JP2005200279A - Method for manufacturing silicon ingot and solar battery - Google Patents

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隆史 福島
Yoshiyuki Nagahara
美行 永原
Tetsuhiro Okuno
哲啓 奥野
Kimihiko Kajimoto
公彦 梶本
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    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a silicon ingot containing oxygen in a low concentration by using a reducing gas except hydrogen. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the silicon ingot has a process (1) for melting a silicon material and a process (2) for crystallizing the molten silicon material. In either of the processes mentioned above, the molten silicon material is exposed to a reducing gas (e.g., a mixed gas of ammonia and an inert gas) not substantially containing hydrogen. The concentration of oxygen contained in the molten silicon material can be reduced by exposing the molten silicon material to the reducing gas. Consequently, the silicon ingot in which the concentration of oxygen is low can be manufactured. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、シリコンインゴットの製造方法、及びそのインゴットをスライスして得られるウェハを用いて形成される太陽電池に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a silicon ingot and a solar cell formed using a wafer obtained by slicing the ingot.

まず、従来のシリコン多結晶インゴットの製造方法の一例を示す。まず、原料となるシリコン塊を加熱溶融するためのヒーターを有する金属製密閉容器内に、シリコン塊で満たした坩堝を設置し、シリコン塊が溶融する温度まで加熱昇温する。次に、溶融したシリコンを徐々に冷却することにより、坩堝内でシリコンが結晶化し始め、全体の結晶化が完了することによりシリコン多結晶インゴットが形成される。   First, an example of a conventional method for producing a silicon polycrystalline ingot will be described. First, a crucible filled with a silicon lump is placed in a metal sealed container having a heater for heating and melting the silicon lump as a raw material, and the temperature is raised to a temperature at which the silicon lump is melted. Next, by gradually cooling the melted silicon, the silicon begins to crystallize in the crucible, and the silicon crystallization ingot is formed by completing the entire crystallization.

この際、密閉容器内は、不活性ガスであるアルゴンガスで満たされている。しかし、原料であるシリコン塊や坩堝材料、離型剤、インゴット製造装置、作業環境等より不純物が混入するため、加熱溶融した溶融シリコン中には、酸化シリコンを始めとする各種不純物元素が高濃度で存在している。溶融シリコンの冷却、結晶化工程では、溶融シリコンは、一般に、坩堝下部から冷却されるため、溶融シリコンの下部から結晶化が始まり、上部に向かってシリコン多結晶が成長する。その結晶成長過程では、偏析現象によりシリコン純度は改善され、最後に結晶化するインゴット上部に酸化物や不純物が高濃度で偏析するが、完全には偏析させることができず、インゴット内部にはある程度の濃度の酸化物や不純物が残存する。   At this time, the sealed container is filled with argon gas which is an inert gas. However, since impurities are mixed in from the raw material silicon lump, crucible material, mold release agent, ingot production equipment, work environment, etc., various impurity elements such as silicon oxide are in high concentration in the molten silicon that has been heated and melted. Exists. In the cooling and crystallization process of the molten silicon, the molten silicon is generally cooled from the lower part of the crucible, so that crystallization starts from the lower part of the molten silicon and a silicon polycrystal grows toward the upper part. In the crystal growth process, the silicon purity is improved by the segregation phenomenon, and oxides and impurities are segregated at a high concentration at the top of the ingot to be crystallized at the end. Oxide and impurities of a concentration remain.

それらの酸化物、不純物はシリコン結晶の結晶欠陥となり、そのインゴットからスライスされたウェハを使って作製された太陽電池では、光照射により発生したキャリアがその欠陥部で消滅するため、良好な出力特性が得られない。   These oxides and impurities become crystal defects in the silicon crystal, and in solar cells fabricated using wafers sliced from the ingot, carriers generated by light irradiation disappear at the defect, so excellent output characteristics Cannot be obtained.

シリコン多結晶インゴット中の酸化物や不純物を低減するためには、溶融シリコン中の含有酸素濃度と不純物を低減させることが必要である。この方法として、水素ガス雰囲気あるいは水素を含む不活性ガス雰囲気中でシリコン融液を冷却、結晶化することによる多結晶シリコンインゴットの製造方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開昭58−99115号公報
In order to reduce oxides and impurities in the silicon polycrystalline ingot, it is necessary to reduce the oxygen concentration and impurities in the molten silicon. As this method, a method for producing a polycrystalline silicon ingot by cooling and crystallizing a silicon melt in a hydrogen gas atmosphere or an inert gas atmosphere containing hydrogen is known (for example, see Patent Document 1).
JP 58-99115 A

しかし、一般に水素は可燃性が非常に高く、空気中での水素ガス濃度が4%以上75%以下の広い範囲で爆発する危険性があり、雰囲気ガスとして水素ガス又は不活性ガスと水素ガスの混合ガスを使用することは好ましくない。   However, in general, hydrogen is very flammable, and there is a risk of explosion in a wide range of hydrogen gas concentration in the air of 4% to 75%. As an atmospheric gas, hydrogen gas or inert gas and hydrogen gas It is not preferable to use a mixed gas.

本発明は係る事情を鑑みてなされたものであり、水素ガス以外の還元性ガスを用いて、含有酸素濃度の低いシリコンインゴットの製造方法を提供するものである。   This invention is made | formed in view of the situation which concerns, and provides the manufacturing method of a silicon ingot with low content oxygen concentration using reducing gas other than hydrogen gas.

本発明のシリコンインゴットの製造方法は、(1)シリコン材料を溶融させ、(2)溶融シリコン材料を結晶化させる工程を備え、上記何れかの工程において、溶融シリコン材料が、水素ガスを実質的に含まない還元性ガスにさらされることを特徴とする。   The method for producing a silicon ingot according to the present invention includes the steps of (1) melting a silicon material and (2) crystallizing the molten silicon material. In any of the above steps, the molten silicon material substantially contains hydrogen gas. It is characterized by being exposed to a reducing gas not contained in the above.

本発明によれば、溶融シリコン材料を還元性ガスにさらすときに、溶融シリコン材料中の含有酸素濃度を減少させることができ、その結果、含有酸素濃度の低いシリコンインゴットを製造することができる。
また、本発明の方法により製造されたインゴットを用いると、結晶欠陥が少なく、出力特性の良好な太陽電池を製造することができる。
According to the present invention, when the molten silicon material is exposed to a reducing gas, the oxygen concentration in the molten silicon material can be reduced, and as a result, a silicon ingot having a low oxygen concentration can be manufactured.
Moreover, when the ingot manufactured by the method of the present invention is used, a solar cell with few crystal defects and excellent output characteristics can be manufactured.

本発明のシリコンインゴットの製造方法は、(1)シリコン材料を溶融させ、(2)溶融シリコン材料を結晶化させる工程を備え、上記何れかの工程において、溶融シリコン材料が、水素ガスを実質的に含まない還元性ガスにさらされることを特徴とする。   The method for producing a silicon ingot according to the present invention includes the steps of (1) melting a silicon material and (2) crystallizing the molten silicon material. In any of the above steps, the molten silicon material substantially contains hydrogen gas. It is characterized by being exposed to a reducing gas not contained in the above.

シリコン材料としては、例えば、粒状や塊状などのシリコンが挙げられる。
シリコン材料の溶融は、例えば、シリコン材料の入った坩堝をシリコンの融点以上の温度に加熱することにより行うことができる。
溶融シリコン材料の結晶化は、例えば、溶融シリコン材料の入った坩堝の下部を冷却することにより行うことができる。この方法によると、通常、多結晶のシリコンインゴットが得られる。また、シリコン材料の結晶化は、例えば、坩堝中の溶融シリコン材料に単結晶シリコンからなる種結晶を浸し、種結晶を徐々に引き上げることにより行うことができる。この方法によると、通常、単結晶シリコンインゴットが得られる。すなわち、「結晶化」には、単結晶化及び多結晶化の何れもが含まれる。
Examples of the silicon material include granular and lump silicon.
The melting of the silicon material can be performed, for example, by heating a crucible containing the silicon material to a temperature not lower than the melting point of silicon.
Crystallization of the molten silicon material can be performed, for example, by cooling the lower part of the crucible containing the molten silicon material. According to this method, a polycrystalline silicon ingot is usually obtained. The crystallization of the silicon material can be performed, for example, by immersing a seed crystal made of single crystal silicon in the molten silicon material in the crucible and gradually pulling up the seed crystal. According to this method, a single crystal silicon ingot is usually obtained. That is, “crystallization” includes both single crystallization and polycrystallization.

「水素ガスを実質的に含まない」とは、含有不純物濃度を減少させるのに実質的に寄与する程度の分量の水素ガスを含まないことをいう。
還元性ガスは、溶融シリコン材料中の酸素や各種不純物と結合し、これらの濃度を減少させる特性を有するガスからなり、具体的には、例えば、アンモニア、ヒドラジン、一酸化炭素、シラン系化合物(例えば、ジクロルシラン、トリクロロシラン)、ヘキサメチルジシラザン、メチルアミン、エチルアミン、硫化水素の少なくとも1つを含む。還元性ガスは、これらの気体のみからなってもよいが、これらの気体と不活性ガスとの混合ガスからなってもよい。
“Substantially free of hydrogen gas” means that it does not contain an amount of hydrogen gas that substantially contributes to reducing the concentration of impurities contained.
The reducing gas is composed of a gas that has a property of reducing the concentration of oxygen and various impurities in the molten silicon material. Specifically, for example, ammonia, hydrazine, carbon monoxide, silane compounds ( For example, it contains at least one of dichlorosilane, trichlorosilane), hexamethyldisilazane, methylamine, ethylamine, and hydrogen sulfide. The reducing gas may consist of only these gases, but may also consist of a mixed gas of these gases and an inert gas.

本発明を別の観点から見ると、上記記載の方法により製造されたシリコンインゴットをスライスして得られたシリコンウェハを用いて形成された太陽電池を提供するものである。   From another viewpoint, the present invention provides a solar cell formed by using a silicon wafer obtained by slicing a silicon ingot manufactured by the above-described method.

本発明の方法により製造されたシリコンインゴットは、含有酸素などの含有不純物濃度が低いので、本発明のシリコンインゴットをスライスして得られたウェハを用いると、光電変換効率のよい太陽電池を製造することができる。
シリコンインゴットをスライスする前に、前記インゴットを、例えば、1辺が100mm以上200mm以下の四角柱状のブロックに分割してもよい。また、シリコンウェハの厚さは、例えば、500μm以下にすることができる。
Since the silicon ingot produced by the method of the present invention has a low concentration of impurities such as oxygen, when a wafer obtained by slicing the silicon ingot of the present invention is used, a solar cell with good photoelectric conversion efficiency is produced. be able to.
Before slicing the silicon ingot, the ingot may be divided into, for example, square columnar blocks each having a side of 100 mm or more and 200 mm or less. The thickness of the silicon wafer can be set to 500 μm or less, for example.

実施例1として、多結晶シリコンインゴットの製造方法について説明する。図1は、本実施例の製造方法を実施するための製造装置を示す。   As Example 1, a method for producing a polycrystalline silicon ingot will be described. FIG. 1 shows a manufacturing apparatus for carrying out the manufacturing method of this embodiment.

この製造装置の外観は、ステンレスからなる円筒状の密閉容器1で溶融部全体を覆うようになっている。その内部には、原料となるシリコン塊を溶融、結晶化させるための容器となる坩堝2と、それを設置する支持台3と台座4がある。その台座4は、坩堝2の加熱および冷却時の温度均一性を向上するために、台座駆動装置5により回転することが可能となっている。また、台座駆動装置5は、台座4を上下に移動させる機構も備え、冷却時には、ヒーター10による加熱領域より、坩堝2を下方に移動させることによって、坩堝の下部を冷却し、溶融シリコン6の結晶化を下部より進める。   The external appearance of this manufacturing apparatus is such that the entire melted part is covered with a cylindrical sealed container 1 made of stainless steel. Inside, there are a crucible 2 as a container for melting and crystallizing a silicon lump as a raw material, a support base 3 and a pedestal 4 for installing it. The pedestal 4 can be rotated by a pedestal driving device 5 in order to improve temperature uniformity during heating and cooling of the crucible 2. The pedestal driving device 5 is also provided with a mechanism for moving the pedestal 4 up and down. At the time of cooling, the lower part of the crucible 2 is cooled by moving the crucible 2 downward from the heating region by the heater 10, and the molten silicon 6 Crystallization proceeds from the bottom.

坩堝2下部を冷却し、溶融シリコン6の結晶化を進めるために、坩堝2を下降させることにより坩堝2をヒーター10から遠ざけるとともに、坩堝2下部から熱を除去する必要がある。そのため、本製造装置には、台座4を冷却する機構が設けられている。その冷却機構は、台座4を支える円筒状支持棒7の筒体内部に温度制御された冷却媒体を循環させる構造となっており、密閉容器1の外部にその冷却媒体を供給する冷却媒体槽8が設けられている。   In order to cool the lower portion of the crucible 2 and advance crystallization of the molten silicon 6, it is necessary to move the crucible 2 away from the heater 10 by lowering the crucible 2 and to remove heat from the lower portion of the crucible 2. Therefore, this manufacturing apparatus is provided with a mechanism for cooling the pedestal 4. The cooling mechanism is configured to circulate a temperature-controlled cooling medium inside a cylindrical support rod 7 that supports the pedestal 4, and a cooling medium tank 8 that supplies the cooling medium to the outside of the sealed container 1. Is provided.

シリコン塊を溶融するために、坩堝2を覆うように、坩堝2やシリコン塊を均一に加熱するためのグラファイト製の加熱体9が設けられており、その周りには、その加熱体9本体を加熱するための誘導加熱コイル10が取り付けられている。その加熱体9の温度制御は、加熱体9に埋め込まれた熱電対11によって測定された温度をフィードバックすることにより行われる。SUS製の円柱状の密閉容器1は、上記の坩堝2、台座4、及び加熱体9等を取り囲み、その密閉容器1の上部に設けられた蓋は、開閉できるようになっている。その蓋を開け、加熱体9を上昇、横方向に移動させることにより、シリコン塊の入った坩堝2を設置したり、溶融、結晶化させた多結晶シリコンインゴットを取り出したりすることが可能である。   In order to melt the silicon lump, a crucible 2 and a heating element 9 made of graphite for uniformly heating the silicon lump are provided so as to cover the crucible 2. An induction heating coil 10 for heating is attached. The temperature control of the heating body 9 is performed by feeding back the temperature measured by the thermocouple 11 embedded in the heating body 9. A cylindrical sealed container 1 made of SUS surrounds the crucible 2, the pedestal 4, the heating body 9, and the like, and a lid provided on the upper part of the sealed container 1 can be opened and closed. By opening the lid and raising and moving the heating element 9 in the lateral direction, it is possible to install the crucible 2 containing the silicon lump or take out the melted and crystallized polycrystalline silicon ingot. .

また、密閉容器1の蓋部には、各種ガスを導入するためのガス導入口12が設けられ、密閉容器1の底部にはそのガスを排出するためのガス排気口13が設けられ、密閉容器1の内部の雰囲気を制御する。ガス導入口12には雰囲気ガスボンベ15、16、17と、ガス流量を制御するレギュレーター14が接続されており、また、ガス排気口13には密閉容器内を減圧するための排気ポンプが接続されている。   Further, the lid portion of the sealed container 1 is provided with a gas inlet 12 for introducing various gases, and the bottom of the sealed container 1 is provided with a gas exhaust port 13 for discharging the gas. The atmosphere inside 1 is controlled. Atmospheric gas cylinders 15, 16, and 17 are connected to the gas inlet 12, and a regulator 14 that controls the gas flow rate, and an exhaust pump for reducing the pressure in the sealed container is connected to the gas outlet 13. Yes.

坩堝2の材質は、シリカやグラファイトを使用できるが、本実施例では、グラファイトからなる坩堝を使用する。その寸法は、一辺が約60cmの略四角形の底辺で、高さは約50cmの内寸であり、また厚さは約2cmである。昇温時に坩堝2本体と溶融シリコン6が反応することを防止するために、坩堝2の内面に、窒化珪素粉を塗布、乾燥、焼結する。   Silica or graphite can be used as the material of the crucible 2, but in this embodiment, a crucible made of graphite is used. Its dimensions are the base of a substantially square with one side of about 60 cm, the height is about 50 cm, and the thickness is about 2 cm. In order to prevent the crucible 2 main body and the molten silicon 6 from reacting when the temperature is raised, silicon nitride powder is applied to the inner surface of the crucible 2, dried and sintered.

この坩堝2を支持台3の上に置き、この中に約150kgのシリコン塊を充填する。予めそのシリコン塊の酸処理、水洗、及び乾燥を行い、表面の汚染物を除去し、清浄な状態としておくことにより、シリコン結晶中への不純物の混入を少しでも低減させる。クレーンで支持台3を吊り上げ、密閉容器内の台座4の中心部に支持台3と坩堝2を設置し、次に坩堝2を囲むように加熱体9を下降し、設置する。   The crucible 2 is placed on a support 3 and about 150 kg of silicon mass is filled therein. By preliminarily treating the silicon mass with acid, washing with water, and drying to remove contaminants on the surface and keeping it in a clean state, the contamination of the silicon crystals can be reduced as much as possible. The support 3 is lifted by a crane, the support 3 and the crucible 2 are installed at the center of the pedestal 4 in the sealed container, and then the heating body 9 is lowered and installed so as to surround the crucible 2.

次に、密閉容器1の蓋を閉め、排気ポンプにより内部を減圧し、ガス導入口12から密閉容器1内に雰囲気ガスを導入する。雰囲気ガスとしては、アンモニアガス15とアルゴンガス16を1:4の割合で混ぜた混合ガスを使用し、ガス流量は総量で10〜20リットル/分とし、雰囲気圧力が0.5〜0.95気圧となるように排気量を調整する。   Next, the lid of the sealed container 1 is closed, the inside is decompressed by an exhaust pump, and the atmospheric gas is introduced into the sealed container 1 from the gas inlet 12. As the atmospheric gas, a mixed gas in which ammonia gas 15 and argon gas 16 are mixed at a ratio of 1: 4 is used, the gas flow rate is 10 to 20 liters / minute in total, and the atmospheric pressure is 0.5 to 0.95. Adjust the displacement so that it becomes atmospheric pressure.

次に、誘導加熱コイル10を加熱し、加熱体9を介して坩堝2およびシリコン塊を加熱、昇温していく。なお、坩堝2およびシリコン塊、シリコン融液の温度の均一性を得るために、台座駆動装置5により台座4を80秒/回転の速度で加熱時から結晶化、冷却時まで連続して回転させる。シリコンの融点は1410℃であるため、加熱体9の温度を1540℃まで上昇させ、シリコン塊を完全に溶融させる。なお、昇温速度が400℃/時間となるように、加熱体9に埋め込まれた熱電対11からの測定温度をフィードバックし、加熱体9の温度を制御する。加熱体9の温度を1540℃で1〜2時間保持し、シリコン融液温度が均質化した後、誘導加熱コイル10の通電量を減少させることにより、シリコン融液温度をその融点付近まで降下させ、その後0.1℃/時間の速度で徐冷する。   Next, the induction heating coil 10 is heated, and the crucible 2 and the silicon lump are heated and heated through the heating body 9. In order to obtain the temperature uniformity of the crucible 2, the silicon lump, and the silicon melt, the pedestal 4 is continuously rotated by the pedestal driving device 5 from heating to crystallization and cooling at a speed of 80 seconds / rotation. . Since the melting point of silicon is 1410 ° C., the temperature of the heating body 9 is raised to 1540 ° C., and the silicon lump is completely melted. Note that the temperature of the heating body 9 is controlled by feeding back the measured temperature from the thermocouple 11 embedded in the heating body 9 so that the rate of temperature rise is 400 ° C./hour. After holding the temperature of the heating element 9 at 1540 ° C. for 1 to 2 hours and the silicon melt temperature is homogenized, the silicon melt temperature is lowered to near its melting point by reducing the amount of current supplied to the induction heating coil 10. Thereafter, it is gradually cooled at a rate of 0.1 ° C./hour.

この時、同時に台座駆動装置5により、台座4を7mm/時間の速度で加熱体9より下方に移動させる。このように台座を移動させると、坩堝2の底部の温度が最も早く低下するため、坩堝2底部よりシリコン結晶が発生し、その後、さらに台座4を下降させるとともに台座4を冷却することにより、シリコン多結晶が坩堝2の底部から上部に向かって成長する。結晶化時間は、おおよそ20〜25時間である。   At the same time, the pedestal 4 is moved downward from the heating body 9 by the pedestal driving device 5 at a speed of 7 mm / hour. When the pedestal is moved in this manner, the temperature at the bottom of the crucible 2 is lowered the fastest, so that silicon crystals are generated from the bottom of the crucible 2, and then the pedestal 4 is further lowered and the pedestal 4 is cooled to Polycrystals grow from the bottom to the top of the crucible 2. The crystallization time is approximately 20-25 hours.

シリコン多結晶インゴットの温度が上記工程に形成され、その温度が900℃まで下がった時に、密閉容器1内の雰囲気ガスをアンモニアガス15とアルゴンガス16の混合ガスからヘリウムガス17に切り替え、そのまま常温まで冷却する。冷却完了後、密閉容器1を開けて坩堝2および多結晶シリコンインゴット6を取り出す。それにより作製されたシリコン多結晶インゴットの各端面をカットソーで切断除去し、不純物の混入の少ない良質なインゴットを作製することが出来る。   When the temperature of the silicon polycrystalline ingot is formed in the above process and the temperature is lowered to 900 ° C., the atmospheric gas in the sealed container 1 is switched from the mixed gas of the ammonia gas 15 and the argon gas 16 to the helium gas 17 and left at room temperature. Allow to cool. After cooling is completed, the hermetic container 1 is opened, and the crucible 2 and the polycrystalline silicon ingot 6 are taken out. Each end face of the silicon polycrystalline ingot thus produced can be cut and removed with a cut-and-sew, so that a high-quality ingot with less impurities can be produced.

なお、上記実施例ではアンモニアガス15とアルゴンガス16の混合ガスを使用するが、ヒドラジン、一酸化炭素、シラン系化合物(ジクロルシラン、トリクロロシラン)、ヘキサメチルジシラザン、メチルアミン、エチルアミン、硫化水素の各ガスおよびそれらとアルゴン等の不活性ガスの混合ガスを使用しても、同様に不純物の少ない良質なシリコン多結晶インゴットを作製することが可能である。   In the above-described embodiment, a mixed gas of ammonia gas 15 and argon gas 16 is used. Even when each gas and a mixed gas of them and an inert gas such as argon are used, it is possible to produce a high-quality silicon polycrystalline ingot with few impurities.

実施例1の方法によりシリコン多結晶インゴットを製造し、そのインゴットからスライスされたウェハを用いて太陽電池を製造した。   A silicon polycrystalline ingot was manufactured by the method of Example 1, and a solar cell was manufactured using a wafer sliced from the ingot.

従来の方法により製造されたインゴットからスライスされたウェハを用いて製造された太陽電池と比較して、この太陽電池のキャリアライフタイムは、平均70μsから110μsへ57%改善され、その光電変換効率はAM(Air Mass)1.5の条件下で、平均14.1%から15.2%に改善された。   Compared to a solar cell manufactured using a wafer sliced from an ingot manufactured by a conventional method, the carrier lifetime of this solar cell is improved by 57% from an average of 70 μs to 110 μs, and its photoelectric conversion efficiency is Under the condition of AM (Air Mass) 1.5, the average was improved from 14.1% to 15.2%.

このように太陽電池の特性が改善された理由は、以下のように説明される。
一般に、インゴット中に存在する含有酸素などの含有不純物はシリコン結晶内の結晶欠陥となる。そのため、そのインゴットからスライスされたウェハを用いて製造された太陽電池では、シリコンへの光照射により発生するキャリアがその結晶欠陥でトラップされ、再結合し、消滅する。そのため、この太陽電池のキャリアライフタイムは短くなり、その光電変換効率が低下する。
The reason why the characteristics of the solar cell are improved in this way is explained as follows.
In general, contained impurities such as oxygen contained in the ingot become crystal defects in the silicon crystal. Therefore, in a solar cell manufactured using a wafer sliced from the ingot, carriers generated by light irradiation on silicon are trapped by the crystal defects, recombined, and disappear. Therefore, the carrier lifetime of this solar cell is shortened, and the photoelectric conversion efficiency is lowered.

一方、本発明のシリコン多結晶インゴットは、還元性ガス中で溶融・結晶化されたので、溶融シリコン中の含有酸素などの含有不純物濃度が低下する。そのため、光照射によって発生したキャリアをトラップする結晶欠陥の数が減少し、キャリアライフタイム及び光電変換効率の改善に繋がったと考えられる。   On the other hand, since the silicon polycrystalline ingot of the present invention is melted and crystallized in a reducing gas, the concentration of impurities such as oxygen contained in the molten silicon is lowered. Therefore, it is considered that the number of crystal defects that trap carriers generated by light irradiation is reduced, leading to improvement in carrier lifetime and photoelectric conversion efficiency.

また、雰囲気ガス中のアンモニアに含まれる水素原子が溶融シリコン融液内部に拡散し、多結晶インゴット内の結晶粒界や結晶欠陥部に結合するにより、結晶欠陥部を不活性化させ、キャリアの消滅を削減することが出来たとも考えられる。   In addition, hydrogen atoms contained in ammonia in the atmospheric gas diffuse into the molten silicon melt and bond to crystal grain boundaries and crystal defect parts in the polycrystalline ingot, thereby inactivating the crystal defect parts and It is thought that the disappearance could be reduced.

本発明のシリコンインゴットの製造方法を実施するための製造装置Manufacturing apparatus for carrying out the method for manufacturing a silicon ingot according to the present invention 本発明のシリコンインゴットの製造方法を実施するための製造装置の雰囲気ガス配管系統Atmospheric gas piping system of manufacturing apparatus for carrying out the method for manufacturing a silicon ingot of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 密閉容器
2 坩堝
3 支持台
4 台座
5 台座駆動装置
6 溶融シリコン
7 円筒状支持棒
8 冷却媒体槽
9 加熱体
10 誘導加熱コイル
11 熱電対
12 ガス導入口
13 ガス排気口
14 レギュレーター
15 アンモニアガスボンベ
16 アルゴンガスボンベ
17 ヘリウムガスボンベ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Airtight container 2 Crucible 3 Support base 4 Base 5 Base drive device 6 Molten silicon 7 Cylindrical support rod 8 Cooling medium tank 9 Heating body 10 Induction heating coil 11 Thermocouple 12 Gas inlet 13 Gas exhaust 14 Regulator 15 Ammonia gas cylinder 16 Argon gas cylinder 17 Helium gas cylinder

Claims (3)

(1)シリコン材料を溶融させ、(2)溶融シリコン材料を結晶化させる工程を備え、上記何れかの工程において、溶融シリコン材料が、水素ガスを実質的に含まない還元性ガスにさらされることを特徴とするシリコンインゴットの製造方法。 (1) melting the silicon material; (2) crystallizing the molten silicon material, and in any of the above steps, the molten silicon material is exposed to a reducing gas substantially free of hydrogen gas. A method for producing a silicon ingot characterized by the above. 還元性ガスは、アンモニア、ヒドラジン、一酸化炭素、シラン系化合物、ヘキサメチルジシラザン、メチルアミン、エチルアミン、硫化水素の少なくとも1つを含む請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the reducing gas contains at least one of ammonia, hydrazine, carbon monoxide, a silane compound, hexamethyldisilazane, methylamine, ethylamine, and hydrogen sulfide. 請求項1又は2に記載の製造方法によって製造されたシリコンインゴットをスライスして得られたシリコンウェハを用いて形成された太陽電池。 The solar cell formed using the silicon wafer obtained by slicing the silicon ingot manufactured by the manufacturing method of Claim 1 or 2.
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