JP2015044733A - 太陽電池製造用のゲルマニウム濃縮シリコン材料 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、シリコンなどの半導体材料の作製において使用するための方法およびシステムに関し、例えば、低品位シリコンの使用に関する。特に、本開示は、さまざまな品位の原材料およびゲルマニウム濃縮を使用して、より高い強度や柔軟性を含む、改善された特性を有するシリコン結晶またはインゴットを形成する方法およびシステムに関する。
急成長を遂げている光起電力(PV)産業は、集積回路(IC)への適用という従来的な用途以上に、シリコン消費量増加の一因となっている。今日、太陽電池産業のシリコン需要は、IC産業のシリコン需要と一部競合している。現在の製造技術では、IC産業もPV産業も、シリコン出発原料として精製および純化されたシリコン原料を必要としている。
本開示の方法およびシステムにより、低純度または高純度のシリコン原料を使用してシリコンインゴットまたは結晶を製造する半導体インゴット形成プロセスが提供される。本明細書に開示される主題を用いる結果として、改質された冶金級(UMG)シリコンなどの低品位半導体材料から形成されるインゴットの特性が改善される。このような改善により、例えば、太陽光発電への応用のための太陽電池を製造する際に、UMGシリコンを使用することができる。さらに、本開示の方法およびシステムによって、UMGまたは他の非電子級原材料を使用してのシリコンベースの太陽電池形成が特に有利となる。したがって、本開示により、従来可能であったよりも大量に、かつ、多数の加工施設において、太陽電池の生産が可能となり得る。
[本発明1001]
所定量のシリコン原材料を使用してシリコン結晶化プロセスを開始する工程;
最低純度レベルが99.99%の所定量のゲルマニウムを前記シリコン原材料に添加する工程;
シリコン原材料および前記量のゲルマニウムのそれぞれから溶融物を生成する工程;および
前記溶融物の結晶化を実行する工程
を備える、改善された機械的および電気的特性を有する結晶シリコンの形成方法。
[本発明1002]
所定量のシリコン原材料を使用して、方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1003]
所定量のUMGシリコン原材料を使用して、方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1004]
EGシリコン原材料を使用して、CZシリコン結晶引き上げプロセスを開始する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1005]
SOGシリコン原材料を使用して、CZシリコン結晶引き上げプロセスを開始する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1006]
EGシリコン供給棒を使用して、FZシリコン結晶化プロセスを開始する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1007]
最低純度レベルが99.999パーセント純度を有するゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1008]
50〜200ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1009]
100〜150ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1010]
120〜180ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1011]
所定量のシリコン原材料を使用してシリコン結晶化プロセスを開始するためのシリコン結晶形成機構と;
前記シリコン原材料に添加される最低純度レベルの所定量のゲルマニウムと;
シリコン原材料および前記量のゲルマニウムのそれぞれから溶融物を生成するための加熱機構と;
前記溶融物の結晶化を実行するための凝固制御機構と;
を備える、シリコン原料から結晶シリコンを形成するシステム。
[本発明1012]
所定量のシリコン原材料を使用して方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1013]
所定量のUMGシリコン原材料を使用して方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1014]
EGシリコン原材料を使用してCZシリコン結晶引き上げプロセスを開始するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1015]
SOGシリコン原材料を使用してCZシリコン結晶引き上げプロセスを開始するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1016]
EGシリコン供給棒を使用してFZシリコン結晶化プロセスを開始するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1017]
最低純度レベルが99.99パーセント純度のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1018]
最低純度レベルが99.999パーセント純度のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1019]
50〜200ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1020]
100〜150ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1021]
120〜180ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1022]
所定量のシリコン原材料を使用して形成された、光起電力プロセスを実行するためのシリコンバルク材料と;
材料強度を向上させ、かつシリコン基板の電気的特性を改善するための、前記シリコン基板材料内にドーピングされた99.99%の最低純度レベルを有する所定量のゲルマニウムと;
を備える、結晶シリコン材料から形成された光起電力太陽電池。
[本発明1023]
シリコンバルク材料が、UMGシリコンバルク材料を備える、本発明1022の光起電力太陽電池。
[本発明1024]
シリコンバルク材料が、SOGシリコンバルク材料を備える、本発明1022の光起電力太陽電池。
[本発明1025]
シリコンバルク材料が、EGシリコンバルク材料を備える、本発明1022の光起電力太陽電池。
Claims (25)
- 所定量のシリコン原材料を使用してシリコン結晶化プロセスを開始する工程;
最低純度レベルが99.99%の所定量のゲルマニウムを前記シリコン原材料に添加する工程;
シリコン原材料および前記量のゲルマニウムのそれぞれから溶融物を生成する工程;および
前記溶融物の結晶化を実行する工程
を備える、改善された機械的および電気的特性を有する結晶シリコンの形成方法 - 所定量のシリコン原材料を使用して、方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
- 所定量のUMGシリコン原材料を使用して、方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
- EGシリコン原材料を使用して、CZシリコン結晶引き上げプロセスを開始する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
- SOGシリコン原材料を使用して、CZシリコン結晶引き上げプロセスを開始する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
- EGシリコン供給棒を使用して、FZシリコン結晶化プロセスを開始する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
- 最低純度レベルが99.999パーセント純度を有するゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
- 50〜200ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
- 100〜150ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
- 120〜180ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
- 所定量のシリコン原材料を使用してシリコン結晶化プロセスを開始するためのシリコン結晶形成機構と;
前記シリコン原材料に添加される最低純度レベルの所定量のゲルマニウムと;
シリコン原材料および前記量のゲルマニウムのそれぞれから溶融物を生成するための加熱機構と;
前記溶融物の結晶化を実行するための凝固制御機構と;
を備える、シリコン原料から結晶シリコンを形成するシステム。 - 所定量のシリコン原材料を使用して方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
- 所定量のUMGシリコン原材料を使用して方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
- EGシリコン原材料を使用してCZシリコン結晶引き上げプロセスを開始するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
- SOGシリコン原材料を使用してCZシリコン結晶引き上げプロセスを開始するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
- EGシリコン供給棒を使用してFZシリコン結晶化プロセスを開始するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
- 最低純度レベルが99.99パーセント純度のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
- 最低純度レベルが99.999パーセント純度のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
- 50〜200ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
- 100〜150ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
- 120〜180ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
- 所定量のシリコン原材料を使用して形成された、光起電力プロセスを実行するためのシリコンバルク材料と;
材料強度を向上させ、かつシリコン基板の電気的特性を改善するための、前記シリコン基板材料内にドーピングされた99.99%の最低純度レベルを有する所定量のゲルマニウムと;
を備える、結晶シリコン材料から形成された光起電力太陽電池。 - シリコンバルク材料が、UMGシリコンバルク材料を備える、請求項22記載の光起電力太陽電池。
- シリコンバルク材料が、SOGシリコンバルク材料を備える、請求項22記載の光起電力太陽電池。
- シリコンバルク材料が、EGシリコンバルク材料を備える、請求項22記載の光起電力太陽電池。
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