JP2004322195A

JP2004322195A - 一方向凝固シリコンインゴット及びこの製造方法並びにシリコン板及び太陽電池用基板

Info

Publication number: JP2004322195A
Application number: JP2003124300A
Authority: JP
Inventors: Saburo Wakita; 三郎脇田; Junichi Sasaki; 順一佐々木; Yuji Ishiwari; 雄二石割; Koji Tsuzukibashi; 浩司続橋
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp; Jemco Inc
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp; Mitsubishi Materials Electronic Chemicals Co Ltd
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-28
Also published as: JP4675550B2

Abstract

【課題】一方向凝固シリコンインゴット及びこの製造方法並びにシリコン板及び太陽電池用基板において、スライス加工による薄肉化が可能で、割れ難くすること。
【解決手段】優先成長結晶方位が、結晶方位の＜１００＞方向と＜１１１＞方向との２方向においてステレオ投影による該２方向に対する角度差が１５°以内の範囲に、６０％以上収まっている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池等に好適な一方向凝固シリコンインゴット及びこの製造方法並びにシリコン板及び太陽電池用基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一方向凝固のシリコンインゴットをスライスして太陽電池用基板として使用することが知られている。例えば、特開平１０−２４５２１６号公報には、一方向凝固で得た鋳塊をスライスして太陽電池用基板とする技術が開示されている。
【０００３】
また、一方向凝固の多結晶シリコンを太陽電池用基板として用いると、不純物が少なく良質な結晶を安定供給できる点が特開平９−１６５２１２号公報に記載されている。
従来、このような一方向凝固された多結晶シリコンは、ルツボ内のシリコン融液を下部から上部に徐々に冷却して柱状晶化することによりシリコンインゴットを作製している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の一方向凝固シリコンインゴットでは、太陽電池用として２５０μｍから１５０μｍの薄板にスライスした場合、表面の凹凸発生の激化を避けることができなかった。この表面凹凸が激しくなると、太陽電池としての電気的特性の一つである基板上の起電力の偏析が生じてしまう不都合がある。また、スライス加工によって割れが生じやすくなるという不都合があった。このため、従来は３５０μｍ以上の厚さが限界とされていた。このように、薄肉化が困難であるために、一本のインゴットから取れる基板枚数が制限され、生産性を向上させることが難しかった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、スライス加工による薄肉化が可能で、割れ難い一方向凝固シリコンインゴット及びこの製造方法並びにシリコン板及び太陽電池用基板に関する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の一方向凝固シリコンインゴットは、優先成長結晶方位が、結晶方位の＜１００＞方向と＜１１１＞方向との２方向においてステレオ投影による該２方向に対する角度差が１５°以内の範囲に、６０％以上収まっていることを特徴とする。また、本発明の一方向凝固シリコンインゴットの製造方法は、ルツボ内で溶解させたシリコンを下部から上方に一方向凝固させてシリコンインゴットを製造する方法であって、優先成長結晶方位が、結晶方位の＜１００＞方向と＜１１１＞方向との２方向においてステレオ投影による該２方向に対する角度差が１５°以内の範囲に、６０％以上収まるようにして凝固させることを特徴とする。
【０００７】
これらの一方向凝固シリコンインゴット及びその製造方法では、優先成長結晶方位が、結晶方位の＜１００＞方向と＜１１１＞方向との２方向においてステレオ投影による該２方向に対する角度差が１５°以内の範囲に、６０％以上収まっているので、インゴットの縦方向（成長方向）において一方向凝固した単結晶がとぎれずに良質な一方向凝固の結晶特性を有し、スライス加工を行っても表面粗れが少なく、かつ割れ難い薄肉の基板を得ることができる。
なお、上記「１５°以内」及び「６０％以上」とした理由は、１５°以内及び６０％以上であれば、太陽電池の変換効率が１５％を超える。それに対して、１５°を超える又は６０％を満たさないと変換効率が１５％を下回るからである。
【０００８】
本発明のシリコン板は、上記本発明の一方向凝固シリコンインゴットを薄板状にスライス加工したことを特徴とする。すなわち、このシリコン板では、上記本発明の一方向凝固シリコンインゴットを薄板状にスライス加工しているので、表面粗れが少なく割れ難い高品質な基板特性を有している。
【０００９】
本発明の太陽電池用基板は、上記本発明のシリコン板より成ることを特徴とする。すなわち、この太陽電池用基板は、上記本発明のシリコン板より成るので、平滑性の高い表面により、太陽電池特性の一つである起電力の偏析を防ぐことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００１１】
本実施形態の一方向凝固シリコンインゴットを製造する方法は、まず、図１に示すように、シリコンインゴットの製造装置を用い、Ｂ（ボロン）等のドーパントを添加したルツボ１内のシリコン融液Ｌから一方向凝固させた多結晶シリコンインゴットＣを得るものである。このシリコンインゴットの製造装置は、床下ヒータ２上に中空チルプレート３を載置し、該中空チルプレート３上に水平断面形状が角形（四角形）又は丸形（円形）のシリカ製ルツボ１を載置している。また、ルツボ１の上方には、天井ヒータ４が設けられていると共に、ルツボ１の周囲には、断熱材５が設けられている。なお、符号６は、Ａｒガスの供給パイプである。
【００１２】
この製造装置によりシリコンインゴットＣを作製するには、ルツボ１内でシリコン原料を溶融させてシリコン融液Ｌとした後、床下ヒータ２の通電を停止させると共に、中空チルプレート３に供給パイプ６からＡｒガスを供給してルツボ１底部を冷却する。さらに、天井ヒータ４の通電を徐々に減少させることにより、シリコン融液Ｌは、底部から冷却されて下部から上方に向けて一方向凝固し、図２の（ａ）（ｂ）に示すように、最終的に断面角形状の一方向凝固多結晶組織Ｃ０を有するシリコンインゴットＣが育成される。すなわち、下部から上方に向けた柱状晶からなる多結晶シリコンインゴットＣが得られる。
【００１３】
この際、育成されるシリコンインゴットＣの優先成長結晶方位が、結晶方位の＜１００＞方向と＜１１１＞方向との２方向においてステレオ投影による該２方向に対する角度差が１５°以内の範囲に、６０％以上収まるように制御して凝固させる。この育成条件は、以下のように設定される。
すなわち、結晶成長方向に対して、水平方向に１．０Ｋ／ｃｍ以上の温度勾配を与え、垂直方向に関しては、０．１Ｋ／ｃｍ以下の温度勾配を与えて凝固させる。
また、結晶方位の＜１００＞方向と＜１１１＞方向との２方向においてステレオ投影による該２方向に対する角度差が、１５°以内の範囲に６０％以上収まっている状態をステレオ投影図として模式的に示したものを図３に示す。
【００１４】
また、一方向凝固の凝固スピードは、０．５ｍｍ／ｍｉｎ以下に制御することが望ましい。これは、凝固スピードが上記スピードより速いと応力歪みや不純物の残留が発生し易く、これによる反りが制御できないためである。
なお、上記シリコンインゴットＣの優先成長結晶方位は、複数スポットのＸ線回折写真等によって解析することができる。
【００１５】
このように育成したシリコンインゴットＣを、図２の（ｂ）に示すように、最終凝固部を除いて凝固方向（インゴットの上下方向）に直交する方向にワイヤーソー等により切削（スライス加工）し、さらに研磨加工して薄板状の複数の太陽電池用基板Ｔ１を作製する。
なお、この太陽電池用基板Ｔ１は、厚さが１５０μｍ以上３５０μｍ未満にスライス加工される。
【００１６】
本実施形態の一方向凝固シリコンインゴットＣでは、優先成長結晶方位が、結晶方位の＜１００＞方向と＜１１１＞方向との２方向においてステレオ投影による該２方向に対する角度差が１５°以内の範囲に、６０％以上収まっているので、インゴットＣの縦方向において一方向凝固した単結晶が途中でとぎれずに良質な一方向凝固の結晶特性を有する。このため、スライス加工を行っても表面粗れが少なく、かつ割れ難い薄肉の基板を得ることができる。
【００１７】
したがって、このインゴットＣをスライス加工して作製された太陽電池用基板Ｔ１は、表面粗れが少なく平滑性の高い表面を有するので、太陽電池特性の一つである起電力の偏析を防ぐことができる。また、従来より薄肉化することができるので、一つのインゴットＣから取れる太陽電池用基板Ｔ１の枚数が増え、生産コストを低減することができる。なお、本実施形態では、１５０μｍから２５０μｍの間の厚さに加工することにより、一つのインゴットＣから取れる基板枚数が従来の１．５〜２倍になる。また、上記の割れ防止効果や凹凸発生防止効果によって、研磨加工工程を短縮化することができ、この点でも生産性が向上する。
【００１８】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、太陽電池用基板に用いるシリコンインゴットを作製したが、他の用途に用いるシリコンインゴットとしても構わない。例えば、本発明のシリコンインゴットをスパッタリング用ターゲット、プラズマエッチング用の電極プレートやリング等のシリコン部材等に加工して用いてもよい。なお、本発明のシリコンインゴットは、良好な薄肉化ができることから、上述したように太陽電池用基板に好適である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。すなわち、本発明の一方向凝固シリコンインゴット及びその製造方法によれば、優先成長結晶方位が、結晶方位の＜１００＞方向と＜１１１＞方向との２方向においてステレオ投影による該２方向に対する角度差が１５°以内の範囲に、６０％以上収まっているので、スライス加工を行っても表面粗れが少なく、かつ割れ難く、基板の薄肉化を図ることができる。したがって、良好な表面状態を有すると共に、一つのインゴットから取れる基板枚数が増加して量産性に優れた基板を得ることができる。
【００２０】
本発明のシリコン板によれば、上記本発明の一方向凝固シリコンインゴットを薄板状にスライス加工しているので、表面粗れが少なく割れ難い高品質な基板特性を有し、生産性に優れ、太陽電池等に好適な基板となる。
また、本発明の太陽電池用基板によれば、上記本発明のシリコン板より成るので、平滑性の高い表面により、太陽電池特性の一つである起電力の偏析を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態において、シリコンインゴットの製造装置を示す概略的な断面図である。
【図２】本発明に係る一実施形態において、製造方法を工程順に示した説明図である。
【図３】本発明に係る一実施形態において、凝固条件を模式的に示したステレオ投影図である。
【符号の説明】
１ルツボ
Ｃシリコンインゴット
Ｌシリコン融液
Ｔ１太陽電池用基板

Claims

優先成長結晶方位が、結晶方位の＜１００＞方向と＜１１１＞方向との２方向においてステレオ投影による該２方向に対する角度差が１５°以内の範囲に、６０％以上収まっていることを特徴とする一方向凝固シリコンインゴット。
請求項１に記載の一方向凝固シリコンインゴットを薄板状にスライス加工したことを特徴とするシリコン板。
請求項２に記載のシリコン板において、
厚さが１５０μｍ以上３５０μｍ未満であることを特徴とするシリコン板。
請求項２又は３に記載のシリコン板より成ることを特徴とする太陽電池用基板。
ルツボ内で溶解させたシリコンを下部から上方に一方向凝固させてシリコンインゴットを製造する方法であって、
優先成長結晶方位が、結晶方位の＜１００＞方向と＜１１１＞方向との２方向においてステレオ投影による該２方向に対する角度差が１５°以内の範囲に、６０％以上収まるようにして凝固させることを特徴とする一方向凝固シリコンインゴットの製造方法。