JP2007015905A - 多結晶シリコンインゴット、多結晶シリコン基板、並びに太陽電池素子および多結晶シリコンインゴットの鋳造方法。 - Google Patents
多結晶シリコンインゴット、多結晶シリコン基板、並びに太陽電池素子および多結晶シリコンインゴットの鋳造方法。 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】
品質に優れた多結晶シリコンインゴット、前記インゴットを作製する鋳造方法、また、前記インゴットからスライスした品質に優れた多結晶シリコンウエハ、太陽電池素子を提供することを目的とする。
【解決手段】
多結晶シリコンインゴットにおいて、前記多結晶シリコンインゴットの外側面は、ライフタイムの平均値が2μs以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が3mm以下である多結晶シリコンインゴット。
【選択図】図1
品質に優れた多結晶シリコンインゴット、前記インゴットを作製する鋳造方法、また、前記インゴットからスライスした品質に優れた多結晶シリコンウエハ、太陽電池素子を提供することを目的とする。
【解決手段】
多結晶シリコンインゴットにおいて、前記多結晶シリコンインゴットの外側面は、ライフタイムの平均値が2μs以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が3mm以下である多結晶シリコンインゴット。
【選択図】図1
Description
本発明は、特に太陽電池用多結晶シリコンインゴット、多結晶シリコン基板、太陽電池素子、および多結晶シリコンの鋳造方法に関する。
太陽電池は入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。太陽電池のうち主要なものは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系等に分類される。このうち、現在市場で流通しているのはほとんどが結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコン太陽電池はさらに単結晶型、多結晶型に分類される。単結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質が良いために高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造コストが高いという短所を有する。これに対して多結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質が劣るために高効率化が難しいという短所はあるものの、低コストで製造できるという長所がある。また、最近では多結晶シリコン基板の品質の向上やセル化技術の進歩により、研究レベルでは18%程度の変換効率が達成されている。
一方、量産レベルの多結晶シリコン太陽電池は低コストであったため、従来から市場に流通してきたが、近年環境問題が取りざたされる中でさらに需要が増してきている。
多結晶シリコン太陽電池に用いる多結晶シリコン基板は一般的にキャスティング法と呼ばれる方法で製造される。このキャスティング法とは、離型材を塗布した石英等からなる鋳型内のシリコン融液を冷却固化することによってシリコンインゴットを形成する方法である。このシリコンインゴットの端部を除去し、所望の大きさに切断して切り出し、切り出したインゴットを所望の厚みにスライスして太陽電池を形成するための多結晶シリコン基板を得る。その後、電極などを形成して太陽電池素子とすることができる。
特許文献1に開示されたシリコン等を鋳造する一般的な鋳造装置を図2に示す。図2において1aは溶融坩堝、1bは保持坩堝、2は注湯口、3は加熱手段、4はシリコン融液、5は鋳型を示す。
鋳造装置の上部にシリコン原料を溶融するための溶融坩堝1aが保持坩堝1bに保持されて配置され、溶融坩堝1aの上縁部には溶融坩堝1aを傾けてシリコン融液を注湯するための注湯口2が設けられる。また、溶融坩堝1a、保持坩堝1bの周囲には加熱手段3が配置され、溶融坩堝1a、保持坩堝1bの下部にはシリコン融液が注ぎ込まれる鋳型5が配置される。溶融坩堝1aは耐熱性能とシリコン融液中に不純物が拡散しないこと等を考慮して、例えば高純度の石英等が用いられる。保持坩堝1bは石英等でできた溶融坩堝1aがシリコン融液近傍の高温で軟化してその形状を保てなくなるため、これを保持するためのものであり、その材質はグラファイト等が用いられる。加熱手段3は、例えば抵抗加熱式のヒーターや誘導加熱式のコイル等が用いられる。
上記の溶融坩堝1a、保持坩堝1bの下部に配置された鋳型5は石英や黒鉛等からなる。通常、鋳型5の内表面に離型材6を被覆したものが用いられる。一般的に離型材6としてはシリコンの窒化物である窒化珪素、シリコンの炭化物である炭化珪素、シリコンの酸化物である二酸化珪素等の粉末が用いられ、これらの粉末を適当なバインダーと溶剤とから構成される溶液中に混合・攪拌してスラリーとし、鋳型内壁に被覆もしくはスプレー等の手段でコーティングすることが公知の技術として知られている。また、この鋳型5の周りには抜熱を抑制するため鋳型断熱材7が設置される。鋳型断熱材は耐熱性、断熱性等を考慮してカーボン系の材質が一般的に用いられる。また、鋳型5の下方には注湯されたシリコン融液を冷却・固化するための冷却手段8が設置される場合もある。なお、これらはすべて真空容器(不図示)内に配置される。
この図2に示される鋳造装置では、溶融坩堝1a内にシリコン原料を投入し、加熱手段3により溶融坩堝1a内のシリコン原料を溶融させ、その後、溶融坩堝1a内のシリコン原料がすべて溶融したのちに、坩堝を傾けて溶融坩堝1aの上縁部にある注湯口2から下部に設置してある鋳型5にシリコン融液が注湯される。
注湯後は、鋳型内のシリコンを底部から冷却して一方向凝固させた後、炉外に取り出せる温度まで温度制御しながら徐冷し、最終的に炉外に取り出して鋳造が完了する。
特開平11−180711号公報
一般的に、インゴットの周辺部分の品質は悪く太陽電池用材料として使用できないことが知られている。これは鋳型に存在する不純物による汚染が原因とされている。この問題を解決するための方法として、太陽電池用基板から太陽電池を作製するプロセス中に不純物をゲッタリングする工程を行うことにより、不純物の影響を取り除くことがなされている。しかしながら、不純物を取り除くゲッタリング工程は高温で長時間行う必要がある。このような工程では、長時間の高温状態により、基板に転位などを発生させる要因となるため、不純物の影響は取り除けても、それ以外の要因で太陽電池品質を落とすことになっていた。そのため、できるだけ低温で短時間の工程で行われているが、完全に不純物の影響を取り除くことはできておらず太陽電池としての品質は充分ではなかった。
このような理由からインゴット周辺の低品質な領域は少なければ少ないほどインゴットの品質は良いとされるが、実際にそのようなインゴットを作製する方法に関する知見は不足しており、また現在の太陽電池プロセスにおいて、インゴットの品質として優れたものが必ずしも太陽電池としての品質に優れているとは限らず、どのような品質のインゴットであれば、歩留りよく品質に優れた太陽電池が作製可能かなどの知見は不足していた。
本発明は、品質に優れた多結晶シリコンインゴット、前記インゴットを作製する鋳造方法、また、前記インゴットからスライスした品質に優れた多結晶シリコンウエハ、太陽電池素子を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の請求項1にかかる多結晶シリコンインゴットは、多結晶シリコンインゴットにおいて、前記多結晶シリコンインゴットの外側面は、ライフタイムの平均値が2μs以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が3mm以下となるようにした。
本発明の請求項2に係る多結晶シリコンインゴットは、請求項1に記載の多結晶インゴットであって、前記多結晶シリコンインゴットは、前記多結晶シリコンインゴットの外側面より15mm以上20mm以下の位置における平均粒径が3mm以下となるようにした。
本発明の請求項3に係る多結晶シリコンインゴットは、請求項2に記載の多結晶インゴットであって、前記多結晶シリコンインゴットの略中心を通る縦断面において、前記多結晶シリコンインゴットの高さを100%とし、前記多結晶シリコンインゴットの上端部から30%の位置での前記多結晶シリコンインゴットの平均ライフタイムが2μs以下となる領域の直線距離をA、前記多結晶シリコンインゴットの上端部から70%の位置での前記多結晶シリコンインゴットの平均ライフタイムが2μs以下となる領域の直線距離をBとしたときに、A/B≧1.1が成り立つようにした。
本発明の請求項4に係る多結晶シリコン基板は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の多結晶シリコンインゴットからスライスして得た多結晶シリコン基板とした。
本発明の請求項5に係る太陽電池素子は、請求項4に記載の多結晶シリコン基板を用いて形成された太陽電池素子とした。
本発明の請求項6に記載の多結晶シリコンインゴットの形成方法は、鋳型を予熱する工程と、前記鋳型へ溶融させたシリコンを注ぎ込む工程と、前記溶融させたシリコンを鋳型内にて凝固させる工程と、を備えた多結晶シリコンインゴットの鋳造方法において、
前記鋳型を予熱する工程は、前記鋳型内面を400℃から900℃とするようにした。
前記鋳型を予熱する工程は、前記鋳型内面を400℃から900℃とするようにした。
本発明の多結晶シリコンインゴットは、多結晶シリコンインゴットにおいて、前記多結晶シリコンインゴットの外側面は、ライフタイムの平均値が2μs以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が3mm以下となるようにした。このような多結晶シリコンインゴットは、内部と比べて外表面に結晶粒径の小さく、ライフタイムの平均値も内部と比較して2μs以下と小さくした。このため、多結晶シリコンインゴットと接触している離型材や、鋳型等から浸入する不純物を、多結晶シリコンインゴット外表面に存在する粒径の小さなシリコン結晶により、効果的に浸入を抑えることができる。この結果、本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、従来と比較して内部の不純物濃度が少ない多結晶シリコンインゴットとすることができる。
そして、上述のようにシリコンインゴット外表面から浸入した不純物の濃度を抑えた多結晶シリコンインゴットであるため、このような多結晶シリコンインゴットから得られた多結晶シリコン基板を用いて作製された太陽電池素子は従来に比べて品質が優れたものが得られる。
また、本発明に係る多結晶シリコンインゴットの形成方法は、鋳型を予熱する工程と、前記鋳型へ溶融させたシリコンを注ぎ込む工程と、前記溶融させたシリコンを鋳型内にて凝固させる工程と、を備えた多結晶シリコンインゴットの鋳造方法において、前記鋳型を予熱する工程は、前記鋳型内面を400℃から900℃とした。鋳型の余熱温度を400℃未満とした場合は、形成した多結晶シリコンインゴットの外表面には、本発明よりもシリコン結晶の平均粒径が小さくなり不純物の浸入は好適に抑制することができるが、シリコン結晶の粒径が小さな領域が多結晶シリコンインゴット内部まで進行してしまうため、シリコン基板、太陽電池素子としたときの特性が低下してしまう。また、鋳型の余熱温度を900℃よりも高くした場合、形成した多結晶シリコンインゴットの外表面は、本発明よりも大きなシリコン結晶の粒径が得られるが、それと同時にシリコンインゴット内部にも外部からの不純物の浸入を防止できなくなり、多結晶シリコンインゴットの不純物濃度の低減にはつながらない。
しかしながら、本発明においては、鋳型を予熱する工程で鋳型内面を400℃から900℃としたことにより、本発明に係る多結晶シリコンインゴットの外表面において、ライフタイムの平均値が2μs以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が3mm以下のシリコン結晶を形成することができるため、多結晶シリコンインゴット内の不純物濃度を低下させ、尚且つ、多結晶シリコンインゴット内部におけるシリコン結晶のサイズは、多結晶シリコンインゴット外表面のものよりも大きくなり、品質に優れた多結晶シリコンインゴットを提供することが可能である。
まず、本発明におけるライフタイムはμPCD法(マイクロ波光導電率減衰法)などで評価されるライフタイムτである。
ここで、本発明に係るライフタイムの測定方法は、多結晶シリコンインゴットの略中心を通る様に切断した縦断面において、SEMILAB社製WT−2000を用いて測定を行った。測定条件は、波長が904nmの光源を照射して測定し、サンプル数は本発明に係る多結晶シリコンインゴットの任意の位置で8回測定した平均値を用いた。
また、平均粒径については、図5に示されるように多結晶シリコンインゴットを縦に切断した際、多結晶シリコンインゴットの頭部から、任意の位置、例えば50%の位置における水平方向の測定距離の間をまたぐ粒界の数を求め、その粒界の数で測定距離を割った値を平均粒径とした。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、多結晶シリコンインゴットの外側面を、ライフタイムの平均値が2μs以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が3mm以下とした。
このとき、多結晶シリコンインゴットの外側面におけるライフタイムの測定は、鋳造後の多結晶シリコンインゴットの外側面に付着している離型材等を落とし、その後、外側面に存在する凹凸を機械的研磨により平坦にした後、ライフタイムの測定を行った。
このような多結晶シリコンインゴットは、内部と比べて外表面に結晶粒径の小さく、ライフタイムの平均値も内部と比較して2μs以下と小さくした。このため、多結晶シリコンインゴットと接触している離型材や、鋳型等から浸入する不純物を、多結晶シリコンインゴット外表面に存在する粒径の小さなシリコン結晶により、効果的に浸入を抑えることができる。この結果、本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、従来と比較して内部の不純物濃度が少ない多結晶シリコンインゴットとすることができる。
また、本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、多結晶シリコンインゴットの外側面に沿って、外側面より15mm以上20mm以下の位置における平均粒径が3mm以下であることが好ましい。
特に、外側面より15mm以上の場合に平均粒径が3mm以下であれば不純物の侵入をより効果的に抑制することが出来るが、シリコンインゴットの外側面から20mmよりも深い位置まで、平均粒径が3mm以下である場合は、単に多結晶シリコンインゴット内部におけるシリコン結晶のサイズが小さい可能性があるため好ましくない。したがって、本発明に係る多結晶シリコンインゴットの外側面より15mm以上20mm以下の位置を測定したとき、平均粒径が3mm以下であることが好ましい。
図4は本発明における多結晶シリコンインゴットの略中央部を切断した断面のライフタイムを示す図である。図4において、多結晶シリコンインゴットの高さを100%としたときに、Aは、多結晶シリコンインゴットの上端部から30%の位置での前記多結晶シリコンインゴットの平均ライフタイムが2μs以下となる領域の直線距離、Bは、多結晶シリコンインゴットの上端部から70%の位置での前記多結晶シリコンインゴットの平均ライフタイムが2μs以下となる領域の直線距離を示す。このとき、多結晶シリコンインゴットの端部より15mm以上20mm以下の範囲の位置における平均粒径が3mm以下とし、多結晶シリコンインゴットの略中心を通る縦断面において、A/B≧1.1が成り立つようにした。
このような多結晶シリコンインゴットでは、特に、多結晶シリコンインゴット内部への不純物の侵入を効果的に抑制できるため、多結晶シリコンインゴットの特性の変化をさらに抑制することができる。
そして、本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、バンドソーなどで所定の大きさに切断され、その後ワイヤーソーなどで所定の厚みにすることによりシリコン基板とすることができる。このシリコン基板は、上述の効果に加え多結晶シリコンインゴット内部まで不純物が浸入していないため、上述の切断・スライス加工において、不純物を起因としたマイクロクラックや割れの発生等を防ぐことができる。
さらに、上述の効果に加え、本発明に係るシリコン基板を使用してp−n接合を形成した後、電極等を取り付けることで、太陽電池素子とすることができる。本発明に係る太陽電池素子は、上述したように、不純物濃度を従来の多結晶シリコンインゴットよりも低減した多結晶シリコンインゴットを使用しているため、光の入射により発生した光励起起源の電子キャリアおよび正孔キャリア(光生成キャリア)の再結合が防ぐことができ、電力が有効に取り出され、発電効率のよい太陽電池素子を作製することができる。
本発明の多結晶シリコンインゴットから作製されたシリコン基板、太陽電池素子は品質の優れたものが得ることができる。
(以下、一般的な多結晶シリコンインゴットの形成方法)
次に、本発明の多結晶シリコンインゴットの鋳造方法に用いられる鋳造装置について説明する。図1は、本発明の多結晶シリコンインゴットの鋳造方法に用いられる鋳造装置の縦断面図である。ここで示した例は一例であって、本発明に用いられる鋳造装置はこの例に限定されるものではない。図中、1aは溶融坩堝、1bは保持坩堝、2注湯口、3は加熱手段、4はシリコン融液、5は鋳型、6は離型材、7は断熱材、8は冷却手段、9は上面加熱手段、10は鋳型台を示す。
溶融坩堝1aは、投入されたシリコン原料を内部に保持して加熱溶融してシリコン融液4を鋳型5に注湯するものである。なお、溶融坩堝1aで溶融されて鋳型5に注湯されたシリコン融液4が冷却・凝固した多結晶シリコンインゴットは、例えば太陽電池用の多結晶シリコン基板材料等に用いられる。
溶融坩堝1aは通常、高純度の石英等が用いられるが、シリコン原料の融解温度以上の温度において、融解、蒸発、軟化、変形、分解等を生じにくく、かつ太陽電池特性を落とさない純度(太陽電池素子用基板として用いる場合)であれば特に限定されない。また、溶融坩堝1aは高温になると軟化して、形を保てないために、グラファイト等からなる保持坩堝1bで保持される。また、溶融坩堝1a、保持坩堝1bの寸法は、一度に溶融する溶融量に応じたシリコン原料を内包できる寸法とする。シリコン原料の溶融量は、およそ1kgから250kgの範囲である。
溶融坩堝1a、保持坩堝1bの周囲には加熱手段3が配置されている。これらの加熱手段3によって、溶融坩堝1a内部のシリコン原料を加熱溶融して、シリコン融液4とするものである。なお、これらの加熱手段としては、例えば、抵抗加熱式のヒーターや誘導加熱式のコイル等を用いることができる。
溶融坩堝1aの上縁部にはシリコン融液を注湯させる注湯口2が設けられており、シリコン原料を溶融し、完全に融液となった後に坩堝を傾けて溶融坩堝1aの上縁部にある注湯口2から下部に設置してある鋳型3にシリコン融液が注湯される。また、溶融坩堝1aの本体の形状は、特に図に限定されるものではない。
ここで、溶融坩堝1a、保持坩堝1bの下部に配置される鋳型5は、上方に向かって開放した開放部を有し、出湯したシリコン融液4をこの開放部によって受けるとともに、その内部においてこのシリコン融液を保持しつつ、下方から上方へ向けて一方向凝固させる役割を有する。この鋳型5は、例えば黒鉛などのカーボン材や石英、溶融シリカ等から成る。また鋳型5の内表面部には離型材6が被覆されている。この離型材6は、例えば、窒化珪素、酸化珪素、炭化珪素などの各粉体、または混合粉をポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、メチルセルロースなどの有機バインダーと溶剤とから構成される溶液中に混ぜ合わせて鋳型5の内面に塗布することによって形成することができる。
鋳型5の周りには、鋳型側面からの抜熱を抑制するために断熱材7を設けても良い。断熱材7は耐熱性、断熱性等を考慮してカーボンフェルト等の材質が一般的に用いられる。また、鋳型5の下方には鋳型の安定を保つための鋳型台10を設け、その下方には注湯されたシリコン融液を下方から抜熱して冷却・固化するための金属板等から成る冷却手段8を設置してある。
鋳型5の上方には、カーボンヒーター等から成る上面加熱手段9を配置している。これによって鋳型5に出湯したシリコン融液を適度に加熱し融液4の表面を適度に加熱することで、下方から上方に向けた温度勾配をより正確に制御することができる。
なお、これらの鋳造装置は、真空容器(不図示)内に配置し、不活性ガス等の還元雰囲気下で行うようにすることが、不純物の混入や酸化を防ぐ点で望ましい。
次に、上述した図1に示す鋳造装置を用いて、本発明の多結晶シリコンインゴットの鋳造方法を実施する方法の特徴部分について説明する。図3中、5は鋳型、6は離型材、7は断熱材、8は冷却手段、9は上面加熱手段、10は鋳型台、11は初期凝固層を示す。
本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、鋳型を予熱する工程と、前記鋳型へ溶融させたシリコンを注ぎ込む工程と、前記溶融させたシリコンを鋳型内にて凝固させる工程と、を備えた多結晶シリコンインゴットの鋳造方法において、前記鋳型を予熱する工程は、前記鋳型内面を400℃から900℃とした。
(本発明の特徴部分)
[予熱工程]
シリコン原料を溶融させたシリコン融液4を注ぎ込む鋳型5を注ぎ込む前にあらかじめ所定の温度に加熱するものであり、以下のような手順で行う。
[予熱工程]
シリコン原料を溶融させたシリコン融液4を注ぎ込む鋳型5を注ぎ込む前にあらかじめ所定の温度に加熱するものであり、以下のような手順で行う。
(1)下記注湯工程を行う前に、上面加熱手段9によって鋳型5を加熱する。これにより、下記注湯工程において鋳型5の内面に被覆された離型材6がシリコン融液4との温度差により剥離損傷し、シリコン融液4に取り込まれることを防止することができる。また、注ぎこまれたシリコン融液4が鋳型5内で急速に凝固することを防止することができる。
このとき鋳型5の予熱温度を400℃〜900℃とするが、これについては下記注湯工程で説明する。
[注湯工程]
最初に溶融坩堝1a内に投入されたシリコン原料を内部に保持して加熱溶融させる。その後、シリコン融液4とし、一部が開放し鋳型5に対して、その開放部から、シリコンを溶融させたシリコン融液4を注ぎ込むものであり、以下のような手順で行う。
最初に溶融坩堝1a内に投入されたシリコン原料を内部に保持して加熱溶融させる。その後、シリコン融液4とし、一部が開放し鋳型5に対して、その開放部から、シリコンを溶融させたシリコン融液4を注ぎ込むものであり、以下のような手順で行う。
(2)溶融坩堝1a内に所定量のシリコン原料を投入する。
(3)加熱手段3によって、溶融坩堝1a内部のシリコン原料を加熱溶融して、シリコン融液4とする。
(4)溶融坩堝1a内部のシリコン原料が全て溶融した後、所定のタイミングで坩堝を傾倒し溶融坩堝1aの上縁部に設けられた注湯口より鋳型5内にシリコン融液4が注湯される。なお、所定のタイミングとは、例えば、鋳型5の内表面の温度や溶融坩堝1a内のシリコン融液4の温度が適切な範囲になったときを指す。
(5)注湯されたシリコン融液4は、シリコンの融点よりも低い温度である鋳型5の内表面と接触したときに、熱が奪われて凝固し、鋳型5の内表面に沿って初期凝固層11が形成される。
このとき前記予熱工程において、鋳型内面の温度を400℃〜900℃、注湯工程においてシリコン融液4の温度は融点(1420℃)近傍の温度が好ましく、1430℃〜1580℃程度とする。これにより、鋳型5の内表面に沿って初期凝固層11が形成されるが、側面の初期凝固層11はシリコン融液4の上端まで急速に凝固する。そのため、下記凝固工程を経て作製された多結晶シリコンインゴットの側面は微細な結晶粒とすることができる。
上述した予熱工程において鋳型5の温度を400℃〜900℃とする理由は、鋳型の余熱温度を400℃未満とした場合は、形成した多結晶シリコンインゴットの外表面には、本発明よりもシリコン結晶の平均粒径が小さくなり不純物の浸入は好適に抑制することができるが、シリコン結晶の粒径が小さな領域が多結晶シリコンインゴット内部まで進行してしまうため、シリコン基板、太陽電池素子としたときの特性が低下してしまう。また、鋳型の余熱温度を900℃よりも高くした場合、形成した多結晶シリコンインゴットの外表面は、本発明よりも大きなシリコン結晶の粒径が得られるが、それと同時にシリコンインゴット内部にも外部からの不純物の浸入を防止できなくなり、多結晶シリコンインゴットの不純物濃度の低減にはつながらないためである。
しかしながら、上述した予熱工程においては、鋳型を予熱する工程で鋳型内面を400℃から900℃としたことにより、本発明に係る多結晶シリコンインゴットの外表面において、ライフタイムの平均値が2μs以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が3mm以下のシリコン結晶を形成することができるのである。
[凝固工程]
凝固工程は、上述の注湯工程の後に行われ、鋳型5内のシリコン融液4を保持しつつ凝固させるものであり、以下のような手順で行う。
凝固工程は、上述の注湯工程の後に行われ、鋳型5内のシリコン融液4を保持しつつ凝固させるものであり、以下のような手順で行う。
(6)シリコン融液4を鋳型5の内部に保持しつつ一方向凝固させ、多結晶シリコンインゴットを形成する。このとき、鋳型5の下方に配された冷却手段8や、鋳型5を上方から加熱する鋳型加熱手段9等によって、鋳型5に対して下方から上方に向けて所定の温度勾配を付与しながら行う。
このようにして、形成された多結晶シリコンインゴットは、多結晶シリコンインゴットにおいて、前記多結晶シリコンインゴットの外側面は、ライフタイムの平均値が2μs以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が3mm以下とすることができる。そのため、内部と比べて外表面に結晶粒径の小さく、ライフタイムの平均値も内部と比較して2μs以下と小さい。この結果、多結晶シリコンインゴットと接触している離型材や、鋳型等から浸入する不純物を、多結晶シリコンインゴット外表面に存在する粒径の小さなシリコン結晶により、効果的に不純物の浸入を抑えることができる。このようにして、本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、従来と比較して内部の不純物濃度が少ない多結晶シリコンインゴットを提供することができる。
なお、鋳型の温度制御によれば任意の形状に上述した初期凝固層を形成できることは、いうまでもない。
1a・・溶融坩堝
1b・・保持坩堝
2・・注湯口
3・・加熱手段
4・・シリコン融液
5・・鋳型
6・・離型材
7・・断熱材
8・・冷却手段
9・・上面加熱手段
10・・鋳型台
11・・初期凝固層
1b・・保持坩堝
2・・注湯口
3・・加熱手段
4・・シリコン融液
5・・鋳型
6・・離型材
7・・断熱材
8・・冷却手段
9・・上面加熱手段
10・・鋳型台
11・・初期凝固層
Claims (6)
- 多結晶シリコンインゴットにおいて、
前記多結晶シリコンインゴットの外側面は、ライフタイムの平均値が2μs以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が3mm以下である多結晶シリコンインゴット。 - 前記多結晶シリコンインゴットは、前記多結晶シリコンインゴットの外側面より15mm以上20mm以下の位置における平均粒径が3mm以下である請求項1に記載の多結晶シリコンインゴット。
- 前記多結晶シリコンインゴットの略中心を通る縦断面において、
前記多結晶シリコンインゴットの高さを100%とし、前記多結晶シリコンインゴットの上端部から30%の位置での前記多結晶シリコンインゴットの平均ライフタイムが2μs以下となる領域の直線距離をA、
前記多結晶シリコンインゴットの上端部から70%の位置での前記多結晶シリコンインゴットの平均ライフタイムが2μs以下となる領域の直線距離をBとしたときに、
A/B≧1.1が成り立つようにした請求項2に記載の多結晶シリコンインゴット。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の多結晶シリコンインゴットからスライスして得た多結晶シリコン基板。
- 請求項4に記載の多結晶シリコン基板を用いて形成された太陽電池素子。
- 鋳型を予熱する工程と、前記鋳型へ溶融させたシリコンを注ぎ込む工程と、前記溶融させたシリコンを鋳型内にて凝固させる工程と、を備えた多結晶シリコンインゴットの鋳造方法において、
前記鋳型を予熱する工程は、前記鋳型内面を400℃から900℃とした多結晶シリコンインゴットの鋳造方法。
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