JP2006502956A - 結晶成長のための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2002年10月18日に出願された米国暫定特許出願第60/419,769号の利益および優先権を主張する。この出願の全体の開示は、参照してここに組み込まれる。
本発明は、一般的に、結晶性または多結晶材料の成長に関する。更に具体的には、本発明は、低コストの太陽電池を作る場合に使用される結晶性または多結晶シリコンシート材料を成長させる方法および装置に関する。
低コストの太陽電池を作る場合、シリコンシート材料またはリボンは特に重要である。シリコンリボンの連続成長は、バルクから製造されるシリコンのスライスを不必要にする。これを行う方法は、米国特許第4,594,229号、第4,627,887号、第4,661,200号、第4,689,109号、第6,090,199号、第6,200,383号、および第6,217,649号で説明されている。これら特許の開示は、参照して全体をここに組み込まれる。これらの特許において、シリコンリボンの連続的成長は、溶融シリコンの浅い層を含むるつぼを通して、2つの高温材料ストリングを導入することによって実行される。ストリングは成長リボンのエッジを安定化するように働き、溶融シリコンは溶融層のすぐ上で固体リボンへ凝固する。ストリングと成長リボンとの間で形成される溶融層は、溶融シリコンのメニスカスによって規定される。米国特許第6,090,199号および第6,217,649号は、連続的シリコンリボンへ供給原料物質を連続的に補充する方法および装置を説明している。
本発明は、1つの実施形態において、融解物から結晶性または多結晶シート材料またはリボンを成長または引き上げる方法および装置に関する。融解物は、毛管付着によって、メサ型るつぼのエッジ特徴へ保持される。好ましい実施形態において、本発明は、ストリングリボンまたはエッジ安定化リボンと一緒に実施される。その場合、ストリングまたはファイバは、毛管付着によってリボンのエッジを安定化するために使用される。この方法によって、連続リボンを含むリボンを融解物面から直接成長させることができる。融解物はリボンの成長方向に垂直な方向で無限に広がっていてよい。リボンの成長方向は、ストリングのロケーションによって規定されるリボンの位置である。
本発明は、1つの実施形態において、結晶または多結晶シート材料を成長させる方法に関する。ここで使用される結晶の用語は、単結晶、多結晶、および半結晶物質を意味する。好ましい実施形態において、本発明は、毛管付着によってリボンのエッジを安定化するためストリングまたはファイバが使用されるストリングリボンまたはエッジ安定化リボンと一緒に実施される。この方法によって、融解物面から直接、連続リボンを含むリボンを成長させることができる。融解物は、リボンの成長方向と垂直な方向で無限の広がりであってよい。成長方向は、ストリングのロケーションによって規定されたリボンの位置である。本発明はシリコンを参照して説明されるが、他の物質も使用されてよい。他の物質は、ゲルマニウム、シリコンの合金、ゲルマニウムの合金、および一般的に液体から結晶成長によって生成される物質を含む。
Claims (70)
- 結晶性リボンを形成する方法であって、該方法は、以下:
上面およびエッジを有するメサ型るつぼを提供する工程であって、該エッジが、該メサ型るつぼの該上面の境界を規定する、工程;
該メサ型るつぼの該上面に原料物質の融解物を形成する工程であって、該融解物のエッジが、毛管付着によって該メサ型るつぼの該エッジに保持される、工程;および
該融解物から結晶性リボンを引き上げる工程
を包含する、方法。 - 前記引き上げ工程が、以下:
前記融解物中に結晶種を位置決めすること;
前記結晶性リボンの前記エッジに沿って位置決めされた一対のストリングの間で、該融解物から該結晶種を引き上げ、それによって、該一対のストリングの間で該融解物を固化させて結晶性リボンを形成すること、および
該融解物から該結晶性リボンを連続的に引き上げること
を包含する、請求項1に記載の方法。 - 前記融解物の境界外形の少なくとも一部分が、引き上げ工程の前に、下に凹である、請求項1に記載の方法。
- 前記融解物の境界外形の少なくとも一部分が、前記結晶性リボンの領域の外側で、下に凹である、請求項1に記載の方法。
- 前記融解物から前記結晶性リボンを引き上げる工程が、該融解物の断面境界外形に変曲点を形成する、請求項1に記載の方法。
- 前記メサ型るつぼの前記エッジの上に、前記融解物の実質的な部分を形成する工程を更に包含する、請求項1に記載の方法。
- 2つ以上の結晶性リボンを形成する工程を更に包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記融解物の前記断面境界外形の少なくとも一部分における前記変曲点が、前記結晶性リボンを実質的に平坦に成長させる、請求項5に記載の方法。
- 連続的な結晶性成長のために、前記メサ型るつぼの前記上面に前記原料物質を補充する工程を更に包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記結晶性リボンを形成する工程の間に、前記メサ型るつぼの温度を制御する工程を更に包含する、請求項1に記載の方法。
- 結晶性リボンを形成するための装置であって、該装置は、エッジを有するメサ型るつぼを備え、該エッジは、該メサ型るつぼの上面の境界を規定し、該メサ型るつぼは、融解物のエッジを毛管付着によって該メサ型るつぼの該エッジに保持する、装置。
- 前記結晶性リボンの前記エッジに沿って位置決めされた一対のストリングを更に備え、該一対のストリングが、結晶性リボンが形成される領域を規定する、請求項11に記載の装置。
- 前記融解物の境界外形の一部分が、結晶性リボンを形成する前に、下に凹である、請求項11に記載の装置。
- 前記融解物の境界外形の一部分が、結晶性リボンの領域の外側で、下に凹である、請求項11に記載の装置。
- 前記融解物から結晶性リボンを引き上げることが、該融解物の断面境界外形に変曲点を形成する、請求項11に記載の装置。
- 前記融解物の実質的な部分が、前記メサ型るつぼの前記エッジの上にある、請求項11に記載の装置。
- 2つ以上の結晶性リボンのエッジに沿って位置決めされた二対以上のストリングを更に備え、各々のストリング対が、前記融解物に配置された結晶種が引き上げられて結晶性リボンを形成する領域を規定する、請求項12に記載の装置。
- 前記メサ型るつぼが黒鉛を含む、請求項11に記載の装置。
- 前記メサ型るつぼの前記エッジが、該メサ型るつぼの凹型上面を規定する、請求項11に記載の装置。
- 前記メサ型るつぼの幅が、約15mmと約30mmとの間である、請求項11に記載の装置。
- 連続的な前記結晶性リボンの成長のために、前記メサ型るつぼの前記上面に前記融解物を補充する手段を更に備える、請求項11に記載の装置。
- 結晶性リボンを形成する間に、前記メサ型るつぼの温度を制御する手段を更に備える、請求項11に記載の装置。
- 結晶性リボンを形成する方法であって、該方法は、以下:
上面およびエッジを有するるつぼを提供する工程であって、該エッジが、該るつぼの該上面の境界を規定する、工程;
該るつぼの該上面に原料物質の融解物を形成する工程であって、該融解物が、少なくも一部分が下に凹である境界外形を有する、工程;および
該融解物から結晶性リボンを引き上げる工程
を包含する、方法。 - 前記引き上げ工程が、以下:
前記融解物中に結晶種を配置すること;
前記結晶性リボンの前記エッジに沿って位置決めされた一対のストリングの間で該融解物から該結晶種を引き上げ、それによって、該一対のストリングの間で該融解物を固化して該結晶性リボンを形成すること;および
該融解物から該結晶性リボンを連続的に引き上げること
を包含する、請求項23に記載の方法。 - 前記融解物の境界外形の一部分が、前記引き上げ工程の前に、下に凹である、請求項23に記載の方法。
- 前記融解物の境界外形の一部分が、前記結晶性リボンの領域の外側で、下に凹である、請求項23に記載の方法。
- 前記融解物から前記結晶性リボンを引き上げる工程が、該融解物の断面境界外形に変曲点を形成する、請求項23に記載の方法。
- 前記るつぼの前記エッジの上に、前記融解物の実質的な部分を形成する工程を更に包含する、請求項23に記載の方法。
- 2つ以上の結晶性リボンを形成する工程を更に包含する、請求項23に記載の方法。
- 前記融解物の断面境界外形の少なくとも一部分における前記変曲点が、前記結晶性リボンを実質的に平坦に成長させる、請求項27に記載の方法。
- 連続的な結晶性リボンの成長のために、前記るつぼの前記上面に前記原料物質を補充する工程を更に包含する、請求項23に記載の方法。
- 前記結晶性リボンを形成する工程の間に、前記るつぼの温度を制御する工程を更に包含する、請求項23に記載の方法。
- 前記るつぼの幅が、約15mmと約30mmとの間である、請求項23に記載の方法。
- 前記るつぼがメサ型るつぼである、請求項23に記載の方法。
- 結晶性リボンを形成する方法であって、該方法は、以下:
上面およびエッジを有するるつぼを提供する工程であって、該エッジが、るつぼの上面の境界を規定する、工程;
該るつぼの該上面に原料物質の融解物を形成する工程であって、該融解物が境界外形を有する、工程;および
該融解物から結晶性リボンを引き上げ、それによって、該融解物の断面境界外形の少なくとも一部分に変曲点を形成する工程
を包含する、方法。 - 前記引き上げ工程が、以下:
前記融解物に結晶種を配置すること;
前記結晶性リボンの前記エッジに沿って位置決めされた一対のストリングの間で、該融解物から該結晶種を引き上げ、それによって、該一対のストリングの間で該融解物を固化して該結晶性リボンを形成すること;および
該融解物から該結晶性リボンを連続的に引き上げること
を包含する、請求項35に記載の方法。 - 前記融解物の境界外形の一部分が、前記引き上げ工程の前に、下に凹である、請求項35に記載の方法。
- 前記融解物の境界外形の一部分が、前記結晶性リボンの領域の外側で、下に凹である、請求項35に記載の方法。
- 前記るつぼの前記エッジの上に、前記融解物の実質的な部分を形成する工程を更に包含する、請求項35に記載の方法。
- 2つ以上の結晶性リボンを形成する工程を更に包含する、請求項35に記載の方法。
- 前記融解物の断面境界外形の少なくとも一部分における前記変曲点が、前記結晶性リボンを実質的に平坦に成長させる、請求項35に記載の方法。
- 連続的な前記結晶性リボンの成長のために、前記るつぼの前記上面に前記原料物質を補充する工程を更に包含する、請求項35に記載の方法。
- 前記結晶性リボンを形成する工程の間に、前記るつぼの温度を制御する工程を更に包含する、請求項35に記載の方法。
- 前記るつぼの幅が、約15mmと約30mmとの間である、請求項35に記載の方法。
- 前記るつぼがメサ型るつぼである、請求項35に記載の方法。
- 結晶性リボンを形成する方法であって、該方法は、以下:
上面およびエッジを有するるつぼを提供する工程であって、該エッジが、該るつぼの該上面の境界を規定する、工程;
該るつぼの該上面に原料物質の融解物を形成する工程であって、該融解物の実質的な部分が、該るつぼの該エッジの上にある、工程;および
該融解物から結晶性リボンを引き上げる工程
を包含する、方法。 - 前記引き上げ工程が、以下:
前記融解物中に結晶種を配置すること;
前記結晶性リボンの前記エッジに沿って位置決めされた一対のストリングの間で、該融解物から該結晶種を引き上げ、それによって、該一対のストリングの間で該融解物を固化して該結晶性リボンを形成すること;および
該融解物から該結晶性リボンを連続的に引き上げること
を包含する、請求項46に記載の方法。 - 前記融解物の境界外形の一部分が、前記引き上げ工程の前に、下に凹である、請求項46に記載の方法。
- 前記融解物の境界外形の一部分が、前記結晶性リボンの領域の外側で、下に凹である、請求項46に記載の方法。
- 前記融解物から結晶性リボンを引き上げる工程が、該融解物の断面境界外形に変曲点を形成する、請求項46に記載の方法。
- 2つ以上の結晶性リボンを形成する工程を更に包含する、請求項46に記載の方法。
- 前記融解物の断面境界外形の少なくとも一部分における前記変曲点が、前記結晶性リボンを実質的に平坦に成長させる、請求項50に記載の方法。
- 連続的な前記結晶性リボンの成長のために、前記るつぼの前記上面に前記原料物質を補充する工程を更に包含する、請求項46に記載の方法。
- 前記結晶性リボンを形成する工程の間に、前記るつぼの温度を制御する工程を更に包含する、請求項46に記載の方法。
- 前記るつぼの幅が、約15mmと約30mmとの間である、請求項46に記載の方法。
- 前記るつぼがメサ型るつぼである、請求項46に記載の方法。
- 結晶性リボンを形成する間に、メサ型るつぼの温度を制御する方法であって、該方法は、以下:
メサ型るつぼに沿って、可動性要素を含む絶縁体を位置決めする工程;
該メサ型るつぼを炉の中に配置する工程;および
害メサ型るつぼに対して該絶縁体の可動性要素を動かすことによって、制御された熱漏れを生成する工程
を包含する、方法。 - 前記可動性要素に接続されたロッドが、前記炉を貫通し、該炉の外側から制御される、請求項57に記載の方法。
- 結晶性リボンを形成する間に、メサ型るつぼの温度を制御するための装置であって、該装置は、以下:
炉内に配置されたメサ型るつぼ;
該メサ型るつぼに沿って配置された可動性要素を含む絶縁体;および
該メサ型るつぼに対して該絶縁体の可動性要素を動かして、制御された熱漏れを生成する手段
を備える、装置。 - メサ型るつぼに原料物質の融解物を補充する方法であって、該方法は、メサ型るつぼの上に原料物質を分配し、それによって、該原料物質を溶融するために必要な熱負荷を低減する工程を包含する、方法。
- 前記分配工程が、以下:
メサ型るつぼからある距離を置いてフィーダを位置決めすること;
メサ型るつぼに沿って第1の方向および第2の方向にフィーダを動かすこと;および
該第1の方向および該第2の方向の少なくとも一方における動きの間に、フィーダを振動させて、その結果、そのような動きの間に、該フィーダに配置された原料物質を該メサ型るつぼ上の融解物に入れること
を包含する、請求項60に記載の方法。 - 前記第1の方向におけるその後の動きから前記原料物質が前記融解物に達する前に、該原料物質を溶融させる工程を更に包含する、請求項61に記載の方法。
- 前記メサ型るつぼからの距離が、該メサ型るつぼの幅よりも小さい、請求項61に記載の方法。
- メサ型るつぼに原料物質の融解物を補充するための装置であって、該装置は、メサ型るつぼの上に原料物質を分配し、それによって、該原料物質を溶融するために必要な熱負荷を低減するための手段を備える、装置。
- 前記分配する手段が、以下:
るつぼからある距離を置いて位置決めされたフィーダであって、該るつぼに沿って第1の方向および第2の方向へ移動可能である、フィーダ;および
該第1の方向および該第2の方向の少なくとも一方における動きの間に、該フィーダを振動させて、その結果、そのような動きの間に、該フィーダ内に配置された原料物質を融解物に入れるための手段
を備える、請求項64に記載の装置。 - 前記フィーダが、前記原料物質を前記融解物へ送達するための管を備える、請求項65に記載の装置。
- 前記メサ型るつぼからの距離が、該メサ型るつぼの幅よりも小さい、請求項65に記載の装置。
- 結晶性リボンを形成するための装置であって、該装置は、以下:
境界外形を有する融解物を保持するためのるつぼであって、上面およびエッジを有し、該エッジが、該るつぼの該上面の境界を規定する、るつぼ;および
該融解物から結晶性リボンを引き上げるための手段
を備え、ここで、該境界外形の少なくとも一部分が、下に凹である、装置。 - 結晶性リボンを形成するための装置であって、該装置は、以下:
境界外形を有する融解物を保持するためのるつぼであって、上面およびエッジを有し、該エッジが、該るつぼの該上面の境界を規定する、るつぼ;および
該融解物から結晶性リボンを引き上げ、それによって、該融解物の断面境界外形の少なくとも一部分に変曲点を形成する手段
を備える、装置。 - 結晶性リボンを形成するための装置であって、該装置は、以下:
境界外形を有する融解物を保持するためのるつぼであって、上面およびエッジを有し、該エッジが、該るつぼの該上面の境界を規定する、るつぼ;および
該融解物から結晶性リボンを引き上げるための手段
を備え、ここで、該融解物の実質的な部分が、該るつぼの該エッジの上にある、装置。
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