JP2016098142A - Production method of polycrystalline silicon ingot, production method of usage of polycrystalline silicon ingot, and polycrystalline silicon ingot - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method of a polycrystalline silicon ingot capable of producing, with excellent controllability, a polycrystalline silicon ingot with low crystal defect density and of high quality preferable as an ingot for a solar cell, so as to provide a polycrystalline silicon ingot at a low cost with high quality, and a usage thereof.SOLUTION: A polycrystalline silicon lump 1 whose average crystal grain size is 15 mm or less is arranged on an upper face of a base plate of a crucible 3. Then a silicon raw material 2 is put in the crucible, and the silicon raw material put therein is fused and unidirectionally solidified to manufacture a polycrystalline silicon ingot.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、多結晶シリコンインゴット製造方法、多結晶シリコンインゴットの用途の製造方法及び多結晶シリコンインゴットに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a polycrystalline silicon ingot, a method for manufacturing a polycrystalline silicon ingot, and a polycrystalline silicon ingot.

地球環境に様々な問題を引き起こしている石油などの代替として自然エネルギーの利用が注目されている。その中でも太陽電池は大きな設備を必要とせず、稼働時に騒音などを発生しないことから、日本や欧州などで特に積極的に導入されてきている。   The use of natural energy is attracting attention as an alternative to oil, which is causing various problems in the global environment. Among them, the solar cell does not require a large facility and does not generate noise during operation, and thus has been particularly actively introduced in Japan and Europe.

カドミウムテルルなどの化合物半導体を用いた太陽電池も一部で実用化されているが、物質自体の安全性やこれまでの実績、またコストパフォーマンスの面から、結晶シリコン基板を用いた太陽電池が大きなシェアを占め、その中でも多結晶シリコン基板を用いた太陽電池(多結晶シリコン太陽電池)が大きなシェアを占めている。   Solar cells using compound semiconductors such as cadmium tellurium have also been put into practical use, but solar cells using crystalline silicon substrates are large in terms of the safety of the materials themselves, past achievements, and cost performance. Solar cells using a polycrystalline silicon substrate (polycrystalline silicon solar cells) occupy a large share.

多結晶シリコン太陽電池の基板として一般的に広く用いられている多結晶シリコンウェハは、坩堝内で溶融シリコンを一方向凝固させて大きな多結晶シリコンインゴットを得るキャスト法と呼ばれる方法で製造したインゴットをブロックに切り出し、スライスによりウェハ化したものである。   A polycrystalline silicon wafer, which is generally widely used as a substrate for polycrystalline silicon solar cells, is an ingot produced by a method called a casting method in which a molten silicon is unidirectionally solidified in a crucible to obtain a large polycrystalline silicon ingot. It is cut into blocks and made into wafers by slicing.

キャスト法で製造した多結晶シリコンウェハは、インゴットまたはブロック内の高さ方向の位置により、一般的に図8に示すような太陽電池の出力特性に分布を有している。   The polycrystalline silicon wafer manufactured by the casting method generally has a distribution in the output characteristics of the solar cell as shown in FIG. 8 depending on the position in the height direction in the ingot or block.

図8の特性分布が生じる原因は一般的に以下のように説明されている。まず一方向凝固の初期の領域Iでは、坩堝から拡散した不純物の影響により特性低下が起こる。その上部側の領域IIでは、偏析による原料中の不純物の結晶中への取り込みや結晶欠陥の発生が少ないために、ブロック中で最も特性が良好となる。さらに上部側の領域IIIでは、結晶中に取り込まれる不純物量が徐々に増えることに加え、結晶欠陥が増加し、領域IIよりも特性が低下する。さらに上部側の領域IVでは、領域IIIと同様に、結晶中に取り込まれる不純物量や結晶欠陥がさらに増加することに加えて、インゴットが最後まで凝固した後に、最上部表面部分にできた不純物の高濃度部分から不純物の逆拡散が起こり、さらに不純物量が増加するために、領域IIIよりもさらに特性低下が顕著になる。   The reason why the characteristic distribution of FIG. 8 occurs is generally explained as follows. First, in the region I at the initial stage of unidirectional solidification, the characteristics deteriorate due to the influence of impurities diffused from the crucible. In the region II on the upper side, since the incorporation of impurities in the raw material due to segregation and the occurrence of crystal defects are few, the characteristics are the best in the block. Further, in the upper region III, the amount of impurities taken into the crystal gradually increases, crystal defects increase, and the characteristics deteriorate compared to the region II. Further, in the region IV on the upper side, in the same manner as in the region III, in addition to further increasing the amount of impurities incorporated into the crystal and crystal defects, impurities formed on the uppermost surface portion after the ingot solidifies to the end. Impurity reverse diffusion occurs from the high-concentration portion, and the amount of impurities further increases, so that the characteristic deterioration becomes more remarkable than in the region III.

上記の説明では、原料中の不純物や坩堝から溶出する不純物の影響を考慮しているが、仮にそれらの影響がない場合でも、領域IIIおよびIVでは、上部に向かうにしたがって少数キャリアトラップとなる結晶欠陥が徐々に増加するために、太陽電池の特性は低下する傾向にある。   In the above description, the influence of impurities in the raw material and impurities eluted from the crucible is considered, but even if there is no such influence, in regions III and IV, crystals that become minority carrier traps toward the top Since defects increase gradually, the characteristics of solar cells tend to deteriorate.

従来、多結晶シリコンインゴットの高品質化には結晶粒径を大きくし、単結晶に近づける方法が提案されてきたが、近年になって、例えば特許文献1に記載の通り、逆に結晶粒径が小さな方が結晶欠陥の増殖を抑制でき、全体として太陽電池用インゴットとして好ましいことがあきらかとなってきた。   Conventionally, a method for increasing the crystal grain size and bringing it closer to a single crystal has been proposed for improving the quality of a polycrystalline silicon ingot. However, recently, as described in Patent Document 1, for example, the crystal grain size is reversed. However, it has become clear that the smaller is the preferable ingot for a solar cell as a whole because the growth of crystal defects can be suppressed.

本発明者はこれまでに、多結晶シリコンインゴットの成長開始時の温度変化率を小さく設定することでシリコンの初期核発生を促し、小さな結晶粒径の多結晶シリコンインゴットを成長させる方法を提案してきた(特許文献1)。   The present inventor has so far proposed a method of growing a polycrystalline silicon ingot having a small crystal grain size by promoting the initial nucleation of silicon by setting the temperature change rate at the start of the growth of the polycrystalline silicon ingot to be small. (Patent Document 1).

本発明者はまた、多結晶シリコンインゴット鋳造用鋳型の底板部上面にシリコン結晶の核発生を促すように粒を配置する方法もこれまでに提案してきた(特許文献2)。   The present inventor has also proposed a method for arranging grains so as to promote generation of silicon crystal nuclei on the upper surface of the bottom plate portion of a casting mold for polycrystalline silicon ingot (Patent Document 2).

また特許文献3、4では、多結晶シリコンインゴット鋳造用鋳型の底に核発生促進層(a nucleation promotion layer)をのせ、その上にシリコン原料を装填し、少なくとも一つの熱的なパラメーターを制御する方法が提案されている。核発生促進層としては、粒子がランダムジオメトリーをもち、サイズが50mm未満の複数の結晶粒子、および融点が1400℃より高い材質からなり、シリコン融液との界面の粗さが300ミクロンから1000ミクロンの板が具体例として提案されている。   In Patent Documents 3 and 4, a nucleation promotion layer is placed on the bottom of a casting mold for polycrystalline silicon ingot, a silicon raw material is loaded on the nucleation promotion layer, and at least one thermal parameter is controlled. A method has been proposed. The nucleation promoting layer is composed of a plurality of crystal particles having a random geometry, a size of less than 50 mm, and a material having a melting point higher than 1400 ° C., and the roughness of the interface with the silicon melt is 300 μm to 1000 μm. A micron plate has been proposed as a specific example.

特開2013−129580号公報JP2013-129580A 特開2013−177274号公報JP 2013-177274 A 米国特許出願公開第2013−0136918号明細書US Patent Application Publication No. 2013-0136918 米国特許出願公開第2014−0127496号明細書US Patent Application Publication No. 2014-0127496

特許文献1、2に記載の方法でもこれまでに良好な結果が得られているが、さらに製造の際の制御が容易な多結晶シリコンインゴットの製造方法が望まれる。   Even with the methods described in Patent Documents 1 and 2, good results have been obtained so far, but a method for producing a polycrystalline silicon ingot that is easy to control during production is desired.

また特許文献3、4に記載の核発生促進層の例として、粒子がランダムジオメトリーをもち、サイズが50mm未満の複数の結晶粒子の場合には、部分的に核発生が促進され、高品質な多結晶シリコンが成長するものの、面内で均一ではなく、再現性も確保できないという問題がある。   In addition, as an example of the nucleation promoting layer described in Patent Documents 3 and 4, in the case where the particles have a random geometry and are a plurality of crystal particles having a size of less than 50 mm, nucleation is partially promoted, resulting in high quality. Although polycrystalline silicon grows, there is a problem that it is not uniform in a plane and reproducibility cannot be secured.

また核発生促進層として直径数mm程度の細かい結晶粒子を用いた場合には、シリコン結晶がシリコン融液よりも比重が小さいために容易に液面に浮き上がり、核発生促進層としての役割を果たさないこともあり、この場合も再現性に問題があるようである。   In addition, when fine crystal particles with a diameter of several millimeters are used as the nucleation promoting layer, the silicon crystal has a lower specific gravity than the silicon melt, so that it easily floats on the liquid surface and plays a role as a nucleation promoting layer. In this case, there seems to be a problem with reproducibility.

また特許文献3,4に記載の核発生促進層の例として、融点が1400℃より高く、シリコン融液との界面の粗さが300ミクロンから1000ミクロンの板を用いた場合、板とシリコン融液との濡れ性や、板とシリコン融液との界面の特徴的な変化の周期(波長のようなもの)によっては必ずしも核発生が促進されるわけではなく、この方法でも再現性という面で問題がある。またここで核発生促進層として用いられた板が部分的に溶融するような例えばシリコンのような材質の場合には、該板とシリコン融液との界面の粗さ(roughness)が測定出来ず、制御出来ないという問題もある。   As an example of the nucleation promoting layer described in Patent Documents 3 and 4, when a plate having a melting point higher than 1400 ° C. and a roughness of the interface with the silicon melt of 300 to 1000 microns is used, the plate and the silicon fusion layer are used. Nucleation is not always promoted depending on the wettability with the liquid and the period of characteristic change (such as wavelength) at the interface between the plate and the silicon melt. This method is also reproducible. There's a problem. Also, in the case where the plate used as the nucleation promoting layer is a material such as silicon that partially melts, the roughness of the interface between the plate and the silicon melt cannot be measured. There is also a problem that it cannot be controlled.

本発明は、上記問題に鑑み、結晶欠陥密度が低く、太陽電池用インゴットとして好ましい高品質の多結晶シリコンインゴットを制御性よく製造可能な多結晶シリコンインゴット製造方法を提供し、それにより低価格で高品質の多結晶シリコンインゴットおよびその用途を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a polycrystalline silicon ingot manufacturing method capable of manufacturing a high-quality polycrystalline silicon ingot having a low crystal defect density and preferable as an ingot for a solar cell with good controllability. An object is to provide a high-quality polycrystalline silicon ingot and its use.

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、坩堝中の溶融シリコンを坩堝の底部から上部に一方向凝固させて多結晶シリコンインゴットを製造する際、多結晶シリコンインゴット鋳造用鋳型の底板部上面に、特定の特徴を有するシリコン塊を配置し、該シリコン塊から多結晶シリコンを成長させることにより、上記の課題を解決できることを見出し、本発明に至った。   As a result of earnest research, the inventor of the present invention, when manufacturing a polycrystalline silicon ingot by unidirectionally solidifying the molten silicon in the crucible from the bottom to the top of the crucible, on the upper surface of the bottom plate portion of the casting mold for polycrystalline silicon ingot. The present inventors have found that the above problems can be solved by arranging a silicon lump having specific characteristics and growing polycrystalline silicon from the silicon lump.

かくして、本発明によれば、坩堝底板上面に平均結晶粒径が15mm以下の多結晶シリコン塊を配置し、その後シリコン原料を坩堝内に投入し、投入されたシリコン原料を溶融させてから一方向凝固させて多結晶シリコンインゴットを得る結晶シリコンインゴット製造方法が提供される。   Thus, according to the present invention, a polycrystalline silicon lump having an average crystal grain size of 15 mm or less is disposed on the upper surface of the crucible bottom plate, and then the silicon raw material is charged into the crucible, and the injected silicon raw material is melted in one direction. There is provided a method for producing a crystalline silicon ingot which is solidified to obtain a polycrystalline silicon ingot.

また、本発明によれば、上記多結晶シリコンインゴット製造方法により製造された多結晶シリコンインゴットを用いて、多結晶シリコンブロック、多結晶シリコンウェハ及び太陽電池から選ばれる用途を得る多結晶シリコンインゴットの用途の製造方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a polycrystalline silicon ingot obtained using the polycrystalline silicon ingot produced by the polycrystalline silicon ingot producing method, wherein the polycrystalline silicon ingot is used for obtaining a use selected from a polycrystalline silicon block, a polycrystalline silicon wafer, and a solar cell. An application manufacturing method is provided.

また、本発明によれば、一方向凝固させた多結晶シリコンインゴットであって、一方向凝固させた方向において結晶粒界が不連続となる部分を複数含む境界部を備える多結晶シリコンインゴットが提供される。   In addition, according to the present invention, there is provided a polycrystalline silicon ingot that is unidirectionally solidified and includes a boundary portion including a plurality of portions where the grain boundaries are discontinuous in the direction of unidirectional solidification. Is done.

本明細書において「多結晶シリコン塊の平均結晶粒径」とは、多結晶シリコン塊の外観的な大きさを意味するのではなく、坩堝底板上に並べた際に坩堝底板に垂直な方向(通常上方)から見た、多結晶シリコン塊の中に存在する一つあるいは複数の結晶領域の結晶学的な大きさの平均値を意味する。   In the present specification, the “average crystal grain size of the polycrystalline silicon lump” does not mean the appearance size of the polycrystalline silicon lump, but is a direction perpendicular to the crucible bottom plate when arranged on the crucible bottom plate ( It means an average value of crystallographic sizes of one or a plurality of crystal regions existing in a polycrystalline silicon block as viewed from the upper side.

多結晶シリコン塊の平均結晶粒径の測定方法は、例えば、求めたい多結晶シリコン塊全体を観察し、結晶粒の数をカウントし、それらが占めている面積から求めることが可能である。より簡便には、多結晶シリコン塊の写真上などに適切な長さの線分を引き、その線分内に含まれる結晶粒界の数をカウントすることで近似的な平均結晶粒径を求めることも可能である。   The method for measuring the average crystal grain size of the polycrystalline silicon lump can be obtained, for example, by observing the whole polycrystalline silicon lump to be obtained, counting the number of crystal grains, and determining the area occupied by them. More simply, an approximate average crystal grain size is obtained by drawing a line segment of an appropriate length on a photograph of the polycrystalline silicon lump and counting the number of crystal grain boundaries included in the line segment. It is also possible.

また、本明細書において「太陽電池」とは、最小ユニットを構成する「太陽電池セル」およびその複数個を電気的に接続した「太陽電池モジュール」を意味する。   Further, in the present specification, the “solar battery” means a “solar battery cell” that constitutes a minimum unit and a “solar battery module” in which a plurality of them are electrically connected.

本発明によれば、結晶欠陥密度が低く、太陽電池用インゴットとして好ましい高品質の多結晶シリコンインゴットを制御性よく製造することが可能となる。また該多結晶シリコンインゴットに加工、処理を行うことで、高品質の多結晶シリコンブロック、多結晶シリコンウェハ、多結晶シリコン太陽電池を低価格で市場に供給することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to produce a high-quality polycrystalline silicon ingot having a low crystal defect density and preferable as a solar cell ingot with good controllability. Further, by processing and processing the polycrystalline silicon ingot, it becomes possible to supply high-quality polycrystalline silicon blocks, polycrystalline silicon wafers, and polycrystalline silicon solar cells to the market at a low price.

実施の形態の多結晶シリコンインゴット製造方法の基本的工程を説明するための概略構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the schematic structure for demonstrating the basic process of the polycrystalline silicon ingot manufacturing method of embodiment. 実施の形態の多結晶シリコンインゴット製造方法の基本的工程を説明するための概略構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the schematic structure for demonstrating the basic process of the polycrystalline silicon ingot manufacturing method of embodiment. 実施の形態の多結晶シリコンインゴット製造方法の基本的工程を説明するための概略構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the schematic structure for demonstrating the basic process of the polycrystalline silicon ingot manufacturing method of embodiment. 実施の形態の多結晶シリコンインゴット製造方法の基本的工程を説明するための概略構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the schematic structure for demonstrating the basic process of the polycrystalline silicon ingot manufacturing method of embodiment. 実施の形態の多結晶シリコンインゴットの概略構造を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows schematic structure of the polycrystalline silicon ingot of embodiment. 実施の形態の多結晶シリコンインゴットの製造方法に用いられる装置の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the apparatus used for the manufacturing method of the polycrystalline silicon ingot of embodiment. 実施例1〜10及び比較例における多結晶シリコン塊の平均結晶粒径と太陽電池セル出力ランク1〜3の発生率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the average crystal grain diameter of the polycrystalline silicon lump in Examples 1-10 and a comparative example, and the incidence rate of the photovoltaic cell output ranks 1-3. 一般的な多結晶シリコンインゴットの高さ方向の位置と作製した太陽電池の出力との関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the relationship between the position of the height direction of a common polycrystalline silicon ingot, and the output of the produced solar cell.

以下に、本発明による実施の形態の多結晶シリコンインゴット製造方法、多結晶シリコンブロック、多結晶シリコンウェハ及び太陽電池の製造方法及び多結晶シリコンインゴットについて、図を参照して説明する。   Hereinafter, a polycrystalline silicon ingot manufacturing method, a polycrystalline silicon block, a polycrystalline silicon wafer, a solar cell manufacturing method, and a polycrystalline silicon ingot according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1〜4は、本実施の形態の多結晶シリコンインゴット製造方法を説明するための概略構造を示す断面図である。図1〜4において、1は多結晶シリコン塊であり、2はシリコン原料であり、3は坩堝であり、4は一方向凝固させた多結晶シリコンである。   1 to 4 are sectional views showing a schematic structure for explaining the method for manufacturing a polycrystalline silicon ingot according to the present embodiment. 1-4, 1 is a polycrystalline silicon lump, 2 is a silicon raw material, 3 is a crucible, and 4 is polycrystalline silicon solidified in one direction.

本実施の形態の多結晶シリコンインゴット製造方法は、坩堝3底板上面に平均結晶粒径が15mm以下の多結晶シリコン塊1を配置し、その後シリコン原料2を坩堝3内に投入し、投入されたシリコン原料を溶融させてから一方向凝固させて多結晶シリコンインゴットを得るというものである。   In the polycrystalline silicon ingot manufacturing method of the present embodiment, a polycrystalline silicon lump 1 having an average crystal grain size of 15 mm or less is arranged on the upper surface of the bottom plate of the crucible 3, and then the silicon raw material 2 is put into the crucible 3. A silicon raw material is melted and then solidified in one direction to obtain a polycrystalline silicon ingot.

一連の基本的な工程を説明すれば、まず、図1に示すように、坩堝3の底板の上面に、平均結晶粒径が15mm以下の多結晶シリコン塊1を配置し、坩堝3内にシリコン原料2を投入する。   A series of basic steps will be described. First, as shown in FIG. 1, a polycrystalline silicon lump 1 having an average crystal grain size of 15 mm or less is arranged on the upper surface of the bottom plate of the crucible 3, and silicon is put in the crucible 3. Raw material 2 is charged.

次に、図2に示すように、坩堝3内に投入されたシリコン原料2を溶融させるように加熱する。ここで、多結晶シリコン塊1を完全に溶融させずに、多結晶シリコン塊1の少なくとも一部を残す状態とする。   Next, as shown in FIG. 2, the silicon raw material 2 put in the crucible 3 is heated so as to melt. Here, the polycrystalline silicon lump 1 is not completely melted and at least a part of the polycrystalline silicon lump 1 is left.

引き続き、図3に示すように、溶融させたシリコン原料2を坩堝3の底板側から上方に向かうように冷却して、図3の矢印方向に多結晶シリコン4を凝固させ、多結晶シリコン4を坩堝3の底板側から一方向凝固させる。ここで、溶け残った多結晶シリコン塊1のそれぞれの結晶粒からその結晶粒の方位を受け継いだエピタキシャル成長する傾向が高いため、初期に成長する多結晶シリコン4の平均結晶粒径は、坩堝3底板上面に配置した多結晶シリコン塊1の平均結晶粒径とほぼ同等になる傾向がある。従って、多結晶シリコン塊1として、平均結晶粒径が15mm以下のものを用いることで、ほぼ同等の結晶粒径の多結晶シリコン4の成長が可能となる。   Subsequently, as shown in FIG. 3, the melted silicon raw material 2 is cooled upward from the bottom plate side of the crucible 3 to solidify the polycrystalline silicon 4 in the direction of the arrow in FIG. The crucible 3 is solidified in one direction from the bottom plate side. Here, since there is a high tendency to perform epitaxial growth inheriting the orientation of the crystal grains from the crystal grains of the undissolved polycrystalline silicon lump 1, the average crystal grain size of the polycrystalline silicon 4 that is initially grown is determined by the bottom plate of the crucible 3. There is a tendency to be almost equal to the average crystal grain size of the polycrystalline silicon lump 1 disposed on the upper surface. Therefore, by using the polycrystalline silicon lump 1 having an average crystal grain size of 15 mm or less, it is possible to grow polycrystalline silicon 4 having substantially the same crystal grain size.

この後、図4に示すように、溶融させたシリコン原料2の上面まで凝固するまで、冷却を行う。   Thereafter, as shown in FIG. 4, cooling is performed until the upper surface of the molten silicon raw material 2 is solidified.

このように、多結晶シリコン塊1として、平均結晶粒径が15mm以下のものを用いることで、ほぼ同等の結晶粒径の多結晶シリコン4の成長が可能となり、結晶欠陥密度が低く、太陽電池用インゴットとして好ましい高品質の多結晶シリコンインゴットを制御性よく製造することが可能となる。   As described above, by using the polycrystalline silicon lump 1 having an average crystal grain size of 15 mm or less, it is possible to grow polycrystalline silicon 4 having substantially the same crystal grain size, the crystal defect density is low, and the solar cell. It is possible to manufacture a high-quality polycrystalline silicon ingot preferable as an ingot for use with good controllability.

本実施の形態の多結晶シリコンインゴット製造方法により製造された多結晶シリコンインゴットにおいては、その要部断面図である図5に示すように、多結晶シリコン塊1の全ての結晶粒でエピタキシャル成長が起こるわけではないため、多結晶シリコン塊1と一方向凝固させた多結晶シリコン4との界面部分の断面を観察すると、結晶粒が不連続になっている部分A,B,Cが見られ、この点が本実施の形態の多結晶シリコンインゴットの特徴となる。なお、図5は、一方向凝固させた方向において結晶粒界が不連続となる部分を複数含む境界部を含む部分を示している。   In the polycrystalline silicon ingot produced by the polycrystalline silicon ingot producing method of the present embodiment, epitaxial growth occurs in all the crystal grains of the polycrystalline silicon lump 1, as shown in FIG. Therefore, when the cross section of the interface portion between the polycrystalline silicon lump 1 and the unidirectionally solidified polycrystalline silicon 4 is observed, portions A, B, and C where the crystal grains are discontinuous are seen. The point is a feature of the polycrystalline silicon ingot of the present embodiment. FIG. 5 shows a portion including a boundary portion including a plurality of portions where the crystal grain boundaries are discontinuous in the direction solidified in one direction.

多結晶シリコン塊1としては、多結晶シリコンインゴットの一部または全部を用いることが出来る。例えばキャスト法を用いて製造した、高さが200mm以上あるような多結晶シリコンインゴットから切り出した太陽電池用多結晶シリコンインゴット一部でもよいし、同様にキャスト法を用いて製造した高さが10mm程度の多結晶シリコンインゴットの一部あるいは全部を用いてもよい。   As the polycrystalline silicon lump 1, a part or all of the polycrystalline silicon ingot can be used. For example, it may be a part of a polycrystalline silicon ingot for a solar cell cut from a polycrystalline silicon ingot having a height of 200 mm or more manufactured using a casting method, or a height of 10 mm similarly manufactured using a casting method. A part or all of the polycrystalline silicon ingot of the order may be used.

その他にも、例えばシリコン融液にシリコン成長用基板を接触させ、成長させた多結晶シリコンインゴットや、シリコンの融点以下の材料にシリコン融液を注湯して固化させた多結晶シリコンインゴット、シリコンの粒をヒーターやレーザーなどのエネルギー照射により部分的、あるいは全体を融解し、固化させた多結晶シリコンインゴットなどを用いることも可能である。   In addition, for example, a polycrystalline silicon ingot grown by bringing a silicon growth substrate into contact with a silicon melt, a polycrystalline silicon ingot that is solidified by pouring a silicon melt into a material having a melting point of silicon or lower, and silicon It is also possible to use a polycrystalline silicon ingot or the like obtained by partially or entirely melting and solidifying these grains by energy irradiation such as a heater or a laser.

またその中でも、キャスト法(シリコン融液の一方向凝固)により得られた多結晶シリコンの一部を用いる場合、底部が多結晶シリコン塊1としてより望ましい。ここで、底部とは、多結晶シリコンインゴットの底面から高さ方向3分の1以内から切り出した部分である。   Among them, the bottom is more preferable as the polycrystalline silicon lump 1 when using a part of polycrystalline silicon obtained by a casting method (unidirectional solidification of silicon melt). Here, the bottom portion is a portion cut out from within one third of the height direction from the bottom surface of the polycrystalline silicon ingot.

底部の中でも、特に底(ボトム)面に平行な方向に切り出した多結晶シリコン塊が結晶粒径の観点からより適しており、さらに太陽電池用には用いないボトム側端材を用いるのが最も好ましい。その理由は、ボトム側端材は本来太陽電池用としては使用しない部分であるだけでなく、結晶粒径の観点からも適しており、かつ転位などの結晶欠陥も少ないことから、高品質の多結晶シリコンインゴットの成長起点となるのに最適であるからである。   Among the bottom parts, a polycrystalline silicon lump cut out in a direction parallel to the bottom (bottom) surface is more suitable from the viewpoint of crystal grain size, and it is most preferable to use a bottom side end material that is not used for solar cells. preferable. The reason is that the bottom end material is not only a part that is not used for solar cells, but is also suitable from the viewpoint of crystal grain size and has few crystal defects such as dislocations. This is because it is optimal for becoming the growth starting point of the crystalline silicon ingot.

本実施の形態の多結晶シリコンインゴットの製造方法に利用できる多結晶シリコンインゴット製造装置は、特に限定されるわけではなく、公知の製造装置を用いて実施できる。但し、サイドヒータ型とトップヒータ型とでは、坩堝上下方向の温度分布をつけやすいことからトップヒータ型の方がより適している。サイドヒータでも坩堝底からの抜熱とヒータからの入熱のバランスを考慮することで使用することは可能である。
(多結晶シリコンインゴットの製造方法)
本実施の形態の多結晶シリコンインゴットの製造方法について、以下に図面に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
The polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus that can be used in the polycrystalline silicon ingot manufacturing method of the present embodiment is not particularly limited, and can be implemented using a known manufacturing apparatus. However, the side heater type and the top heater type are more suitable because the temperature distribution in the crucible vertical direction is easily provided. Even side heaters can be used by considering the balance between heat removal from the crucible bottom and heat input from the heater.
(Production method of polycrystalline silicon ingot)
Although the manufacturing method of the polycrystalline silicon ingot of this Embodiment is demonstrated more concretely based on drawing below, this invention is not limited to this Embodiment.

本実施の形態の多結晶シリコンインゴットの製造方法は、図6に示されるような公知の装置を用いても実施することができる。   The method for manufacturing a polycrystalline silicon ingot of the present embodiment can also be implemented using a known apparatus as shown in FIG.

図6は、本実施の形態の多結晶シリコンインゴットの製造方法に用いられる装置の一例を示す概略断面図である。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of an apparatus used in the method for manufacturing a polycrystalline silicon ingot of the present embodiment.

この装置は、一般に多結晶シリコンインゴットを製造するために使用され、抵抗加熱炉を構成するチャンバー(密閉容器)9を有している。   This apparatus is generally used for producing a polycrystalline silicon ingot, and has a chamber (closed container) 9 constituting a resistance heating furnace.

チャンバー9の内部には、黒鉛製、石英(SiO2)製などの坩堝3が配置され、チャンバー9の内部の雰囲気を密閉状態で保持できるようになっている。   A crucible 3 made of graphite, quartz (SiO 2) or the like is disposed inside the chamber 9 so that the atmosphere inside the chamber 9 can be maintained in a sealed state.

坩堝3が収容されるチャンバー9内には、坩堝3を支持する、黒鉛製の坩堝台6が配置されている。坩堝台6は、昇降駆動機構14により昇降が可能であり、その内部には冷却槽13内の冷媒(冷却水)が循環されるようになっている。   In the chamber 9 in which the crucible 3 is accommodated, a graphite crucible base 6 that supports the crucible 3 is arranged. The crucible base 6 can be moved up and down by a lift drive mechanism 14, and the refrigerant (cooling water) in the cooling tank 13 is circulated therein.

坩堝台6の上部には、黒鉛製などの外坩堝5が配置され、その中に坩堝3が配置されている。外坩堝5の代わりに、坩堝3を取り囲むような黒鉛製などのカバーが配置されていてもよい。   An outer crucible 5 made of graphite or the like is disposed on the upper part of the crucible base 6, and the crucible 3 is disposed therein. Instead of the outer crucible 5, a cover made of graphite or the like surrounding the crucible 3 may be disposed.

外坩堝5を取り囲むように、黒鉛ヒータのような抵抗加熱体12が配置され、さらにこれらを上方から覆うように、断熱材10が配置されている。   A resistance heating body 12 such as a graphite heater is disposed so as to surround the outer crucible 5, and a heat insulating material 10 is disposed so as to cover these from above.

抵抗加熱体12は、坩堝3の周囲から加熱して、坩堝3内のシリコン原料2を融解させることができる。   The resistance heating body 12 can be heated from the periphery of the crucible 3 to melt the silicon raw material 2 in the crucible 3.

抵抗加熱体12による加熱、上記の冷却槽13による坩堝3下方からの冷却および昇降駆動機構14による坩堝3の昇降により、坩堝内での上下方向の温度分布をつけることが出来、坩堝底板上に配置した多結晶シリコン塊の一部または全部を残して、シリコン原料を融解させることが可能であれば、発熱体などの加熱機構の形態や配置は特に限定されない。   Heating by the resistance heater 12, cooling from the lower side of the crucible 3 by the cooling tank 13, and raising and lowering of the crucible 3 by the elevating drive mechanism 14 can provide a temperature distribution in the vertical direction in the crucible, and on the crucible bottom plate The form and arrangement of the heating mechanism such as a heating element are not particularly limited as long as the silicon raw material can be melted while leaving a part or all of the arranged polycrystalline silicon lump.

坩堝3の底面の温度を検出するために、坩堝3下面中央近傍に坩堝下熱電対7が、外坩堝5下面の中央近傍に外坩堝下熱電対8がそれぞれ配置され、これらの出力を制御装置11に入力し、抵抗加熱体12による加熱状態を制御する。上記の熱電対以外にも温度を検出するための熱電対や放射温度計が配置されていてもよい。   In order to detect the temperature of the bottom surface of the crucible 3, a crucible lower thermocouple 7 is disposed in the vicinity of the center of the lower surface of the crucible 3, and an outer crucible thermocouple 8 is disposed in the vicinity of the center of the outer surface of the outer crucible 5, and these outputs are controlled 11, and the heating state by the resistance heating body 12 is controlled. In addition to the thermocouple described above, a thermocouple or a radiation thermometer for detecting temperature may be arranged.

チャンバー9は、外部の酸素ガス、窒素ガスなどが流入しないように、その内部を密閉状態に保持でき、通常、多結晶シリコンなどのシリコン原料を投入した後でその溶融前に、チャンバー9内を真空にし、その後アルゴンガスなどの不活性ガスを導入して、不活性な雰囲気に保持する。   The inside of the chamber 9 can be kept in a sealed state so that external oxygen gas, nitrogen gas, etc. do not flow in. Normally, after the silicon raw material such as polycrystalline silicon is charged and before the melting, A vacuum is applied, and then an inert gas such as argon gas is introduced to maintain an inert atmosphere.

このような構成の装置により、基本的に、坩堝3へのシリコン原料2の充填、脱気(真空化)および不活性ガスの導入によるチャンバー9内のガス置換、加熱によるシリコン原料2の溶融、溶融確認とその保持、温度制御および昇降駆動機構14の動作による凝固開始、固化完了確認およびアニールならびにインゴット取り出しの工程により、多結晶シリコンインゴットを製造する。   With the apparatus having such a configuration, basically, the silicon raw material 2 is filled into the crucible 3, degassing (evacuation), gas replacement in the chamber 9 by introducing an inert gas, melting of the silicon raw material 2 by heating, A polycrystalline silicon ingot is manufactured through the steps of melting confirmation and holding, temperature control and solidification start by operation of the elevation drive mechanism 14, solidification completion confirmation and annealing, and ingot removal.

図1〜4に本実施の形態の多結晶シリコンインゴット製造方法における、坩堝3内部をの簡略化して示す断面図を示す。まず図1の通り、坩堝3の底板上に平均結晶粒径が15mm以下の多結晶シリコン塊1を配置し、その上にシリコン原料2を充填する。装置内の脱気(真空化)及び不活性ガス置換の後、坩堝3上部が下部よりも温度が高くなるように加熱、抜熱等制御し、前記多結晶シリコン塊の一部または全部を残してシリコン原料を溶融する(図2)。その後、下方から一方向凝固を行い(図3)、全体を凝固させる(図4)。その後、アニールを行い、高品質の多結晶シリコンインゴットを制御性よく得ることが可能である。なお、坩堝3の底板上に配置する多結晶シリコン塊1は、必ずしも坩堝3底板に接触するように配置する必要はなく、該多結晶シリコン塊1から結晶成長が始まるよう配置されていればよい。
(多結晶シリコンインゴット)
本実施の形態の多結晶シリコンインゴットは、本実施の形態の多結晶シリコンインゴット製造方法により製造される。本実施の形態の多結晶シリコンインゴットは、平均結晶粒径が15mm以下の多結晶シリコン塊から部分的にエピタキシャル成長するため、結晶粒の構造に特徴を有する。結晶成長の核となった多結晶シリコン塊と、その上に成長した多結晶シリコンの界面近傍の境界部の結晶状態の様子を示す概略図を図5に示す。図5から明らかな通り、上記界面部分の断面観察した場合、界面部分で結晶構造に不連続が存在する。これは多結晶シリコン塊の結晶粒全てに対して必ずしも同一方位の結晶がエピタキシャル成長するわけではないためである。
1 to 4 are simplified sectional views showing the inside of the crucible 3 in the polycrystalline silicon ingot manufacturing method of the present embodiment. First, as shown in FIG. 1, a polycrystalline silicon lump 1 having an average crystal grain size of 15 mm or less is arranged on the bottom plate of the crucible 3, and a silicon raw material 2 is filled thereon. After deaeration (evacuation) and replacement of inert gas in the apparatus, the upper part of the crucible 3 is controlled to be heated and removed so that the temperature is higher than the lower part, leaving part or all of the polycrystalline silicon lump. The silicon raw material is melted (FIG. 2). Thereafter, unidirectional solidification is performed from below (FIG. 3), and the whole is solidified (FIG. 4). Thereafter, annealing can be performed to obtain a high-quality polycrystalline silicon ingot with good controllability. The polycrystalline silicon lump 1 disposed on the bottom plate of the crucible 3 does not necessarily have to be disposed so as to contact the bottom plate of the crucible 3, and may be disposed so that crystal growth starts from the polycrystalline silicon lump 1. .
(Polycrystalline silicon ingot)
The polycrystalline silicon ingot of the present embodiment is manufactured by the polycrystalline silicon ingot manufacturing method of the present embodiment. The polycrystalline silicon ingot of the present embodiment is characterized by the structure of the crystal grains because it is partially epitaxially grown from a polycrystalline silicon block having an average crystal grain size of 15 mm or less. FIG. 5 is a schematic diagram showing the state of the crystalline state at the boundary portion in the vicinity of the interface between the polycrystalline silicon lump serving as the nucleus of crystal growth and the polycrystalline silicon grown thereon. As is clear from FIG. 5, when the cross section of the interface portion is observed, discontinuity exists in the crystal structure at the interface portion. This is because crystals having the same orientation do not necessarily grow epitaxially with respect to all the crystal grains of the polycrystalline silicon block.

従来の多結晶シリコンインゴットにおいても各結晶粒が同一結晶方位のまま結晶成長するわけではなく、例えば(111)面のずれによるΣ3粒界で結晶構造に不連続が起こることがある。ただしこの場合には、各結晶粒内で独立して起こるため、広い領域にわたって不連続が発生するわけではなく、本発明の多結晶シリコンインゴットとは明らかに異なっている。   Even in a conventional polycrystalline silicon ingot, each crystal grain does not grow in the same crystal orientation. For example, a discontinuity may occur in the crystal structure at the Σ3 grain boundary due to the deviation of the (111) plane. However, in this case, since it occurs independently in each crystal grain, discontinuity does not occur over a wide region, which is clearly different from the polycrystalline silicon ingot of the present invention.

また、結晶成長の過程で組成的過冷却が起こった場合、液相中で細かいシリコン結晶核が発生し、既に成長した結晶粒表面に結晶粒方位とは無関係に固着する。この場合には、組成的過冷却条件となった広い領域にわたって、結晶構造に不連続が確認されるが、この場合も本発明の多結晶シリコンインゴットとは明らかに異なっている。   In addition, when compositional supercooling occurs in the course of crystal growth, fine silicon crystal nuclei are generated in the liquid phase and adhere to the surface of the already grown crystal grain regardless of the crystal grain orientation. In this case, discontinuity is confirmed in the crystal structure over a wide region where the compositional supercooling condition is satisfied, but this case is also clearly different from the polycrystalline silicon ingot of the present invention.

したがって、本実施の形態の多結晶シリコンインゴットにおいて、上記界面部分(境界部)での結晶構造の不連続性は、上述のΣ3に起因するものでないと共に、上述の組成的開冷却に起因するものでもない。
(多結晶シリコンブロック)
本実施の形態の多結晶シリコンブロックは、本実施の形態の多結晶シリコンインゴットを加工することにより得られる。
Therefore, in the polycrystalline silicon ingot of the present embodiment, the discontinuity of the crystal structure at the interface part (boundary part) is not caused by the above-described Σ3, but is also caused by the above-described compositional open cooling. not.
(Polycrystalline silicon block)
The polycrystalline silicon block of the present embodiment can be obtained by processing the polycrystalline silicon ingot of the present embodiment.

多結晶シリコンブロックは、例えば、バンドソーなどの公知の装置を用いて、本実施の形態の多結晶シリコンインゴットにおいて坩堝材料などの不純物が拡散されているおそれのある表面部分を切断加工することにより得ることができる。   The polycrystalline silicon block is obtained by cutting a surface portion where impurities such as a crucible material may be diffused in the polycrystalline silicon ingot of the present embodiment using a known apparatus such as a band saw. be able to.

また、必要に応じて、多結晶シリコンブロックの表面を研磨加工してもよい。
(多結晶シリコンウェハ)
本実施の形態の多結晶シリコンウェハは、本実施の形態の多結晶シリコンブロックを加工することにより得られる。
Moreover, you may grind | polish the surface of a polycrystalline silicon block as needed.
(Polycrystalline silicon wafer)
The polycrystalline silicon wafer according to the present embodiment can be obtained by processing the polycrystalline silicon block according to the present embodiment.

多結晶シリコンウェハは、例えば、マルチワイヤーソーなどの公知の装置を用いて、本実施の形態の多結晶シリコンブロックを所望の厚さにスライス加工することにより得ることができる。現状では、厚さ170〜200μm程度が一般的であるが、傾向としてはコスト削減のため、薄型化の傾向にある。   The polycrystalline silicon wafer can be obtained, for example, by slicing the polycrystalline silicon block of the present embodiment to a desired thickness using a known apparatus such as a multi-wire saw. At present, a thickness of about 170 to 200 μm is generally used, but the tendency is to reduce the thickness for cost reduction.

また、必要に応じて、多結晶シリコンウェハの表面を研磨加工してもよい。
(多結晶シリコン太陽電池)
本実施の形態の多結晶シリコン太陽電池は、本実施の形態の多結晶シリコンウェハを用いて製造される。
Further, if necessary, the surface of the polycrystalline silicon wafer may be polished.
(Polycrystalline silicon solar cell)
The polycrystalline silicon solar cell of the present embodiment is manufactured using the polycrystalline silicon wafer of the present embodiment.

多結晶シリコン太陽電池セルは、例えば、本実施の形態の多結晶シリコンウェハを用いて、公知の太陽電池セルプロセスにより製造することができる。すなわち、公知の材料を用いて、公知の方法により、p型の不純物がドープされたシリコンウェハの場合、n型の不純物をドープしてn型層を形成してpn接合を形成し、表面電極および裏面電極を形成して多結晶シリコン太陽電池セルを得る。同様に、n型の不純物がドープされたシリコンウェハの場合、p型の不純物をドープしてp型層を形成してpn接合を形成し、表面電極および裏面電極を形成して多結晶シリコン太陽電池セルを得る。あるいは、これらシリコン同士のpn接合を利用したものの他にも、薄い絶縁層を挟んで金属を蒸着するなどしたMIS型太陽電池、たとえば多結晶シリコンウェハと反対の導電型のアモルファスなどのシリコン薄膜を製膜し、異なる構造のp型、n型シリコンヘテロ接合を利用したものなどがある。また、その複数個を電気的に接続して、多結晶シリコン太陽電池モジュールを得る。   A polycrystalline silicon solar cell can be manufactured by the well-known solar cell process using the polycrystalline silicon wafer of this Embodiment, for example. That is, in the case of a silicon wafer doped with a p-type impurity by a known method using a known material, an n-type impurity is doped to form an n-type layer to form a pn junction, and the surface electrode And a back surface electrode is formed and a polycrystalline silicon solar cell is obtained. Similarly, in the case of a silicon wafer doped with an n-type impurity, a p-type impurity is doped to form a p-type layer to form a pn junction, and a surface electrode and a back electrode are formed to form a polycrystalline silicon solar A battery cell is obtained. Alternatively, in addition to those using pn junctions between silicon, MIS type solar cells in which a metal is vapor-deposited with a thin insulating layer interposed therebetween, for example, a silicon thin film of an amorphous type having a conductivity type opposite to a polycrystalline silicon wafer, etc. There are films formed and utilizing p-type and n-type silicon heterojunctions having different structures. Further, a plurality of them are electrically connected to obtain a polycrystalline silicon solar cell module.

上記のように、本明細書においては、「太陽電池セル」と「太陽電池モジュール」とを含む概念として、単に「太陽電池」と称する。したがって、例えば、「多結晶シリコン太陽電池」と記載されたものがあれば、それは「多結晶シリコン太陽電池セル」および「多結晶シリコン太陽電池モジュール」を含む意味となる。   As described above, in this specification, the concept including “solar battery cell” and “solar battery module” is simply referred to as “solar battery”. Therefore, for example, what is described as “polycrystalline silicon solar cell” is meant to include “polycrystalline silicon solar cell” and “polycrystalline silicon solar cell module”.

以下に実施例及び比較例についてより具体的に説明するが、これらの例により本発明が限定されるものではない。
(実施例1〜10)多結晶シリコン塊の平均結晶粒径に関する検討
図6に示される多結晶シリコンインゴット製造装置内の黒鉛製坩堝台6(880mm×880mm×厚さ200mm)上に、黒鉛製外坩堝5(内寸:900mm×900mm×高さ460mm、底板肉厚および側面肉厚20mm)を設置し、その中に石英製坩堝3(内寸:830mm×830mm×420mm、底板肉厚および側面肉厚22mm)を設置した。また、温度測定用の熱電対を、坩堝3下面中央近傍および外坩堝5下面中央近傍の2ヵ所に設置した。
Hereinafter, examples and comparative examples will be described more specifically, but the present invention is not limited to these examples.
(Examples 1 to 10) Study on average crystal grain size of polycrystalline silicon lump Graphite crucible base 6 (880 mm × 880 mm × thickness 200 mm) in the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus shown in FIG. An outer crucible 5 (inner dimensions: 900 mm × 900 mm × height 460 mm, bottom plate thickness and side wall thickness 20 mm) is installed, and quartz crucible 3 (inner dimensions: 830 mm × 830 mm × 420 mm, bottom plate thickness and side surfaces) A wall thickness of 22 mm) was installed. Further, thermocouples for temperature measurement were installed at two locations near the center of the bottom surface of the crucible 3 and near the center of the bottom surface of the outer crucible 5.

次いで、実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実施例5、実施例6、実施例7、実施例8、実施例9及び実施例10の多結晶シリコン塊1を坩堝3の底板上に並べた後、インゴットの比抵抗が約1.5Ωcmになるようにホウ素ドーパント濃度を調整した原料シリコン4の420kgを坩堝3にチャージした後、装置内を真空引きし、アルゴンガスで置換した。その後、加熱機構(黒鉛ヒータ12)を用いてシリコン原料を融解し、底板上に配置した多結晶シリコン塊1が部分的に溶融するまで加熱後、坩堝3下方向からの冷却を開始し、坩堝3下方から上方に向けて一方向凝固を行い、多結晶シリコン4を成長させた。その後、約1200℃で2時間アニールし、100℃/時間の冷却速度で降温させ、装置から多結晶シリコンインゴットを取り出した。なお。実施例1〜10で用いた多結晶シリコン塊1は、キャスト法にて、シリコン融液を下部から上部へ一方向凝固して得られた多結晶シリコンインゴットのボトム部分から、底面に平行な方向に切り出した(インゴットの高さ方向)13mm厚程度のものを用いた。また比較例として、多結晶シリコン塊1を完全に溶融させ、これ以外は上記実施例1〜10同様にして作製した場合の多結晶シリコンインゴットとした。   Next, the polycrystalline silicon lump 1 of Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Example 5, Example 6, Example 7, Example 8, Example 9, and Example 10 was added to the crucible 3. After charging the crucible 3 with 420 kg of raw silicon 4 whose boron dopant concentration was adjusted so that the specific resistance of the ingot was about 1.5 Ωcm, the inside of the apparatus was evacuated and argon gas was used. Replaced. Thereafter, the silicon raw material is melted using a heating mechanism (graphite heater 12), and after heating until the polycrystalline silicon lump 1 disposed on the bottom plate is partially melted, cooling from the lower side of the crucible 3 is started, (3) Unidirectional solidification was performed from below to above to grow polycrystalline silicon 4. Thereafter, annealing was performed at about 1200 ° C. for 2 hours, the temperature was lowered at a cooling rate of 100 ° C./hour, and the polycrystalline silicon ingot was taken out from the apparatus. Note that. The polycrystalline silicon lump 1 used in Examples 1 to 10 is a direction parallel to the bottom surface from the bottom portion of the polycrystalline silicon ingot obtained by unidirectionally solidifying the silicon melt from the bottom to the top by a casting method. (Ingot height direction) of about 13 mm thickness was used. As a comparative example, the polycrystalline silicon lump 1 was completely melted, and other than this, a polycrystalline silicon ingot was produced in the same manner as in Examples 1 to 10 above.

上述のようにして得られた実施例1〜10及び比較例の多結晶シリコンインゴットのそれぞれを、バンドソーを用いてブロック(156mm×156mm×220mm)に加工し、さらにワイヤーソーを用いてスライスして、各多結晶シリコンインゴットから多結晶シリコンウェハ(156mm×156mm×厚さ0.18mm)約16,000枚を得た。   Each of the polycrystalline silicon ingots of Examples 1 to 10 and Comparative Example obtained as described above is processed into a block (156 mm × 156 mm × 220 mm) using a band saw, and further sliced using a wire saw. From each polycrystalline silicon ingot, about 16,000 polycrystalline silicon wafers (156 mm × 156 mm × thickness 0.18 mm) were obtained.

得られた多結晶シリコンウェハを通常の太陽電池セルプロセスに投入して、1つのインゴット当たり16,000個の太陽電池セルを作製し、その出力(W)を測定した。   The obtained polycrystalline silicon wafer was put into a normal solar cell process to produce 16,000 solar cells per ingot, and the output (W) was measured.

各太陽電池セルを高出力側から以下の通りランク1〜3に分類し、各インゴット毎にその存在割合(%)を算出した。   Each solar cell was classified into ranks 1 to 3 as follows from the high output side, and the existence ratio (%) was calculated for each ingot.

ランク1:出力100以上(ランク1の下限出力を100として以下規格化)
ランク2:出力93以上100未満
ランク3:出力93未満
得られた結果を表1および図7に示す。
Rank 1: Output 100 or more (Standardized by setting the lower limit output of rank 1 to 100)
Rank 2: Output 93 to less than 100 Rank 3: Output less than 93 The results obtained are shown in Table 1 and FIG.

Figure 2016098142
Figure 2016098142

表1および図7から明らかなように、今回の実施例の範囲では、多結晶シリコン塊の平均結晶粒径が小さいほど高ランク品(高出力品)の発生率が高く、インゴット品質が良好であることがわかる。   As is apparent from Table 1 and FIG. 7, in the range of this example, the smaller the average crystal grain size of the polycrystalline silicon lump, the higher the incidence of high-rank products (high output products) and the better the ingot quality. I know that there is.

多結晶シリコン塊の平均結晶粒径が15mmよりも小さい場合には、完全溶融後に一方向凝固を始めた比較例よりもわずかに良好な結果が得られたが、平均結晶粒径が25mmでは比較例と同等であり、効果が見られなかった。従って、多結晶シリコン塊の平均結晶粒径が0.1mm以上15mm以下の範囲で比較例よりも良好な結果が得られた。平均結晶粒径8.6mm以下ではさらに良好な結果が得られ、平均結晶粒径が0.1mm以上であれば、5.2mm以下、3.1mm以下、2mm以下、1mm以下、0.3mm以下と小さくなるほど良好な結果が得られた。   When the average crystal grain size of the polycrystalline silicon block was smaller than 15 mm, a slightly better result was obtained than the comparative example in which unidirectional solidification was started after complete melting. It was equivalent to the example and no effect was seen. Therefore, better results than the comparative example were obtained when the average crystal grain size of the polycrystalline silicon block was in the range of 0.1 mm to 15 mm. Even better results are obtained when the average crystal grain size is 8.6 mm or less. If the average crystal grain size is 0.1 mm or more, 5.2 mm or less, 3.1 mm or less, 2 mm or less, 1 mm or less, 0.3 mm or less. The smaller the value, the better the result.

出力が良好な太陽電池セルを用いることで、それらを複数配列した太陽電池モジュールでも良好な特性が得られる。   By using solar cells with good output, good characteristics can be obtained even in a solar cell module in which a plurality of them are arranged.

今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 多結晶シリコン塊
2 シリコン原料
3 坩堝
4 多結晶シリコン
1 polycrystalline silicon lump 2 silicon raw material 3 crucible 4 polycrystalline silicon

Claims (5)

坩堝底板上面に平均結晶粒径が15mm以下の多結晶シリコン塊を配置し、その後シリコン原料を坩堝内に投入し、投入されたシリコン原料を溶融させてから一方向凝固させて多結晶シリコンインゴットを得る、多結晶シリコンインゴット製造方法。   A polycrystalline silicon lump with an average crystal grain size of 15 mm or less is placed on the upper surface of the crucible bottom plate, and then the silicon raw material is put into the crucible, and the injected silicon raw material is melted and then unidirectionally solidified to form a polycrystalline silicon ingot. A method for producing a polycrystalline silicon ingot. 前記多結晶シリコン塊として、多結晶シリコンインゴットの少なくとも一部を用いる、請求項1に記載の多結晶シリコンインゴット製造方法。   The method for producing a polycrystalline silicon ingot according to claim 1, wherein at least a part of the polycrystalline silicon ingot is used as the polycrystalline silicon lump. 前記多結晶シリコン塊として、シリコン融液の一方向凝固により得られた多結晶シリコンインゴットの底部である、請求項1または2に記載の多結晶シリコンインゴット製造方法。   The method for producing a polycrystalline silicon ingot according to claim 1, wherein the polycrystalline silicon ingot is a bottom of a polycrystalline silicon ingot obtained by unidirectional solidification of a silicon melt. 請求項1〜3のいずれか1つに記載の多結晶シリコンインゴット製造方法により製造された多結晶シリコンインゴットを用いて、多結晶シリコンブロック、多結晶シリコンウェハ及び太陽電池から選ばれる用途を得る、多結晶シリコンインゴットの用途の製造方法。   Using the polycrystalline silicon ingot produced by the polycrystalline silicon ingot producing method according to any one of claims 1 to 3, an application selected from a polycrystalline silicon block, a polycrystalline silicon wafer, and a solar cell is obtained. Manufacturing method for use of polycrystalline silicon ingot. 一方向凝固させた多結晶シリコンインゴットであって、一方向凝固させた方向において結晶粒界が不連続となる部分を複数含む境界部を備える、多結晶シリコンインゴット。   A polycrystalline silicon ingot that is unidirectionally solidified and includes a boundary portion including a plurality of portions in which grain boundaries are discontinuous in the direction of unidirectional solidification.
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