太陽電池用として十分
な半導体特性を有する低コストのシリコンシートに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to cost reduction of a silicon sheet, and more particularly to a low cost silicon sheet having sufficient semiconductor characteristics for solar cells.

【0002】[0002]

【従来の技術】太陽電池作製用を主要目的としたシリコ
ン基板としては、例えば特開平11−21120号公報
に開示されているようなキャスト法を用いて製造された
多結晶シリコンが多く利用されている。キャスト法は、
坩堝内で溶解したシリコンを坩堝底面から徐々に冷却す
ることによってシリコン融液を固化させ、坩堝底面から
上方に向けて成長した長い柱状結晶構造を主体とするイ
ンゴット(凝固塊)を製造する方法である。その冷却開
始当初にはシリコンの固液界面が坩堝底部の冷却面に近
いが、固化の進行により固液界面が冷却面から次第に遠
ざかる。また、固相シリコンの熱伝導率は液相に比べて
小さく、このことも半導体特性を均質にするために望ま
れる一定速度の固相成長を困難にしている。
2. Description of the Related Art As a silicon substrate mainly for producing a solar cell, for example, polycrystalline silicon manufactured by using a casting method as disclosed in JP-A-11-21120 is often used. There is. The casting method is
A method for producing an ingot (solidified mass) mainly composed of long columnar crystal structures grown upward from the crucible bottom by solidifying the silicon melt by gradually cooling the silicon melted in the crucible from the bottom of the crucible. is there. At the beginning of cooling, the solid-liquid interface of silicon is close to the cooling surface at the bottom of the crucible, but the solid-liquid interface gradually moves away from the cooling surface due to the progress of solidification. Further, the thermal conductivity of solid phase silicon is smaller than that of the liquid phase, which also makes it difficult to carry out solid phase growth at a constant rate, which is desirable for homogenizing semiconductor characteristics.

【0003】これを改善し得るものとして、特開平11
−92284号公報は、シリコン固液界面の上昇移動速
度と坩堝下面からの熱放出量との関係を予め求めてお
き、その熱放出量を制御することによって凝固速度を安
定化して良好な半導体特性のシリコンインゴットを得て
いる。そのインゴットの水平横断面に現れる平均結晶粒
径は、10mmより大きくなる。この技術によれば、坩
堝底から上方に向かう安定した一方向擬固成長が可能に
なる。このキャスト法で作製したインゴットから水平方
向に切り出した基板の厚さ方向断面は、図9に示されて
いるように、その厚さ方向にほぼ平行な結晶粒界を含ん
でいる。すなわち、キャスト法を利用して得られるシリ
コン基板は坩堝底に平行な水平方向にスライスして作製
され、この基板の両主面における半導体特性はほぼ同一
である。
As a means for improving this, Japanese Patent Laid-Open No. 11-1999
According to Japanese Patent Laid-Open No. 92284, the relationship between the ascending movement speed of a silicon solid-liquid interface and the amount of heat released from the bottom surface of the crucible is obtained in advance, and the solidification rate is stabilized by controlling the amount of heat released to obtain good semiconductor characteristics. I got a silicon ingot. The average crystal grain size appearing on the horizontal cross section of the ingot is larger than 10 mm. This technique enables stable unidirectional pseudo-solid growth from the bottom of the crucible upward. As shown in FIG. 9, the thickness direction cross section of the substrate horizontally cut out from the ingot produced by this casting method includes crystal grain boundaries substantially parallel to the thickness direction. That is, a silicon substrate obtained by using the casting method is manufactured by slicing in the horizontal direction parallel to the crucible bottom, and the semiconductor characteristics on both main surfaces of this substrate are almost the same.

【0004】しかし、キャスト法においては、インゴッ
トから多結晶シリコン基板を得るためにスライス工程が
必要であることから、シリコン基板の低コスト化には限
界を来している。他方、約20年前からスライスが不要
なウエブ(web)法やEFG(edge-defined film-fed
growth)法によるシリコンリボンの成長も研究されてい
る。また、近年ではより速い成長を目指して、シリコン
融液から直接的に薄板状のシリコンリボンを作製するR
GS(ribbon growth on substrate)法が注目されるよう
になっている(26thPVSC,1997,pp.9
1−93)。
However, in the casting method, a slicing step is required to obtain a polycrystalline silicon substrate from an ingot, and therefore, there is a limit in reducing the cost of the silicon substrate. On the other hand, since about 20 years ago, there has been no need for slicing, the web method or EFG (edge-defined film-fed).
The growth of silicon ribbons by the growth method has also been studied. Also, in recent years, aiming at faster growth, a thin plate-shaped silicon ribbon is directly produced from a silicon melt.
The GS (ribbon growth on substrate) method has been attracting attention (26th PVSC, 1997, pp. 9).
1-93).

【0005】RGS法の原理は、凝固成長面に近い面か
らの高速熱移動(抜熱)によってシリコンリボンの高速
成長を行うものである。具体的には、溶融シリコンの側
部周囲を支える側部支持枠に対してその開放下面を支え
る下面支持平板を冷却しながら相対的に横方向に移動さ
せることにより、その下面支持平板上にシリコンリボン
を高速成長させる。
The principle of the RGS method is to perform high-speed growth of a silicon ribbon by high-speed heat transfer (heat removal) from a surface close to a solidification growth surface. Specifically, by moving the lower surface supporting flat plate supporting the open lower surface relative to the side supporting frame supporting the side peripheral portion of the molten silicon in the lateral direction while cooling, the silicon is placed on the lower surface supporting flat plate. Grow the ribbon fast.

【0006】溶融シリコンの底面に接している下面支持
平板部分を横方向に引出した直後にはその平板上のシリ
コンは液相であり、引出された支持平板の下面とシリコ
ン表面との両面から同時に冷却されることとなる。この
方法によるシリコンリボンにおいては、支持平板の移動
方向に平行な垂直断面において固液界面が支持平板面に
対して斜めの状態となり、シリコン結晶が斜めに伸びて
固化成長することが示されている。すなわち、成長した
結晶粒の形状は支持平板面に対して斜め方向の柱状晶に
なる。
Immediately after laterally drawing the lower surface supporting flat plate portion in contact with the bottom surface of the molten silicon, the silicon on the flat plate is in a liquid phase, and the lower surface of the supporting flat plate and the silicon surface are simultaneously drawn from both sides. It will be cooled. It has been shown that in the silicon ribbon produced by this method, the solid-liquid interface becomes oblique to the surface of the supporting plate in a vertical section parallel to the moving direction of the supporting plate, and the silicon crystal extends obliquely and solidifies and grows. . That is, the shape of the grown crystal grains becomes a columnar crystal in the oblique direction with respect to the supporting flat plate surface.

【0007】なお最近では、シリコン融液に基体を接触
させて液相からの凝固によって直接的にシリコンシート
を得る方法が、たとえば特開2001−223172号
公報に開示されている。
Recently, a method of directly contacting a silicon melt with a substrate to obtain a silicon sheet by solidifying from a liquid phase has been disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-223172.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】キャスト法は、インゴ
ットにクラックを生じさせないようにして成長させるた
めに、また半導体品質確保の観点から、一つのシリコン
インゴットの製造には数十時間もの長時間を要する。そ
して、インゴットからシリコン基板を切り出す際にも、
マルチワイヤーソーによるスライス技術を用いても数十
時間を要する。したがって、キャスト法を利用してシリ
コン基板を作製するコストの低減は困難な状況にある。
The casting method requires a long time of several tens of hours for producing one silicon ingot in order to grow the ingot without causing cracks and from the viewpoint of ensuring semiconductor quality. It costs. And when cutting a silicon substrate from an ingot,
Dozens of hours are required even if the slicing technique using a multi-wire saw is used. Therefore, it is difficult to reduce the cost of producing a silicon substrate by using the casting method.

【0009】RGS法などのリボン製造方法では、凝固
相の安定成長自体に課題が多く、シリコンリボンの結晶
化状態の制御の問題をも含み、太陽電池などに実用化さ
れ得る安定な半導体特性を有するシリコンリボンが得ら
れる段階にはない。
In the ribbon manufacturing method such as the RGS method, there are many problems in the stable growth of the solidified phase itself, including the problem of controlling the crystallization state of the silicon ribbon, and stable semiconductor characteristics that can be put to practical use in solar cells and the like are obtained. It is not at the stage of obtaining the silicon ribbon that it has.

【0010】また、特開2001−223172号公報
に開示された技術においても、好ましい結晶構造や半導
体特性を有するシリコンシートを得るために、さらなる
改善が望まれている。
Further, also in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-223172, further improvement is desired in order to obtain a silicon sheet having a preferable crystal structure and semiconductor characteristics.

【0011】そこで、本発明は、高速成長と良好な半導
体特性を両立させ得るシリコンシートおよびそれを用い
た太陽電池を提供することを目的としている。
Therefore, an object of the present invention is to provide a silicon sheet which can achieve both high-speed growth and good semiconductor characteristics, and a solar cell using the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明によるシリコンシ
ートは、シリコン融液に基体を接触させることによって
液相シリコンからの凝固により直接的に形成されたシリ
コンシートであって、このシートがシリコン融液に接し
ていた第1主面と冷却基板接していた第2主面に現れた
平均結晶粒径はそれら両主面のいずれにおいても10m
m未満であり、第1主面に現れた平均結晶粒径は第2主
面に現れた平均結晶粒径より大きいことを特徴としてい
る。
A silicon sheet according to the present invention is a silicon sheet directly formed by solidification from liquid phase silicon by bringing a substrate into contact with a silicon melt. The average crystal grain size appearing on the first main surface which was in contact with the liquid and the second main surface which was in contact with the cooling substrate was 10 m on both main surfaces.
It is less than m, and the average crystal grain size appearing on the first main surface is larger than the average crystal grain size appearing on the second main surface.

【0013】なお、第1主面と第2主面に現れる平均結
晶粒径が3mm以下であるシリコンシートは、比較的容
易に低コストで作製され得る。また、第1主面と第2主
面に現れる平均結晶粒径の大きさの差が10μm以上5
mm以下であるシリコンシートを得ることができる。平
均結晶粒径は、第1主面上または第2主面上の任意の直
線と結晶粒界との交点の平均間隔として規定され得る。
A silicon sheet having an average crystal grain size of 3 mm or less appearing on the first main surface and the second main surface can be produced relatively easily and at low cost. Further, the difference in the average crystal grain size appearing on the first main surface and the second main surface is 10 μm or more 5
It is possible to obtain a silicon sheet having a size of mm or less. The average crystal grain size can be defined as an average interval between intersections of an arbitrary straight line on the first main surface or the second main surface and a crystal grain boundary.

【0014】シリコンシートは、周期的でなだらかな厚
さ変化を有してもよい。この厚さ変化において周期的に
現れる厚さの極小値領域には、その厚さ方向に実質的に
平行な結晶粒界が形成されている。その厚さ変化の周期
は、10mm以下であることが適当である。その厚さ変
化における凹凸の高低差はシリコンシートが基体に接し
ていた第2主面側に比べてシリコン融液に接していた第
1主面側において大きくなっている。
The silicon sheet may have a periodic and gradual thickness change. Crystal grain boundaries that are substantially parallel to the thickness direction are formed in the minimum value region of the thickness that periodically appears in this thickness change. It is appropriate that the thickness change cycle is 10 mm or less. The height difference of the unevenness due to the change in thickness is larger on the first main surface side where the silicon sheet was in contact with the silicon melt than in the second main surface side where the silicon sheet was in contact with the base body.

【0015】シリコンシートは、100μmから1mm
の範囲内の平均厚さを有することが好ましい。また、シ
リコンシートは、5ナイン以上の純度を有することが好
ましい。さらに、シリコンシートに含まれる表面凹凸の
高低差は、200μm以下であることが好ましい。シリ
コンシートは、30μm以上のキャリヤ拡散長を有し得
る。
The silicon sheet is 100 μm to 1 mm
It is preferable to have an average thickness within the range of. The silicon sheet preferably has a purity of 5 nines or higher. Further, it is preferable that the height difference of the surface irregularities included in the silicon sheet is 200 μm or less. The silicon sheet may have a carrier diffusion length of 30 μm or more.

【0016】以上のようなシリコンシートは、太陽電池
に好ましく用いられ得る。光電変換されるべき光は、シ
リコンシートの比較的大きな結晶粒径を有する第1主面
側から入射させられることが好ましい。
The silicon sheet as described above can be preferably used for solar cells. Light to be photoelectrically converted is preferably incident from the first main surface side of the silicon sheet having a relatively large crystal grain size.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】まず、本発明によるシリコンシー
トを作製する基本的な手順について説明する。図1
(a)の模式的な断面図に示されているように、シリコ
ンの融点である1415℃より低い温度に加熱冷却し得
る温度制御手段6によって温度制御された耐熱性の基体
3の表面を坩堝4中のシリコン融液5に接触(または浸
漬)させることによって、基体3の表面にシリコンシー
ト7が成長する。必要な厚さのシリコンシート7が成長
した後に、そのシートが付着した基体3が坩堝4から取
り出される。シート7と一体の基体3が高温から冷却さ
れる段階で、図1(b)に示されているように、それら
の熱膨張係数差に起因して基体3とシート7は自然に分
離し、または小さい衝撃を基体3に加えることにより分
離され、液相からの凝固によって直接的に形成されたシ
リコンシート7が得られる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First, a basic procedure for producing a silicon sheet according to the present invention will be described. Figure 1
As shown in the schematic sectional view of (a), the surface of the heat-resistant substrate 3 whose temperature is controlled by the temperature control means 6 capable of heating and cooling to a temperature lower than 1415 ° C. which is the melting point of silicon is a crucible. The silicon sheet 7 grows on the surface of the substrate 3 by contacting (or immersing) the silicon melt 5 in 4 therein. After the silicon sheet 7 having a required thickness is grown, the substrate 3 to which the sheet is attached is taken out from the crucible 4. At the stage where the base body 3 integrated with the sheet 7 is cooled from a high temperature, the base body 3 and the sheet 7 are naturally separated due to the difference in their thermal expansion coefficients, as shown in FIG. Alternatively, a small impact is applied to the substrate 3 to obtain a silicon sheet 7 which is separated and directly formed by solidification from the liquid phase.

【0018】本発明によるシリコンシートは、基体3の
初期温度をシリコン融点(1415℃)よりも120℃
から1000℃だけ低い温度範囲で制御すること、適当
な厚さのグラファイト材料を用いることによって基体3
の熱容量を適切にすること、基体3の加熱冷却を行う温
度制御手段6内に冷媒として気体を用いること、シリコ
ン融液5への基体3の浸漬時間を最適厚さのシリコンシ
ートが得られるよう制御すること、さらには基体3の表
面の微細凹凸形状によりシリコン溶液の固化を促進させ
る等の基本的条件を設定することにより、基体3の表面
上に多結晶シリコンシートを高速かつ安定に形成するこ
とができる。
In the silicon sheet according to the present invention, the initial temperature of the substrate 3 is 120 ° C. higher than the melting point of silicon (1415 ° C.).
By controlling the temperature range from 1 to 1000 ° C. lower, and by using a graphite material with an appropriate thickness.
So that the heat capacity of the substrate 3 is appropriate, the gas is used as a coolant in the temperature control means 6 for heating and cooling the substrate 3, and the time for immersing the substrate 3 in the silicon melt 5 is such that a silicon sheet having an optimum thickness can be obtained. A polycrystalline silicon sheet is formed on the surface of the substrate 3 at high speed and stably by controlling and further by setting basic conditions such as accelerating the solidification of the silicon solution due to the fine irregularities on the surface of the substrate 3. be able to.

【0019】すなわち、基体3がシリコン融液5の温度
より低い温度に制御されているので、基体表面にシリコ
ンの結晶核が随所に発生する。そして、これらの結晶核
がシリコン融液に接している方向に向けて一方向に結晶
成長して、多結晶シリコンシートが形成される。基体3
から分離されたシリコンシートにおいては、一方の主面
に現れた平均結晶粒径の大きさが他方の主面に現れた平
均結晶粒と異なる。
That is, since the substrate 3 is controlled at a temperature lower than the temperature of the silicon melt 5, silicon crystal nuclei are generated everywhere on the surface of the substrate. Then, these crystal nuclei grow in one direction toward the direction in which they are in contact with the silicon melt to form a polycrystalline silicon sheet. Base 3
In the silicon sheet separated from, the average crystal grain size appearing on one main surface is different from the average crystal grain size appearing on the other main surface.

【0020】さらに詳しく説明すれば、シリコンシート
の厚さ方向に平行な模式的断面図である図2に示されて
いるように、シートの一方の主面1に現れた結晶粒と他
方の主面2に現れた結晶粒とでは、平均結晶粒径の大き
さが異なる。すなわち、主面2に発生した複数の結晶核
が主面1側へ向かって種々の方向に拡大成長し、その成
長途中で結晶粒同士がぶつかりあうことで新たな小さい
結晶粒の発生や成長が抑制される。その結果として、主
面1と主面2のそれぞれの面上において、任意の直線と
結晶粒界との交点間の平均長さが互いに異なることにな
る。より具体的には、シート作製時に基体3に接してい
た主面2上では任意の直線と結晶粒界との交点間の平均
値長さがが小さく、シリコン融液5に接していた主面1
上では大きくなる。
More specifically, as shown in FIG. 2, which is a schematic sectional view parallel to the thickness direction of the silicon sheet, the crystal grains appearing on one main surface 1 of the sheet and the other main surface The average crystal grain size is different from that of the crystal grains appearing on the surface 2. That is, a plurality of crystal nuclei generated on the main surface 2 expand and grow in various directions toward the main surface 1 side, and the crystal grains collide with each other during the growth, whereby new small crystal grains are generated or grown. Suppressed. As a result, the average lengths between the intersections of an arbitrary straight line and the crystal grain boundaries on the main surface 1 and the main surface 2 are different from each other. More specifically, the average length between the intersections of an arbitrary straight line and a crystal grain boundary is small on the main surface 2 that was in contact with the base body 3 during sheet production, and the main surface that was in contact with the silicon melt 5 was small. 1
It gets bigger above.

【0021】平均結晶粒径が大きければ半導体特性の低
下原因となる結晶粒界密度が減少してキャリヤの拡散長
が伸び、シリコンシートの半導体特性を改善することが
できる。この改善効果により、液相からの凝固によって
直接的に形成されたシリコンシートが、太陽電池等のデ
バイス用として用いることが可能になる。
If the average crystal grain size is large, the crystal grain boundary density, which causes deterioration of semiconductor characteristics, is reduced, the carrier diffusion length is extended, and the semiconductor characteristics of the silicon sheet can be improved. Due to this improvement effect, the silicon sheet directly formed by solidification from the liquid phase can be used for devices such as solar cells.

【0022】シリコンシートの一方の主面に現れた結晶
粒の平均断面積が他方の主面に現れた結晶粒の平均断面
積よりも大きいことにより、より具体的には、厚さ方向
断面においてシートの一方の主面1と結晶粒界との交点
間の平均値長さ(平均粒径)と、他方の主面2と結晶粒
界との交点間の平均長さ(平均粒径)との差の絶対値が
10μm以上5mm以下であることにより、このシート
を使用した半導体素子たとえば太陽電池の製造が可能と
なる。半導体特性の観点からは、シートの主面1と主面
2との間の平均結晶粒径差は50μm以上1mm以下で
あることがより好ましい。
Since the average cross-sectional area of the crystal grains appearing on one main surface of the silicon sheet is larger than the average cross-sectional area of the crystal grains appearing on the other main surface, more specifically, in the cross section in the thickness direction. An average value length (average grain size) between the intersections of one main surface 1 of the sheet and the crystal grain boundaries, and an average length (average grain size) between the intersections of the other main surface 2 and the crystal grain boundaries When the absolute value of the difference is 10 μm or more and 5 mm or less, it becomes possible to manufacture a semiconductor element such as a solar cell using this sheet. From the viewpoint of semiconductor characteristics, it is more preferable that the average crystal grain size difference between the main surface 1 and the main surface 2 of the sheet is 50 μm or more and 1 mm or less.

【0023】シリコンシートの厚さを100μm以上に
することにより、そのシートを利用した太陽電池の作製
プロセスにおいて高いハンドリング性を得ることができ
る。また、シート厚を1mm以下にすることにより、シ
ートの製造時間を短縮できて、低コストのシリコン基板
の提供が可能になる。シートの平均厚さを100μmか
ら1mmの範囲内に設定することにより、キャスト法の
場合のようなスライス工程が不要になり、また良好な半
導体特性を得ることができる。シート製造の容易さの観
点からは、平均厚さが200〜600μmの範囲内にあ
ることがより好ましい。
By setting the thickness of the silicon sheet to 100 μm or more, a high handling property can be obtained in the manufacturing process of the solar cell using the sheet. Further, by setting the sheet thickness to 1 mm or less, the sheet manufacturing time can be shortened and a low-cost silicon substrate can be provided. By setting the average thickness of the sheet within the range of 100 μm to 1 mm, the slicing step as in the case of the casting method becomes unnecessary and good semiconductor characteristics can be obtained. From the viewpoint of easy sheet production, it is more preferable that the average thickness is in the range of 200 to 600 μm.

【0024】シリコンシートの純度が5ナイン以上であ
ることにより、太陽電池等へ利用した場合にも、良好な
デバイス特性値を得ることができる。太陽電池の特性の
観点からは、7ナイン以上の純度であることがより好ま
しい。シリコンシートの表面凹凸における高低差の最大
値が200μm以下であることにより、スライスや研磨
等のプロセスを経ることなくシートの太陽電池等への利
用が可能となり、表面エッチング時間の短縮または表面
エッチングの省略が可能になる。シリコンシート内のキ
ャリヤの拡散長が30μm以上であることにより、変換
効率の比較的良好な太陽電池を得ることができる。
Since the purity of the silicon sheet is 5 nines or more, good device characteristic values can be obtained even when used in solar cells and the like. From the viewpoint of solar cell characteristics, a purity of 7 nines or more is more preferable. Since the maximum value of the height difference in the surface unevenness of the silicon sheet is 200 μm or less, the sheet can be used for a solar cell or the like without undergoing a process such as slicing or polishing, and the surface etching time can be shortened or the surface etching It can be omitted. When the diffusion length of the carrier in the silicon sheet is 30 μm or more, a solar cell having relatively good conversion efficiency can be obtained.

【0025】シリコンシートの各主面に現れた結晶粒に
関して、前述の平均粒径の具体的な測定と評価の方法に
ついて述べる。まず、シリコンシートのほぼ中央部を含
んで厚さ方向に沿って、そのシートを切断する。その切
り口を2000番以上の砥石研磨仕上げをした後、10
質量%のNaOH水溶液を用いて80℃で10分間のエ
ッチングを行えば、エッチング速度の結晶方位依存性に
起因して結晶粒が明瞭に現れる。次にCCD素子などを
利用した映像拡大装置を用いて、図2に示されているよ
うな拡大断面像を得る。20倍の拡大断面像を用いて、
シートの一方主面における距離10mm(拡大状態では
200mm)当りの表面と結晶粒界との交点の数を数え
る。次に他方主面の距離10mm当たりの表面と結晶粒
界との交点の数を数える。
With respect to the crystal grains appearing on each main surface of the silicon sheet, a specific method for measuring and evaluating the above-mentioned average grain size will be described. First, the silicon sheet is cut along the thickness direction including the substantially central portion thereof. After finishing the cut with a grindstone of 2000 or more, 10
When etching is performed at 80 ° C. for 10 minutes using a mass% NaOH aqueous solution, crystal grains appear clearly due to the crystal orientation dependence of the etching rate. Next, an enlarged cross-sectional image as shown in FIG. 2 is obtained by using an image enlargement device using a CCD element or the like. Using a 20x magnified sectional image,
The number of intersections of the surface and the grain boundaries per distance 10 mm (200 mm in the expanded state) on one main surface of the sheet is counted. Next, the number of intersections between the surface and the crystal grain boundaries per 10 mm distance of the other main surface is counted.

【0026】図2を例にとれば、表面と結晶粒界との交
点の数は、主面1において7個で、主面2では13個と
なっている。この場合、表面と結晶粒界との交点間の平
均値長さである平均粒径としては、主面1上において1
0mm÷(7+1)=1.25mmが得られ、主面2上
においては10mm÷(13+1)=0.714mmが
得られる。
In the example of FIG. 2, the number of intersections between the surface and the crystal grain boundaries is 7 on the main surface 1 and 13 on the main surface 2. In this case, the average grain size, which is the average value length between the intersections of the surface and the grain boundaries, is 1 on the main surface 1.
0 mm ÷ (7 + 1) = 1.25 mm is obtained, and 10 mm ÷ (13 + 1) = 0.714 mm is obtained on the main surface 2.

【0027】シリコンシートを用いた太陽電池からその
厚さ方向に沿った断面における各主面と結晶粒界との交
点間の平均長さを求める場合には、濃硝酸や王水を加熱
した酸溶液で電極金属などを除去してシリコンシートを
抽出した後に、前述のようにシートのほぼ中央部を含ん
で厚さ方向に沿って切断し、その断面における結晶粒が
明瞭に現れるようにする。しかし、電極金属などを除去
した後でも、合金層形成部分に関してはシリコンシート
の最外表面が不明瞭な場合がある。その場合には、合金
層と半導体層との界面をもってシリコンシートの表面と
する。
To obtain the average length between the intersections of the principal planes and the grain boundaries in the cross section along the thickness direction of a solar cell using a silicon sheet, an acid generated by heating concentrated nitric acid or aqua regia is used. After the electrode metal or the like is removed with a solution to extract the silicon sheet, it is cut along the thickness direction including the substantially central portion of the sheet as described above so that the crystal grains in the cross section can clearly appear. However, even after removing the electrode metal and the like, the outermost surface of the silicon sheet may be unclear in the alloy layer forming portion. In that case, the interface between the alloy layer and the semiconductor layer serves as the surface of the silicon sheet.

【0028】(実施例1)シリコンシートを製造するた
めの装置構成と方法について以下に述べる。しかし、本
発明によるシリコンシートを得る装置はこれに限定され
るものはない。もちろん、図1に示した枚葉式でのシー
ト製造装置やその他の装置も利用し得ることは言うまで
もない。
(Embodiment 1) An apparatus structure and method for manufacturing a silicon sheet will be described below. However, the apparatus for obtaining the silicon sheet according to the present invention is not limited to this. Of course, it goes without saying that the single-wafer type sheet manufacturing apparatus shown in FIG. 1 and other apparatuses can also be used.

【0029】図3は、本発明によるシリコンシートを得
ることができるシート製造装置の模式的な縦断面図を示
している。この装置においては、ステンレス製チャンバ
70内に、坩堝71、ヒータ72、シリコン融液73、
基体74、および基体の回転軸75が設けられ、そして
チャンバ上部のシート取出し孔から外側にシートを巻き
取るための巻取り機構76が設けられている。さらに、
シリコン原料投入機構77が取付けられており、図面に
おいてその詳細は省略されている。ヒータ72には抵抗
加熱方式を用いているが、同等の能力を有する高周波加
熱方式等が用いられてもよい。
FIG. 3 shows a schematic vertical sectional view of a sheet manufacturing apparatus capable of obtaining a silicon sheet according to the present invention. In this apparatus, a stainless steel chamber 70 is provided with a crucible 71, a heater 72, a silicon melt 73,
A base 74 and a rotary shaft 75 of the base are provided, and a winding mechanism 76 for winding the sheet outward from the sheet take-out hole in the upper portion of the chamber is provided. further,
A silicon material charging mechanism 77 is attached, and details thereof are omitted in the drawing. Although the resistance heating method is used for the heater 72, a high frequency heating method or the like having equivalent ability may be used.

【0030】なお、基体74の円筒形面に接するように
付加基体78を取り付けて、付加基体78の表面にシリ
コンシートを成長させることもできる。基体74または
付加基体78の材質としてはグラファイトを基本とした
が、その表面に炭化珪素を熱CVD法で形成した基体を
用いてもよい。付加基体78の材質としては、このほか
に窒化珪素のようなセラミックスや高温に耐える耐熱性
金属も可能であるし、セラミックスを部分的もしくは全
面的にコートしたカーボン、セラミックス、または耐熱
金属も可能である。
The additional substrate 78 may be attached so as to be in contact with the cylindrical surface of the substrate 74, and a silicon sheet may be grown on the surface of the additional substrate 78. Although graphite is basically used as the material of the base 74 or the additional base 78, a base having silicon carbide formed on its surface by a thermal CVD method may be used. As the material of the additional base 78, ceramics such as silicon nitride or heat resistant metal that can withstand high temperature may be used, or carbon, ceramics, or heat resistant metal partially or entirely coated with ceramics may be used. is there.

【0031】基体74または付加基体78の表面としは
平坦面であってもよく、基体74の回転方向に沿った
溝、または規則的もしくは不規則に配置した微細凹凸面
が形成されていてもよい。基体の表面に形成された溝や
微細凹凸面は、シリコンシートの成長を高速化する機能
を有する。
The surface of the substrate 74 or the additional substrate 78 may be a flat surface, or may have grooves along the rotation direction of the substrate 74 or fine irregular surfaces arranged regularly or irregularly. . The grooves and fine irregularities formed on the surface of the substrate have the function of speeding up the growth of the silicon sheet.

【0032】基体74の温度制御手段としては、円筒形
の基体74の内部表面近くに空洞を設けて窒素、アルゴ
ン、または空気のいずれかを加圧導入させるガス冷媒方
式を採用しているが、その基体内にステンレス、銅など
の金属製配管を埋め込んで温度制御を行う液体冷媒方式
を採用してもよい。
As the temperature control means for the base body 74, a gas refrigerant system is employed in which a cavity is provided near the inner surface of the cylindrical base body 74 and either nitrogen, argon or air is introduced under pressure. A liquid refrigerant system in which a pipe made of metal such as stainless steel or copper is embedded in the substrate to control the temperature may be adopted.

【0033】次に、図3の装置においてシリコンシート
を製造する手順について述べる。まず純度6ナイン程度
の原料シリコンを坩堝71内に投入した後に、チャンバ
70内を真空ポンプで排気してアルゴンガスに置換し
た。シリコン原料を加熱しながら、チャンバ70内のA
r圧力は10Torr程度に保たれた。ただし、シリコ
ン原料からの脱ガスを促進するためにさらに真空度を高
めてもよい。シリコンの溶融後には、シリコン原料投入
機構77から顆粒状シリコンを追加投入して、坩堝71
内のシリコン溶湯面高さを調整した。
Next, a procedure for manufacturing a silicon sheet in the apparatus shown in FIG. 3 will be described. First, raw silicon having a purity of about 6 nines was charged into the crucible 71, and then the chamber 70 was evacuated by a vacuum pump and replaced with argon gas. While heating the silicon raw material, A in the chamber 70
The r pressure was kept at about 10 Torr. However, the degree of vacuum may be further increased to promote degassing from the silicon raw material. After the silicon is melted, granular silicon is additionally charged from the silicon raw material charging mechanism 77, and the crucible 71
The height of the molten silicon surface inside was adjusted.

【0034】シリコンシート製造時におけるシリコン溶
湯温度は1450℃としたが、シートの成長条件との兼
ね合いに応じて、過冷却温度の1380℃以上からより
高温の1600℃までの範囲内に設定され得る。シリコ
ン融液面が規定の高さになった後に、基体74内に冷媒
ガスを通じて温度制御を行い、基体74の表面温度が1
200℃に安定化した状態でその表面がシリコン融液に
浸漬された。基体74の温度としては、シリコン融点に
比べて1000℃から120℃だけ低い範囲内にあるこ
とが望ましい。
Although the temperature of the molten silicon during the production of the silicon sheet was 1450 ° C., it can be set within the range from the supercooling temperature of 1380 ° C. or higher to the higher temperature of 1600 ° C., depending on the growth conditions of the sheet. . After the silicon melt surface reaches a prescribed height, the temperature of the substrate 74 is controlled by passing the refrigerant gas through the substrate 74 so that the surface temperature of the substrate 74 becomes 1 or less.
The surface thereof was immersed in the silicon melt while being stabilized at 200 ° C. The temperature of the substrate 74 is preferably in the range of 1000 ° C. to 120 ° C. lower than the melting point of silicon.

【0035】以上のような状態で回転軸75により基体
74を回転駆動すれば、その基体74上において、シリ
コン多結晶が高速かつ制御性良く安定してシートに成長
した。こうして形成されたシリコンシートにおいては、
基体74がシリコンの融点温度以下に制御されているこ
とにより、基体表面側からシリコン融液側に向かって多
結晶が均一な厚さで成長していた。基体74とシリコン
シートが室温に冷却される過程では、相互の熱膨張係数
差により自然にまたは小さい衝撃を加えることにより、
その基体からシリコンシートが容易に剥離された。得ら
れたシートの平均厚さは約500μmで、シリコン融液
に接していた側の主面に現れた平均結晶粒径は基体74
と接していた側の主面に比べて大きい。
When the base 74 was rotationally driven by the rotary shaft 75 in the above-described state, the silicon polycrystal grew on the base 74 stably at high speed and with good controllability. In the silicon sheet formed in this way,
By controlling the temperature of the substrate 74 to be equal to or lower than the melting point temperature of silicon, the polycrystal was grown to have a uniform thickness from the surface side of the substrate toward the silicon melt side. In the process in which the substrate 74 and the silicon sheet are cooled to room temperature, a natural impact or a small impact is applied due to the difference in thermal expansion coefficient between them,
The silicon sheet was easily peeled off from the substrate. The average thickness of the obtained sheet was about 500 μm, and the average crystal grain size appearing on the main surface on the side in contact with the silicon melt was the base 74.
It is larger than the main surface on the side that was in contact with.

【0036】図4は、上述のようにして作製されたシリ
コンシートの一例の断面写真を示している。この断面写
真において、シリコンシートの下方の主面が基体と接し
ていた面であり、その下方主面と結晶粒界との交点の数
が多く、すなわち交点間の平均長さ(平均粒径)が小さ
い。他方、シリコンシートの上方の主面はシリコン融液
に接していた面であり、その上方主面と結晶粒界との交
点の数が少なく、すなわち交点間の平均長さ(平均粒
径)が大きいことがわかる。このシリコンシートの下方
主面における平均結晶粒径は約0.22mmであり、上
方主面における平均粒径は約0.38mmであった。そ
して、これらの下方主面と上方主面とにおける平均粒径
の差の絶対値は、0.16mmである。
FIG. 4 shows a photograph of a cross section of an example of the silicon sheet produced as described above. In this cross-sectional photograph, the lower main surface of the silicon sheet was the surface in contact with the substrate, and the number of intersections between the lower main surface and the grain boundaries was large, that is, the average length between the intersections (average grain size). Is small. On the other hand, the upper main surface of the silicon sheet is the surface that was in contact with the silicon melt, the number of intersections between the upper main surface and the grain boundaries is small, that is, the average length between the intersections (average grain size) is It turns out to be big. The average crystal grain size on the lower main surface of this silicon sheet was about 0.22 mm, and the average grain size on the upper main surface was about 0.38 mm. The absolute value of the difference in average particle diameter between the lower main surface and the upper main surface is 0.16 mm.

【0037】なお、図4の写真断面における主面と結晶
粒界との交点の数は、基体74と接していた下方主面に
おいて45個であり、シリコン融液と接していた上方主
面においては26個であった。その写真断面においてシ
ートの主面と結晶粒界とがなす角のうち、鋭角側の角度
が80度以上90度以下であるものは全体の94%であ
った。キャリヤ拡散長の測定を行なったところでは、基
体と接していた下方主面側では45μmであり、シリコ
ン融液に接していた上方主面側では60μmの値を得る
ことができた。表面の凹凸状態を段差計を用いて測定し
たところでは、最大値はシートの下方主面側で120μ
mであり、上方主面側で150μmであった。シリコン
シート中の不純物濃度を測定したところでは、7ナイン
のシリコン純度が得られていた。この純度の向上は、溶
融シリコンに含まれる不純物の固液分配係数の相違によ
り得られたものと考えられる。
The number of intersections between the main surface and the crystal grain boundaries in the photograph cross section of FIG. 4 is 45 on the lower main surface in contact with the substrate 74, and on the upper main surface in contact with the silicon melt. Was 26. Of the angles formed by the main surface of the sheet and the crystal grain boundaries in the cross section of the photograph, 94% of the total angles were from 80 degrees to 90 degrees on the acute side. When the carrier diffusion length was measured, a value of 45 μm was obtained on the lower main surface side in contact with the substrate, and a value of 60 μm was obtained on the upper main surface side in contact with the silicon melt. When the unevenness of the surface was measured using a step gauge, the maximum value was 120μ on the lower main surface side of the sheet.
m and 150 μm on the upper main surface side. When the impurity concentration in the silicon sheet was measured, a silicon purity of 7 nines was obtained. It is considered that this improvement in purity was obtained by the difference in the solid-liquid distribution coefficient of impurities contained in the molten silicon.

【0038】このようにして作製したシリコンシートを
利用して太陽電池を作製する方法について述べる。この
方法は、図5のフロー図に示された手順に従うことがで
きる。この実施例では、シリコンシートがp型半導体に
されたが、n型半導体であってもよい。pまたはnの導
電型のシリコンシートを形成する場合には、原料シリコ
ンの溶融時にボロン(B)またはリン(P)のようなド
ーパントを混入することが望ましい。得られるシリコン
シートにおいては、その両主面に現れる平均結晶粒径が
互いに異なるので作製すべき太陽電池の受光面をどちら
の主面にするかを最初に決める必要がある。これは、シ
リコンシートの表面状態や半導体特性と太陽電池プロセ
スとの適合性を考慮して決定する。この実施例1では、
表面に現れた平均結晶粒径が大きい方の主面が受光面と
して選択された。
A method for producing a solar cell using the silicon sheet thus produced will be described. The method can follow the procedure shown in the flow diagram of FIG. In this embodiment, the silicon sheet is a p-type semiconductor, but it may be an n-type semiconductor. When forming a p- or n-conductivity type silicon sheet, it is desirable to mix a dopant such as boron (B) or phosphorus (P) when the raw material silicon is melted. In the obtained silicon sheet, the average crystal grain sizes appearing on both main surfaces are different from each other, and therefore it is necessary to first decide which main surface is to be the light receiving surface of the solar cell to be produced. This is determined in consideration of the surface state of the silicon sheet and the semiconductor characteristics and compatibility with the solar cell process. In this Example 1,
The major surface having the larger average crystal grain size appeared on the surface was selected as the light receiving surface.

【0039】図5のフロー図では、まずステップSlと
S2において、硝酸とフッ酸との混合液を用いてシリコ
ンシートの洗浄と表面エッチングを行った。その後のス
テップS3において、水酸化ナトリウムを用いて、シー
トの光入射側主面にテクスチヤエッチングを行った。こ
のエッチングとしてはプラズマ放電によるドライエッチ
ング法なども可能であるが、ウエットエッチング法を用
いることで、より低コストで表面テクスチャの形成が可
能となる。ステップS4では、PSG拡散(リンシリケ
ートガラス膜を用いた拡散方法)によりn型拡散層を形
成した。ステップS5においては、表面に形成されてい
るPSG膜をフッ酸で除去した後に、受光面側主面に反
射防止膜としてシリコン窒化膜を形成した。次にステッ
プS6において、裏面側に形成された拡散層を硝酸とフ
ッ酸の混合液を用いて除去した。ステップS7では、A
lペーストを用いて裏面側に合金層と裏面電極を同時に
形成した。最後にステップS8において、受光面側の電
極が銀ペースト材料のスクリーン印刷により形成され
た。
In the flow chart of FIG. 5, first, in steps Sl and S2, cleaning and surface etching of the silicon sheet were performed using a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid. In the subsequent step S3, texture-etching was performed on the light incident side main surface of the sheet using sodium hydroxide. As this etching, a dry etching method using plasma discharge or the like is also possible, but by using the wet etching method, the surface texture can be formed at a lower cost. In step S4, the n-type diffusion layer was formed by PSG diffusion (diffusion method using a phosphosilicate glass film). In step S5, after removing the PSG film formed on the surface with hydrofluoric acid, a silicon nitride film was formed as an antireflection film on the main surface on the light receiving surface side. Next, in step S6, the diffusion layer formed on the back surface side was removed using a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid. In step S7, A
An alloy layer and a back surface electrode were simultaneously formed on the back surface side using 1 paste. Finally, in step S8, the electrodes on the light-receiving surface side were formed by screen printing of a silver paste material.

【0040】このようにして、図6の模式的断面図に示
されているような太陽電池セルが5つ作製された。図6
の太陽電池セルは、シリコンシート50、拡散層51、
光電変換層52、合金層53、表面電極54、および裏
面電極55を含んでいる。
In this way, five solar cells as shown in the schematic sectional view of FIG. 6 were produced. Figure 6
The solar cell of is a silicon sheet 50, a diffusion layer 51,
The photoelectric conversion layer 52, the alloy layer 53, the front surface electrode 54, and the back surface electrode 55 are included.

【0041】実施例1で作製したシリコンシートの構造
とこのシートを用いて作製した太陽電池の光電変換効率
が表1に示されている。
Table 1 shows the structure of the silicon sheet produced in Example 1 and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell produced using this sheet.

【0042】(実施例2)実施例2においては、基体7
4の表面全面に厚さ100μmのSiC層をコーティン
グした状態で、シリコンシートの製造を行った。実施例
2において使用した製造装置と製造方法に関する他の条
件は、実施例1の場合と同様である。したがって、実施
例2のシリコン融液と基体の温度は、実施例1と同様
に、それぞれ1450℃と1200℃である。
(Example 2) In Example 2, the substrate 7 was used.
A silicon sheet was manufactured with the entire surface of 4 being coated with a 100 μm thick SiC layer. Other conditions regarding the manufacturing apparatus and the manufacturing method used in the second embodiment are the same as those in the first embodiment. Therefore, the temperatures of the silicon melt and the substrate in Example 2 are 1450 ° C. and 1200 ° C., respectively, as in Example 1.

【0043】シリコンシートが凝固成長する際に、基体
74の表面状態は結晶成長に大きな影響を与える。シリ
コン融液に対してグラファイトより濡れ性が高いSiC
層を基体表面にコーティングすることによって、融液か
ら基体への熱流が大きくなってシリコン融液の過冷却度
がより小さくなることで、巨大なデンドライト成長を抑
制しつつより迅速な結晶核生成と結晶成長が可能とな
る。また、本実施例2において、シリコン融液に対する
濡れ性を向上させるためには、SiCに代えて緻密なハ
イドロカーボンをコートしてもよい。
When the silicon sheet is solidified and grown, the surface condition of the substrate 74 has a great influence on the crystal growth. SiC, which has higher wettability than graphite for silicon melt
By coating the surface of the substrate with a layer, the heat flow from the melt to the substrate is increased, and the degree of supercooling of the silicon melt is further reduced, resulting in faster crystal nucleation while suppressing giant dendrite growth. Crystal growth becomes possible. Further, in the second embodiment, in order to improve the wettability with respect to the silicon melt, a dense hydrocarbon may be coated instead of SiC.

【0044】実施例2では実施例1に比べてシリコンシ
ートの結晶粒の大きさが全面でより均一化し、またシリ
コン融液に接していた側の主面において表面平滑度が向
上した。表面凹凸の高低差の最大値は、基体に接してい
た主面側で30μmであり、シリコン融液に接していた
主面側で50μmであった。なお、実施例2における表
面コーティングにより、基体とシリコンシートとの剥離
が実施例1の場合と同様に容易であった。より表面平滑
度の高いシリコンシートを用いて太陽電池を作製すれ
ば、その電極形成が容易となった。
In Example 2, as compared with Example 1, the crystal grain size of the silicon sheet was made more uniform over the entire surface, and the surface smoothness was improved on the main surface in contact with the silicon melt. The maximum value of the height difference of the surface irregularities was 30 μm on the main surface side in contact with the substrate, and 50 μm on the main surface side in contact with the silicon melt. The surface coating in Example 2 facilitated the peeling of the substrate from the silicon sheet as in Example 1. When a solar cell was manufactured using a silicon sheet having a higher surface smoothness, the electrode formation was facilitated.

【0045】実施例2で作製したシリコンシートの構造
とこのシートを用いて作製した太陽電池の光電変換効率
も、実施例1の場合と同様に表1に示されている。
The structure of the silicon sheet produced in Example 2 and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell produced using this sheet are also shown in Table 1 as in Example 1.

【0046】(実施例3)実施例3においては、図7
(a)に示すように表面に溝加工を施した付加基体78
が用いられた。溝の幅と段差の双方を約1mmとし、そ
の付加基体78は回転軸75の回転方向と溝方向が一致
するようにして冷却回転体74に取付けられた。また、
図7(b)に示すように全面に規則的な間隔でピラミッ
ド状の小突起が形成されるように凹凸加工を施した付加
基体78も用いられた。それらの凹凸の間隔と段差の双
方が、約1mmにされた。実施例3において図7(a)
と(b)に示す付加基体を用いたことを除けば、使用し
た製造装置と製造方法に関する他の条件は、実施例1の
場合と同様である。
(Embodiment 3) In Embodiment 3, FIG.
As shown in (a), an additional substrate 78 having a grooved surface
Was used. Both the width and the step of the groove were set to about 1 mm, and the additional base 78 was attached to the cooling rotator 74 so that the rotation direction of the rotating shaft 75 and the groove direction coincided with each other. Also,
As shown in FIG. 7 (b), an additional substrate 78 having an uneven surface so that pyramidal small projections are formed on the entire surface at regular intervals was also used. Both the interval of the unevenness and the step were set to about 1 mm. FIG. 7A in Example 3
Except for using the additional substrate shown in (b) and (b), the other conditions regarding the manufacturing apparatus and manufacturing method used are the same as in the case of Example 1.

【0047】図7(a)と(b)に示されているような
付加基体の溝や凹凸は、シリコン結晶成長の起点となり
やすい。したがって、それらの溝や凹凸の分布を決める
ことによって結晶成長の起点を決めることができる。す
なわち、溝間隔や凹凸間隔を規則的に形成することによ
り、シリコン結晶粒の大きさや均一性が改善されると共
に、広い領域に渡るシート厚さの均一性を改善すること
もできる。なお、個々の溝や凹凸の配置が不規則である
場合にも結晶粒の大きさやシート厚さの若干の変化は認
められるが、シートを得ることは可能である。
Grooves and irregularities of the additional substrate as shown in FIGS. 7A and 7B are likely to be the starting points of silicon crystal growth. Therefore, the starting point of crystal growth can be determined by determining the distribution of the grooves and the irregularities. That is, by regularly forming the groove intervals and the uneven intervals, it is possible to improve the size and uniformity of the silicon crystal grains and also improve the uniformity of the sheet thickness over a wide area. Even if the arrangement of the individual grooves or irregularities is irregular, a slight change in the size of the crystal grains or the sheet thickness is recognized, but the sheet can be obtained.

【0048】実施例3で得られたシリコンシートにおけ
る表面凹凸の高低差の最大値は、付加基体に接していた
主面側で40μmであり、シリコン融液に接していた主
面側で80μmである。なお、シリコンシート成長の間
において、シリコン融液は付加基体の溝または凹凸(い
ずれも約1mmの段差)の頂点部のみに接して、底部に
は接触しない。また、本実施例3においては、溝間隔ま
たは凹凸間隔を大きめに設定することにより、シリコン
結晶粒を大きくすることができた。
The maximum value of the height difference of surface irregularities in the silicon sheet obtained in Example 3 is 40 μm on the main surface side in contact with the additional substrate and 80 μm on the main surface side in contact with the silicon melt. is there. During the growth of the silicon sheet, the silicon melt contacts only the apexes of the grooves or the irregularities (steps of about 1 mm) of the additional substrate, and does not contact the bottom. In addition, in Example 3, the silicon crystal grains could be increased by setting the groove interval or the uneven interval to be large.

【0049】図8は、図7(a)に示されているような
溝付の付加基体を用いて作製されたシリコンシートの一
例の断面写真を示している。この断面写真において、シ
リコンシートの下方の主面が付加基体と接していた面で
あり、上方の主面はシリコン融液に接していた面であ
る。
FIG. 8 shows a photograph of a cross section of an example of a silicon sheet produced by using an additional substrate having a groove as shown in FIG. 7 (a). In this photograph of the cross section, the lower main surface of the silicon sheet is the surface in contact with the additional substrate, and the upper main surface is the surface in contact with the silicon melt.

【0050】図8の断面写真に見られるように、そのシ
ートの厚さは、溝幅の周期に対応して周期的に変動して
いる。すなわち、シート厚さの極大値と極小値が周期的
に現れている。そして、その厚さの極小値領域の各々に
は、厚さ方向に実質的に平行な結晶粒界が形成されてい
る。
As can be seen from the photograph of the cross section of FIG. 8, the thickness of the sheet periodically fluctuates corresponding to the period of the groove width. That is, the maximum value and the minimum value of the sheet thickness appear periodically. Then, in each of the minimum value regions of the thickness, crystal grain boundaries that are substantially parallel to the thickness direction are formed.

【0051】実施例3において図7(a)および(b)
の付加基体を用いて作製したシリコンシートの構造とこ
のシートを用いて作製した太陽電池の光電変換効率も、
表1においてそれぞれ実施例3(a)および(b)とし
て示されている。
7A and 7B in the third embodiment.
The structure of the silicon sheet produced by using the additional substrate of and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell produced by using this sheet,
These are shown in Table 1 as Examples 3 (a) and (b), respectively.

【0052】[0052]

【表1】 [Table 1]

【0053】[0053]

【発明の効果】以上のように、本発明のシリコンシート
は高速成長が可能であって多結晶状態で良好な半導体特
性を有しているので、太陽電池用基板として用いればそ
の大幅な低コスト化を可能にし、その他の各種半導体デ
バイスの低コスト化をも可能にし得る。
As described above, the silicon sheet of the present invention is capable of high-speed growth and has good semiconductor characteristics in a polycrystalline state. It is also possible to reduce the cost of other various semiconductor devices.

【0054】また、本発明によるシリコンシートを用い
る太陽電池の構造と作製プロセスをそのシートの結晶粒
構造と半導体特性の特徴に適合させることにより、良好
な特性の太陽電池を安価に大量生産することができる。
Further, by adapting the structure and manufacturing process of the solar cell using the silicon sheet according to the present invention to the characteristics of the crystal grain structure of the sheet and the characteristics of the semiconductor, it is possible to inexpensively mass-produce the solar cell having good characteristics. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明によるシリコンシートの製造方法を概
略的に示す模式的断面図であり、(a)はシリコンシー
トの成長段階を示し、(b)は基体からシリコンシート
が剥離される状態を示している。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a method for manufacturing a silicon sheet according to the present invention, in which (a) shows a growth stage of the silicon sheet and (b) shows a state where the silicon sheet is peeled from a substrate. Shows.

【図2】 本発明によるシリコンシートの一例の厚さ方
向に平行な模式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view parallel to the thickness direction of an example of the silicon sheet according to the present invention.

【図3】 本発明によるシリコンシートを製造するため
の装置の一例を示す模式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example of an apparatus for producing a silicon sheet according to the present invention.

【図4】 本発明によるシリコンシートの一例を示す断
面写真図である。
FIG. 4 is a cross-sectional photographic view showing an example of a silicon sheet according to the present invention.

【図5】 本発明によるシリコンシートを用いて太陽電
池を作製する工程の一例を示すフロー図である。
FIG. 5 is a flow diagram showing an example of a process for producing a solar cell using the silicon sheet according to the present invention.

【図6】 本発明によるシリコンシートを用いて作製し
た太陽電池の一例を模式的に示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of a solar cell manufactured using the silicon sheet according to the present invention.

【図7】 本発明発明によるシリコンシートを作製する
ために用い得る付加基体の表面形状を示す模式的な斜視
図であり、(a)は表面に周期的溝が形成された付加基
体を示し、(b)は表面に周期的なピラミッド状凹凸が
形成された付加基体を示している。
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a surface shape of an additional substrate that can be used for producing a silicon sheet according to the present invention, and (a) shows the additional substrate having periodic grooves formed on its surface, (B) shows an additional substrate having periodic pyramid-shaped irregularities formed on its surface.

【図8】 図7(a)の付加基体を用いて作製されたシ
リコンシートの一例を示す断面写真図である。
FIG. 8 is a cross-sectional photographic view showing an example of a silicon sheet produced using the additional base body of FIG. 7 (a).

【図9】 従来のキャスト法によるインゴットから切り
出されたシリコン基板の一例を示す厚さ方向に平行な模
式的断面図である。
FIG. 9 is a schematic sectional view parallel to the thickness direction showing an example of a silicon substrate cut out from an ingot by a conventional casting method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基体に接していた主面、2 シリコン融液に接して
いた主面、3 基体、4 坩堝、5 シリコン融液、6
冷却手段。
1 main surface that was in contact with the substrate, 2 main surface that was in contact with the silicon melt, 3 substrate, 4 crucible, 5 silicon melt, 6
Cooling means.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長野 尉絵 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 Fターム(参考) 4G072 AA01 BB09 BB12 DD04 GG01 HH01 NN05 NN21 TT01 UU02 5F051 AA03 CB04 CB30 DA03 DA20   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Captain Nagano             22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka             Inside the company F term (reference) 4G072 AA01 BB09 BB12 DD04 GG01                       HH01 NN05 NN21 TT01 UU02                 5F051 AA03 CB04 CB30 DA03 DA20

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン融液に基体を接触させることに
よって液相シリコンからの凝固により直接的に形成され
たシリコンシートであって、このシートが前記融液に接
していた第1主面と前記基体に接していた第2主面に現
れた平均結晶粒径はそれら両面のいずれにおいても10
mm未満であり、前記第1主面に現れた平均結晶粒径は
前記第2主面に現れた平均結晶粒径より大きいことを特
徴とするシリコンシート。
1. A silicon sheet directly formed by solidifying from a liquid phase silicon by bringing a substrate into contact with a silicon melt, the sheet having a first main surface in contact with the melt and the silicon sheet. The average crystal grain size appearing on the second main surface in contact with the substrate was 10 on both sides.
A silicon sheet having a thickness of less than mm and an average crystal grain size appearing on the first main surface is larger than an average crystal grain size appearing on the second main surface.
【請求項2】 前記第1主面と前記第2主面に現れた平
均結晶粒径はそれら両面のいずれにおいても3mm以下
であることを特徴とする請求項1に記載のシリコンシー
ト。
2. The silicon sheet according to claim 1, wherein the average crystal grain size appearing on the first main surface and the second main surface is 3 mm or less on both surfaces.
【請求項3】 前記第1主面と前記第2主面に現れた平
均結晶粒径の大きさの差が10μm以上5mm以下であ
ることを特徴とする請求項1に記載のシリコンシート。
3. The silicon sheet according to claim 1, wherein the difference in the average crystal grain size between the first main surface and the second main surface is 10 μm or more and 5 mm or less.
【請求項4】 前記平均結晶粒径は、前記第1主面上ま
たは前記第2主面上の任意の直線と結晶粒界との交点の
平均間隔として規定されたものであることを特徴とする
請求項1から3のいずれかの項に記載のシリコンシー
ト。
4. The average crystal grain size is defined as an average interval between intersections of an arbitrary straight line on the first main surface or the second main surface and a crystal grain boundary. The silicon sheet according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 前記シートは周期的でなだらかな厚さ変
化を有していることを特徴とする請求項1から4のいず
れかの項に記載のシリコンシート。
5. The silicon sheet according to claim 1, wherein the sheet has a periodic and gradual thickness change.
【請求項6】 前記厚さ変化において周期的に現れる厚
さの極小値領域にはその厚さ方向に実質的に平行な結晶
粒界が形成されていることを特徴とする請求項5に記載
のシリコンシート。
6. The crystal grain boundary that is substantially parallel to the thickness direction is formed in the minimum value region of the thickness that appears periodically in the thickness change. Silicone sheet.
【請求項7】 前記厚さ変化の周期は10mm以下であ
ることを特徴とする請求項5または6に記載のシリコン
シート。
7. The silicon sheet according to claim 5, wherein the cycle of the thickness change is 10 mm or less.
【請求項8】 前記厚さ変化における凹凸の高低差は前
記第2主面側に比べて前記第1主面側において大きいこ
とを特徴とする請求項5から7のいずれかの項に記載の
シリコンシート。
8. The height difference of the unevenness due to the change in the thickness is larger on the first main surface side than on the second main surface side, according to any one of claims 5 to 7. Silicon sheet.
【請求項9】 100μmから1mmの範囲内の平均厚
さを有することを特徴とする請求項1から8のいずれか
の項に記載のシリコンシート。
9. The silicon sheet according to claim 1, having an average thickness in the range of 100 μm to 1 mm.
【請求項10】 5ナイン以上の純度を有することを特
徴とする請求項1から9のいずれかの項に記載のシリコ
ンシート。
10. The silicon sheet according to claim 1, which has a purity of 5 nines or more.
【請求項11】 前記シートに含まれる表面凹凸の高低
差は200μm以下であることを特徴とする請求項1か
ら10のいずれかの項に記載のシリコンシート。
11. The silicon sheet according to claim 1, wherein the height difference of surface irregularities included in the sheet is 200 μm or less.
【請求項12】 30μm以上のキャリヤ拡散長を有す
ることを特徴とする請求項1から11のいずれかの項に
記載のシリコンシート。
12. The silicon sheet according to claim 1, which has a carrier diffusion length of 30 μm or more.
【請求項13】 請求項1から12のいずれかの項に記
載されたシリコンシートを含むことを特徴とする太陽電
池。
13. A solar cell comprising the silicon sheet according to any one of claims 1 to 12.
【請求項14】 光電変換されるべき光は前記シリコン
シートの前記第1主面側から入射させられることを特徴
とする請求項13に記載の太陽電池。
14. The solar cell according to claim 13, wherein light to be photoelectrically converted is incident from the first main surface side of the silicon sheet.
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