JP2010150106A - Method for producing spherical semiconductor particles - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to efficiently produce spherical semiconductor particles in which a p-type or n-type dopant is doped and the dispersion in a mass, size, and shape is small in a method to melt small solid bodies including a semiconductor powder of a prescribed amount to form spherical molten spheres, to cool them to solidify to produce the spherical semiconductor particles. <P>SOLUTION: The method for producing semiconductor particles includes the steps of: forming small solid bodies including predetermined mass of a semiconductor powder and a dopant by a granulation process; heating them to melt and fuse the semiconductor powder included in the small solid bodies to prepare molten spheres; and cooling the molten spheres to solidify them. The small solid bodies preferably contain a binder. The dopant can be contained in the small solid bodies by a method to carry out granulation of a mixture which added the dopant to a semiconductor powder, a method to add during the granulation operation, and a method to contact the granule into a dopant solution or the like. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、球状光電変換素子などの半導体素子もしくはその前駆体となる球状の半導体粒子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a spherical semiconductor particle serving as a semiconductor element such as a spherical photoelectric conversion element or a precursor thereof.

近年、球状をした半導体素子を、光電変換素子や、ダイオード、水分解による水素発生用の素子などに使用することが検討されている。特に、球状のp型半導体基体の表面に沿ってn型半導体層を形成した光電変換素子が、安価で、高出力を期待できる太陽電池用素子として注目されている。太陽電池の代表的な例として、多数の凹部を有する支持体の各凹部内に球状の太陽電池素子を取り付け、凹部内面を反射鏡として働かせる方式の低集光型の装置が提案されている(たとえば、特許文献1)。これによれば、光電変換部を薄型化して、高価なシリコンの使用量を低減でき、太陽電池のコスト削減が可能となる。さらに、凹面反射鏡の集光作用により、素子に対して直接照射光の4〜6倍の光が照射されるので、照射光を光電変換に有効に利用することができる。   In recent years, it has been studied to use a spherical semiconductor element for a photoelectric conversion element, a diode, an element for hydrogen generation by water decomposition, or the like. In particular, a photoelectric conversion element in which an n-type semiconductor layer is formed along the surface of a spherical p-type semiconductor substrate has attracted attention as a solar cell element that is inexpensive and can be expected to have a high output. As a typical example of a solar cell, a low-concentration type device has been proposed in which a spherical solar cell element is attached in each recess of a support having a large number of recesses, and the inner surface of the recess functions as a reflecting mirror ( For example, Patent Document 1). According to this, the photoelectric conversion part can be thinned, the amount of expensive silicon used can be reduced, and the cost of the solar cell can be reduced. Furthermore, since the light condensing action of the concave reflecting mirror irradiates the element with 4 to 6 times as much light as the direct irradiation light, the irradiation light can be effectively used for photoelectric conversion.

球状半導体粒子の製造方法の一つに、溶融滴下法が提案されている。これは、坩堝に入れた半導体材料の融液を不活性ガスで加圧して、坩堝底部に設けられたノズル孔から連続的に滴下させ、液滴が冷却塔中を落下する間に凝固させることによって、球状の半導体粒子を製造するという方法である(たとえば、特許文献1、2)。   A melt dripping method has been proposed as one method for producing spherical semiconductor particles. This is because the melt of the semiconductor material placed in the crucible is pressurized with an inert gas and continuously dripped from the nozzle hole provided at the bottom of the crucible, and solidified while the droplet falls in the cooling tower. Is a method of manufacturing spherical semiconductor particles (for example, Patent Documents 1 and 2).

溶融滴下法によれば、直径が約0.3〜2mmの半導体粒子を量産することができる。しかしながら、得られる粒子には、形状や質量にはかなり大きなばらつきがある。得られる粒子にばらつきがあると、それを球状半導体素子の母体として用いるには、篩い分けして所定の粒径の粒子を選別し、さらにそれを研磨などの方法により真球状に仕上げなければならない。半導体粒子の形状とその大きさが不揃いであればあるほど、篩い分けにより廃棄される粒子の量、および研磨の際の削り屑が多くなって、著しい材料損失と歩留まり低下とを生じてしまう。   According to the melt dropping method, semiconductor particles having a diameter of about 0.3 to 2 mm can be mass-produced. However, the resulting particles vary considerably in shape and mass. If there are variations in the resulting particles, in order to use them as a base of a spherical semiconductor element, it is necessary to screen the particles of a predetermined particle size by screening and then finish them into a true sphere by a method such as polishing. . As the shape and size of the semiconductor particles are not uniform, the amount of particles discarded by sieving and the amount of shavings during polishing increase, resulting in significant material loss and yield reduction.

このため、工業的に実施するためには、設備、製造条件等についてさらに検討し、それらについて最適の条件を見出す必要がある。具体的には、坩堝の材質や構造、ノズル孔の寸法形状や半導体融液の加圧力などの融液滴下条件、および、冷却塔中の雰囲気や温度などについてである。   For this reason, in order to implement industrially, it is necessary to further examine about equipment, manufacturing conditions, etc., and to find optimal conditions about them. Specifically, the material and structure of the crucible, the size and shape of the nozzle holes, the melt drop conditions such as the pressure of the semiconductor melt, and the atmosphere and temperature in the cooling tower.

一方、球状半導体粒子の製造プロセスの自動化が容易で、それに要する費用も安価な方法として、粉末溶融法が提案されている(たとえば、特許文献3、4および5)。   On the other hand, a powder melting method has been proposed as a method that makes it easy to automate the manufacturing process of spherical semiconductor particles and that requires less cost (for example, Patent Documents 3, 4, and 5).

この方法では、たとえば、多数の透孔が形成されたテンプレートを使用して、その厚さと透孔の径とで決まる容積の半導体粉末を同時に多数秤取して、山状またはパイル状をした形状の小塊を形成し、これらを基板上に配列する。それから、それらの小塊を熱処理炉で加熱し溶融させたのち、冷却して凝固させるという方法である。この方法においては、半導体粉末には、あらかじめドーパントをドープした原料、またはそれをドープしていない原料が利用される。   In this method, for example, a template having a large number of through holes is used, and a large number of semiconductor powders having a volume determined by the thickness and the diameter of the through holes are simultaneously weighed to form a mountain or pile shape. Are formed and arranged on a substrate. Then, these small lumps are heated and melted in a heat treatment furnace, and then cooled and solidified. In this method, a raw material doped with a dopant in advance or a raw material not doped with it is used for the semiconductor powder.

粉末溶融法には、溶融滴下法に比べて実施が容易であるという利点がある。その一方で、半導体粉末からなる小塊を搬送しまたは保管する際に振動や衝撃が加えられると、その一部分が崩れて裾野が広がった山状の形状になったり、さらには隣り合った小塊同士が崩れ落ちた部分で重なり合ったりするおそれがある。このような形状の崩れ、さらには部分的な重なりが生じた状態で、溶融凝固させると、得られた半導体粒子の形状や質量のばらつきがいちじるしく大きくなる。   The powder melting method has the advantage of being easier to implement than the melt dropping method. On the other hand, when vibration or impact is applied when transporting or storing a small lump made of semiconductor powder, a part of it collapses to form a mountain shape with an expanded skirt, or even a small lump adjacent to it. There is a risk of overlapping each other at the part where they collapsed. When melted and solidified in a state where such a shape collapses and further a partial overlap has occurred, variations in the shape and mass of the obtained semiconductor particles become extremely large.

半導体粉末にドープ済みの原料を使用する場合には、あらかじめドーパントを半導体粉末にドープしておく必要がある。また、未ドープの原料を使用する場合には、半導体の球状粒子を作製した後に、さらにp型またはn型のドーパントをドープさせなければならない。これらの方法では、球状半導体粒子を製造するための一連の工程に、さらに原料に対するドーパントのドーピング工程、または生成物である球状の粒子についてのドーピング工程を付加しなければならず、そのための工数と設備、装置とを必要とする。球状の半導体粒子を光電変換素子など、pn接合を備えた素子に適用する場合、このような付加すべき工程、設備、装置を必要とすることは、粉体溶融法を実用に供するには経済的でない。
アメリカ特許第4188177号明細書 特開2000−292265号公報 アメリカ特許第5431127号明細書 特表平11−502670号公報 アメリカ特許第57633201号公報
When using a doped raw material for the semiconductor powder, it is necessary to dope the semiconductor powder with a dopant in advance. In addition, when an undoped raw material is used, it is necessary to dope a p-type or n-type dopant after producing semiconductor spherical particles. In these methods, a series of steps for producing spherical semiconductor particles must be further added with a dopant doping step for raw materials, or a doping step for spherical particles as a product. Requires equipment and equipment. When spherical semiconductor particles are applied to an element having a pn junction, such as a photoelectric conversion element, the need for such a process, equipment, and apparatus to be added is economical for the powder melting method to be put to practical use. Not right.
U.S. Pat. No. 4,188,177 JP 2000-292265 A US Pat. No. 5,431,127 Japanese National Patent Publication No. 11-502670 US Patent No. 57633201

本発明は、所定量の半導体粉末と、その導電型をp型またはn型とするドーピング剤を含む小固形体を加熱し、溶融させることで、このような粉末溶融法による半導体粒子の製造の利点をそのまま保持して、形状、質量のばらつきが小さく、また、ドーパントを含有した球状の半導体粒子をきわめて低コストで作製する方法を提供することを目的とする。   The present invention is to manufacture semiconductor particles by such a powder melting method by heating and melting a small amount of a semiconductor powder containing a predetermined amount of semiconductor powder and a p-type or n-type doping agent. An object of the present invention is to provide a method for producing spherical semiconductor particles containing a dopant with a small variation in shape and mass while keeping the advantages as they are, and at a very low cost.

本発明の球状半導体粒子の製造方法は、所定質量の半導体粉末、およびこの半導体の導電型をp型またはn型とするドーピング剤を含む原料を用いて形成された小固形体を準備する第1の工程と、この小固形体を加熱してそれに含まれる半導体粉末を溶融させ、凝集させることにより、ドーパントを含む球状の溶融体を形成する第2の工程と、この球状溶融体を冷却して凝固させる第3の工程とを含む。   The method for producing spherical semiconductor particles of the present invention is a first method of preparing a small solid body formed by using a raw material containing a semiconductor powder having a predetermined mass and a doping agent that makes the conductivity type of this semiconductor p-type or n-type. A second step of forming a spherical melt containing the dopant by heating the small solid body to melt and agglomerate the semiconductor powder contained therein, and cooling the spherical melt. And a third step of solidifying.

上述の製造方法において、原料には、さらにバインダーを含ませることが好ましい。   In the above production method, it is preferable that the raw material further contains a binder.

さらに、上述の製造方法において、第1の工程で次の方法のいずれかを採ることが好ましい。第1の方法は、まず、半導体粉末とドーピング剤、好ましくは、さらにバインダーを含む原料からなる混合物を準備し、次に、この混合物を造粒操作により小固形体とするものである。この混合物は、たとえば、粉末状のドーピング剤を半導体粉末に添加し、混合して作製することができる。粉末状態での混合には広く使用されている粉末混合機を使用することができる。シリコン粉末に添加するドーピング剤の粉末が微量であるときには、その混合粉末中に圧搾空気を間欠的に噴射させて粉末を流動させることによって混合の均一性を高めたり、あるいは、シリコン粉末を流動状態にし、それにドーピング剤の粉末をノズルから噴射させて混合したりすることで、均一な混合物を得ることができる。さらに、上記の第1の方法においては、あらかじめ、ドーピング剤を含む溶液に接触させて半導体粉末の表面にドーピング剤を付着させ、この半導体粉末を用いて、必要に応じてバインダーなどの他の原料とともに造粒し、小固形体を形成する方法を採ることもできる。半導体粉末の表面にドーピング剤を付着させるためには、半導体粉末にドーピング剤溶液を混合もしくは浸漬させてから、あるいは半導体粉末にドーピング剤溶液を噴霧するなどして湿潤させてから、必要に応じて、乾燥させ、ドーピング剤を半導体粉末に付着させる方法を採ることができる。   Furthermore, in the manufacturing method described above, it is preferable to adopt one of the following methods in the first step. In the first method, first, a mixture comprising a semiconductor powder and a doping agent, preferably a raw material further containing a binder, is prepared, and then this mixture is made into a small solid body by a granulating operation. This mixture can be prepared, for example, by adding a powdery dopant to the semiconductor powder and mixing them. For mixing in a powder state, a widely used powder mixer can be used. When a small amount of doping agent powder is added to the silicon powder, the mixing uniformity is improved by intermittently injecting compressed air into the mixed powder to cause the powder to flow, or the silicon powder is in a fluidized state. In addition, a uniform mixture can be obtained by spraying a dopant powder from a nozzle and mixing them. Furthermore, in the first method described above, the dopant is attached to the surface of the semiconductor powder in advance by contacting with a solution containing the dopant, and other raw materials such as a binder are used as necessary using this semiconductor powder. The method of granulating together and forming a small solid body can also be taken. In order to attach the doping agent to the surface of the semiconductor powder, the semiconductor powder is mixed or immersed in the semiconductor powder, or wetted by spraying the doping agent solution on the semiconductor powder or the like. It is possible to adopt a method of drying and attaching the doping agent to the semiconductor powder.

第2の方法は、造粒操作中に、小固形体を製造するための上記原料を混合するとともに、これらの原料からなる造粒物を作製し、これを、必要に応じて乾燥して、小固形体とするものである。   In the second method, during the granulation operation, the above raw materials for producing a small solid are mixed, and a granulated product made of these raw materials is produced, and this is dried as necessary. It is a small solid.

上述の第1および第2の方法においては、原料として、あらかじめドーピング剤が添加された液体状のバインダーを含むことが好ましい。   In the first and second methods described above, it is preferable to include a liquid binder to which a doping agent is added in advance as a raw material.

第3の方法は、まず半導体粉末と好ましくはバインダーを含む造粒物を造粒操作で作製し、それからこの造粒物をドーピング剤溶液に接触させる。たとえば、ドーピング剤溶液に造粒物を所定時間浸漬してから取り出し、乾燥させることによって小固形体を作製することができる。あるいは、上記の造粒物にドーピング剤溶液を噴霧するなどして湿潤させてから、必要に応じて、乾燥させてもよい。   In the third method, a granulated product containing a semiconductor powder and preferably a binder is first prepared by a granulating operation, and then this granulated product is brought into contact with a dopant solution. For example, a small solid body can be produced by immersing the granulated material in a doping agent solution for a predetermined time, taking it out, and drying it. Alternatively, the above granulated product may be wetted by spraying a doping agent solution or the like and then dried as necessary.

本発明により、半導体粉末とドーピング剤とを含む固形体を使用することで、その作製から加熱溶融までの工程中で粉末粒子が脱落したり、その一部分が崩れたりするおそれがきわめて小さくなり、質量と寸法形状のばらつきが効果的に縮小され、n型あるいはp型のドーパントがドープされた球状半導体粒子を効率的に得ることができる。これは、造粒操作による粉末粒子同士の凝集力や、水またはバインダーを用いる場合には、これらによる粉末粒子相互の結合力によって、粉末粒子の脱落、崩れのおそれが低減したことによるものである。   According to the present invention, by using a solid containing a semiconductor powder and a doping agent, the possibility that the powder particles fall off or part of the powder collapses in the process from the production to heating and melting, and the mass The variation in size and shape is effectively reduced, and spherical semiconductor particles doped with an n-type or p-type dopant can be obtained efficiently. This is because the agglomeration force between the powder particles by the granulation operation, and when water or a binder is used, the bonding force between the powder particles by these reduces the possibility of the powder particles falling off and collapsing. .

上述の方法において、第2の工程では、小固形体を、それに含まれる半導体粉末が溶融しない程度の高い温度で予備的に加熱してから、半導体粉末の微粒子が溶融し、互いに融合して球状化するのに十分な温度で加熱する。半導体としてシリコンを使用するときには、予備的な加熱の最高温度を1350〜1412℃の範囲内として未溶融状態に保持し、その後1413〜1500℃の範囲内の温度で加熱して、溶融させることが好ましい。なお、溶融のための加熱温度をあまり高くすると、熱処理炉が短期間に劣化してしまうことから、その上限については必要とする耐熱性、耐久性、さらには加熱に要する費用などの経済性を考慮して決めればよい。工業的に実施するには、1500℃以下とするのが望ましい。   In the above-described method, in the second step, the small solid is preliminarily heated at a temperature high enough not to melt the semiconductor powder contained therein, and then the fine particles of the semiconductor powder are melted and fused together to form a spherical shape. Heat at a temperature sufficient to form. When silicon is used as a semiconductor, the maximum temperature of preliminary heating is kept in an unmelted state within a range of 1350 to 1412 ° C., and then heated and melted at a temperature within a range of 1413 to 1500 ° C. preferable. Note that if the heating temperature for melting is too high, the heat treatment furnace will deteriorate in a short period of time, so the upper limit of the required heat resistance, durability, and economics such as the cost required for heating. Decide it in consideration. In order to implement industrially, it is desirable to set it as 1500 degrees C or less.

さらにまた、上述の方法において、予備的な加熱工程における雰囲気は、半導体粉末粒子が実質的に酸化されることのない不活性度とする。半導体粉末を溶融させる加熱工程における雰囲気は不活性ガスと酸素とを主成分とする混合ガスとし、雰囲気中における酸素濃度を5〜20%程度の範囲内とするのが好ましい。これにより、半導体粉末が溶融・融合して形成された溶融体を球状に維持するための適度な酸化膜が溶融体の表面に形成される。   Furthermore, in the above-described method, the atmosphere in the preliminary heating step is set to an inertness at which the semiconductor powder particles are not substantially oxidized. The atmosphere in the heating step for melting the semiconductor powder is preferably a mixed gas mainly composed of an inert gas and oxygen, and the oxygen concentration in the atmosphere is preferably in the range of about 5 to 20%. As a result, an appropriate oxide film is formed on the surface of the melt to maintain the melt formed by melting and fusing the semiconductor powder in a spherical shape.

本発明の方法において、小固形体の加熱処理において、半導体粉末にドーパントが拡散し、さらにその溶融によって、ドーパント成分を均一に含む球状の溶融体となり、これを冷却し凝固させることにより球状半導体粒子が得られる。すなわち、球状の半導体粒子を作製する過程でドーパントのドーピングを行うことができ、粉末溶融法の利点を活かしながら、高品質の球状半導体粒子を安価に製造することができる。   In the method of the present invention, in the heat treatment of the small solid body, the dopant diffuses into the semiconductor powder, and further melts to form a spherical melt uniformly containing the dopant component, which is cooled and solidified to form the spherical semiconductor particles. Is obtained. That is, dopant can be doped in the process of producing spherical semiconductor particles, and high-quality spherical semiconductor particles can be produced at low cost while taking advantage of the powder melting method.

本発明において、半導体粉末を主成分とする小固形体を作るには、種々の造粒方法から適宜選択してその方法を使用することができる。小固形体は、その取扱いの容易さなどから、本発明の方法を工業的に実施する上できわめて有用である。   In the present invention, in order to produce a small solid containing a semiconductor powder as a main component, various methods of granulation can be appropriately selected and used. The small solid is extremely useful for industrially carrying out the method of the present invention because of its ease of handling.

本発明の方法は、シリコン、またはゲルマニウムなどからなる球状の半導体粒子の製造に適用することができる。多くの場合には以下の実施の形態において述べるような球状のシリコン粒子の製造に適用される。シリコン粉末には、純度の高い半導体グレードのものを使用するのが好ましい。それよりも不純物濃度の高い金属グレードのシリコン粉末であっても使用することはできるが、発電性能に好ましくない影響を及ぼす成分、たとえば鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、チタンといった金属不純物の濃度が低い粉末を使用するのが望ましい。   The method of the present invention can be applied to the production of spherical semiconductor particles made of silicon or germanium. In many cases, the present invention is applied to the production of spherical silicon particles as described in the following embodiments. The silicon powder is preferably a semiconductor grade having a high purity. Even metal grade silicon powder with higher impurity concentration can be used, but the concentration of metal impurities such as iron, nickel, chromium, aluminum, titanium, etc. that adversely affect power generation performance is low. It is desirable to use a powder.

小固形体は、各種の造粒操作により形成することができる。一般に、粉体そのもの、粉体を液体に分散させ、もしくは粉体を溶解させた液、または粉体に液体を湿潤させたものなどから、粒体を製造する操作が造粒と呼ばれ、得られた粒子が造粒物と呼ばれている。加熱工程において小固形体中の半導体粉末粒子群が溶融し、凝集して1個の球状溶融体となるので、その前駆体である小固形体が必ずしも球状である必要はなく、粒状、ペレット状、フレーク状、または角片状など任意の形状でよい。   The small solid can be formed by various granulation operations. In general, the operation of producing granules from the powder itself, a liquid in which the powder is dispersed or dissolved, or a liquid in which the liquid is wetted is called granulation. The produced particles are called a granulated product. In the heating step, the semiconductor powder particles in the small solid are melted and aggregated to form one spherical melt. Therefore, the small solid that is the precursor does not necessarily have to be spherical, but is granular or pellet-shaped. The shape may be any shape such as a flake shape or a square piece shape.

造粒方法は、乾式造粒法と湿式造粒法に大別される。乾式造粒法は、一般的に液体のバインダーや水を使わずに材料の凝集力を高めて造粒するもので、その代表的な方法として圧縮造粒法がある。圧縮造粒法には、たとえば、シリンダーの中に所定量の粉末を充填しておき、上下からプレス機のピストンで圧縮する方法や、回転する二つのロール間で粉末を圧縮する方法がある。   The granulation method is roughly classified into a dry granulation method and a wet granulation method. The dry granulation method is generally performed by increasing the cohesive force of a material without using a liquid binder or water, and a representative method is a compression granulation method. The compression granulation method includes, for example, a method of filling a predetermined amount of powder in a cylinder and compressing it from above and below with a piston of a press machine, and a method of compressing powder between two rotating rolls.

湿式造粒法は、一般的に、水やバインダーの付着力を利用して造粒するものである。その代表的な方法として、転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、および噴霧造粒などの方法がある。転動造粒法では、たとえば、底部のみが回転する有底円筒状容器内で粉末を転動させながら、液状のバインダーの適量を添加することにより、これら材料の混合体の核を形成し、さらにこれを成長させて造粒物を得る。   The wet granulation method is generally granulated using the adhesive force of water or a binder. Typical methods include rolling granulation, fluidized bed granulation, stirring granulation, and spray granulation. In the rolling granulation method, for example, the core of a mixture of these materials is formed by adding an appropriate amount of a liquid binder while rolling the powder in a bottomed cylindrical container in which only the bottom rotates. This is further grown to obtain a granulated product.

流動層造粒法は、たとえば、下部から熱風を送って容器内の空間に粉体の流動層を形成させ、その上部または周壁部から液状のバインダーを散布して造粒するものである。攪拌造粒法は、たとえば、粉末と液状のバインダーとを2軸のスクリューの回転により混合攪拌しながら造粒する方法である。湿式造粒に含まれる他の方法として、粉末を液状のバインダー中に分散させたスラリーをノズル孔から所定量ずつ滴下させ、落下中に粒状になったスラリー滴を固形化する方法もある。たとえば、このスラリーを溶解しない液体中にスラリー滴を落下させて回収し、これを乾燥させることによって固形化することができる。   In the fluidized bed granulation method, for example, hot air is sent from the lower part to form a fluidized bed of powder in the space in the container, and a liquid binder is sprinkled from the upper part or the peripheral wall part for granulation. The stirring granulation method is, for example, a method in which powder and a liquid binder are granulated while being mixed and stirred by rotation of a biaxial screw. As another method included in the wet granulation, there is a method in which a slurry in which a powder is dispersed in a liquid binder is dropped by a predetermined amount from a nozzle hole, and the slurry droplets that are granulated during dropping are solidified. For example, it is possible to solidify the slurry by dropping and collecting the slurry in a liquid that does not dissolve the slurry and drying the slurry.

小固形体を造粒法で作製するための他の好ましい方法の一例として、出発材料をシート状や細いロープ状に成形し、これを所定のサイズに切断するという方法がある。具体的には、まず、半導体粉末、または半導体粉末にバインダーなどの他の原料を加えた混合物を準備する。この半導体粉末または混合物を、必要に応じて、適宜の造粒手法によりあらかじめ小粒の造粒物に加工しておいてもよい。次いで、半導体粉末、混合物、または小粒の造粒物を、二つの回転ローラ間で圧縮したり、あるいはプレス機によって加圧したりするなどして、所定厚さのシート状もしくは所定断面積のロープ状の成形体に加工する。この成形体を、角型、ペレット型などの所定の寸法形状に切断することにより、所定質量の小固形体とする。   As an example of another preferable method for producing a small solid body by a granulation method, there is a method of forming a starting material into a sheet shape or a thin rope shape and cutting it into a predetermined size. Specifically, first, a semiconductor powder or a mixture obtained by adding other raw materials such as a binder to the semiconductor powder is prepared. This semiconductor powder or mixture may be processed into a small granulated material in advance by an appropriate granulating method, if necessary. Next, a semiconductor powder, a mixture, or a small granulated product is compressed between two rotating rollers, or pressed by a press machine, or the like, a sheet shape of a predetermined thickness or a rope shape of a predetermined cross-sectional area To form a green body. The compact is cut into a predetermined dimensional shape such as a square shape or a pellet shape to form a small solid body having a predetermined mass.

半導体粉末へのドーピング剤の添加は、造粒前、造粒中、造粒後のいずれの段階でも可能である。造粒前の添加では、半導体粉末をドーピング剤の粉末、および必要に応じてバインダー、と混合し、またはドーピング剤を含む溶液を半導体粉末に噴霧したり、その溶液を半導体粉末に湿潤させたりすればよい。また、あらかじめ上記のドーピング剤溶液に接触させて表面にドーピング剤を付着させた半導体粉末そのもの、もしくはバインダーなどの他の原料との混合物を用いて造粒してもよい。   The doping agent can be added to the semiconductor powder at any stage before granulation, during granulation, or after granulation. In addition to the pre-granulation, the semiconductor powder can be mixed with the dopant powder and, if necessary, a binder, or a solution containing the dopant can be sprayed onto the semiconductor powder, or the solution can be wetted with the semiconductor powder. That's fine. Alternatively, granulation may be performed using the semiconductor powder itself in which the doping agent is attached to the surface by contacting the doping agent solution in advance or a mixture with other raw materials such as a binder.

造粒中での添加では、粉体状のドーピング剤を造粒中の半導体粉末に粉体として混入させたり、あるいはドーピング剤溶液を噴霧したりすることによって添加することができる。また、ドーピング剤を添加した液体状のバインダーを造粒中の半導体粉末に噴霧する方法を採ることもできる。   In the addition during the granulation, the powdery dopant can be added as a powder to the semiconductor powder being granulated, or can be added by spraying the dopant solution. Moreover, the method of spraying the liquid binder which added the doping agent on the semiconductor powder in granulation can also be taken.

さらに、造粒後に添加するには造粒物をドーピング剤溶液に浸漬し、含浸させ、必要に応じてこれを乾燥して、小固形体とすればよい。無論、これらの方法以外に、あらかじめドーパントをドープした半導体の粉末を使用し、上記の方法により、所定のドーピング状態になるように調製してもよい。ドーピング剤には室温で液体または固体(粉末状)の材料を使用するのが、気体の材料に比べて実施が容易で、必要な設備または装置も小型、安価なので、好ましい。ドーピング剤溶液としては、液状または粉末状のドーピング剤を水などの溶媒に溶解したものを用いることができる。ドーピング剤溶液の代わりに液状のドーピング剤そのものを用いることもできるが、一般的には、上記のように溶媒で希釈された溶液を用いることが好ましい。   Furthermore, in order to add after granulation, the granulated material may be immersed in a doping agent solution, impregnated, and dried as necessary to form a small solid. Needless to say, in addition to these methods, a semiconductor powder previously doped with a dopant may be used and prepared by the above method so as to be in a predetermined doping state. It is preferable to use a liquid or solid (powder) material as a doping agent at room temperature because it is easier to implement than a gaseous material, and the necessary equipment or apparatus is small and inexpensive. As the doping agent solution, a solution obtained by dissolving a liquid or powdery doping agent in a solvent such as water can be used. Although a liquid doping agent itself can be used instead of the doping agent solution, it is generally preferable to use a solution diluted with a solvent as described above.

半導体にシリコンを使用するとき、p型ドーパントの原料としてのドーピング剤にはホウ素化合物が好ましく、n型ドーパントのそれにはリン化合物が好ましい。無論、ドーピング剤には、半導体デバイスの電気的な特性に好ましくない影響を与える成分、たとえば重金属などを含まない原料を使用する。また、液体状バインダーなどの液体に添加して用いる場合には、安全性や取扱いの容易さなどから、溶媒は水であり、ドーピング剤はホウ酸などの水溶性であることが好ましい。   When silicon is used for the semiconductor, a boron compound is preferable as the dopant for the p-type dopant, and a phosphorus compound is preferable for the n-type dopant. Of course, as the doping agent, a raw material that does not contain components that adversely affect the electrical characteristics of the semiconductor device, such as heavy metals, is used. When used by adding to a liquid such as a liquid binder, the solvent is preferably water and the doping agent is preferably water-soluble such as boric acid from the viewpoint of safety and ease of handling.

湿式造粒における液体状バインダーには、一般的には高分子ポリマーを水や有機溶媒に溶解もしくは分散させた、溶液もしくはエマルジョンを用いる。乾式造粒においては、粉体状の高分子ポリマーをバインダーとして用いることもできる。このようなバインダーにおいて、ポリビニールアルコール、ポリエチレングリコール、ヒドロキシプロピルセルロース、パラフィンワックス、カルボキシルメチルセルロース、スターチ、およびグルコースからなる群より選ばれた少なくとも一種の高分子ポリマーを含むものを用いることが好ましい。これらのバインダーは、高分子ポリマーの溶液またはエマルジョン、もしくは高分子ポリマーそのものであってもよい。特に好ましいバインダーは、結着性がよく、高純度のものが入手し易いことなどから、ポリビニールアルコール、ポリエチレングリコールおよびパラフィンワックスからなる群から選ばれた少なくとも一種を含む粉体、溶液もしくはエマルジョンである。   As the liquid binder in wet granulation, a solution or emulsion in which a high molecular polymer is dissolved or dispersed in water or an organic solvent is generally used. In dry granulation, a powdery polymer can be used as a binder. In such a binder, it is preferable to use a binder containing at least one polymer selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, hydroxypropyl cellulose, paraffin wax, carboxymethyl cellulose, starch, and glucose. These binders may be a polymer solution or emulsion, or the polymer itself. Particularly preferred binders are powders, solutions or emulsions containing at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, polyethylene glycol and paraffin wax because they have good binding properties and are easily available in high purity. is there.

上述の小固形体に含まれる半導体粉末を溶融させて、球状溶融体を形成し、さらにそれを冷却凝固させるには、連続熱処理炉を使用し、内部を所定の雰囲気に保持し、かつ内部温度を希望するプロファイルに設定して、コンベアで連続的に搬送しながら加熱処理をするのが実際的である。たとえば、まず、希ガスまたはそれを主成分とする実質的に不活性な雰囲気中において、半導体粉末の溶融温度よりも低く、それが溶融しない程度の高温度下で、小固形体を予備的に加熱し、次に、この不活性雰囲気よりも酸素濃度を高めた、不活性ガスと酸素との混合ガスからなる雰囲気中において、溶融温度以上の温度で加熱して、球状の半導体溶融体を作製する。   In order to melt the semiconductor powder contained in the above-mentioned small solid body to form a spherical melt and further solidify it by cooling, a continuous heat treatment furnace is used, the inside is maintained in a predetermined atmosphere, and the internal temperature Is set to a desired profile, and the heat treatment is practically carried out continuously by the conveyor. For example, first, in a rare gas or a substantially inert atmosphere mainly composed of the rare gas, the small solid is preliminarily placed at a temperature lower than the melting temperature of the semiconductor powder and high enough not to melt. Next, heat in an atmosphere consisting of a mixed gas of inert gas and oxygen with an oxygen concentration higher than that of the inert atmosphere, and heating at a temperature equal to or higher than the melting temperature to produce a spherical semiconductor melt To do.

無論、このような連続処理炉でなく、バッチ処理で球状半導体粒子を作製することもできる。たとえば、共通の熱処理炉を使用し、半導体粉末全体が溶融しない範囲の温度の不活性雰囲気中で予備的な熱処理を行い、その後、さらに炉内雰囲気に酸素を加えるとともに、加熱温度を高めて溶融させ、その後自然冷却などの方法で凝固させてもよい。   Of course, spherical semiconductor particles can also be produced by batch processing instead of such a continuous processing furnace. For example, using a common heat treatment furnace, perform a preliminary heat treatment in an inert atmosphere at a temperature that does not melt the entire semiconductor powder, then add oxygen to the furnace atmosphere and melt at a higher heating temperature And then solidified by a method such as natural cooling.

予備的な熱処理での不活性な雰囲気を形成するためのガスとしては、希ガスたとえばアルゴンを主体とするガスを使用することができる。さらに、その次の溶融体形成のステップでは、溶融体の表面に酸化薄膜が形成し、過度の酸化を生じさせない濃度の酸素を不活性ガスに含ませた混合ガス(以下、単に混合ガスと称する)を使用する。酸素濃度としては、半導体粉末が溶融する際に過度な酸化が生じることがなく、その球体化を促進し得る厚さの酸化薄膜が形成される5〜20容量%の範囲内とすることが好ましい。   As a gas for forming an inert atmosphere in the preliminary heat treatment, a rare gas such as a gas mainly containing argon can be used. Further, in the next melt formation step, an oxide thin film is formed on the surface of the melt, and a mixed gas containing oxygen in a concentration that does not cause excessive oxidation in the inert gas (hereinafter simply referred to as a mixed gas). ). The oxygen concentration is preferably in the range of 5 to 20% by volume where an oxide thin film having a thickness capable of promoting spheroidization is formed without excessive oxidation when the semiconductor powder melts. .

原料として使用する半導体粉末は、平均粒径が10〜100μmの粒子からなる粉末であることが好ましい。この粒径範囲内の半導体粉末を使用すると、質量のばらつきが小さい小固形体を容易に作製することができ、かつ、半導体粉末を短時間にすべて溶融させることが可能となる。また、ドーピング剤についても、それが粉末であるときには、半導体粉末と同等またはそれよりも小さな平均粒径の粉末を使用するのが好ましい。   The semiconductor powder used as the raw material is preferably a powder composed of particles having an average particle diameter of 10 to 100 μm. When a semiconductor powder having a particle size within this range is used, a small solid with a small variation in mass can be easily produced, and the semiconductor powder can be completely melted in a short time. In addition, when the dopant is a powder, it is preferable to use a powder having an average particle size equal to or smaller than that of the semiconductor powder.

次に、本発明の方法によってシリコンの球状粒子を製造する場合の代表的な実施の形態として、シリコン原料には導電型が真正の粉末を使用し、造粒時にドーパント原料を添加する例について説明する。   Next, as a typical embodiment for producing spherical silicon particles by the method of the present invention, an example in which a powder having a conductive type is used as a silicon raw material and a dopant raw material is added during granulation will be described. To do.

(1)第1の工程について
本工程では、半導体粉末を含む所定質量の小固形体を多数個作製する。使用する原料には、半導体粉末とドーピング剤からなるもの、ならびに、半導体粉末とドーピング剤およびバインダーなどとからなるもののいずれかに分類される。本実施の形態では、後者の小固形体を作製する場合について、具体的に説明する。
(1) About the 1st process In this process, many small solids of predetermined mass containing semiconductor powder are produced. The raw material to be used is classified into any one of a semiconductor powder and a dopant, and a semiconductor powder, a dopant and a binder. In the present embodiment, the case of producing the latter small solid body will be specifically described.

本例では、原料として、半導体グレードの高純度シリコン粉末を使用することが好ましい。ここでは半導体グレードの非ドープシリコン粉末を使用し、この粉末とドーピング剤と有機バインダーとからなる造粒物を作り、さらにこの造粒物を必要に応じて乾燥させて、直径約1mmのシリコン球の前駆体としての小固形体とする。   In this example, it is preferable to use semiconductor grade high-purity silicon powder as a raw material. Here, a semiconductor grade undoped silicon powder is used, a granulated product made of this powder, a doping agent and an organic binder is made, and the granulated product is dried as necessary to obtain a silicon sphere having a diameter of about 1 mm. A small solid body as a precursor.

まず、図1に示す転動造粒装置を使用して造粒物を作る。この装置は、直径約40cmの円筒状の外枠11と、この外枠11内に、その内壁との間にエアスリット12を隔てて配置された皿状の底板13と、底板13をその裏面側中央部にて支持する支持棒14とを備える。支持棒14はモータ(図示せず)により駆動され、底板13が回転する。また、この底板13と外枠11とからなる容器の内部には、装置使用時には、エアスリット12から空気が送り込まれる。   First, a granulated material is produced using the rolling granulator shown in FIG. This apparatus includes a cylindrical outer frame 11 having a diameter of about 40 cm, a dish-shaped bottom plate 13 disposed in the outer frame 11 with an air slit 12 between the inner wall and the bottom plate 13 on the back surface thereof. And a support rod 14 supported at the side center. The support bar 14 is driven by a motor (not shown), and the bottom plate 13 rotates. In addition, air is fed into the container composed of the bottom plate 13 and the outer frame 11 from the air slit 12 when the apparatus is used.

この底板13上に、約3000gのシリコン粉末を投入する。次いで、100〜300rpmの速度で底板13を回転させて、底板13の外周部分と外枠11の内壁との間においてシリコン粉末15を転動させる。このシリコン粉末15に向けて、約750ccの液状のバインダー16を30〜60分間にわたり均等な速度でスプレーガン17により噴霧する。この液体状バインダー16には、水100質量部に対して、バインダー成分としてのポリビニルアルコールが10質量部、ドーピング剤としてのホウ酸が1.6×10-4質量部の割合で、それぞれに溶解されている。バインダー16の噴霧が終了した後も、15〜30分間にわたり底板13を回転させてもよい。これにより、シリコン粉末、バインダー成分およびドーピング剤が均一に混合され、転動しながら粒子化されて、造粒物が製造される。 About 3000 g of silicon powder is put on the bottom plate 13. Next, the bottom plate 13 is rotated at a speed of 100 to 300 rpm, and the silicon powder 15 is rolled between the outer peripheral portion of the bottom plate 13 and the inner wall of the outer frame 11. About 750 cc of the liquid binder 16 is sprayed toward the silicon powder 15 by the spray gun 17 at an even speed for 30 to 60 minutes. In this liquid binder 16, polyvinyl alcohol as a binder component is dissolved in 10 parts by mass and boric acid as a doping agent is dissolved in a ratio of 1.6 × 10 −4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of water. Has been. Even after the spraying of the binder 16 is completed, the bottom plate 13 may be rotated for 15 to 30 minutes. Thereby, silicon powder, a binder component, and a doping agent are mixed uniformly, and are granulated while rolling to produce a granulated product.

この間、外枠11と底板13とで構成される容器内にエアスリット12から空気を吹き込むことによって、シリコン粉末15もしくはバインダー16の一部がこのエアスリット12から落下するのを防止するとともに、シリコン粉末15の転動を助長することができる。   During this time, by blowing air from the air slit 12 into a container constituted by the outer frame 11 and the bottom plate 13, the silicon powder 15 or a part of the binder 16 is prevented from dropping from the air slit 12, and the silicon. The rolling of the powder 15 can be promoted.

得られた造粒物について、所定の質量範囲にあるものと、その範囲外のものとに、篩い分けする。これには一般に使用されている篩い分け装置を使用することができる。篩い分けした所定の質量範囲外の小さな造粒体については、図1の装置を用いて、さらに上述の手順で成長させ、大粒径化させることによって、所定質量範囲の小固形体を作製することもできる。   The obtained granulated product is sieved into one within a predetermined mass range and one outside the range. For this, a commonly used sieving device can be used. About the small granulated body outside the predetermined mass range which was sieved, the small solid body of the predetermined mass range is produced by further growing it by the above-mentioned procedure using the apparatus of FIG. You can also.

すなわち、外枠11と底板13とからなる容器内に小造粒物を供給し、底板13を回転させて、それを転動させる。転動中の小造粒物へ向けて、バインダー16を噴霧しながら、粉末供給装置(図示せず)のノズル18から追加のシリコン粉末19を散布する。所定量散布した後も底板13を引き続いて所定の時間、回転させる。   That is, a small granulated material is supplied into a container composed of the outer frame 11 and the bottom plate 13, and the bottom plate 13 is rotated to roll it. An additional silicon powder 19 is sprayed from a nozzle 18 of a powder supply device (not shown) while spraying the binder 16 toward the small granules during rolling. After spraying a predetermined amount, the bottom plate 13 is continuously rotated for a predetermined time.

このような操作によって、小造粒物の表面に新たな半導体粉末粒子が主にバインダー成分によって結着して、ドーピング剤が均一に混合された大造粒物となる。これを篩い分けして、所定の質量範囲内の造粒物を小固形体として使用する。シリコン粉末19やバインダー16の追加の散布量などについては、小造粒物の粒径分布などに応じて実験的に容易に決めることができる。必要に応じて、上述の大粒径化操作を繰り返すことによって、さらにシリコン粉末などの原料を有効に活用することができる。   By such an operation, new semiconductor powder particles are mainly bound by the binder component on the surface of the small granulated product, and a large granulated product in which the doping agent is uniformly mixed is obtained. This is sieved and the granulated material in a predetermined mass range is used as a small solid. The additional application amount of the silicon powder 19 and the binder 16 can be easily determined experimentally according to the particle size distribution of the small granules. If necessary, the raw material such as silicon powder can be more effectively utilized by repeating the above-described operation for increasing the particle size.

有機バインダーには、先に述べた種々のバインダーを用いることができる。それらのうち、ポリビニールアルコールおよびポリエチレングリコールのいずれかの水溶液が実際に使用する上で好ましい。このバインダーを使用することによって、質量の均一性と、シリコン粉末粒子同士や、ドーピング剤が粉末であるときにはその粉末粒子との結着性が良好な、ほぼ球状をなす小固形体が得られる。液体状のバインダーの配合比については、水100質量部に対してポリビニールアルコールまたはポリエチレングリコールを5〜20質量部の範囲内とするのが好ましい。さらに、シリコン粉末とバインダーとの質量比については、シリコン粉末100質量部に対してバインダーの固形分を2〜5質量部の範囲内とするのが好ましい。小固形体中のシリコン粉末100質量部に対するドーピング剤としてのホウ酸の含有比率は、1×10-4〜1×10-3質量部が好ましい。 As the organic binder, the various binders described above can be used. Among them, an aqueous solution of either polyvinyl alcohol or polyethylene glycol is preferable for practical use. By using this binder, it is possible to obtain a small solid body having a substantially spherical shape with good mass uniformity and good binding properties between the silicon powder particles and when the doping agent is a powder. About the compounding ratio of a liquid binder, it is preferable to make polyvinyl alcohol or polyethyleneglycol into the range of 5-20 mass parts with respect to 100 mass parts of water. Furthermore, about mass ratio of a silicon powder and a binder, it is preferable to make solid content of a binder into the range of 2-5 mass parts with respect to 100 mass parts of silicon powder. The content ratio of boric acid as a doping agent with respect to 100 parts by mass of silicon powder in the small solid body is preferably 1 × 10 −4 to 1 × 10 −3 parts by mass.

造粒によって得られる小固形体の質量は、シリコン粉末の投入量および粒度、バインダーの組成および添加量、ならびに、造粒装置の運転条件などによって適宜調整することができる。この場合、平均粒径が10〜100μmの範囲にある粒子からなるシリコン粉末を用いたときに、比較的均一な質量の小固形体が得られる。また、半導体素子のうち、球状光電変換素子あるいはその前駆体としてのシリコン球状粒子は、直径が通常0.5〜2.0mmの範囲内にあり、それらの質量が約0.15〜9.8mgの範囲内にある。このような素子を製造する場合には、小固形体の質量を約0.16〜10mgとする。この例では、直径約1.0mmの太陽電池用シリコン粒子を製造するために、約1.26mgの小固形体を作製した。   The mass of the small solid obtained by granulation can be appropriately adjusted depending on the amount and particle size of silicon powder, the composition and amount of binder added, the operating conditions of the granulator, and the like. In this case, a small solid body having a relatively uniform mass can be obtained when silicon powder made of particles having an average particle diameter in the range of 10 to 100 μm is used. Of the semiconductor elements, spherical photoelectric conversion elements or silicon spherical particles as precursors thereof usually have a diameter in the range of 0.5 to 2.0 mm, and their mass is about 0.15 to 9.8 mg. It is in the range. When manufacturing such an element, the mass of the small solid is about 0.16 to 10 mg. In this example, a small solid body of about 1.26 mg was produced to produce silicon particles for solar cells having a diameter of about 1.0 mm.

小固形体の強度を高め、あるいはその取扱いを容易にするために、必要に応じて、小固形体に含まれるバインダー中の水分を乾燥により除去することが好ましい。これにより、次の熱処理工程への移行段階、および次工程での加熱処理中における、小固形体同士の接触や小固形体からのシリコン粉末の粒子の脱落が一層抑止される。その結果、質量のばらつきが小さく、粒子同士の連結などの支障を生じることが少ないシリコンの球状粒子が得られる。   In order to increase the strength of the small solid or to facilitate the handling thereof, it is preferable to remove moisture in the binder contained in the small solid by drying, if necessary. This further suppresses contact between the small solid bodies and dropping of the silicon powder particles from the small solid bodies during the transition to the next heat treatment process and during the heat treatment in the next process. As a result, it is possible to obtain silicon spherical particles that have a small variation in mass and are less likely to cause problems such as connection between particles.

なお、シリコン粉末を含む造粒物を作製する場合には、転動する粉末に対してバインダーに代えて高純度の水を噴霧し、それによる結着力を利用することで、所定質量の小固形体を得ることもできる。   When producing a granulated product containing silicon powder, spraying high-purity water on the rolling powder instead of the binder, and using the resulting binding force, a small solid with a predetermined mass is obtained. You can also get a body.

(2)第2の工程について
本工程では、上述の第1の工程で作製された小固形体を、シリコンの融点以上の温度で加熱して、小固形体内の半導体粉末を溶融させ凝集させることによって、球状の溶融体を形成する。このとき、小固形体に含まれていたバインダーは、本工程の加熱処理によって、分解し、気化し、または燃焼するなどして小固形体中から実質的に除去されるとともに、各小固形体は、それぞれにおける半導体粉末が溶融して一体化し、小球体状のシリコン溶融体となる。
(2) Second step In this step, the small solid body produced in the first step described above is heated at a temperature equal to or higher than the melting point of silicon to melt and aggregate the semiconductor powder in the small solid body. To form a spherical melt. At this time, the binder contained in the small solid body is substantially removed from the small solid body by being decomposed, vaporized, or burned by the heat treatment in this step, and each small solid body is also removed. In each case, the semiconductor powders in each are melted and integrated into a small spherical silicon melt.

まず、図2および図3に示すように、ほぼ球状をなす多数の小固形体21を、耐熱性の保持用基板22上に溶融時に互いに融合をすることがないよう配置して、これを熱処理炉内で加熱する。この熱処理において、ホウ酸が分解してホウ素がシリコンにドープされ、バインダー成分が除去されるとともに、小固形体21に含まれるシリコン粉末が溶融することによって、さらにホウ素が所定の濃度にドープされたシリコンの球状溶融体が形成される。なお、図3は図2の一点鎖線III−IIIに沿った断面図である。   First, as shown in FIGS. 2 and 3, a large number of small solid bodies 21 each having a substantially spherical shape are arranged on a heat-resistant holding substrate 22 so as not to fuse with each other during melting, and this is subjected to heat treatment. Heat in the furnace. In this heat treatment, boric acid is decomposed, boron is doped into silicon, the binder component is removed, and the silicon powder contained in the small solid body 21 is melted, so that boron is further doped to a predetermined concentration. A spherical melt of silicon is formed. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line III-III in FIG.

小固形体21の保持用基板22には、シリコンとの反応性が低く、耐熱性の高い基板、たとえば、石英ガラス基板や、アルミナまたは炭化珪素などの板状基体を窒化珪素で被覆した基板などを使用することができる。この例では、基板22として、厚さ3mm、幅300mm、長さ300mmの石英ガラス基板を使用した。   The substrate 22 for holding the small solid body 21 has a low reactivity with silicon and a high heat resistance, such as a quartz glass substrate or a substrate in which a plate-like substrate such as alumina or silicon carbide is coated with silicon nitride. Can be used. In this example, a quartz glass substrate having a thickness of 3 mm, a width of 300 mm, and a length of 300 mm was used as the substrate 22.

基板22の一方の主面側には、開口の直径が約0.5mmの多数の凹部23が等間隔に形成され、配置されている。この基板22上に、第1の工程で作製した質量が約1.26mgで、ほぼ球状の小固形体21群を載せ、基板22に振動を加えることで、小固形体21を図3に示すようにそれぞれの凹部23において1個ずつ保持させる。   On one main surface side of the substrate 22, a large number of recesses 23 having an opening diameter of about 0.5 mm are formed and arranged at equal intervals. On this substrate 22, the mass produced in the first step is about 1.26 mg and a group of almost spherical small solid bodies 21 is placed, and by applying vibration to the substrate 22, the small solid bodies 21 are shown in FIG. Thus, one piece is held in each recess 23.

小固形体21の熱処理には、図4に示す熱処理炉41を使用する。この熱処理炉41に炉内壁が耐熱性、耐蝕性のよいセラミックス焼成炉を使用することができる。その内部を所定の雰囲気に保持し、所定の温度プロファイルになるよう設定した状態で、連続的に小固形体21を搬入し、それぞれに含まれるシリコン粉末を溶融、融合させて、ホウ素が所定の濃度にドープされた小球体状の溶融体を作り、それらを冷却、凝固させて球状のp型シリコン粒子として搬出する。   For the heat treatment of the small solid body 21, a heat treatment furnace 41 shown in FIG. 4 is used. As the heat treatment furnace 41, a ceramic firing furnace having a good heat resistance and corrosion resistance on the inner wall of the furnace can be used. In a state where the inside is maintained in a predetermined atmosphere and set to have a predetermined temperature profile, the small solid bodies 21 are continuously carried in, and the silicon powder contained in each is melted and fused so that boron is in a predetermined state. Concentrated dope-like melts are made, cooled and solidified, and carried out as spherical p-type silicon particles.

熱処理炉41は、搬入部42、予備加熱部43、溶融部44、凝固部45、および搬出部46からなり、これらを貫通するよう搬送用のローラーコンベア47が配置されている。搬入部42および搬出部46のそれぞれには、シャッター48、49およびシャッター50、51が設けられている。これらを開閉することによって、予備加熱部43、溶融部44および凝固部45の内部雰囲気を所定の状態に維持しながら、保持用基板22を搬入部42から熱処理炉41内に搬入し、搬出部46から搬出することによって、基板22上に配置した小固形体に所定の熱処理を施すことができる。保持用基板22は、たとえば炭化珪素などからなる支持板(図示せず)の上に載置され、支持板と共に熱処理炉41内を移動する。   The heat treatment furnace 41 includes a carry-in unit 42, a preheating unit 43, a melting unit 44, a solidification unit 45, and a carry-out unit 46, and a transport roller conveyor 47 is disposed so as to penetrate these. Shutters 48 and 49 and shutters 50 and 51 are provided in the carry-in part 42 and the carry-out part 46, respectively. By opening and closing them, the holding substrate 22 is carried into the heat treatment furnace 41 from the carry-in part 42 while maintaining the internal atmosphere of the preheating part 43, the melting part 44 and the solidification part 45 in a predetermined state, and the carry-out part By carrying out from 46, predetermined | prescribed heat processing can be performed to the small solid body arrange | positioned on the board | substrate 22. FIG. The holding substrate 22 is placed on a support plate (not shown) made of, for example, silicon carbide and moves in the heat treatment furnace 41 together with the support plate.

予備加熱部43と溶融部44との間には、保持用基板22が通過し得る大きさの開口を有する隔壁体52が配置されていて、後述するような加熱炉41の終端部分にある凝固部45からの炉内雰囲気の排気とあいまって、溶融部44から予熱加熱部43内への酸化性の雰囲気の混入が阻止され、予備加熱部43内が実質的に不活性な雰囲気に維持される。さらに、予備加熱部43と溶融部44の内部には複数のヒータ53が設置されている。一般に実施されているように、炉41内の各部分の温度を白金温度センサなどで検出し、炉内の温度分布が所定のプロファイルになるよう、各ヒータ53への供給電流が制御される。このような電熱によるヒータによる熱処理炉に代えて、マイクロ波による熱処理炉を使用してもよい。   Between the preheating part 43 and the fusion | melting part 44, the partition body 52 which has an opening of the magnitude | size which can hold | maintain the holding | maintenance board | substrate 22 is arrange | positioned, and the solidification in the terminal part of the heating furnace 41 which is mentioned later Combined with the exhaust of the furnace atmosphere from the part 45, mixing of the oxidizing atmosphere from the melting part 44 into the preheating heating part 43 is prevented, and the inside of the preheating part 43 is maintained in a substantially inert atmosphere. The Further, a plurality of heaters 53 are installed inside the preheating unit 43 and the melting unit 44. As is generally performed, the temperature of each part in the furnace 41 is detected by a platinum temperature sensor or the like, and the supply current to each heater 53 is controlled so that the temperature distribution in the furnace has a predetermined profile. Instead of such a heat treatment furnace using an electric heater, a microwave heat treatment furnace may be used.

熱処理炉41の搬入部42および予備加熱部43のそれぞれには、不活性ガス供給部54から不活性ガスを供給するためのガス供給管55が接続されている。また、溶融部44、凝固部45および搬出部46には、不活性ガスと酸素との混合ガス供給部56から低酸化性の混合ガスを供給するための供給管57が接続されている。そして、搬入部42に接続されたガス供給管55の枝管にはバルブ58が、また、搬出部46に接続されたガス供給管57の枝管にはバルブ59がそれぞれ設けられている。これらバルブ58、59の開閉操作が、シャッター48、49およびシャッター50、51の開閉に連動して行われる。搬入部42のシャッター48、49間の部分、凝固部45の搬送方向終端部側、および搬出部46のシャッター50、51間の部分にはそれぞれ排気管60、61、および62がそれぞれ接続されている。   A gas supply pipe 55 for supplying an inert gas from an inert gas supply unit 54 is connected to each of the carry-in unit 42 and the preheating unit 43 of the heat treatment furnace 41. Further, a supply pipe 57 for supplying a low-oxidation mixed gas from a mixed gas supply unit 56 of inert gas and oxygen is connected to the melting unit 44, the solidification unit 45, and the carry-out unit 46. A valve 58 is provided on the branch pipe of the gas supply pipe 55 connected to the carry-in section 42, and a valve 59 is provided on the branch pipe of the gas supply pipe 57 connected to the carry-out section 46. The opening and closing operations of the valves 58 and 59 are performed in conjunction with the opening and closing of the shutters 48 and 49 and the shutters 50 and 51. Exhaust pipes 60, 61, and 62 are connected to the part between the shutters 48, 49 of the carry-in part 42, the end part in the transport direction of the coagulation part 45, and the part between the shutters 50, 51 of the carry-out part 46, respectively. Yes.

不活性ガスにはたとえばアルゴンまたはヘリウムを、混合ガスには不活性ガスに酸素を混合したガスをそれぞれ使用する。なお、コスト的には、不活性ガスとしてアルゴンを使用するのが有利である。   For example, argon or helium is used as the inert gas, and a gas obtained by mixing oxygen with an inert gas is used as the mixed gas. In terms of cost, it is advantageous to use argon as an inert gas.

まず、バルブ58、59を閉じ、内側のシャッター49、50を閉じた状態で、不活性ガス供給部54から供給管55を通して、搬入部42の一部分および予備加熱部43に不活性ガスを供給する。これによって、炉内主要部の空気が隔壁体52の開口部から溶融部44、凝固部45を通して排気管61から排出され、熱処理炉41内が不活性ガスに置換される。そして、酸化性ガス供給部56から供給管57を通して、溶融部44、凝固部45および搬出部46の一部分に酸化性ガスを供給し、内部の雰囲気を酸化性ガスに置換する。このとき、予備加熱部43から隔壁体52の開口部を通して溶融部44に不活性ガスが流入し続けるので、隔壁体52によって、予備加熱部43側の不活性ガス中に溶融部44側の酸化性ガスが混入することが阻止される。   First, with the valves 58 and 59 closed and the inner shutters 49 and 50 closed, the inert gas is supplied from the inert gas supply unit 54 to the part of the carry-in unit 42 and the preheating unit 43 through the supply pipe 55. . As a result, air in the main part of the furnace is exhausted from the exhaust pipe 61 through the melting part 44 and the solidification part 45 from the opening of the partition body 52, and the inside of the heat treatment furnace 41 is replaced with an inert gas. Then, an oxidizing gas is supplied from the oxidizing gas supply unit 56 to a part of the melting unit 44, the solidifying unit 45, and the carry-out unit 46 through the supply pipe 57, and the internal atmosphere is replaced with the oxidizing gas. At this time, since the inert gas continues to flow into the melting part 44 from the preheating part 43 through the opening of the partition wall body 52, the partition body 52 oxidizes the melting part 44 side into the inert gas on the preheating part 43 side. Mixing of sex gases is prevented.

熱処理炉41の内部雰囲気の置換が完了したところで、搬入部42のシャッター48を開いて、小固形体を載置した基板22をローラーコンベア47で搬入部42のシャッター48、49間に搬入する。搬入されたところでシャッター48を閉じ、バルブ58を開いて、不活性ガスを導入する。これによって内部の空気が排気管60から排出される。不活性ガスに置換されたところで、シャッター49を開いて、基板22を予備加熱部43側へ移送する。最初の基板22が移送されたところで、シャッター49を閉じる。そして、バルブ58を閉じて不活性ガスの供給を止め、シャッター48を開いて、次の基板22の搬入を行う。この基板22が搬入されたところで、上述と同じ手順で搬入部42内の雰囲気を空気から不活性ガスに置換する。置換終了後、基板22を予備加熱部43側へ移送する。以降、同じ手順で、熱処理炉41内へ小固形体を載置した基板22を熱処理炉41内に順次搬入する。   When the replacement of the internal atmosphere of the heat treatment furnace 41 is completed, the shutter 48 of the carry-in unit 42 is opened, and the substrate 22 on which the small solid body is placed is carried between the shutters 48 and 49 of the carry-in unit 42 by the roller conveyor 47. When loaded, the shutter 48 is closed and the valve 58 is opened to introduce an inert gas. As a result, the internal air is discharged from the exhaust pipe 60. When the inert gas is substituted, the shutter 49 is opened, and the substrate 22 is transferred to the preheating unit 43 side. When the first substrate 22 is transferred, the shutter 49 is closed. Then, the valve 58 is closed to stop the supply of the inert gas, the shutter 48 is opened, and the next substrate 22 is carried in. When this substrate 22 is carried in, the atmosphere in the carry-in part 42 is replaced with inert gas from the air in the same procedure as described above. After completion of the replacement, the substrate 22 is transferred to the preheating unit 43 side. Thereafter, the substrate 22 on which the small solid body is placed in the heat treatment furnace 41 is sequentially carried into the heat treatment furnace 41 in the same procedure.

熱処理炉41の予備加熱部43内の温度は、搬入部42側から隔壁体52近傍へ向けて高くなるプロファイルに設定されており、その最高温度が1350〜1412℃の範囲内に保持されている。この予備加熱部43において、小固形体が予備加熱部43内を移送されながら熱せられ、それに含まれているホウ酸が分解し、ホウ素がシリコン粉末粒子に拡散するとともに、小固形体中のバインダーが分解しまたは気化して、ホウ素がドープされたシリコンを主体とする小固形体となる。そして、小固形体が隔壁体52を通過して溶融部44内に入る。溶融部44の内部は酸化性を帯びた雰囲気であるから、バインダーの残渣成分が酸化されて実質的に消失する。そして、約1450℃で加熱されて、小固形体のシリコン粉末が溶融し、ホウ素が均一にドープされた、小球体状の溶融体が形成される。このとき、表面に酸化薄膜が形成され、その球体化が促進される。   The temperature in the preheating part 43 of the heat treatment furnace 41 is set to a profile that increases from the side of the carrying-in part 42 toward the vicinity of the partition body 52, and the maximum temperature is maintained within a range of 1350 to 1412 ° C. . In this preheating unit 43, the small solid is heated while being transported in the preheating unit 43, the boric acid contained therein is decomposed, boron diffuses into the silicon powder particles, and the binder in the small solid Decomposes or vaporizes into a small solid mainly composed of silicon doped with boron. Then, the small solid body passes through the partition body 52 and enters the melting portion 44. Since the inside of the melting part 44 has an oxidizing atmosphere, the residual component of the binder is oxidized and substantially disappears. And it heats at about 1450 degreeC, the silicon powder of a small solid body fuse | melts, and the small spherical body melt body in which boron was doped uniformly is formed. At this time, an oxide thin film is formed on the surface, and its spheroidization is promoted.

予備加熱部43および溶融部44におけるホウ酸やバインダーの分解あるいはバインダーの燃焼などにより発生した気化成分は、排気口61から不活性ガスなどとともに炉外へ排出される。   Vaporized components generated by the decomposition of boric acid and the binder in the preheating unit 43 and the melting unit 44 or the combustion of the binder are discharged from the exhaust port 61 to the outside of the furnace together with an inert gas.

(3)第3の工程について
本工程では、上述の第2の工程において形成された溶融体を冷却して凝固させることによって、導電型を決定づけるドーパントがドープされた半導体粒子を製造する。
(3) Third Step In this step, semiconductor particles doped with a dopant that determines the conductivity type are manufactured by cooling and solidifying the melt formed in the second step.

溶融部44で得られた、ホウ素がドープされたシリコン溶融体が、凝固部45内を搬送される過程で、シリコンの溶融温度から凝固温度まで徐々に冷却される。シリコン溶融体を急冷すると、凝固した外殻部内に溶融状態のシリコンが閉じ込められる。冷却が進むにつれて内部のシリコンが凝固する。凝固することで内部のシリコンの体積が増大するので、シリコン粒子にストレスが発生する。このストレスにより、粒子の外殻が破れて異常な突起部が形成されたり、クラックが生じたりする場合がある。これらのことから、生産性を損なわない範囲で、冷却速度が適切なものとなるよう、凝固部45内の温度プロファイルとローラーコンベアによる搬送速度との関係を設定しておく。   Boron-doped silicon melt obtained in the melting part 44 is gradually cooled from the melting temperature of silicon to the solidification temperature in the process of being conveyed in the solidification part 45. When the silicon melt is rapidly cooled, molten silicon is confined in the solidified outer shell. As cooling proceeds, the internal silicon solidifies. Since the volume of the internal silicon increases by solidification, stress is generated in the silicon particles. Due to this stress, the outer shell of the particle may be broken to form an abnormal protrusion or a crack may occur. From these things, the relationship between the temperature profile in the solidification part 45 and the conveyance speed by a roller conveyor is set so that a cooling rate may become suitable in the range which does not impair productivity.

p型シリコン粒子が載置された基板22が搬出部46のシャッター50近傍の位置に達すると、シャッター51が閉じられ、バルブ59が開かれて、混合ガス供給部56から搬出部46のシャッター50、51間の部分に混合ガスが供給される。加熱炉41内のシャッター間の領域の空気が排気口62から排出され、内部が混合ガスに置換されてから、シャッター50が開き、基板22がシャッター50、51間に移送される。この移送が完了したところで、シャッター50が閉じられ、熱処理炉41内に外気が混入することを阻止する。ついでシャッター51が開いて搬出部46から基板22が取り出され、それに載置されていた直径約1mmの球状のp型シリコン粒子が収集される。以降、上述の手順を繰り返して、半導体粒子を連続的に外部に搬出する。   When the substrate 22 on which the p-type silicon particles are placed reaches a position in the vicinity of the shutter 50 of the carry-out unit 46, the shutter 51 is closed, the valve 59 is opened, and the shutter 50 of the carry-out unit 46 from the mixed gas supply unit 56 is opened. , 51 is supplied with a mixed gas. After the air in the region between the shutters in the heating furnace 41 is exhausted from the exhaust port 62 and the inside is replaced with the mixed gas, the shutter 50 is opened, and the substrate 22 is transferred between the shutters 50 and 51. When this transfer is completed, the shutter 50 is closed to prevent outside air from entering the heat treatment furnace 41. Next, the shutter 51 is opened, the substrate 22 is taken out from the carry-out portion 46, and spherical p-type silicon particles having a diameter of about 1 mm that have been placed thereon are collected. Thereafter, the above procedure is repeated to continuously carry out the semiconductor particles to the outside.

上述の実施の形態では、p型のドーピング剤としてホウ酸を使用する例について述べたが、これに代えて酸化ホウ素などを使用することも可能である。酸化ホウ素は水に溶解させると徐々にホウ酸に分解する性質があるためホウ酸と同様の効果を得ることができる。   In the above-described embodiment, an example in which boric acid is used as a p-type doping agent has been described. However, boron oxide or the like can be used instead. Since boron oxide has the property of gradually decomposing into boric acid when dissolved in water, the same effect as boric acid can be obtained.

また、n型の導電型のシリコン粒子を得るには、そのドーピング剤としてリンまたはトリフェニルホスフィンオキシドなどが好適である。リンについては粉末状として使用することが、また、トリフェニルホスフィンオキシドについては水溶液として使用するのが実際的である。   In order to obtain n-type conductive silicon particles, phosphorus or triphenylphosphine oxide is suitable as the doping agent. It is practical to use phosphorus as a powder, and it is practical to use triphenylphosphine oxide as an aqueous solution.

さらには、あらかじめドーパントを高濃度で含むp型またはn型のシリコン粉末を準備しておき、これをノンドープトシリコン粉末に所定比率添加した混合粉末を使用しても、目的とするp型またはn型のシリコン粒子を容易に作製することができる。   Furthermore, even if a p-type or n-type silicon powder containing a high concentration of dopant is prepared in advance and a mixed powder obtained by adding a predetermined ratio to non-doped silicon powder is used, the target p-type or n-type is used. Mold silicon particles can be easily produced.

本発明により得られる半導体粒子は、ダイオード、または光センサーや太陽電池などに用いられる球体状の半導体素子の母体に使用することができる。その代表例として、上述の方法で得られた直径約1.0mmのシリコン粒子を加工して製造される代表的な球状光電変換素子、およびこれを用いた光電変換装置(低集光型球状太陽電池)について、以下に述べる。   The semiconductor particles obtained by the present invention can be used for a base of a spherical semiconductor element used for a diode or an optical sensor or a solar cell. As a representative example, a typical spherical photoelectric conversion element manufactured by processing silicon particles having a diameter of about 1.0 mm obtained by the above-described method, and a photoelectric conversion device (low-concentration type spherical sun) using the same Battery) will be described below.

まず、上記の実施の形態により得られたp型シリコン粒子を、微量の酸素を含む不活性ガス雰囲気中で、シリコンの融点よりやや高い温度で加熱して再溶融させた後に、徐冷する。これにより、p型シリコン粒子の単結晶化も進み、さらに粒子の真球度合が高められるという効果が得られる。次いで、必要に応じて、小球体状の半導体粒子を研磨するなどしてその真球度を高めるとともに、その球径を約0.9mmに揃える。   First, the p-type silicon particles obtained by the above embodiment are re-melted by heating at a temperature slightly higher than the melting point of silicon in an inert gas atmosphere containing a small amount of oxygen, and then slowly cooled. Thereby, the single crystallization of the p-type silicon particles proceeds, and the effect that the sphericity of the particles is further increased can be obtained. Next, if necessary, the sphericity is increased by polishing small spherical semiconductor particles, and the sphere diameter is adjusted to about 0.9 mm.

このp型シリコン粒子に、たとえばリンを拡散させて、表面に沿ってn型拡散層を形成することによって、pn接合を備えた小球体をなす球状光電変換素子が得られる。この拡散層は、たとえば、p型シリコン粒子にPOCl3の溶液のミストを吹き付けて、均一に付着させてから、約900℃の温度で熱処理することにより形成される。次に、必要に応じて、さらにその表面に、たとえば、フッ素またはアンチモンをドープして導電性を付与した厚さ50〜100nmのSnO2膜を反射防止膜として形成する。 For example, phosphorus is diffused into the p-type silicon particles to form an n-type diffusion layer along the surface, thereby obtaining a spherical photoelectric conversion element having a small sphere having a pn junction. This diffusion layer is formed by, for example, spraying a mist of a POCl 3 solution on p-type silicon particles to uniformly adhere the p-type silicon particles, and then performing a heat treatment at a temperature of about 900 ° C. Next, if necessary, a SnO 2 film having a thickness of 50 to 100 nm doped with fluorine or antimony to provide conductivity is further formed on the surface as an antireflection film.

この光電変換素子を用いた光電変換装置について説明する。図5は光電変換装置を構成する発電ユニット101の正面図であり、図6はその発電部102の要部の縦断面図である。   A photoelectric conversion device using this photoelectric conversion element will be described. FIG. 5 is a front view of the power generation unit 101 constituting the photoelectric conversion device, and FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the main part of the power generation unit 102.

直径約0.9mmの球体状の光電変換素子(以下、素子という)103が、アルミニウム製の支持板104に設けられた約1800個の凹部105のそれぞれに1個ずつ固定されて、発電部102が形成される。凹部105の内面に照射された光を素子103へ向けて反射させることにより、素子103の光電変換効率が高められる。凹部105の底部に設けられた開口部から素子103の一部分が支持板104の裏面側に突出している。その突出部分上のn型拡散層106がエッチングなどで選択的に除去され、素子103のp型基体部107の表面が露出している。その露出部には電極層108が形成されている。   A spherical photoelectric conversion element (hereinafter referred to as an element) 103 having a diameter of about 0.9 mm is fixed to each of about 1800 recesses 105 provided on an aluminum support plate 104, and the power generation unit 102. Is formed. By reflecting the light applied to the inner surface of the recess 105 toward the element 103, the photoelectric conversion efficiency of the element 103 can be increased. A part of the element 103 protrudes from the opening provided at the bottom of the recess 105 to the back side of the support plate 104. The n-type diffusion layer 106 on the protruding portion is selectively removed by etching or the like, and the surface of the p-type base portion 107 of the element 103 is exposed. An electrode layer 108 is formed on the exposed portion.

支持板104の裏面には電気絶縁層110が接着され、電極層108に対向する部位の電気絶縁層110には透孔が設けられている。電気絶縁層110の裏側にはアルミニウム製の導電板109が接着され、電気絶縁層110の透孔に対向する部位の導電板109には透孔が設けられており、これら透孔によって連通孔が形成されている。支持板104における凹部105の底部開口部の周縁端部と、素子103のn型拡散層106とは、導電性接着剤からなる接続部111によって電気的に接続されている。素子103のp型基体部107直下に位置する電極層108の部分と導電板109とは、電気絶縁層110と導電板109との連通孔を満たすよりやや多量の導電性ペースト113が充填されて、電気的に接続されている。   An electrical insulating layer 110 is bonded to the back surface of the support plate 104, and a through hole is provided in the electrical insulating layer 110 at a portion facing the electrode layer 108. A conductive plate 109 made of aluminum is bonded to the back side of the electrical insulating layer 110, and a through hole is provided in the conductive plate 109 in a portion opposite to the through hole of the electrical insulating layer 110, and a communication hole is formed by these through holes. Is formed. The peripheral edge of the bottom opening of the recess 105 in the support plate 104 and the n-type diffusion layer 106 of the element 103 are electrically connected by a connecting portion 111 made of a conductive adhesive. The portion of the electrode layer 108 located immediately below the p-type base portion 107 of the element 103 and the conductive plate 109 are filled with a slightly larger amount of the conductive paste 113 than filling the communication hole between the electrical insulating layer 110 and the conductive plate 109. Are electrically connected.

支持板104の一端は発電ユニット101の一方の端子115を構成し、これに対向する端部の裏側から突出させた導電板109の一端が他方の端子114を構成している。   One end of the support plate 104 constitutes one terminal 115 of the power generation unit 101, and one end of the conductive plate 109 protruding from the back side of the end facing the power generation unit 101 constitutes the other terminal 114.

この発電ユニットの出力は約1Wであるが、複数の発電ユニットを電気溶接などして、任意の数のユニットを直列または並列に電気的に接続することによって、希望する電圧の電力を出力する光電変換装置を構成することができる。   The output of this power generation unit is about 1 W. A photoelectric generator that outputs power of a desired voltage by electrically connecting a plurality of power generation units or the like and electrically connecting any number of units in series or in parallel. A conversion device can be configured.

本発明により製造された半導体粒子は、特に、住宅などの建築物の自家発電用などの光電変換装置に用いる球状光電変換素子の母体として有用である。   The semiconductor particles produced according to the present invention are particularly useful as a matrix of a spherical photoelectric conversion element used in a photoelectric conversion device for private power generation in a building such as a house.

本発明の実施の形態における、小固形体を製造する転動造粒装置の要部の見取り図である。It is a sketch of the principal part of the rolling granulation apparatus which manufactures a small solid body in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における、小固形体を配列した加熱用基板の要部の正面図である。It is a front view of the principal part of the board | substrate for a heating which arranged the small solid body in embodiment of this invention. 図2の3−3線に沿った断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG. 2. 本発明の実施の形態において使用する熱処理炉の一例の断面図である。It is sectional drawing of an example of the heat processing furnace used in embodiment of this invention. 本発明により製造した球状のシリコン粒子を母体とした光電変換素子を用いた光電変換装置の発電ユニットの正面図である。It is a front view of the electric power generation unit of the photoelectric conversion apparatus using the photoelectric conversion element which used the spherical silicon particle manufactured by this invention as a base. 図6に示した発電ユニットの要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the electric power generation unit shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11 円筒状の外枠
12 エアスリット
13 皿状の底板
14 回転自在な支持棒
15 シリコン粉末
16 ドーピング剤を溶解させた液体状バインダー
17 スプレーガン
18 シリコン粉末供給のためのノズル
19 シリコン粉末
21 小固形体
22 耐熱性の保持用基板
23 凹部
41 熱処理炉
42 搬入部
43 予備加熱部
44 溶融部
45 凝固部
46 搬出部
47 ローラーコンベア
48、49 シャッター
50、51 シャッター
52 隔壁体
53 ヒータ
54 不活性ガス供給部
55 ガス供給管
56 不活性ガスと酸素との混合ガス供給部
57 供給管
58、59 バルブ
60、61、62 排気管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Cylindrical outer frame 12 Air slit 13 Dish-shaped bottom plate 14 Rotatable support rod 15 Silicon powder 16 Liquid binder in which doping agent is dissolved 17 Spray gun 18 Nozzle for supplying silicon powder 19 Silicon powder 21 Small solid Body 22 Heat-resistant holding substrate 23 Recessed part 41 Heat treatment furnace 42 Carry-in part 43 Preheating part 44 Melting part 45 Solidification part 46 Carry-out part 47 Roller conveyor 48, 49 Shutter 50, 51 Shutter 52 Partition body 53 Heater 54 Inert gas supply Section 55 Gas supply pipe 56 Mixed gas supply section of inert gas and oxygen 57 Supply pipe 58, 59 Valve 60, 61, 62 Exhaust pipe

Claims (11)

造粒操作により、半導体の粉末と、前記半導体の導電型をp型およびn型のいずれか一方にするためのドーピング剤とを含む原料を用いて形成された小固形体を準備する第1の工程、
前記小固形体を加熱して、前記各小固形体内の半導体粉末を溶融させることにより、p型またはn型のドーパントを含む球状溶融体を形成する第2の工程、および、
前記球状溶融体を冷却して固化する第3の工程、
を含む球状半導体粒子の製造方法。
A first step of preparing a small solid body formed by using a raw material containing a semiconductor powder and a doping agent for changing the conductivity type of the semiconductor to either p-type or n-type by a granulation operation. Process,
A second step of forming a spherical melt containing a p-type or n-type dopant by heating the small solid and melting the semiconductor powder in each small solid; and
A third step of cooling and solidifying the spherical melt;
The manufacturing method of the spherical semiconductor particle containing this.
前記小固形体が、前記原料として、さらにバインダーを含む請求項1に記載の球状半導体粒子の製造方法。   The method for producing spherical semiconductor particles according to claim 1, wherein the small solid body further contains a binder as the raw material. 前記第1の工程が、前記原料の混合物を準備する工程、および、造粒操作により、前記混合物からなる小固形体を形成する工程、
を含む請求項1または2に記載の球状半導体粒子の製造方法。
The first step is a step of preparing a mixture of the raw materials, and a step of forming a small solid body made of the mixture by a granulating operation;
The manufacturing method of the spherical semiconductor particle of Claim 1 or 2 containing this.
前記第1の工程が、造粒操作により、前記原料を混合するとともに前記原料からなる小固形体を形成する工程、
を含む請求項1または2に記載の球状半導体粒子の製造方法。
The first step is a step of mixing the raw materials and forming a small solid body made of the raw materials by a granulation operation,
The manufacturing method of the spherical semiconductor particle of Claim 1 or 2 containing this.
前記バインダーが液体状のバインダーであって、前記ドーピング剤が前記バインダーに添加されている請求項3または4に記載の球状半導体粒子の製造方法。   The method for producing spherical semiconductor particles according to claim 3 or 4, wherein the binder is a liquid binder, and the doping agent is added to the binder. 前記第1の工程が、前記半導体の粉末を前記ドーピング剤を含む溶液に接触させる工程、
および、造粒操作により、前記ドーピング剤を含む溶液に接触させた半導体の粉末を含む小固形体を形成する工程、
を含む請求項3に記載の球状半導体粒子の製造方法。
The first step is to bring the semiconductor powder into contact with a solution containing the doping agent;
And forming a small solid body containing a semiconductor powder brought into contact with a solution containing the doping agent by a granulating operation,
The manufacturing method of the spherical semiconductor particle of Claim 3 containing this.
前記第1の工程が、前記小固形体を形成する工程に先立って、さらに、前記溶液に接触させた半導体の粉末を乾燥させる工程、
を含む請求項6に記載の球状半導体粒子の製造方法。
Prior to the step of forming the small solid body, the first step further comprises drying the semiconductor powder brought into contact with the solution,
The manufacturing method of the spherical semiconductor particle of Claim 6 containing this.
前記第1の工程が、造粒操作により前記半導体粉末を含む造粒物を形成する工程
および、前記造粒物を前記ドーピング剤を含む溶液に接触させる工程、
を含む請求項1または2に記載の球状半導体粒子の製造方法。
The first step is a step of forming a granulated product containing the semiconductor powder by a granulating operation, and a step of bringing the granulated product into contact with a solution containing the doping agent;
The manufacturing method of the spherical semiconductor particle of Claim 1 or 2 containing this.
前記第1の工程が、前記造粒物を前記ドーピング剤を含む溶液に接触させる工程に次いで、さらに、前記溶液に接触させた造粒物を乾燥させる工程
を含む請求項8に記載の球状半導体粒子の製造方法。
The spherical semiconductor according to claim 8, wherein the first step further includes a step of drying the granulated product brought into contact with the solution after the step of bringing the granulated product into contact with the solution containing the doping agent. Particle production method.
前記半導体がシリコンであり、前記ドーピング剤がホウ素化合物である請求項1〜9のいずれかに記載の球状半導体粒子の製造方法。   The method for producing spherical semiconductor particles according to claim 1, wherein the semiconductor is silicon and the doping agent is a boron compound. 前記半導体がシリコンであり、前記ドーピング剤がリン化合物である請求項1〜9のいずれかに記載の球状半導体粒子の製造方法。   The method for producing spherical semiconductor particles according to claim 1, wherein the semiconductor is silicon and the doping agent is a phosphorus compound.
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