JP2007173529A - Method for manufacturing crystal semiconductor particles, photovoltaic conversion device, and photovoltaic generator - Google Patents

Method for manufacturing crystal semiconductor particles, photovoltaic conversion device, and photovoltaic generator Download PDF

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雅 酒井
Hideyoshi Tanabe
英義 田辺
Nobuyuki Kitahara
暢之 北原
Hisao Arimune
久雄 有宗
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photovoltaic conversion device and photovoltaic generator which can manufacture high quality crystal silicon particles stably and is excellent in mass productivity and in being low cost. <P>SOLUTION: In the manufacturing process of the crystal semiconductor particles 101; a silicon compound coat is formed on the surface of semiconductor particle 101, and the semiconductor particles 101 are crystallized by dropping the temperature and solidifying after melting by heat. In forming the silicon compound coat, the semiconductor particles 101 are laid on a silicon wafer 104 to form the silicon compound coat. The high quality crystal silicon particles 101 excellent in the property of photovoltaic conversion efficiency can be manufactured when used in the photovoltaic conversion device. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、特に太陽電池のような光電変換装置ならびに光発電装置に用いる好適な結晶半導体粒子の製造方法、およびその製造方法によって製造された結晶半導体粒子を用いた光電変換装置、ならびに光発電装置に関する。   The present invention particularly relates to a method for producing crystalline semiconductor particles suitable for use in a photovoltaic device such as a solar cell and a photovoltaic device, a photovoltaic device using crystalline semiconductor particles produced by the production method, and a photovoltaic device. About.

従来より、光電変換装置は、性能面での効率の良さ、資源の有限性への配慮、あるいは製造コストの低さ等といった市場のニーズを捉えて開発が進められている。今後の市場において有望な光電変換装置の一つとして、太陽電池として使用される、半導体粒子を用いた光電変換装置がある。
半導体粒子、例えばシリコン粒子を作製するための原料としては、単結晶シリコンを粉砕した結果として発生するシリコンの微小粒子や、流動床法で気相合成された高純度シリコン等が用いられる。これらの原料からシリコン粒子を作製するには、それら原料をサイズあるいは重量によって分別した後に、赤外線や高周波を用いて容器内で溶融し、その後に自由落下させる方法(例えば、特許文献1および特許文献2を参照。)や、同じく高周波プラズマを用いる方法(例えば、特許文献3を参照。)によって粒子化することが行われる。
2. Description of the Related Art Conventionally, photoelectric conversion devices have been developed in response to market needs such as high efficiency in performance, consideration of resource finiteness, low manufacturing costs, and the like. As one of promising photoelectric conversion devices in the future market, there is a photoelectric conversion device using semiconductor particles used as a solar cell.
As raw materials for producing semiconductor particles, for example, silicon particles, silicon fine particles generated as a result of pulverizing single crystal silicon, high purity silicon vapor-phase synthesized by a fluidized bed method, or the like is used. In order to produce silicon particles from these raw materials, the raw materials are separated by size or weight, then melted in a container using infrared rays or high frequency, and then free-falled (for example, Patent Document 1 and Patent Document) 2), or a method using high-frequency plasma (for example, see Patent Document 3).

しかしながら、これらの方法で製造されたシリコン粒子は、そのほとんどが多結晶体である。多結晶体は、微小な結晶の集合体であるため、それら微小な結晶間に粒界が存在する。この粒界は、多結晶体を用いた半導体装置の電気特性を劣化させる。その理由は、粒界にはキャリアの再結合中心が集まっており、それによってキャリアの再結合が生ずることで少数キャリアのライフタイムが大幅に低減してしまうためである。
光電変換装置のように電気特性が少数キャリアの寿命の増大とともに大幅に向上する半導体装置の場合には、それに用いられるシリコン粒子中の粒界の存在は、電気特性を悪化させてしまい、特に大きな問題となる。逆に言えば、シリコン粒子を多結晶体から単結晶体にできれば、このシリコン粒子を光電変換素子に用いた光電変換装置の電気特性を著しく改善することができる。
However, most of the silicon particles produced by these methods are polycrystalline. Since a polycrystalline body is an aggregate of minute crystals, there are grain boundaries between these minute crystals. This grain boundary deteriorates the electrical characteristics of a semiconductor device using a polycrystal. The reason is that the carrier recombination centers are gathered at the grain boundaries, and the recombination of carriers thereby causes the lifetime of minority carriers to be greatly reduced.
In the case of a semiconductor device whose electrical characteristics are greatly improved with an increase in the lifetime of minority carriers, such as a photoelectric conversion device, the presence of grain boundaries in the silicon particles used therein deteriorates the electrical characteristics and is particularly large. It becomes a problem. In other words, if the silicon particles can be changed from a polycrystal to a single crystal, the electrical characteristics of a photoelectric conversion device using the silicon particles as a photoelectric conversion element can be remarkably improved.

また、多結晶体中の粒界は多結晶体のシリコン粒子の機械的強度を低下させることから、光電変換装置を製造する各工程の熱履歴や熱歪み、あるいは機械的な圧力等によってシリコン粒子が破壊されやすいという問題もあった。
従って、シリコン粒子を用いて光電変換装置を製造する場合には、粒界等が存在しない、結晶性に優れた多結晶体または単結晶体からなる結晶シリコン粒子を製造することが必要不可欠となる。
In addition, since the grain boundaries in the polycrystalline body reduce the mechanical strength of the polycrystalline silicon particles, the silicon particles are affected by the thermal history, thermal strain, mechanical pressure, etc. of each process of manufacturing the photoelectric conversion device. There was also a problem that was easily destroyed.
Therefore, in the case of producing a photoelectric conversion device using silicon particles, it is indispensable to produce crystalline silicon particles made of a polycrystal or a single crystal having excellent crystallinity and having no grain boundaries. .

そのような結晶性に優れた単結晶体からなる結晶シリコン粒子を得る方法として、多結晶シリコンまたは無定形シリコンの表面上にシリコンの酸化膜等の珪素化合物被膜を形成し、その珪素化合物被膜の内側のシリコンを溶融した後に冷却して固化させて、結晶性に優れた多結晶体または単結晶体からなる結晶シリコン粒子を製造する方法が知られている(例えば、特許文献4を参照)。   As a method of obtaining such crystalline silicon particles composed of a single crystal having excellent crystallinity, a silicon compound film such as a silicon oxide film is formed on the surface of polycrystalline silicon or amorphous silicon, and the silicon compound film A method is known in which the inner silicon is melted and then cooled and solidified to produce crystalline silicon particles made of a polycrystal or single crystal excellent in crystallinity (see, for example, Patent Document 4).

国際公開第99/22048号パンフレットWO99 / 22048 pamphlet 米国特許第4188177号明細書U.S. Pat. No. 4,188,177 特開平5−78115号公報JP-A-5-78115 米国特許第4430150号明細書U.S. Pat. No. 4,430,150

しかしながら、シリコン粒子を加熱してその表面に形成された珪素化合物被膜、具体的には酸窒化シリコン被膜の内側でシリコンを溶融させ、その後に凝固させた場合には、CZ(チョクラルスキー)法やFZ(フローティングゾーン)法のような一般的なバルクのシリコン単結晶を育成する際の種結晶のような凝固起点がないため、一方向に凝固が起こらず多数核の発生による多結晶化が起こることが問題となる。この結晶シリコン粒子の多結晶化は上記のように様々な問題を生じ、その結晶シリコン粒子を光電変換素子に用いる光電変換装置の特性劣化を引き起こしてしまうという問題点がある。   However, when silicon particles are heated to melt the silicon compound film formed on the surface thereof, specifically silicon inside the silicon oxynitride film and then solidified, the CZ (Czochralski) method is used. Since there is no solidification starting point like a seed crystal when growing a general bulk silicon single crystal such as the FZ (floating zone) method or the FZ (floating zone) method, solidification does not occur in one direction and polycrystallization due to the generation of many nuclei What happens is a problem. The polycrystallization of the crystalline silicon particles causes various problems as described above, and causes a problem that the characteristics of a photoelectric conversion device using the crystalline silicon particles for a photoelectric conversion element are deteriorated.

また、結晶シリコン粒子の製造にあたって流動床法により気相合成された高純度シリコン等の多結晶体を原料に用いた場合には、多結晶シリコン中に含まれる出発原料や製造工程中からの混入を主原因とする鉄やニッケル等の金属不純物による汚染が問題となる。金属不純物はシリコン中では化学的な結合手を持たない格子間拡散をすることから、シリコン格子の隙間を縫って不純物原子が拡散する。そして、この拡散した金属不純物はシリコン内で深い準位を形成してキャリアの再結合中心として作用し、リーク電流の増加やライフタイムの低下原因となって光劣化を引き起こす。
すなわち、従来の結晶シリコン粒子の製造方法では所望の高品質な結晶シリコン粒子を作製することが困難であり、それによって得られた結晶シリコン粒子を用いて電気特性に優れた光電変換装置を作製するための製造方法としては不向きなものであるという問題点がある状況であった。
In addition, when using polycrystalline materials such as high-purity silicon synthesized in the vapor phase by the fluidized bed method for the production of crystalline silicon particles, the raw materials contained in the polycrystalline silicon and contamination from the manufacturing process are included. Contamination due to metal impurities such as iron and nickel, which are mainly caused by the above, becomes a problem. Since the metal impurity diffuses between the lattices which do not have a chemical bond in silicon, the impurity atoms are diffused through the gaps in the silicon lattice. This diffused metal impurity forms a deep level in silicon and acts as a carrier recombination center, causing an increase in leakage current and a decrease in lifetime, causing photodegradation.
That is, it is difficult to produce desired high-quality crystalline silicon particles by the conventional method for producing crystalline silicon particles, and a photoelectric conversion device having excellent electrical characteristics is produced using the obtained crystalline silicon particles. Therefore, there was a problem that it was unsuitable as a manufacturing method.

本発明の課題は、多結晶シリコンのような半導体粒子を安定して高効率に結晶化するとともに高い結晶性を持った結晶半導体粒子を低コストで製造することができる結晶半導体粒子の製造方法を提供することである。さらに、その結晶半導体粒子の製造方法によって製造された結晶半導体粒子を用いた、電気特性に優れた良好な光電変換装置ならびに光発電装置を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing crystalline semiconductor particles, which can stably crystallize semiconductor particles such as polycrystalline silicon and produce crystalline semiconductor particles having high crystallinity at low cost. Is to provide. Furthermore, it is providing the photoelectric conversion apparatus and photovoltaic device which were excellent in the electrical property using the crystalline semiconductor particle manufactured by the manufacturing method of the crystalline semiconductor particle.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、半導体粒子表面に珪素化合物被膜を形成する際に前記半導体粒子をシリコンウェーハ上に載置して珪素化合物被膜を形成し、該珪素化合物被膜を所定の膜厚とする結晶半導体粒子の製造方法を用いることにより、結晶半導体粒子を安定して高効率に結晶化するとともに高い結晶性を持った結晶半導体粒子を低コストで製造できることを見出して、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have formed a silicon compound film by placing the semiconductor particles on a silicon wafer when forming a silicon compound film on the surface of the semiconductor particles, By using a method for producing crystalline semiconductor particles having a predetermined thickness for the silicon compound film, the crystalline semiconductor particles are stably crystallized with high efficiency and at the same time, crystalline semiconductor particles having high crystallinity are produced at low cost. The inventors have found that this is possible and have completed the present invention.

すなわち、本発明における結晶半導体粒子の製造方法および光電変換装置ならびに光発電装置は、以下の構成を有する。
(1)半導体粒子表面に珪素化合物被膜を形成し、加熱して溶融させた後に降温して凝固させることによって結晶化させる結晶半導体粒子の製造方法において、前記珪素化合物被膜を形成する際に前記半導体粒子をシリコンウェーハ上に載置して予め珪素化合物被膜を形成することを特徴とする結晶半導体粒子の製造方法。
(2)前記珪素化合物被膜の膜厚が0.01〜50μmであることを特徴とする(1)に記載の結晶半導体粒子の製造方法。
(3)前記珪素化合物被膜は、珪素酸化物または珪素酸窒化物であることを特徴とする(1)または(2)に記載の結晶半導体粒子の製造方法。
(4)基板上に一導電型を呈する半導体粒子を多数配設し、前記半導体粒子の間に絶縁体を配設し、前記半導体粒子上に逆導電型を呈する半導体層を設けた光電変換装置であって、前記半導体粒子は、(1)〜(3)のいずれかに記載の結晶半導体粒子の製造方法によって製造されたものであることを特徴とする光電変換装置。
(5)(4)に記載の光電変換装置を発電手段として用い、該発電手段の発電電力を負荷へ供給するように成した光発電装置。
That is, the method for producing crystalline semiconductor particles, the photoelectric conversion device, and the photovoltaic device in the present invention have the following configurations.
(1) In a method for producing crystalline semiconductor particles, in which a silicon compound film is formed on the surface of semiconductor particles, heated and melted, and then crystallized by cooling and solidifying, the semiconductor compound film is formed when the semiconductor compound film is formed. A method for producing crystalline semiconductor particles, wherein the particles are placed on a silicon wafer to previously form a silicon compound film.
(2) The method for producing crystalline semiconductor particles according to (1), wherein the silicon compound film has a thickness of 0.01 to 50 μm.
(3) The method for producing crystalline semiconductor particles according to (1) or (2), wherein the silicon compound film is silicon oxide or silicon oxynitride.
(4) A photoelectric conversion device in which a large number of semiconductor particles exhibiting one conductivity type are provided on a substrate, an insulator is provided between the semiconductor particles, and a semiconductor layer having a reverse conductivity type is provided on the semiconductor particles. And the said semiconductor particle is manufactured by the manufacturing method of the crystalline semiconductor particle in any one of (1)-(3), The photoelectric conversion apparatus characterized by the above-mentioned.
(5) A photovoltaic device using the photoelectric conversion device according to (4) as a power generation means and supplying the generated power of the power generation means to a load.

上記(1)〜(3)によれば、半導体粒子表面に珪素化合物被膜を形成する際、半導体粒子をシリコンウェーハ上に載置して予め珪素化合物被膜を形成することから、半導体粒子を加熱して溶融させる際に、半導体粒子が載置されている台板からの汚染物や不純物が半導体粒子内部へ拡散するのを、溶融前に予め形成した珪素化合物被膜によって防ぐことができるため、結晶半導体粒子中の不純物濃度を低減化することが可能となり、結晶半導体粒子の結晶性を大幅に向上させることができる。
さらに、半導体粒子表面に形成された珪素化合物被膜によって、半導体粒子表面と珪素化合物被膜との界面に歪みが誘起され、半導体粒子を加熱して溶融、凝固させる際に、金属不純物等が珪素化合物被膜の形成によって誘起された歪み層の中に拡散しやすくなり、金属不純物等を効率よくゲッタリングすることができる。
上記(4)によれば、基板上に一導電型を呈する半導体粒子を多数配設し、前記半導体粒子の間に絶縁体を配設し、前記半導体粒子上に逆導電型を呈する半導体層を設けた光電変換装置であって、前記結晶半導体粒子は、上記いずれかの構成の本発明の結晶半導体粒子の製造方法によって製造されたものであることから、電気特性に優れた高品質の結晶半導体粒子を製造することができ、また、加熱炉内での処理用の石英製の台板を多段に積層し、かつ台板上にシリコン粒子を高密度に載置することにより、安価に量産性よく製造することもできるので、光電変換装置の高効率化および信頼性の向上を図ることができる。
そして、上記(5)によれば、上記の本発明の光電変換装置を発電手段として用い、この発電手段の発電電力を負荷へ供給するようになしたことによって、高効率で信頼性が高い本発明の光電変換装置によって発電能力が向上し、長期間にわたって安定に信頼性を確保することができる。
以上により、本発明の結晶半導体粒子の製造方法によれば、多数個の結晶半導体粒子を安定に効率よく結晶化することができるとともに高い結晶性を持った結晶半導体粒子を容易に量産することができるので、これを用いることにより、光電変換特性に優れた良好な光電変換装置およびそれを用いた光発電装置を提供することができる。
According to the above (1) to (3), when forming the silicon compound film on the surface of the semiconductor particles, the semiconductor particles are preliminarily formed by placing the semiconductor particles on the silicon wafer. The crystalline semiconductor can prevent the contamination and impurities from the base plate on which the semiconductor particles are placed from diffusing into the semiconductor particles when it is melted by the silicon compound film formed in advance before melting. The impurity concentration in the particles can be reduced, and the crystallinity of the crystalline semiconductor particles can be greatly improved.
Furthermore, the silicon compound coating formed on the surface of the semiconductor particles induces distortion at the interface between the surface of the semiconductor particles and the silicon compound coating, and when the semiconductor particles are heated and melted and solidified, metal impurities, etc. It becomes easy to diffuse in the strained layer induced by the formation of metal, and metal impurities and the like can be efficiently gettered.
According to the above (4), a large number of semiconductor particles exhibiting one conductivity type are disposed on a substrate, an insulator is disposed between the semiconductor particles, and a semiconductor layer exhibiting a reverse conductivity type is disposed on the semiconductor particles. A high-quality crystalline semiconductor having excellent electrical characteristics, since the crystalline semiconductor particles are produced by the method for producing crystalline semiconductor particles of the present invention having any one of the above-described structures. Particles can be produced, and mass production is inexpensive at low cost by stacking quartz base plates for processing in a heating furnace in multiple stages and placing silicon particles on the base plate with high density Since it can also be manufactured well, the efficiency and reliability of the photoelectric conversion device can be improved.
And according to said (5), since the photoelectric conversion apparatus of said this invention was used as an electric power generation means, and it came to supply the electric power generated by this electric power generation means to load, this book with high efficiency and high reliability. With the photoelectric conversion device of the invention, power generation capability is improved, and reliability can be secured stably over a long period of time.
As described above, according to the method for producing crystalline semiconductor particles of the present invention, it is possible to stably and efficiently crystallize a large number of crystalline semiconductor particles and easily mass-produce crystalline semiconductor particles having high crystallinity. Therefore, by using this, a good photoelectric conversion device excellent in photoelectric conversion characteristics and a photovoltaic device using the photoelectric conversion device can be provided.

以下、本発明の結晶半導体粒子の製造方法について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1(a)〜(e)はそれぞれ本発明の結晶半導体粒子の製造方法の実施の形態の一例における概略の様子を示す工程毎の縦断面図である。図1において、101は半導体粒子または結晶半導体粒子(シリコン粒子または結晶シリコン粒子)、102は台板であり、103は固化起点(一方の極)、104はシリコンウェーハを示している。また、101aは半導体粒子(結晶半導体粒子)の表層に形成された応力歪を示している。
Hereinafter, the manufacturing method of the crystalline semiconductor particle of this invention is demonstrated in detail, referring drawings.
1 (a) to 1 (e) are longitudinal sectional views for each process showing an outline of an example of an embodiment of a method for producing crystalline semiconductor particles of the present invention. In FIG. 1, 101 is a semiconductor particle or crystalline semiconductor particle (silicon particle or crystalline silicon particle), 102 is a base plate, 103 is a solidification starting point (one pole), and 104 is a silicon wafer. Reference numeral 101a denotes stress strain formed on the surface layer of semiconductor particles (crystalline semiconductor particles).

(結晶シリコン粒子)
以下の実施の形態の例では、半導体材料としてシリコンを用いた例について説明する。
まず、半導体材料として半導体グレードの結晶シリコンを用い、これを赤外線や高周波コイルを用いて容器内で溶融し、しかる後に溶融したシリコンを粒状の融液として自由落下させる溶融落下法等によって多結晶のシリコン粒子101を得る。
溶融落下法で作成された多結晶のシリコン粒子101には、所望の導電型および抵抗値にするために、通常はドーパントがドーピングされる。シリコンに対するドーパントとしては、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、リン、ヒ素、アンチモンがあるが、シリコンに対する偏析係数が大きい点やシリコン溶融時の蒸発係数が小さい点からは、ホウ素あるいはリンを用いることが望ましい。また、ドーパント濃度としては、シリコンの結晶材料に1×1014〜1×1018atoms/cm3程度添加される。
この溶融落下法によってシリコン粒子101を得た時点では、シリコン粒子101の形状は、ほぼ球形状のものの他にも涙滴型や流線形型、あるいは複数個の粒子が連結した連結型等である。このままの多結晶のシリコン粒子101を用いて光電変換装置を作製した場合は、良好な光電変換特性を得られないものとなる。この原因は、この多結晶のシリコン粒子101中に通常含有されているFe、Cr、Ni、Mo等の金属不純物による、および多結晶の結晶粒界におけるキャリアの再結合効果によるものである。これを改善するために、本発明の結晶半導体粒子の製造方法によって、温度制御した加熱炉の中で多結晶のシリコン粒子101を再溶融させ、その後、例えば酸素・窒素雰囲気下で降温して固化させることにより作製される、不純物の含有量を非常に低く抑えた単結晶の結晶シリコン粒子101を用いる。
(Crystal silicon particles)
In the following embodiments, an example using silicon as a semiconductor material will be described.
First, semiconductor grade crystalline silicon is used as a semiconductor material, and this is melted in a container using infrared rays or a high frequency coil, and then the polycrystalline silicon is melted and dropped by a free fall as a granular melt. Silicon particles 101 are obtained.
The polycrystalline silicon particles 101 produced by the melt drop method are usually doped with a dopant in order to obtain a desired conductivity type and resistance value. As dopants for silicon, boron, aluminum, gallium, indium, phosphorus, arsenic, and antimony are used. However, boron or phosphorus is used because it has a large segregation coefficient for silicon and a small evaporation coefficient when silicon is melted. desirable. The dopant concentration is about 1 × 10 14 to 1 × 10 18 atoms / cm 3 added to the silicon crystal material.
At the time when the silicon particles 101 are obtained by this melting and dropping method, the shape of the silicon particles 101 is a teardrop type, a streamline type, or a connected type in which a plurality of particles are connected in addition to a substantially spherical shape. . When a photoelectric conversion device is manufactured using the polycrystalline silicon particles 101 as it is, good photoelectric conversion characteristics cannot be obtained. This is due to metal impurities such as Fe, Cr, Ni, and Mo that are normally contained in the polycrystalline silicon particles 101 and due to the carrier recombination effect at the polycrystalline grain boundaries. In order to remedy this, the polycrystalline silicon particles 101 are remelted in a temperature-controlled heating furnace by the method for producing crystalline semiconductor particles of the present invention, and then cooled and solidified, for example, in an oxygen / nitrogen atmosphere. Single crystal crystalline silicon particles 101 with a very low impurity content are used.

単結晶の結晶シリコン粒子101を作製するには、まず、図1(a)に示すように、多数個の多結晶のシリコン粒子101をシリコンウェーハ104上に載置して、加熱炉(図示せず)内へ導入し、シリコン粒子101を加熱し珪素化合物被膜を形成する。シリコン粒子101間にできるだけ隙間がないように充填して載置するのが望ましいが、シリコン粒子101同士が接触していても構わない。次に、得られた多数個の多結晶のシリコン粒子101を台板102の上面に一層で並べて載置する。台板102上へのシリコン粒子101の載置は、一層で充填するのが望ましい。シリコン粒子101間にできるだけ隙間がないように充填して載置するのが望ましいが、シリコン粒子101同士が接触していても構わない。また台板102は板状のものが望ましく、複数段に積み重ねてもよい。台板102の材質は、シリコン粒子101との反応を抑えるために、石英ガラス、ムライト、酸化アルミニウム、炭化珪素、単結晶サファイア等が適するが、耐熱性、耐久性、耐薬品性に優れたコストも安く、かつ扱い易いという点からは、石英ガラスが好適である。   In order to fabricate the single crystalline silicon particles 101, first, as shown in FIG. 1A, a large number of polycrystalline silicon particles 101 are placed on a silicon wafer 104 and heated (not shown). And the silicon particles 101 are heated to form a silicon compound film. It is desirable that the silicon particles 101 be filled and placed so that there is no gap as much as possible. However, the silicon particles 101 may be in contact with each other. Next, a large number of the obtained polycrystalline silicon particles 101 are placed side by side on the upper surface of the base plate 102. It is desirable that the silicon particles 101 are placed on the base plate 102 in a single layer. It is desirable that the silicon particles 101 be filled and placed so that there is no gap as much as possible. However, the silicon particles 101 may be in contact with each other. Further, the base plate 102 is preferably a plate-like one, and may be stacked in a plurality of stages. For the material of the base plate 102, quartz glass, mullite, aluminum oxide, silicon carbide, single crystal sapphire and the like are suitable for suppressing the reaction with the silicon particles 101, but the cost is excellent in heat resistance, durability, and chemical resistance. Quartz glass is preferred because it is cheap and easy to handle.

また、台板102は、シリコン粒子101を溶融後に冷却し固化させて結晶化させるときの固化起点とするために用いられる。このように台板102の上面に多数個のシリコン粒子101を載置することにより、それぞれのシリコン粒子101と台板102との接触部分に固化起点103を設定することができるため、この固化起点103を一方の極としてこの一方の極103から上方の対向する極に向けて固化(結晶化)方向を設定することができ、種結晶を用いることなく一方向に凝固させることが可能となり、サブグレイン等の発生を抑制して結晶シリコン粒子101の結晶性を大幅に向上させることができる。   In addition, the base plate 102 is used as a solidification starting point when the silicon particles 101 are cooled and solidified after being melted to be crystallized. By placing a large number of silicon particles 101 on the upper surface of the base plate 102 in this way, the solidification starting point 103 can be set at the contact portion between each silicon particle 101 and the base plate 102. 103 as one pole, the solidification (crystallization) direction can be set from this one pole 103 toward the upper opposing pole, and it is possible to solidify in one direction without using a seed crystal. Generation of grains and the like can be suppressed, and the crystallinity of the crystalline silicon particles 101 can be greatly improved.

シリコン粒子101を始めとする半導体粒子101の大きさは、通常はほぼ球状であることから、その粒子径は直径2000μm以下が望ましく、その形状が球に近いことが望ましい。ただし、シリコン粒子101の形状は球に限られるものでなく立方体状や直方体状やその他の不定形の形状であってもよい。半導体粒子101の大きさが2000μmを超えて大きくなる場合には、シリコン粒子101ではその表面に形成される所定の珪素化合物被膜が相対的に薄くなることによって内側のシリコンの溶融時における半導体粒子101の形状を安定に保つことが難しくなり、またシリコンを完全に溶融させることも困難となり、溶融が不完全な場合にはサブグレインが生じ易くなるので望ましくない。他方、シリコン粒子101の大きさが直径30μm未満と小さい場合には、シリコン粒子101では表面の珪素化合物被膜の厚みも薄くなるため溶融時に形状を維持することが困難となり、内側のシリコンの溶融時に隣接して配置されているシリコン粒子101同士が合体しやすくなるので望ましくない。従って、半導体粒子101の大きさは粒子径が30〜2000μmであることが望ましく、これによって半導体粒子101同士の合体を抑制し、また半導体粒子101の形状を安定に維持して、サブグレインの発生がない球形状で良質な結晶シリコン粒子101を安定して作製することができる。   Since the size of the semiconductor particles 101 including the silicon particles 101 is usually almost spherical, the diameter of the particles is preferably 2000 μm or less, and the shape is preferably close to a sphere. However, the shape of the silicon particles 101 is not limited to a sphere, and may be a cubic shape, a rectangular parallelepiped shape, or other irregular shapes. When the size of the semiconductor particles 101 exceeds 2000 μm, a predetermined silicon compound film formed on the surface of the silicon particles 101 becomes relatively thin, so that the semiconductor particles 101 at the time of melting of the inner silicon are obtained. It is difficult to keep the shape of the film stable, and it is difficult to completely melt the silicon. If the melting is incomplete, subgrains are likely to be generated, which is not desirable. On the other hand, when the size of the silicon particle 101 is as small as less than 30 μm in diameter, the silicon particle 101 has a thin silicon compound film on the surface, which makes it difficult to maintain the shape during melting. It is not desirable because the silicon particles 101 arranged adjacent to each other are easily combined. Accordingly, the size of the semiconductor particles 101 is preferably 30 to 2000 μm, thereby suppressing the coalescence of the semiconductor particles 101 and maintaining the shape of the semiconductor particles 101 stably to generate subgrains. It is possible to stably produce a high quality crystalline silicon particle 101 having no spherical shape.

次に、図1(b)に示すように、シリコン粒子101を載置した台板102を加熱炉(図示せず)内に導入し、シリコン粒子101を加熱していくことにより、シリコン粒子101を溶融させる。加熱炉内としては、半導体材料の種類に応じて種々のものが使用できるが、半導体材料としてシリコンを用いる場合であれば、セラミックスの焼成等に用いられる抵抗加熱型や誘導加熱型の雰囲気焼成炉あるいは半導体素子の製造工程で一般的に用いられる横型酸化炉等が適している。セラミックスの焼成等に用いられる抵抗加熱型の雰囲気焼成炉は、1500℃以上の昇温も比較的容易であり、結晶半導体粒子101の量産が可能な大型のものも比較的安価に入手できるので望ましい。
雰囲気焼成炉による加熱を行う前には、シリコン粒子101の表面に付着した金属や異物等を除去するためにRCA法であらかじめ溶液洗浄をしておくことが望ましい。RCA洗浄法とは、シリコンウェーハの標準的洗浄工程として半導体素子の製造工程で一般的に用いられている洗浄方法であり、3段の工程のうち1段目の工程において水酸化アンモニウムと過酸化水素水との水溶液により酸化膜とシリコン表面とを除去し、2段目の工程においてフッ化水素酸により前段の工程で付いた酸化膜を除去し、3段目の工程において塩化水素と過酸化水素との水溶液により重金属等を除去して自然酸化膜を形成させるというものである。
Next, as shown in FIG. 1B, the base plate 102 on which the silicon particles 101 are placed is introduced into a heating furnace (not shown), and the silicon particles 101 are heated, whereby the silicon particles 101. To melt. As the inside of the heating furnace, various types can be used depending on the type of the semiconductor material. However, if silicon is used as the semiconductor material, a resistance heating type or induction heating type atmosphere firing furnace used for firing ceramics or the like is used. Alternatively, a horizontal oxidation furnace or the like generally used in the semiconductor element manufacturing process is suitable. A resistance heating type atmosphere firing furnace used for firing ceramics is desirable because it is relatively easy to raise a temperature of 1500 ° C. or higher, and a large-sized one capable of mass production of the crystalline semiconductor particles 101 can be obtained at a relatively low cost. .
Prior to heating in the atmosphere firing furnace, it is desirable to perform solution cleaning in advance by the RCA method in order to remove metal, foreign matter, etc. adhering to the surface of the silicon particles 101. The RCA cleaning method is a cleaning method generally used in the manufacturing process of a semiconductor device as a standard cleaning process of a silicon wafer. In the first stage among the three stages, ammonium hydroxide and peroxide are used. The oxide film and silicon surface are removed with an aqueous solution of hydrogen water, the oxide film attached in the previous step is removed with hydrofluoric acid in the second step, and hydrogen chloride and peroxidation are removed in the third step. A natural oxide film is formed by removing heavy metals with an aqueous solution of hydrogen.

また、加熱炉内における炉材や発熱体等からの汚染を防止するためには台板102上に載置したシリコン粒子101を覆うようなベルジャーを加熱炉内に設置することが望ましい。ベルジャーの材質は石英ガラス、ムライト、酸化アルミニウム、炭化珪素、単結晶サファイア等が適するが、耐熱性、耐久性、耐薬品性に優れたコストも安く扱い易いという点からは、石英ガラスが好適である。
なお、シリコン粒子101の表面への有機物等の再付着汚染を防止するために、ベルジャー内はアルゴン、窒素、ヘリウム、水素が適するが、コストが低いという点や扱い易いという点からは、アルゴンあるいは窒素が好適である。
In order to prevent contamination from furnace materials and heating elements in the heating furnace, it is desirable to install a bell jar that covers the silicon particles 101 placed on the base plate 102 in the heating furnace. Quartz glass, mullite, aluminum oxide, silicon carbide, single crystal sapphire, etc. are suitable for the material of the bell jar, but quartz glass is preferred because it is excellent in heat resistance, durability and chemical resistance, and is easy to handle at low cost. is there.
Note that argon, nitrogen, helium, and hydrogen are suitable for the inside of the bell jar in order to prevent re-adhesion contamination of organic substances and the like on the surface of the silicon particles 101, but from the viewpoint of low cost and easy handling, argon or Nitrogen is preferred.

(珪素化合物被膜)
加熱炉内でシリコン粒子101を酸素ガスと窒素ガスとから成る反応性ガスを導入しながら加熱して、シリコンの融点より高い温度へ昇温していく過程で、シリコン粒子101の表面には珪素化合物被膜が形成される。
シリコン粒子101の表面に形成される珪素化合物被膜については、シリコンの酸化膜もしくは酸窒化膜が適するが、被膜の密度が高くて単位膜厚当りの強度が高く、汚染物や不純物等のシリコン粒子101の内部への拡散阻止力が大きいという点からは、シリコンの酸窒化膜(珪素酸窒化被膜)が形成されることが好適である。
また、シリコン粒子101の表面にこの珪素酸窒化被膜を形成する際の反応性ガスによる加熱炉内の雰囲気は、酸素分圧および窒素分圧がそれぞれ0.5%以上であることが望ましい。雰囲気ガス中の酸素分圧あるいは窒素分圧が0.5%未満の場合は、内部を結晶化するシリコン粒子101の表面に形成される珪素酸窒化被膜の形成が不十分となって、珪素化合物被膜に亀裂が発生しやすくなり望ましくない。また、珪素化合物被膜として、珪素酸化物のみを形成するには、酸素ガスに対する窒素ガスの分圧比を0.1%未満にすることにより形成することができる。
なお、加熱炉内の雰囲気ガス中の各ガス分圧は、全ガス流量に対する各ガス流量で調整できる。雰囲気ガスは例えばガス供給手段からガスフィルタを通してベルジャー内に供給されるが、このガス供給手段にガスを供給する装置がガス圧力とガス濃度とを調整可能な機構を持つものであればよい。
(Silicon compound coating)
In the process of heating the silicon particles 101 while introducing a reactive gas composed of oxygen gas and nitrogen gas in a heating furnace and raising the temperature to a temperature higher than the melting point of silicon, A compound film is formed.
As the silicon compound film formed on the surface of the silicon particle 101, a silicon oxide film or an oxynitride film is suitable. However, the density of the film is high and the strength per unit film thickness is high, and silicon particles such as contaminants and impurities are present. From the viewpoint that the diffusion preventing power to the inside of 101 is large, it is preferable to form a silicon oxynitride film (silicon oxynitride film).
Further, it is desirable that the oxygen partial pressure and the nitrogen partial pressure of the atmosphere in the heating furnace by the reactive gas when forming this silicon oxynitride film on the surface of the silicon particle 101 are 0.5% or more, respectively. When the oxygen partial pressure or nitrogen partial pressure in the atmospheric gas is less than 0.5%, the formation of the silicon oxynitride film formed on the surface of the silicon particles 101 that crystallize the inside becomes insufficient, and the silicon compound Undesirably, the coating tends to crack. In order to form only silicon oxide as the silicon compound film, it can be formed by setting the partial pressure ratio of nitrogen gas to oxygen gas to less than 0.1%.
In addition, each gas partial pressure in the atmospheric gas in a heating furnace can be adjusted with each gas flow rate with respect to the total gas flow rate. For example, the atmospheric gas is supplied from the gas supply means into the bell jar through the gas filter. Any device that supplies gas to the gas supply means may have a mechanism capable of adjusting the gas pressure and the gas concentration.

上記のように、加熱炉内に導入されたシリコン粒子101は、その半導体材料の融点(1414℃)以下で加熱されシリコン粒子101表面に珪素化合物被膜が形成される。次に、その半導体材料の融点以上で、シリコン粒子101であればシリコンの融点以上で、好ましくは1490℃以下の温度まで加熱される。この間にシリコン粒子101において表面の珪素化合物被膜の内側のシリコンが溶融する。このとき、シリコン粒子101の表面に形成された珪素化合物被膜によって、内側のシリコンを溶融させながらもシリコン粒子101の形状を維持することが可能である。ただし、半導体粒子101の形状を安定に維持するのが困難となるような温度、例えばシリコン粒子101の場合であれば1490℃を超える温度まで昇温させた場合には、内部のシリコンの溶融時にシリコン粒子101の形状を安定に保つことが難しくなり、隣接するシリコン粒子101との合体が生じやすくなり、また台板102と融着反応しやすくなるので望ましくない。   As described above, the silicon particles 101 introduced into the heating furnace are heated below the melting point (1414 ° C.) of the semiconductor material to form a silicon compound film on the surface of the silicon particles 101. Next, the silicon particles 101 are heated to a temperature not lower than the melting point of the semiconductor material and not lower than the melting point of silicon, and preferably not higher than 1490 ° C. During this time, silicon inside the silicon compound film on the surface of the silicon particles 101 is melted. At this time, the silicon compound film formed on the surface of the silicon particles 101 can maintain the shape of the silicon particles 101 while melting the inner silicon. However, when the temperature of the semiconductor particles 101 is difficult to maintain stably, for example, in the case of the silicon particles 101, when the temperature is increased to a temperature exceeding 1490 ° C., when the silicon inside melts, It is difficult to keep the shape of the silicon particles 101 stable, and it is likely that coalescence with the adjacent silicon particles 101 is likely to occur, and a fusion reaction with the base plate 102 is likely to occur, which is not desirable.

なお、シリコン粒子101の場合は、上記の粒子径の範囲(30〜2000μm)において、その表面に形成される珪素化合物被膜の厚みは0.01μm以上あることが望ましい。厚みが0.01μm未満と薄い場合には内部のシリコンの溶融時に表面の被膜が破れやすいので望ましくない。また、厚みが0.01μm以上で必要な強度を有する珪素化合物被膜であれば、内部のシリコンがその溶融時には表面張力で球形化しようとするのに対し、上記の温度領域あれば珪素化合物被膜は十分に変形可能であるため、内部結晶化して得られる結晶シリコン粒子101を真球に近い形状とすることができる。一方、珪素化合物被膜の厚みが50μmを超えて厚くなる場合には、珪素化合物被膜が上記の温度領域で変形しにくくなり、得られる結晶シリコン粒子101の形状が真球に近い形状になりにくいので望ましくない。従って、シリコン粒子101の場合は、上記の粒子径の範囲(30〜2000μm)に対してその表面の珪素化合物被膜の厚みは0.01〜50μmであることが好ましく、これによって、真球に近い良好な形状の結晶シリコン粒子101を安定して得ることができ、この結晶シリコン粒子101を光電変換素子に用いることによって変換効率に優れた光電変換装置を得ることができるようになる。   In the case of the silicon particles 101, the thickness of the silicon compound film formed on the surface is preferably 0.01 μm or more in the above particle diameter range (30 to 2000 μm). When the thickness is as thin as less than 0.01 μm, it is not desirable because the coating on the surface is easily broken when the silicon inside is melted. In addition, if the silicon compound film has a required strength with a thickness of 0.01 μm or more, the silicon inside tends to spheroidize with surface tension when it melts, whereas in the above temperature range, the silicon compound film Since it is sufficiently deformable, the crystalline silicon particles 101 obtained by internal crystallization can be formed into a shape close to a true sphere. On the other hand, when the thickness of the silicon compound film exceeds 50 μm, the silicon compound film is difficult to be deformed in the above temperature range, and the shape of the obtained crystalline silicon particles 101 is unlikely to be a shape close to a true sphere. Not desirable. Therefore, in the case of the silicon particles 101, the thickness of the silicon compound film on the surface thereof is preferably 0.01 to 50 μm with respect to the above-mentioned particle diameter range (30 to 2000 μm), thereby being close to a true sphere. Crystal silicon particles 101 having a good shape can be stably obtained, and a photoelectric conversion device having excellent conversion efficiency can be obtained by using the crystal silicon particles 101 for a photoelectric conversion element.

次に、図1(c)に示すように、この溶融した半導体粒子101を、シリコン粒子101では珪素化合物被膜の内側の溶融したシリコンを固化させるために融点以下の約1400℃以下の温度まで降温させて固化させる。この際、融点以下の比較的に高温領域で固化する場合には、台板102上での接触部分を固化起点(一方の極)103として上方の対向する極に向けて一方向に固化が進行するので、固化起点103の結晶性がそのまま半導体粒子101の全体に継承されて結晶が成長するため、得られる結晶シリコン粒子101が単結晶となり、結晶性を大幅に向上させることができる。   Next, as shown in FIG. 1 (c), the molten semiconductor particles 101 are cooled down to a temperature of about 1400 ° C. or less below the melting point in order to solidify the molten silicon inside the silicon compound film in the silicon particles 101. Let it solidify. At this time, when solidifying in a relatively high temperature region below the melting point, solidification progresses in one direction toward the upper facing pole with the contact portion on the base plate 102 as the solidification starting point (one pole) 103. Therefore, the crystallinity of the solidification starting point 103 is inherited as it is by the entire semiconductor particle 101 and the crystal grows. Therefore, the obtained crystalline silicon particle 101 becomes a single crystal, and the crystallinity can be greatly improved.

また、溶融した半導体粒子101を固化させる途中で半導体粒子101に対して熱アニール処理を、例えば結晶シリコン粒子101の場合であれば1000℃以上の一定温度にて30分間以上の熱アニール処理を行うことが望ましい。この熱アニール処理を行うことによって、固化時に発生した結晶半導体粒子101の結晶中の歪や、表面の珪素化合物被膜と内側の結晶シリコンとの界面に発生した界面歪み等を緩和除去して良好な結晶性の結晶半導体粒子101とすることができる。   Further, during the solidification of the molten semiconductor particles 101, a thermal annealing process is performed on the semiconductor particles 101. For example, in the case of the crystalline silicon particles 101, a thermal annealing process is performed for 30 minutes or more at a constant temperature of 1000 ° C. or higher. It is desirable. By performing this thermal annealing treatment, the strain in the crystal of the crystalline semiconductor particles 101 generated at the time of solidification, the interfacial strain generated at the interface between the silicon compound film on the surface and the inner crystalline silicon, etc. are alleviated and removed. Crystalline crystalline semiconductor particles 101 can be obtained.

本発明の結晶半導体粒子の製造方法においては、以上のような、珪素化合物被膜が形成された多数個の半導体粒子101を上面に載置した台板102を加熱炉内に導入し、半導体粒子101を加熱して溶融させる工程と、この溶融した半導体粒子101を台板102側の固化起点(一方の極)103から上方の対向する極に向けて固化させる工程とを、図1(a)〜(e)に示すように2回以上繰り返してもよい。このように溶融させる工程と固化させる工程とを繰り返すことによって、1回目で半導体粒子101の固化起点103や中央部に残存していた低濃度の不純物をさらに固化の終端部(対向する極)に集積させることができるので、1回目よりも高濃度に不純物を含有した終端部をエッチング除去することにより、さらに純度の高い結晶半導体粒子101を得ることができる。   In the method for producing crystalline semiconductor particles according to the present invention, the base plate 102 on which a large number of semiconductor particles 101 having a silicon compound film as described above are placed on the upper surface is introduced into a heating furnace. 1A to 1C, a process of heating and melting the semiconductor particles 101, and a process of solidifying the melted semiconductor particles 101 from the solidification starting point (one pole) 103 on the side of the base plate 102 toward the upper opposing pole. You may repeat twice or more as shown to (e). By repeating the melting step and the solidifying step in this manner, the low-concentration impurities remaining at the solidification starting point 103 and the central portion of the semiconductor particle 101 at the first time are further added to the solidification end portion (opposite pole). Since they can be integrated, the crystalline semiconductor particles 101 with higher purity can be obtained by etching away the terminal portion containing impurities at a higher concentration than the first time.

結晶半導体粒子101が結晶シリコン101であり、光電変換装置に用いられる場合であれば、以上に加えて、結晶シリコン粒子101の表面に微細な凹凸を形成することも有効である。その方法としては、ガスエッチング、あるいは水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリ液エッチング等がある。このような表面の凹凸は、この結晶シリコン粒子101を光電変換素子に用いて光電変換装置を構成したときに、その表面の凹凸による光の乱反射によって入射光の利用効率を改善するように機能するものとなる。この表面の凹凸は大き過ぎても小さ過ぎても十分な効果が期待できず、表面の算術平均粗さRaが0.01〜5μmの粗面になるような凹凸とすることで、光電変換装置において光の乱反射により入射光の利用効率を良好に改善することができる。   In the case where the crystalline semiconductor particles 101 are crystalline silicon 101 and are used in a photoelectric conversion device, it is also effective to form fine irregularities on the surface of the crystalline silicon particles 101 in addition to the above. As the method, there are gas etching or alkaline liquid etching such as sodium hydroxide or potassium hydroxide. Such surface irregularities function so as to improve the utilization efficiency of incident light by irregular reflection of light due to the irregularities on the surface when the photoelectric conversion device is configured using the crystalline silicon particles 101 as a photoelectric conversion element. It will be a thing. Even if the surface irregularities are too large or too small, a sufficient effect cannot be expected, and by making the irregularities such that the arithmetic average roughness Ra of the surface is 0.01 to 5 μm, the photoelectric conversion device , The utilization efficiency of incident light can be satisfactorily improved by irregular reflection of light.

本発明の結晶半導体粒子の製造方法によれば、以上のようにして良好な結晶性であり、かつ不要な不純物量が低減された結晶半導体粒子101を安定して製造することができる。   According to the method for producing crystalline semiconductor particles of the present invention, the crystalline semiconductor particles 101 having good crystallinity and a reduced amount of unnecessary impurities can be stably produced as described above.

(光電変換装置)
次に、本発明の光電変換装置の実施の形態の一例について、その縦断面図を図2に示す。
図2において、206は結晶シリコン粒子、207は導電性基板、208は結晶シリコン粒子206と導電性基板207との接合層、209は絶縁物質、210は半導体層、211は透光性導体層、212は電極である。
本発明の結晶シリコン粒子206を用いた光電変換装置においては、導電性基板207の一主面、この例では上面に、第1導電型、例えばp型の結晶シリコン粒子206の表面に第2導電型、例えばn型の半導体層210が形成された結晶シリコン粒子206が多数個、その下部を例えば接合層208によって導電性基板207に接合され、結晶シリコン粒子206の隣接するもの同士の間に絶縁物質209を介在させるとともにそれら結晶シリコン粒子206の上部を絶縁物質209から露出させて配置されて、これら結晶シリコン粒子206に透光性導体層211が設けられた構成となっている。なお、電極212は、この光電変換装置を太陽電池として使用する際に、透光性導体層211の上に所定のパターン形状に被着形成されるものであり、例えばフィンガー電極およびバスバー電極である。
そして、本発明の光電変換装置においては、このような構成において、結晶シリコン粒子206は、上記のような本発明の結晶半導体粒子101の製造方法によって製造されたものであることを特徴とするものである。
本発明の光電変換装置においては、このように結晶シリコン粒子206が本発明の結晶半導体粒子の製造方法によって製造されたものであることから、不純物濃度が極めて低い高品質のシリコン材料を得ることができるので、高い光電変換効率を得るために重要な因子となる少数キャリア寿命を向上させることができ、光電変換装置の形成材料として好ましい結晶シリコン粒子206を得ることができる。
(Photoelectric conversion device)
Next, FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of an example of an embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention.
In FIG. 2, 206 is a crystalline silicon particle, 207 is a conductive substrate, 208 is a bonding layer between the crystalline silicon particle 206 and the conductive substrate 207, 209 is an insulating material, 210 is a semiconductor layer, 211 is a translucent conductor layer, 212 is an electrode.
In the photoelectric conversion device using the crystalline silicon particles 206 of the present invention, the second conductive material is formed on one main surface of the conductive substrate 207, in this example, the upper surface, on the surface of the first conductive type, for example, p-type crystalline silicon particles 206. A large number of crystalline silicon particles 206 having an n-type semiconductor layer 210, for example, are bonded to the conductive substrate 207 at the lower portion thereof by, for example, a bonding layer 208 and insulated between adjacent ones of the crystalline silicon particles 206. The material 209 is interposed and the upper part of the crystalline silicon particles 206 is disposed so as to be exposed from the insulating material 209, and the transparent conductive layer 211 is provided on the crystalline silicon particles 206. In addition, when using this photoelectric conversion apparatus as a solar cell, the electrode 212 is deposited and formed in a predetermined pattern shape on the translucent conductor layer 211, for example, a finger electrode and a bus bar electrode. .
In the photoelectric conversion device of the present invention, in such a configuration, the crystalline silicon particles 206 are manufactured by the method for manufacturing the crystalline semiconductor particles 101 of the present invention as described above. It is.
In the photoelectric conversion device of the present invention, since the crystalline silicon particles 206 are produced by the method for producing crystalline semiconductor particles of the present invention, it is possible to obtain a high-quality silicon material having an extremely low impurity concentration. Therefore, the minority carrier lifetime, which is an important factor for obtaining high photoelectric conversion efficiency, can be improved, and crystalline silicon particles 206 preferable as a material for forming a photoelectric conversion device can be obtained.

次に、この本発明の光電変換装置における結晶シリコン粒子206を上記の結晶シリコン粒子101の製造方法と同様にして作製する。結晶シリコン粒子206の出発原料として用いるシリコン粒子101は、所望の抵抗値になるように第1導電型のドーパントとしてp型の半導体不純物がドーピングされていることが望ましい。p型ドーパントとしては前述のようにホウ素、アルミニウム、ガリウム等が望ましく、その添加量1×1014〜1×1018atoms/cm3が望ましい。
以上の本発明の結晶半導体粒子101の製造方法によって製造された結晶シリコン粒子101(206)は、本発明の光電変換装置を作製するために使用される。そして、この光電変換装置を発電手段として用い、この発電手段からの発電電力を負荷に供給するように成した光発電装置とすることができる。
Next, the crystalline silicon particles 206 in the photoelectric conversion device of the present invention are produced in the same manner as the above-described method for producing the crystalline silicon particles 101. The silicon particles 101 used as a starting material for the crystalline silicon particles 206 are preferably doped with a p-type semiconductor impurity as a first conductivity type dopant so as to have a desired resistance value. As described above, boron, aluminum, gallium or the like is preferable as the p-type dopant, and the addition amount is preferably 1 × 10 14 to 1 × 10 18 atoms / cm 3 .
The crystalline silicon particles 101 (206) manufactured by the above-described manufacturing method of the crystalline semiconductor particles 101 of the present invention are used for manufacturing the photoelectric conversion device of the present invention. The photoelectric conversion device can be used as a power generation unit, and a photovoltaic power generation device configured to supply the generated power from the power generation unit to a load can be obtained.

図2に示した例は以上のようにして得られた結晶シリコン粒子206を用いて作製されたものである。この光電変換装置を得るには、まず、得られた結晶シリコン粒子206の表面に形成された珪素化合物被膜をフッ酸でエッチング除去する。このとき除去される珪素化合物被膜の厚みは径方向で1μm以上である。さらに、珪素化合物被膜と結晶シリコン粒子206との界面歪みや結晶シリコン粒子206の表面に偏析されたp型ドーパントや酸素、炭素や金属等の不純物を除去するために、結晶シリコン粒子206の表面をフッ硝酸等でエッチング除去しても構わない。その際に除去される結晶シリコン粒子206の表面層の厚みは、径方向で100μm以下であることが望ましい。   The example shown in FIG. 2 is produced using the crystalline silicon particles 206 obtained as described above. In order to obtain this photoelectric conversion device, first, the silicon compound film formed on the surface of the obtained crystalline silicon particles 206 is removed by etching with hydrofluoric acid. The thickness of the silicon compound film removed at this time is 1 μm or more in the radial direction. Further, in order to remove the interfacial strain between the silicon compound film and the crystalline silicon particles 206 and the p-type dopant segregated on the surface of the crystalline silicon particles 206, impurities such as oxygen, carbon and metal, the surface of the crystalline silicon particles 206 is removed. Etching away with hydrofluoric acid or the like may be used. The thickness of the surface layer of the crystalline silicon particles 206 removed at that time is desirably 100 μm or less in the radial direction.

次に、結晶シリコン粒子206の表面に第2導電型の半導体層210、例えばn型の半導体層210を設ける。n型の半導体層210は、アモルファスまたは多結晶の半導体層210を製膜することにより、あるいは熱拡散等により半導体層210を形成することにより設けられる。このとき、結晶シリコン粒子206はp型であるので、半導体層210であるシリコン層210はn型の半導体層210とする。   Next, a second conductivity type semiconductor layer 210, for example, an n-type semiconductor layer 210 is provided on the surface of the crystalline silicon particles 206. The n-type semiconductor layer 210 is provided by forming an amorphous or polycrystalline semiconductor layer 210 or by forming the semiconductor layer 210 by thermal diffusion or the like. At this time, since the crystalline silicon particles 206 are p-type, the silicon layer 210 which is the semiconductor layer 210 is an n-type semiconductor layer 210.

次に、導電性基板207の上に結晶シリコン粒子206を多数個配置する。そして、これを還元雰囲気中にて全体的に加熱して生じた接合層208を介して結晶シリコン粒子206を導電性基板207に接合させる。なお、この接合層208は、例えばアルミニウムとシリコンとの合金である。
このとき、導電性基板207をその表面にアルミニウムを少なくとも含む金属基板にすることにより、低温で結晶シリコン粒子206を接合することができ、軽量かつ低価格の光電変換装置を提供することができる。また、導電性基板207の表面を粗面にすることにより、導電性基板207の表面まで到達する非受光領域の入射光の反射をランダムにすることができ、入射した光を斜めに反射させてモジュール表面へ再反射させることができ、これを結晶シリコン粒子206の光電変換部でさらに光電変換することにより、入射光を有効に利用することができる。
Next, a large number of crystalline silicon particles 206 are arranged on the conductive substrate 207. Then, the crystalline silicon particles 206 are bonded to the conductive substrate 207 through the bonding layer 208 generated by heating the whole in a reducing atmosphere. The bonding layer 208 is, for example, an alloy of aluminum and silicon.
At this time, by using the conductive substrate 207 as a metal substrate including at least aluminum on the surface, the crystalline silicon particles 206 can be bonded at a low temperature, and a light-weight and low-cost photoelectric conversion device can be provided. In addition, by making the surface of the conductive substrate 207 rough, it is possible to randomly reflect the incident light in the non-light-receiving region that reaches the surface of the conductive substrate 207, and to reflect the incident light obliquely. Incident light can be used effectively by allowing the module surface to be re-reflected and further photoelectrically converting it at the photoelectric conversion part of the crystalline silicon particles 206.

次に、接合された結晶シリコン粒子206の隣接するもの同士の間に介在するように、導電性基板207上に絶縁物質209を、これら結晶シリコン粒子206の上部、少なくとも天頂部を絶縁物質209から露出させて配置する。
ここで、隣接する結晶シリコン粒子206同士の間の絶縁物質209の表面形状を、結晶シリコン粒子206側が高くなっている凹形状をしているものとすることにより、絶縁物質209とこの上を被って付与される光電変換モジュールの封止樹脂との屈折率の差により、光電変換材料としての結晶シリコン粒子206のない非受光領域における、結晶シリコン粒子206への入射光の乱反射を促進することができる。
Next, an insulating material 209 is placed on the conductive substrate 207 so as to be interposed between adjacent ones of the bonded crystalline silicon particles 206, and at least the zenith portion of the crystalline silicon particles 206 is formed from the insulating material 209. Place it exposed.
Here, the surface shape of the insulating material 209 between the adjacent crystalline silicon particles 206 is a concave shape in which the crystalline silicon particle 206 side is raised, so that the insulating material 209 and the top thereof are covered. The difference in refractive index from the sealing resin of the photoelectric conversion module applied in this manner can promote the irregular reflection of incident light on the crystalline silicon particles 206 in the non-light-receiving region where the crystalline silicon particles 206 as the photoelectric conversion material are not present. it can.

次に、これら結晶シリコン粒子206の露出した上部に透光性導体層211を設ける。そして、太陽電池として所望の電力を取り出すために所定のパターン形状に銀ペースト等を塗布して、グリッド電極あるいはフィンガー電極およびバスバー電極等の電極212を形成する。このようにして、導電性基板207を一方の電極にし、電極212をもう一方の電極とすることにより、太陽電池としての光電変換装置が得られる。
以上のような本発明の光電変換装置によれば、2回以上溶融・固化工程を繰り返すことにより、不純物を偏析させる効果を高めることができるので、不純物の少ない高品質化された多数個の結晶シリコン粒子206を量産性よく製造でき、光電変換装置に使用するシリコン材料を効率的に利用できると同時に、高品質な粒状シリコン結晶206であることによって光電変換装置の高効率化および信頼性の向上を図ることができ、高効率で低コストの光電変換装置を提供することができる。
そして、本発明の光発電装置によれば、上記の本発明の光電変換装置を発電手段として用い、この発電手段の発電電力を負荷へ供給するように成したことによって、高効率で信頼性が高い本発明の光電変換装置によって発電能力が向上し、長期間にわたって安定に信頼性を確保することができる。
Next, a translucent conductor layer 211 is provided on the exposed upper portion of the crystalline silicon particles 206. And in order to take out desired electric power as a solar cell, silver paste etc. are apply | coated to the predetermined pattern shape, and electrodes 212, such as a grid electrode or a finger electrode and a bus-bar electrode, are formed. In this manner, by using the conductive substrate 207 as one electrode and the electrode 212 as the other electrode, a photoelectric conversion device as a solar cell can be obtained.
According to the photoelectric conversion device of the present invention as described above, since the effect of segregating impurities can be enhanced by repeating the melting and solidifying step twice or more, a large number of high-quality crystals with less impurities Silicon particles 206 can be manufactured with high productivity, and silicon materials used in the photoelectric conversion device can be used efficiently. At the same time, the high-quality granular silicon crystal 206 improves the efficiency and reliability of the photoelectric conversion device. Thus, a photoelectric conversion device with high efficiency and low cost can be provided.
According to the photovoltaic power generation apparatus of the present invention, the photoelectric conversion apparatus of the present invention is used as a power generation means, and the generated power of this power generation means is supplied to the load, so that it is highly efficient and reliable. The power generation capability is improved by the high photoelectric conversion device of the present invention, and reliability can be secured stably over a long period of time.

以下、実施例を挙げて、本発明の結晶半導体粒子101の製造方法および光電変換装置を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and the manufacturing method and photoelectric conversion apparatus of the crystalline semiconductor particle 101 of this invention are demonstrated in detail, this invention is not limited only to a following example.

以下に本発明の結晶半導体粒子101の製造方法およびこれによって製造した結晶シリコン粒子206を用いた光電変換装置について具体例を作製工程に沿って説明する。
ホウ素濃度が0.6×1016atoms/cm3であり、粒子径が約400μmの結晶シリコン粒子101をシリコンウェーハ104上に多数個載置し、加熱炉である焼成炉の内部に設置した石英ベルジャー内に収容して酸素ガスと窒素ガスとの反応ガス供給手段から導入しながら1300℃付近で加熱し、珪素化合物被膜として珪素酸窒化被膜を結晶シリコン粒子101の表面に形成する。
次に、珪素酸窒化被膜が形成された結晶シリコン粒子101を石英ガラス製の台板102上に一層に多数個載置し、加熱炉であるアルゴン不活性雰囲気で満たされた雰囲気焼成炉の内部に設置した石英ガラス製のベルジャー内に収容して酸素ガスと窒素ガスとの反応ガスをガス供給手段から導入しながら加熱し、シリコンの融点以上の1440℃まで加熱し2分間保持して表面の珪素酸窒化被膜の内側のシリコンを溶融させた後、降温速度を毎分4℃とし冷却させながら、固化起点(一方の極)103から上方の他方の極に向かって固化させた。その後、さらに1300℃まで降温させて200分間の熱アニール処理を行った。この熱アニール処理後に室温付近まで降温させた。
次に、この室温付近まで冷却された結晶シリコン粒子101に対して再度同じ工程を行
い、本発明の結晶半導体粒子101の製造方法によって結晶シリコン粒子101を作製した。
このとき、結晶シリコン粒子101の表面に珪素酸窒化被膜を形成する際の加熱炉内の酸素ガスおよび窒素ガスの全ガス流量に対する分圧はそれぞれ20%および80%とし、全ガス流量に対する酸素ガスおよび窒素ガスの流量で調整し、また、降温速度は酸素ガスおよび窒素ガスの温度を制御することにより調整した。
回収した結晶シリコン粒子101の表面に形成された珪素酸窒化被膜をフッ酸にて除去し、所定の厚さ(10μm)までフッ硝酸で結晶シリコン粒子101の表面を深さ方向にエッチング除去した。
この結晶シリコン粒子101を石英製ボートに載せて、900℃に制御された石英管の中に導入し、POCL3ガスを窒素で、バブリングさせて石英管に送り込み、30分で結晶シリコン粒子101(206)の表面におよそ1μmの厚さのn型の半導体層210を形成し、その後、フッ酸にて表面の珪素酸窒化被膜を除去した。
次に、図2に示すように、導電性基板207として50mm×50mm×厚さ0.3mmのアルミニウム基板を用い、この上面にこの結晶シリコン粒子206を最密充填に配置した後、アルミニウムとシリコンとの共晶温度である577℃を超える600℃で、5%の水素を含む窒素の還元雰囲気炉中で加熱して、多数個の結晶シリコン粒子206の下部を導電性基板207と接合させた。このとき、結晶シリコン粒子206が導電性基板207のアルミニウムと接触している部分ではアルミニウムとシリコンとの共晶から成る接合層208が形成されており、強い接着強度を呈していた。
さらに、この上から結晶シリコン粒子206同士の間にそれらの上部を露出させてポリイミドから成る絶縁物質209を塗布乾燥し、下部電極となる導電性基板207と、上部電極となる透光性導体層211とを電気的に絶縁分離するようにした。
この上に上部電極膜としての透光性導体層211を、スパッタリング法によって全面に約100nmの厚みで形成した。
最後に、銀ペーストをディスベンサーでグリッド状にパターン形成して、フィンガー電 極およびバスバー電極からなる電極212を形成し、本発明にかかる光電変換装置を作製した。なお、この銀ペーストのパターンは、大気中500℃で焼成を行った。
Hereinafter, a specific example of the method for manufacturing the crystalline semiconductor particles 101 of the present invention and the photoelectric conversion device using the crystalline silicon particles 206 manufactured thereby will be described along the manufacturing steps.
Quartz having a boron concentration of 0.6 × 10 16 atoms / cm 3 and a large number of crystalline silicon particles 101 having a particle diameter of about 400 μm are placed on a silicon wafer 104 and placed inside a firing furnace as a heating furnace. A silicon oxynitride film is formed on the surface of the crystalline silicon particles 101 as a silicon compound film by being heated in the vicinity of 1300 ° C. while being introduced from a reactive gas supply means of oxygen gas and nitrogen gas while being contained in a bell jar.
Next, a large number of crystalline silicon particles 101 having a silicon oxynitride film formed thereon are placed on a quartz glass base plate 102 in one layer, and the inside of an atmosphere firing furnace filled with an argon inert atmosphere as a heating furnace. And heated while introducing a reaction gas of oxygen gas and nitrogen gas from the gas supply means, heated to 1440 ° C. above the melting point of silicon and held for 2 minutes. After the silicon inside the silicon oxynitride film was melted, it was solidified from the solidification starting point (one pole) 103 toward the other pole above while cooling at a temperature drop rate of 4 ° C. per minute. Thereafter, the temperature was further lowered to 1300 ° C., and a thermal annealing treatment for 200 minutes was performed. After this thermal annealing treatment, the temperature was lowered to around room temperature.
Next, the same process was performed again on the crystalline silicon particles 101 cooled to near room temperature, and the crystalline silicon particles 101 were produced by the method for producing the crystalline semiconductor particles 101 of the present invention.
At this time, the partial pressure with respect to the total gas flow rate of oxygen gas and nitrogen gas in the heating furnace when forming the silicon oxynitride film on the surface of the crystalline silicon particle 101 is 20% and 80%, respectively, and the oxygen gas with respect to the total gas flow rate The temperature drop rate was adjusted by controlling the temperature of oxygen gas and nitrogen gas.
The silicon oxynitride film formed on the surface of the recovered crystalline silicon particles 101 was removed with hydrofluoric acid, and the surface of the crystalline silicon particles 101 was etched away in the depth direction with hydrofluoric acid to a predetermined thickness (10 μm).
The crystalline silicon particles 101 are placed on a quartz boat and introduced into a quartz tube controlled at 900 ° C., POCL 3 gas is bubbled with nitrogen and fed into the quartz tube, and the crystalline silicon particles 101 ( 206), an n-type semiconductor layer 210 having a thickness of about 1 μm was formed, and then the silicon oxynitride film on the surface was removed with hydrofluoric acid.
Next, as shown in FIG. 2, an aluminum substrate having a size of 50 mm × 50 mm × thickness 0.3 mm is used as the conductive substrate 207, and the crystalline silicon particles 206 are arranged on the upper surface in a close-packed manner, and then aluminum and silicon are used. The lower part of the crystalline silicon particles 206 was bonded to the conductive substrate 207 by heating in a reducing atmosphere furnace of nitrogen containing 5% hydrogen at 600 ° C. exceeding the eutectic temperature of 577 ° C. . At this time, a bonding layer 208 made of a eutectic of aluminum and silicon was formed in a portion where the crystalline silicon particles 206 were in contact with aluminum of the conductive substrate 207, and exhibited strong adhesive strength.
Further, from above, the upper portions of the crystalline silicon particles 206 are exposed to each other, and an insulating material 209 made of polyimide is applied and dried to form a conductive substrate 207 serving as a lower electrode, and a light-transmitting conductive layer serving as an upper electrode. 211 is electrically insulated and separated.
On this, a translucent conductor layer 211 as an upper electrode film was formed with a thickness of about 100 nm on the entire surface by sputtering.
Finally, silver paste was patterned in a grid shape with a disperser to form an electrode 212 composed of finger electrodes and bus bar electrodes, and a photoelectric conversion device according to the present invention was produced. The silver paste pattern was fired at 500 ° C. in the atmosphere.

本発明の実施例としては、図1に示すように本発明のシリコン粒子101への珪素化合物被膜形成を予めシリコンウェーハ104上で行ったものであり、表2に示す珪素化合物被膜の厚さの結晶シリコン粒子206を作製し、それらを用いて光電変換装置を作製した(試料No.1〜5)。ただし、試料No.1,5は珪素化合物被膜の膜厚が本発明の範囲外である。   As an example of the present invention, as shown in FIG. 1, the silicon compound film was formed on the silicon wafer 104 in advance on the silicon particles 101 of the present invention. Crystalline silicon particles 206 were produced, and a photoelectric conversion device was produced using them (sample Nos. 1 to 5). However, Sample No. Nos. 1 and 5 have a silicon compound film thickness outside the scope of the present invention.

次に、比較例として、珪素化合物被膜の形成を直接石英製の台板102上で行い、表2に示す珪素化合物被膜の厚さの結晶シリコン粒子206を作製し、それらを用いて光電変換装置を作製した(試料No.6〜10)。   Next, as a comparative example, a silicon compound film is directly formed on the quartz base plate 102 to produce crystalline silicon particles 206 having the thickness of the silicon compound film shown in Table 2, and a photoelectric conversion device using them. (Sample Nos. 6 to 10).

(測定方法および測定結果)
上記で得られた結晶シリコン粒子206中の不純物を試料No.3および8について調べた。前記不純物の濃度測定は、ICP−MS(誘導結合プラズマ質量分析) (マイクロマス社製)を用いて測定した。また珪素化合物被膜の膜厚は、蛍光X線被膜測定装置(フィリップス社製)を用いて測定した。それらの結果を表1に示す。なお、前記珪素化合物被膜は、ICP−MSを用いた測定により、珪素酸窒化物であることを確認した。

Figure 2007173529
表1に示す通り、比較例として石英製の台板102上にシリコン粒子101を載置してシリコン粒子101表面に珪素化合物被膜を形成した場合(試料No.8)に比較して、本発明の実施例で作製した、シリコンウェーハ104上にシリコン粒子101を載置してシリコン粒子101表面に珪素化合物被膜を形成した場合(試料No.3)では、比較例に比べてFeの不純物濃度が減少し、良好な結果であった。 (Measurement method and measurement results)
Impurities in the crystalline silicon particles 206 obtained above were sampled. 3 and 8 were examined. The impurity concentration was measured using ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) (manufactured by Micromass). The film thickness of the silicon compound film was measured using a fluorescent X-ray film measuring apparatus (manufactured by Philips). The results are shown in Table 1. The silicon compound film was confirmed to be silicon oxynitride by measurement using ICP-MS.
Figure 2007173529
As shown in Table 1, as a comparative example, the present invention is compared with the case where silicon particles 101 are placed on a quartz base plate 102 and a silicon compound film is formed on the surface of the silicon particles 101 (sample No. 8). In the case where the silicon particles 101 are placed on the silicon wafer 104 and the silicon compound film is formed on the surface of the silicon particles 101 (sample No. 3), the impurity concentration of Fe is higher than that of the comparative example. It was decreased and was a good result.

次に、得られた光電変換装置(試料No.1〜10)について、所定の強度および所定の波長の光を照射して、電気特性を示す光電変換効率(単位:%)を測定した。電気特性の測定は、ソーラーシミュレータ(WACOM社製:WXS155S−10)を用いて、JIS C 8913に基づいた方法により実施した。その結果を表2に示す。

Figure 2007173529
表2に示す通り、石英製の台板102上にシリコン粒子101を載置してシリコン粒子101表面に珪素化合物被膜を形成し、溶融・凝固させて結晶シリコン粒子206としたものから成る光電変換装置(試料No.5〜10)に比較して、本発明で作製した、シリコンウェーハ104上にシリコン粒子101を載置してシリコン粒子101表面に本発明の範囲内の膜厚の珪素化合物被膜を形成した場合の光電変換装置(試料No.2〜4)では、光電変換効率が高く良好な結果であった。また、珪素化合物被膜の膜厚を変えて比較した場合、シリコンウェーハ104上および石英製の台板102上で珪素化合物被膜を形成した場合共に、珪素化合物被膜が0.01〜50μmの範囲で光電変換効率が高く良好な結果であった。 Next, about the obtained photoelectric conversion apparatus (sample No. 1-10), the light of predetermined intensity | strength and predetermined wavelength was irradiated, and the photoelectric conversion efficiency (unit:%) which shows an electrical property was measured. The measurement of electrical characteristics was carried out by a method based on JIS C 8913 using a solar simulator (WACOM: WXS155S-10). The results are shown in Table 2.
Figure 2007173529
As shown in Table 2, a photoelectric conversion comprising a silicon particle 101 placed on a quartz base plate 102 to form a silicon compound film on the surface of the silicon particle 101 and melted and solidified to form a crystalline silicon particle 206. Compared with the apparatus (sample Nos. 5 to 10), the silicon compound film having a film thickness within the range of the present invention is placed on the surface of the silicon particle 101 by placing the silicon particle 101 on the silicon wafer 104 produced in the present invention. In the photoelectric conversion device (Sample Nos. 2 to 4) in the case of forming, the photoelectric conversion efficiency was high and good results. Further, when the thickness of the silicon compound film is changed and compared, both in the case where the silicon compound film is formed on the silicon wafer 104 and the quartz base plate 102, the silicon compound film is in the range of 0.01 to 50 μm. The conversion efficiency was high and good results were obtained.

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、半導体粒子101を加熱して溶融させるのに加熱炉ではなく、台板102の上面に載置した半導体粒子101の上部からレーザ光等の光エネルギーを照射することで溶融させる方式を用いてもよく、その場合には、雰囲気を真空雰囲気として溶融・固化工程を繰り返すことができるので、雰囲気ガスからの酸素等の結晶半導体粒子101の内部への混入を抑制することができるものとなる。   In addition, this invention is not limited to the example of the above embodiment, A various change may be added in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, a method of melting the semiconductor particles 101 by irradiating light energy such as laser light from the upper part of the semiconductor particles 101 placed on the upper surface of the base plate 102 is used to heat and melt the semiconductor particles 101 instead of a heating furnace. In that case, since the melting and solidifying step can be repeated with the atmosphere as a vacuum atmosphere, the entry of oxygen or the like from the atmospheric gas into the crystalline semiconductor particles 101 can be suppressed.

本発明の結晶半導体粒子の製造方法について実施の形態の一例の概略構成を示す工程毎の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view for every process which shows schematic structure of an example of embodiment about the manufacturing method of the crystalline semiconductor particle of this invention. 本発明の光電変換装置について実施の形態の一例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example of embodiment about the photoelectric conversion apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101 ・・・半導体粒子又は結晶半導体粒子(シリコン結晶又は結晶シリコン粒子)
101a・・・表層に形成された応力歪み
102 ・・・台板
104 ・・・シリコンウェーハ
206 ・・・結晶シリコン粒子
207 ・・・導電性基板
208 ・・・接合層
209 ・・・絶縁物質
210 ・・・半導体層
211 ・・・透光性導体層
212 ・・・電極
101 ... Semiconductor particles or crystalline semiconductor particles (silicon crystals or crystalline silicon particles)
101a ... Stress strain 102 formed on the surface layer ... Base plate 104 ... Silicon wafer 206 ... Crystalline silicon particles 207 ... Conductive substrate 208 ... Bonding layer 209 ... Insulating substance 210 ... Semiconductor layer 211 ... Translucent conductor layer 212 ... Electrode

Claims (5)

半導体粒子表面に珪素化合物被膜を形成し、加熱して溶融させた後に降温して凝固させることによって結晶化させる結晶半導体粒子の製造方法において、前記珪素化合物被膜を形成する際に前記半導体粒子をシリコンウェーハ上に載置して珪素化合物被膜を形成することを特徴とする結晶半導体粒子の製造方法。   In a method for producing crystalline semiconductor particles, in which a silicon compound film is formed on the surface of the semiconductor particles, heated and melted, and then cooled and solidified to crystallize the semiconductor particles when the silicon compound film is formed. A method for producing crystalline semiconductor particles, comprising placing a silicon compound film on a wafer. 前記珪素化合物被膜の膜厚が0.01〜50μmであることを特徴とする請求項1記載の結晶半導体粒子の製造方法。   The method for producing crystalline semiconductor particles according to claim 1, wherein the silicon compound film has a thickness of 0.01 to 50 μm. 前記珪素化合物被膜は、珪素酸化物または珪素酸窒化物であることを特徴とする請求項1または2記載の結晶半導体粒子の製造方法。   The method for producing crystalline semiconductor particles according to claim 1, wherein the silicon compound film is silicon oxide or silicon oxynitride. 基板上に一導電型を呈する半導体粒子を多数配設し、前記半導体粒子の間に絶縁体を配設し、前記半導体粒子上に逆導電型を呈する半導体層を設けた光電変換装置であって、前記半導体粒子は、請求項1〜3のいずれかに記載の結晶半導体粒子の製造方法によって製造されたものであることを特徴とする光電変換装置。   A photoelectric conversion device in which a large number of semiconductor particles exhibiting one conductivity type are provided on a substrate, an insulator is provided between the semiconductor particles, and a semiconductor layer having a reverse conductivity type is provided on the semiconductor particles. The said semiconductor particle is manufactured by the manufacturing method of the crystalline semiconductor particle in any one of Claims 1-3, The photoelectric conversion apparatus characterized by the above-mentioned. 請求項4記載の光電変換装置を発電手段として用い、該発電手段の発電電力を負荷へ供給するように成した光発電装置。
A photovoltaic power generation apparatus configured to use the photoelectric conversion apparatus according to claim 4 as a power generation means, and to supply the generated power of the power generation means to a load.
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