JP2010534614A5

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Publication number: JP2010534614A5
Application number: JP2010518420A
Authority: JP
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2028-07-25

Description

図２は、本開示が特別な利点を提供する、太陽電池を製造するプロセスフロー３０の斬新な態様を大まかに示した図である。プロセスフロー３０は、ステップ３２において、ＭＧシリコンを利用することを含み、このＭＧシリコンは、ＲＭＧまたはＵＭＧシリコンになる程度まで精製される。達成される品質のシリコンは、依然として低品位のシリコン３４である。したがって、ステップ３４のシリコン品質は、ステップ１４での品質のシリコンよりもかなり低コストである。また、ステップ３４における低品位シリコンは、ステップ１４での品質のシリコンと比べてより多くの金属および他の不純物を含んでいる。ステップ３６において、シリコンインゴットの形成を行うことができる。ステップ３８は、シリコンウエハの形成、すなわち、シリコンインゴットを薄く切りだす処理を表している。開示する太陽電池を製造するプロセスフロー３０には、電池のプロセスを開始する前に、前処理工程とも呼ばれるウエハ処理ステップ４０を導入することができる。最後に、ステップ４２において、太陽電池の製造プロセスが実行される。

プロセスフロー３０のステップ３４および３６において、開示する要旨の教示は、シリコンインゴットの形成に影響するものである。本開示の教示が適用される処理環境を示すために、処理環境５０を図３に示す。図３において、坩堝５４は、シリコン溶融物５２を含む。加熱区域５８は、坩堝４２の側面および底面を取り囲んでいる。分離チャンバ６０は、更に、坩堝５４と共に、温度制御のための処理環境を構築すると共に、処理の雰囲気を構築する。水冷システム６２が分離チャンバ６０を取り巻き、この分離チャンバ６０内にカメラ６４を挿入して、シリコン溶融物５２の観察を行えるようになっている。

図９〜１１に示す処理段階１３０では、多孔質フェルト装置１３２が、シリコン溶融物１１８よりもかなり高い溶融温度を呈する物質を提供する。シリコン溶融物１１８内に多孔質フェルト装置１３２を下降させると、シリコン溶融物１１８の吸収が行われる。したがって、図１０は、処理段階１３４において、多孔質フェルト装置１３２が、シリコン溶融物１１８のすべてではないが、かなりの部分を吸収しため、不純物で汚染されたシリコン溶融物１１８を坩堝５４から除去できることを示している。図１１は、処理段階１３６において、不純物で汚染されたシリコン溶融物１１８と共に、多孔質フェルト装置１３２を坩堝５４から取り出すところを示している。

シリコンインゴット部分１１６が形成されると、シリコン溶融物１１８は、坩堝の処理容積１４２内で、界面１２０および内側開口１５０の両方より上まで発達する。シリコンインゴット部分が、ほぼ内側開口１５０の高さに達したら、内側開口１５０からバルブ軸１４６を抜くことができる。

図１３は、処理状態１６０において、内側開口１５０からバルブ軸１４６を抜いて、外側開口１４８内にバルブ軸１４６を保持した状態で、流入容積１５４内にシリコン溶融物１１８が流入する経路を示している。内側開口１５０の経路を通って流入容積１５４内に至るシリコン溶融物１１８の流れは、不純物が混入したシリコン溶融物１１８を処理容積１４２から除去することによって、際立った度合いで、後の処理ステップにおける混入物の逆拡散を防止する。

図１５に、前述したようにバルブ軸１４６を備えるフローバルブアセンブリ１４４を含む坩堝装置１７０を更に示す。このバルブ軸１４６は、外壁１７８の流入容積の外側開口１８０と処理容積１７２の内側開口１８２とに貫通して挿入される。フローバルブアセンブリ１４４の動作は、前述したとおりであるが、流入容積１７６が内壁１７４を囲繞しているため、バルブ軸１４６を抜くことによって、シリコン溶融物１１８が内壁１７４を取り囲む点が異なっている。

Claims

低品位シリコン原料を用いてシリコンインゴットを生成する方法において、前記シリコンインゴットは、前記低品位シリコン原料よりも品質の高いシリコンを含み、前記方法は、
坩堝装置内で、低品位シリコン原料から溶融シリコンを形成するステップと、
前記溶融シリコンの方向性固化を行って、前記坩堝内にシリコンインゴットを生成する際に、前記方向性固化において、概して固化したシリコン分量と、概して溶融したシリコン分量とを生成するステップと、
前記概して固化したシリコン分量を前記坩堝装置内に保持しながら、前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部を前記坩堝装置から除去するステップと、
前記概して固化したシリコン分量の方向性固化を制御して、前記低品位シリコン原料よりも概して品質の高いシリコンを含むシリコンインゴットを生成するステップと、を含む。
概して固化したシリコン分量の前記方向性固化の期間を延長して、前記シリコンインゴットの結晶化によって生じる材料の応力を低減するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
前記低品位シリコンに由来する不純物を抽出するために、前記溶融シリコンを事前調整するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
前記溶融シリコンを事前調整する前記ステップは、前記溶融シリコン内に気泡核形成を誘導するステップを更に含む、請求項３に記載の方法。
前記溶融シリコンを事前調整する前記ステップは、基本的に酸素、窒素、水素、水蒸気、二酸化炭素、および塩素含有気体から成るグループの中の気体を利用して、前記溶融シリコン内に気泡核形成を誘導するステップを更に含む、請求項３に記載の方法。
前記溶融シリコンを事前調整する前記ステップは、前記溶融シリコン内に超音波エネルギーまたは電磁エネルギーを送り込んで、前記溶融シリコンからの不純物の抽出を改善することを更に含む、請求項３に記載の方法。
前記溶融シリコンを事前調整する前記ステップは、前記溶融シリコンに添加剤を混入して、前記溶融シリコンからの前記不純物の抽出を促進することを更に含む、請求項３に記載の方法。
前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部を前記坩堝装置から除去する前記ステップは、前記坩堝装置に対応付けられた経路から、前記概して溶融したシリコン分量を流出させることによって行われる、請求項１に記載の方法。
前記経路は、前記坩堝装置の第１容積と前記坩堝装置の第２容積とを分離する低背型中間壁を備え、
前記坩堝装置の前記第１容積は、前記概して固化したシリコン分量と前記概して溶融したシリコン分量とを含み、
前記低背型中間壁は、前記方向性固化中の所定の時点における、前記概して固化したシリコン分量と前記概して溶融したシリコン分量との間の所定の界面レベルの高さに近い高さを有し、
前記低背型中間壁によって、前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部が、前記坩堝装置の前記第１容積から前記坩堝装置の前記第２容積内に流入可能になることで、前記概して固化したシリコン分量から前記概して溶融したシリコン分量の一部を分離する、請求項８に記載の方法。
前記第２容積は前記第１容積を取り囲み、前記方法は、前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部が、前記第１容積の廻りの前記第２容積内に流入するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
前記経路は、前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部を吸収するフェルト装置を含み、前記方法は、
前記概して溶融したシリコン分量内に前記フェルト装置を沈め、
前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部を、前記フェルト装置に吸収させ、
前記概して溶融したシリコン分量の吸収分を含む前記フェルト装置を、前記坩堝装置から取り出すことを含む、請求項１に記載の方法。
前記経路は、排出路とプラグ装置とを含み、前記プラグ装置は、前記概して溶融したシリコン分量が前記排出路を通る流れを制御するように対応付けられ、前記方法は、前記プラグ装置を制御可能に配置して、前記概して溶融したシリコン分量の前記坩堝装置からの流れを制御することで、前記概して固化したシリコン分量から前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部を分離するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
前記経路は、前記坩堝装置の第２容積から前記坩堝装置の第１容積を分離する排出路と、前記概して溶融したシリコン分量が前記排出路を通る流れを制御するように対応付けられるプラグ装置とを含み、前記方法は、前記プラグ装置を制御可能に配置して、前記第２容積から前記第１容積への前記概して溶融したシリコン分量の流れを制御することで、前記概して固化したシリコン分量から前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部を分離するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
前記第２容積は前記第１容積を取り囲み、前記方法は、前記第１容積の廻りの前記第２容積内に、前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部が流入するステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
前記制御するステップは、前記除去するステップの後で、前記シリコンインゴットを高温に保持して、前記シリコンインゴット内の応力に関連した構造欠陥を除去することで、シリコンインゴットの品質を向上させるステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
低品位シリコン原料を用いてシリコンインゴットを形成するシステムにおいて、前記シリコンインゴットは、前記低品位シリコン原料よりも品質の高いシリコンを含み、前記システムは、
低品位シリコン原料を受け取って加熱することで、前記低品位シリコン原料が前記加熱に反応して溶融シリコンを生成する坩堝装置と、
前記溶融シリコンの方向性固化を行って、前記坩堝装置内にシリコンインゴットを形成し、前記方向性固化により、概して固化したシリコン分量と、概して溶融したシリコン分量とを生成する温度制御手段と、
前記概して固化したシリコン分量を前記坩堝装置内に保持しながら、前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部を前記坩堝装置から除去する除去機構と、を含み、
前記温度制御手段は、前記低品位シリコン原料よりも概して品質の高いシリコンを含むシリコンインゴットを生成するように、前記概して固化したシリコン分量の前記方向性固化を更に制御する、システム。
前記溶融シリコンを事前調整して、前記低品位シリコン原料に由来する不純物を抽出する手段を更に含む、請求項１６に記載のシステム。
前記坩堝装置に対応付けられて、前記溶融シリコン内に気泡核形成を誘導することによって前記溶融シリコンを事前調整する気泡核形成源を更に含む、請求項１６に記載のシステム。
基本的に、酸素と、窒素と、水素と、水蒸気と、二酸化炭素と、塩素含有気体とから成るグループの中の気体を使用して、前記溶融シリコン内に気泡核形成を誘導する気泡核形成源を更に含む、請求項１６に記載のシステム。
坩堝装置に対応付けられ、前記溶融シリコン内に超音波エネルギーを送り込んで、前記溶融シリコンからの不純物の抽出を促進する超音波エネルギー源を更に含む、請求項１６に記載のシステム。
前記溶融シリコンを事前調整するステップは、前記溶融シリコンに添加剤を混入して、前記溶融シリコンからの前記不純物の抽出を促進するステップを更に含む、請求項１７に記載のシステム。
前記温度制御手段は、前記概して固化したシリコン分量の前記方向性固化の期間を延長して、前記シリコンインゴットの結晶化によって生じる材料の応力を抑制する手段を更に含む、請求項１６に記載のシステム。
前記坩堝装置に対応付けられた経路であって、前記概して溶融したシリコン分量が前記経路を通って流出することによって、前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部を前記坩堝装置から除去する経路を更に含む、請求項１６に記載のシステム。
前記経路は、前記坩堝装置の第２容積から前記坩堝装置の第１容積を分離する低背型中間壁を含み、
前記坩堝装置の前記第１容積は、前記概して固化したシリコン分量と、前記概して溶融したシリコン分量とを収容し、
前記低背型中間壁は、更に、前記方向性固化中の所定の時点における、前記概して固化したシリコン分量と、前記概して溶融したシリコン分量との間の所定の界面レベルの高さに近い高さを有し、
前記低背型中間壁によって、前記坩堝装置の前記第１容積から前記坩堝装置の前記第２容積に、前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部が流入することで、前記概して固化したシリコン分量から前記概して溶融したシリコン分量を分離する、請求項２３に記載のシステム。
前記第２容積は前記第１容積を取り囲み、前記第１容積の廻りの前記第２容積内に、前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部を流入させる、請求項２３に記載のシステム。
前記経路は、
前記概して溶融したシリコン分量内に沈められて、前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部を吸収するフェルト装置と、
前記概して溶融したシリコン分量を吸収した分を含む前記フェルト装置を、前記坩堝装置から取り出す手段と、を含む、請求項２３に記載のシステム。
前記経路は、排出路およびプラグ装置を含み、前記プラグ装置は、前記概して溶融したシリコン分量が前記排出路を通る流れを制御するように対応付けられ、前記プラグ装置を制御可能に配置して、前記概して溶融したシリコン分量の前記坩堝装置からの流れを制御することで、前記概して固化したシリコン分量から前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部を分離する、請求項１６に記載のシステム。
前記経路は、前記坩堝装置の第２容積から前記坩堝装置の第１容積を分離する排出路と、前記概して溶融したシリコン分量が前記排出路を通る流れを制御するように対応付けられるプラグ装置とを含み、前記プラグ装置を制御可能に配置して、前記第２容積から前記第１容積への前記概して溶融したシリコン分量の流れを制御することで、前記概して固化したシリコン分量から前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部を分離する、請求項１６に記載のシステム。
前記第２容積が前記第１容積を囲繞し、前記第１容積を囲繞する前記第２容積内に、前記概して溶融したシリコン分量の少なくとも一部を流入させる、請求項２６に記載のシステム。
前記温度制御手段は、前記概して溶融したシリコン分量を除去した後で、前記シリコンインゴットの温度を更に制御して、前記シリコンインゴットを高温に保持することによって、前記シリコンインゴット内の応力関連の構造的欠陥を除去する、請求項１６に記載のシステム。