JP2014062044A - 四角形の単結晶シリコンウェ−ハ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】FZ法により育成された四角形の断面を有する単結晶シリコンをスライスした、太陽電池パネル等に用いられる四角形の単結晶シリコンウェ−ハであって、抵抗率が四回対称の面内分布を有し、前記抵抗率の面内分布が22%以下であることを特徴とする。
【選択図】図7
Description
ところが、円形シリコンウエハでは太陽電池パネルの空間を有効に埋められないため、素子としての効率が高くても、パネルの効率は多結晶より低くなってしまうこともある。
しかし、特許文献4のVGF法では、均一な四角形の断面を有する単結晶シリコンが得られ難いという課題、特許文献5のCZ法では、四角形の断面を有する単結晶シリコンの成長速度が遅いという課題があった。
さらに、ファセット成長を利用して四角形状の結晶を作るには、融液の温度分布を四角形状の分布にする必要が有り、高周波コイルだけでは困難であるという課題があった。また、高周波コイルだけで融液の温度分布を四角形状にするために、融液の対流や界面形状の制御が難しく、抵抗率の面内分布が悪いという欠点があった。
(1)FZ法により育成された四角形の断面を有する単結晶シリコンをスライスした四角形の単結晶シリコンウェ−ハであって、抵抗率が四回対称の面内分布を有し、前記抵抗率の面内分布が22%以下であることを特徴とする四角形の単結晶シリコンウェ−ハである。
(2)前記四角形の単結晶シリコンウェ−ハが太陽電池パネルに用いられることを特徴とする前記(1)の四角形の単結晶シリコンウェ−ハである。
なお、本発明において、四角形の単結晶シリコンウェ−ハの「抵抗率が四回対称の面内分布を有する」とは、四角形の単結晶シリコンウェ−ハの面に対する垂線を軸として四角形の単結晶シリコンウェ−ハの面を360゜回転させたときに、抵抗率が同一の面内分布を有するものが四回出現すること、すなわち、四角形の単結晶シリコンウェ−ハの面を90゜回転させたときに、抵抗率が同一の面内分布を有するものが出現することを意味する。
また、融液に四角形の型枠を接触させることで、融液を容易に拘束することができ、四角形の断面を有する単結晶シリコンの高速成長ができる。
さらに、融液に接触させた四角形の型枠によって、ファセット成長機構だけに頼らない四角形の単結晶を製造することができる。ファセット成長は、温度の過冷却が必要なので、成長速度を大きく出来ない欠点があったが、本発明では、成長速度を大きくすることが可能であり、低速成長時のスワ−ル欠陥の形成を抑制することができる。
上記の単結晶シリコンの育成方法によって四角形の断面を有する単結晶シリコンが得られるので、これをスライスして、そのまま太陽電池パネルに用いる本発明の四角形の単結晶シリコンウェ−ハとすることができる。
育成炉内には、上軸7の原料棒保持部11に保持されたシリコン原料棒(シリコン多結晶原料棒)1と下軸6の種結晶保持部10に保持された種結晶5が収容されている。シリコン原料棒1の下端を部分的に加熱溶融するための輪環状の高周波コイル(高周波誘導加熱コイル)8がシリコン原料棒1を囲繞するようにシリコン原料棒1と同軸に配置されている。また、不活性ガスを12から供給し、13から排出するように構成されている。
本発明は、四角形の型枠9をシリコン原料棒1が溶融した融液に接触させる点に特徴を有する。四回対称の温度分布(高周波コイル8による誘導電流で加熱される発熱分布)中で、種結晶の{110}側面を温度分布の高温部に対向させて、{111}面のファセット面を{110}側面部に成長させることで、四角形の断面を維持しつつ、育成単結晶のサイズを大きくし、増径角錐部3を形成する。
この増径角錐部3の形成において、型枠を使用することによって増径角錐部3を形成することが容易になる。すなわち、四角形の可変型枠9を使用し、径の拡大に応じて型枠の大きさを拡大していくことによって、増径角錐部3を容易に形成することが可能になる。
本発明においては、四角形の断面を有する製品単結晶棒2を成長させる過程で四角形の固定型枠9を使用することもできる。
型枠9の材質は単結晶の純度を低下させないように高純度の石英、窒化珪素、シリコンなどを使用することができる。酸素や窒素の混入を嫌う場合は、高純度のシリコンが好ましい。
本発明においては、育成速度(成長速度)を2〜3mm/minとする。
また、FZ装置は、熱輻射が少ないために成長界面から直径や温度の測定機器までの距離を短くすることができるので、自動運転制御が容易である。
直径120mmのシリコン多結晶原料棒を用いて、図2に示すスリット無しの丸型高周波コイル8と四角形型枠(単結晶シリコン2の上部に位置する。以下の実施例においても同じ。)によって、一辺が105mm、長さが800mmの断面が四角形の単結晶シリコン(FZ結晶)2を5本製造した。
結晶の育成速度は、2.0mm/minで、融液の零れ落ちも無く、無転位単結晶が育成できた。
直径120mmのシリコン多結晶原料棒を用いて、図3に示すスリット無しの丸型高周波コイル8と四角形型枠によって、一辺が105mm、長さが800mmの断面が四角形のFZ結晶2を3本製造したが、結果は、図2の四角形型枠の配置と同じであった。
直径120mmのシリコン多結晶原料棒を用いて、図4に示すスリット無しの四角形高周波コイル8と四角形型枠によって、一辺が105mm、長さが800mmの断面が四角形のFZ結晶2を5本製造した。
結晶の育成速度は、2.5mm/minで、融液の零れ落ちも無く、無転位単結晶が育成できた。
直径120mmのシリコン多結晶原料棒を用いて、図5に示すスリット無しの四角形高周波コイル8と四角形型枠によって、一辺が105mm、長さが800mmの断面が四角形のFZ結晶2を3本製造したが、結果は、図4の四角形型枠の配置と同じであった。
直径120mmのシリコン多結晶原料棒を用いて、図6に示す4箇所のスリットの入った四角形高周波コイル8によって、一辺が105mm、長さが800mmの断面が四角形のFZ結晶2を5本製造した。
結晶の育成速度は、1.0mm/minで、融液の零れ落ちが2回発生して有転位化し、3本は融液の零れ落ちが無くて無転位単結晶だった。
表1及び図7に、比較例、実施例2及び実施例4の長さ400mmの部位から採取したウェ−ハにおける抵抗率の面内分布(ウェ−ハの中心を通り、一辺に平行な線上の抵抗率分布)を示す。
比較例では抵抗率の面内分布が30%と悪いが、実施例2では22%に改善され、実施例4では12%に改善された。
なお、従来の円筒状のシリコン単結晶から作製した四角形の単結晶シリコンウェ−ハの抵抗率の2次元の面内分布を図9に示す。軸対称(同心円)の抵抗率分布であり、本発明の四角形の単結晶シリコンウェ−ハの抵抗率の面内分布とは異なる。
1:シリコン原料棒
2:単結晶シリコン
3:増径角錐部
4:種絞り部
5:種結晶
6:下軸
7:上軸
8:高周波コイル
9:四角形の型枠
10:種結晶保持部
11:原料棒保持部
12:ガス供給路
13:ガス排出路
また、本発明のFZ法は、坩堝を使用しないため、育成した単結晶シリコンに石英坩堝からの酸素の混入がないから、酸素不純物濃度が低く抑えられ、酸素化合物や酸素析出物によるキャリア消滅の影響が無視できる。これは光生成したキャリアの拡散長を向上させ、太陽電池の効率の増大に寄与する。また、他の遷移金属不純物の混入に関しても同様で、原料シリコンの純度を落とさない高純度の結晶育成が可能で、光生成したキャリアの拡散長を向上させ、太陽電池の効率の増大に寄与する。したがって、太陽電池用の単結晶シリコンとして最適である。
Claims (2)
- FZ法により育成された四角形の断面を有する単結晶シリコンをスライスした四角形の単結晶シリコンウェ−ハであって、抵抗率が四回対称の面内分布を有し、前記抵抗率の面内分布が22%以下であることを特徴とする四角形の単結晶シリコンウェ−ハ。
- 前記四角形の単結晶シリコンウェ−ハが太陽電池パネルに用いられることを特徴とする請求項1に記載の四角形の単結晶シリコンウェ−ハ。
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JP2013255895A JP2014062044A (ja) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | 四角形の単結晶シリコンウェ−ハ |
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JPN7015002708; A. Muiznieks: 'Square-like Silicon Crystal Rod Growth by FZ Method with Especially 3D Shaped HF Inductors' International Scientific Colloquium,Modelling for amaterial Processing,Riga,June 8-9,2006 , 2006, p.89-94 * |
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