JP2019520292A - パターン形成された突起構造層を有するシリコンインゴット成長用のるつぼ - Google Patents

Abstract

【解決手段】シリコンインゴットを成長するためのるつぼ（１）が提案されている。るつぼは、底壁（５）、および、内部（９）を取り囲む側壁（７）を有する容器（３）を含む。被覆層（１１）が底壁および側壁の内面に塗布され、被覆層は、窒化ケイ素などの溶融シリコンからのインゴット成長に適合する耐熱材料を含む。さらに、パターン形成された突起層（１３）が底壁の内面に塗布される。パターン形成された突起層は、窒化ケイ素などの溶融シリコンからのインゴット成長に適合する耐熱材料からなるマトリックス（１５）を含む。さらに、パターン形成された突起層は、さらにシリカなどの核形成促進材料の粒子（１７）を含み、粒子はマトリックスから局所的に突起する。従って、突起する粒子（１７）は、インゴットの結晶成長中に複数の核形成点のパターンを生成することができる。このような複数の核形成点のために、結晶成長中に頂部に向かう転位密度欠陥の伝播が減少し、例えばその結果として得られるインゴットからスライスされたウエハを用いて製造された太陽電池は、改善された変換効率を有することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば太陽電池の製造のためのマルチ結晶シリコンウエハを製造するために使用することができるシリコン結晶インゴットを成長させるためのるつぼに関する。また、本発明は、るつぼの作製方法に関する。

太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電力装置である。太陽電池は、一般的に、半導体基板を主材料とする。市販されているほとんどの太陽電池は、シリコンウエハなどのシリコン基板を使用して製造される。

シリコンウエハは、一般的に、固体シリコンブロックから薄いスライスをスライシングまたはソーイングすることによって製造される。このようなシリコンブロックは、一般的に、精製されたシリコンを溶融し、続いて溶融物を凝固させることによって製造される。物理的条件に応じて、このような凝固の結果として、単結晶シリコンブロックまたはマルチ結晶（mc-Si）またはポリ結晶シリコンブロックを得ることができる。

マルチ結晶シリコンは、多くの場合、液体シリコン溶融物を特定のるつぼに入れるかまたは流し込み、続いて特別に制御された方法で溶融物を冷却して凝固させることによって製造される。一般的に、このような凝固処理中の物理的条件は、その結果として得られる結晶シリコンブロックの物理的特性に大きな影響を与えることがある。このような結晶シリコンブロックは、シリコンインゴットとも呼ばれる。

従来、シリコンインゴット成長のために使用されるるつぼは、シリカ（石英るつぼとも呼ばれる）、グラファイト、シリコンカーバイドなどの耐高温材料から作られた容器を含む。多くの場合、この容器の表面は、例えば容器から非常に高温のシリコン溶融物の中に拡散する汚染物質を防止するための障壁として作用する追加の層で覆われている。また、凝固後にるつぼからのインゴットの取り出しを簡単にするための被覆層が設けられている。

有利な物理的特性を有するインゴットを可能にする、特に製造する、シリコンインゴット成長のための改良されたるつぼに対する要求がある。特に、高効率の太陽電池を製造するためのシリコンウエハを製造することができるシリコンインゴットを鋳造することができる、改良されたるつぼに対する要求がある。さらに、そのようなるつぼを作製するための有利な方法に対する要求がある。

このような要求は、独立請求項によるるつぼおよび方法によって満たすことができる。有利な実施形態は、従属請求項および明細書において明確にされる。

本発明の第１の態様によれば、シリコンインゴット成長のためのるつぼが提案される。るつぼは、底壁、および、その内部を取り囲む側壁を有する容器を含む。るつぼは、さらに、底壁および側壁の内面に塗布された被覆層を含む。この被覆層は、例えば窒化ケイ素などの溶融シリコンからのインゴット成長に適合する耐熱材料を含む。るつぼは、さらに、底壁の内面に塗布された、パターン形成された突起層を含む。パターン形成された突起層は、例えば窒化ケイ素などの溶融シリコンからのインゴット成長に適合する耐熱材料からなるマトリックスを含む。パターン形成された突起層は、さらに、核形成促進材料の粒子を含み、これらの粒子は、パターン形成された突起層のマトリックスから局所的に突起する。

本発明の第２の態様によれば、シリコンインゴット成長のためのるつぼの作製方法が提案される。方法は、少なくとも以下のステップを、好ましくは提示される順序で含む。まず、底壁、および、その内部を取り囲む側壁を有する容器が準備される。続いて、底壁および側壁の内面に被覆層が塗布される。この被覆層は、例えば窒化ケイ素などの溶融シリコンからのインゴット成長に適合する耐熱材料を含む。耐熱材料は、大きく損傷または劣化することなく、少なくとも１０００℃、好ましくは少なくとも１４００℃、さらには少なくとも１５００℃までの温度に耐えられるべきである。続いて、パターン形成された突起層が、底壁の内面、すなわち、この底壁に既に塗布された被覆層の上に塗布される。パターン形成された突起層は、窒化ケイ素などの溶融シリコンからのインゴット成長に適合する耐熱材料からなるマトリックスを含む。さらに、パターン形成された突起層は、核形成促進材料の粒子を含む。そこでは、パターン形成された突起層がこのような方法で塗布され、粒子がマトリックスから局所的に突起するように適合される。

本発明の実施形態に関する原理は、特に本発明の範囲を制限することなく、以下の概念および認識に基づいていると理解することができる。

冒頭部分に示されたように、るつぼの容器の壁を耐熱材料で被覆することは、様々な理由により有益であることが分かっている。特に、被覆層は、容器から、るつぼ内に流し込まれる高温のシリコン溶融物中への汚染物質の拡散を防止することができる。さらに、被覆層は、るつぼからの凝固したシリコンインゴットの取り出しを簡単にする取り出し層として作用することができる。そのような目的のために、被覆層は、典型的に、液体シリコン溶融物と接触するときに非湿潤剤を形成するように作られる。例えば、窒化ケイ素を含む被覆は、例えば窒化ケイ素粉末の形態で、るつぼの容器の良好な保護および取り出し特性をもたらすことが証明されている。従って、容器の壁の全ての内面、すなわち、容器の内部に向けられ、従って、容器に流し込まれた高温のシリコン溶融物と接触する表面は、好ましくは被覆層で覆われている。

しかし、このように被覆された容器で鋳造されたシリコンインゴットは、シリコン太陽電池の製造のためにスライスするシリコンウエハとして使用されるとき、最適ではない特性を有することが分かっている。

驚くべきことに、現在、容器の底壁の内面上に塗布された、パターン形成された突起層を設けることにより、その結果として得られるシリコンインゴットの特性に良好な影響を与えることが分かっている。すなわち、そのようなシリコンインゴットからスライスされたウエハ上に製造された太陽電池は、効率が増加することがある。特に、パターン形成された突起層は、容器の内面における表面形態を変える、すなわち、粗さを増加することができると考えられる。さらに、パターン形成された突起層は、垂直温度勾配が高いときに、局所的な温度の不均一性を生じさせることができる。その上、パターン形成された突起層は、湿潤点として作用し得る、ランダムに分布する核形成促進粒子をマトリックス上に含み、それによって濡れ特性を変更または改善してシリコンの核形成を助けることができる。

被覆層をるつぼの1つ以上の壁の上に直接堆積してもよい。パターン形成された突起層を、下にある被覆層の上に直接堆積してもよく、すなわち、被覆層と直接機械的に接触してもよい。あるいは、適切な耐熱性を有する追加の層を、パターン形成された突起層と被覆層との間および／または被覆層とるつぼの壁との間に挿入してもよい。

具体的に、パターン形成された突起層は、下にある被覆層の材料と同じかまたは同様の耐熱材料から作ることができるマトリックスを含む。特に、マトリックスは、窒化ケイ素を含むか、または、窒化ケイ素からなることができる。被覆層の場合と同様に、このようなマトリックスの材料は、インゴット取り出し剤として作用することができる。これに関連して、「溶融シリコンからのインゴット成長に適合する耐熱材料」は、シリコン溶融物からのインゴット成長中に典型的に生じる温度、すなわち、典型的に１０００℃超、または、多くの場合において１５００℃超の温度にさらされたときに、その物理的および／または化学的特性を大きく永久的に変えない材料として理解することができる。特に、そのような耐熱材料は、上記の温度で溶融または燃焼してはならない。パターン形成された突起層のマトリックスは、層またはフィルムを形成することができる。このマトリックスの中には、核形成促進材料の小さな粒子が含まれる。そこでは、マトリックスならびに粒子の特性は、粒子がマトリックスから局所的に突起するように適合される。言い換えれば、例えばマトリックス層が底壁の内面上に塗布される厚さは、少なくともマトリックス中に埋め込まれた多くの粒子と同程度の大きさ、または、その寸法よりも小さくてもよく、少なくともこれらの粒子はマトリックス中に完全に閉じ込められておらず、マトリックスから容器の内部に向かって突起する。言い換えれば、突起する粒子は、底壁の内面から容器の内部に向かって延びる、小さなまたはさらには微細な突起を形成する。突起は、規則的または不規則的なもの、例えばランダム、パターンを形成することができる。

これらの突起する粒子は、核形成促進材料から作られる。これは、粒子が、一般的に、マトリックスの材料とは異なる材料で作られ、他の物理的特性を有することを意味する。従って、このような異なる物理的特性のために、突起する粒子の各々は、るつぼ内でシリコン溶融物を凝固する際に核形成点として作用する。言い換えれば、るつぼ内でシリコン溶融物を冷却する際に、凝固処理は、好ましくは、そのような核形成点の１つにおいて開始する。

シリコン溶融物を凝固する際に多数の核形成点を設けることにより、その結果として得られるシリコンインゴットにおける結晶粒が小さくなることが観察されている。そのようなより小さな粒子がインゴット中に存在すると、結果的に、インゴットの頂部に向かう転位密度欠陥の伝播を減少させることができる。その結果、このようなインゴットからスライスされたウエハの物理的特性が向上し、このようなウエハを用いて製造された太陽電池の変換効率を改善することができる。

一実施形態によれば、パターン形成された突起層は、底壁の内面のみに塗布される。

言い換えれば、パターン形成された突起層は、底壁の内面に塗布されるが、好ましくは、容器の側壁の内面には塗布されない。

一方で、所望の低減された転位密度欠陥の伝播のために設けられた複数の核形成点の有益な効果を得るために、パターン形成された突起層を底壁のみに塗布することで十分であることが観察されている。パターン形成された突起層を容器の側壁にも塗布することは、そのようなるつぼ内で成長したインゴットの物理的特性をさらに改善しないように見える。他方で、側壁の内面上ではなく、底壁の内面上のみにパターン形成された突起層を塗布することは、シリコンインゴットが成長する際のるつぼの特性を改善することができるように見える。例えば、パターン形成された突起層によってではなく、被覆層のみによって覆われた側壁の非濡れ性内面は、凝固後の成長したシリコンインゴットの取り出しを簡単にすることができる。

一実施形態によれば、核形成促進材料は、液体シリコン溶融物と接触したときに湿潤剤を形成するように適合される。

言い換えれば、パターン形成された突起層に含まれる粒子に使用される材料は、好ましくは、るつぼの底部において突起する粒子と接触する液体シリコン溶融物が少なくともマトリックスを越えて突起する表面においてこれらの粒子を湿らせるように選択されるべきである。このような濡れ特性のために、粒子は核形成点として作用し、それによって容器の底壁の内面を覆う層の表面形態を変えることができる。

一実施形態によれば、核形成促進材料の粒子は、ケイ砂（SiO₂）、炭化ケイ素（SiC）または炭素（C）の粒子である。ケイ砂（SiO₂）が好ましい選択肢である。

言い換えると、粒子は、酸化ケイ素または炭化ケイ素または炭素からなることができ、典型的に砂粒のような寸法および形状を有することができる。例えば、粒子は尖った先端、鋭い端部などを有することができる。あるいは、粒子は丸みを帯びていてもよく、または球状であってもよい。そのような砂粒子は、実質的に窒化ケイ素からなるマトリックスから局所的に突起し、凝固される溶融シリコンと接触するときに核形成点として作用することが観察されている。

例えば、核形成促進材料の粒子は、２０μｍ〜２ｍｍ、好ましくは１００μｍ〜１ｍｍのサイズを有することができる。

このような粒子の寸法は、特に粒子が、例えば数ミクロンから数百ミクロンまで周囲のマトリックスからわずかに突起することができ、容器の内部にそれほど遠くまで延びていないため、有益なパターン形成された突起層をもたらすことが観察されている。そうでなければ突起層は、シリコンインゴットの成長を妨げるか、または、成長したインゴットの表面層に損傷を与える可能性がある。

パターン形成された突起層に含まれる粒子には、粒度分布が設けられてもよいことが理解されるであろう。これは、一般的に、全ての粒子が同じサイズを有するわけではなく、粒子のサイズが異なっていてもよいことを意味する。好ましくは、パターン形成された突起層に含まれる全ての粒子の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも９０％が、それぞれ、２０μｍ〜２ｍｍ、または、１００μｍ〜１ｍｍの範囲のサイズを有するような粒度分布である。

一実施形態によれば、パターン形成された突起層は、０．３ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜２ｍｍの厚さを有する。

このような厚さのパターン形成された突起層を設けることは、そのようなるつぼ内で成長されたインゴットの有益な物理的特性をもたらすことが観察されている。

パターン形成された突起層は、均一な厚さを有していなくてもよいことに留意すべきである。例えば、パターン形成された突起層は、パターン形成された突起層を形成するマトリックスのみが存在する領域においてはより薄い厚さを有していてもよく、粒子がマトリックスから突起する領域では拡大された厚さを有していてもよい。従って、「パターン形成された突起層の厚さ」という用語は、ここでは、パターン形成された突起層の平均厚さを意味するものとして理解することができる。さらに、パターン形成された突起層の厚さは、主にマトリックスが底壁の内面上に塗布される厚さによって決定されるので、パターン形成された突起層の厚さは、このようなマトリックスの厚さに大まかに対応し、マトリックス層の厚さを、例えば３０％以下、好ましくは１０％以下まで超える場合がある。換言すれば、マトリクスから局所的に突起する粒子は、マトリクス層の厚さの約３０％まで、好ましくは約１０％まで、パターン形成された突起層の平均厚さに加わることがある。

特に、一方で、パターン形成された突起層に含まれる粒子の有益なサイズ分布を選択し、他方で、パターン形成された突起層の有益な厚さを選択することは、パターン形成された突起層内の粒子分布および／またはパターン形成された突起層のマトリックスから粒子が突起する距離に影響を与えることがある。

例えば、非常に薄いパターン形成された突起層内に埋め込まれた大きな粒子を有することは、一般的に、容器の内部に突起する少数の粒子のみをもたらすが、これらの粒子は比較的大きく、従って、この内部にかなり遠くに突起する。そのような極端な構成は、その結果として得られる、成長したシリコンインゴットの物理的特性にとって最適ではないことがある。

他の極端な場合、非常に小さな粒子が厚いパターン形成された突起層に含まれていると、これらの大部分の粒子が、そこから突起するのではなく、マトリックス内に完全に閉じ込められることがある。従って、僅かな粒子のみが核形成点として作用することができる。

従って、一方で、マトリックス中に埋め込まれた粒子のサイズ分布と、他方で、パターン形成された突起層の厚みとは、互いに適切に適合されるべきである。

具体的には、一実施形態によれば、パターン形成された突起層に含まれる粒子の量、これらの粒子のサイズ分布および／またはパターン形成された突起層の厚さは、特にマトリクスから突起する核形成促進材料の粒子が、１〜１０／ｃｍ^２、好ましくは７〜１０／ｃｍ^２の面密度を有するパターン形成された突起層に含まれるように選択することができる。

このような面密度を有する粒子を、パターン形成された突起層中に設けることは、このようなるつぼ内で成長されたシリコンインゴットの有益な物理的特性をもたらすことが観察されている。特に、突起する粒子の面密度は、インゴットを凝固する際の核形成点密度に影響を与え、従って、その結果として得られるインゴットの転位欠陥密度に有益な影響を与えることがある。例えば、複数の核形成点が粒子の数を増加し、続いて、単位体積当たりよりランダムな粒界をもたらすことがある。２つの隣接する粒子間の不整合により、エネルギー障壁のために転位が境界を容易に横切ることができないため、単位体積当たりの粒界面積が大きいほど、一般的に転位が粒界に留まる確率が高くなる。より高い転位の密度は、材料の単位体積に適応させることができる。従って、より多くの粒界は、一般的に転位の伝播を遅くする。

沈殿を起こさずに安定したスラリーを作り、ウエハレベルで、より高い格子間の酸素含有量を避けるために、ケイ砂または炭化ケイ素または炭素の粒度分布を制御する必要がある。より小さい粒子は、より高い表面積をもたらし、インゴット処理中に、より多くの酸素を溶融物中に放出し得る。その大部分は、通常、溶融表面からSiOガスとして失われるが、残りは溶融物中に留まり、結晶シリコンの中に溶融することがある。従って、粒度および／または粒度分布を制御することが有益であり得る。

一実施形態によれば、被覆層は０．１ｍｍ〜１ｍｍ、好ましくは０．４ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さを有する。

このような厚さを有する被覆層は、一方で、容器の内面に容易に塗布することができ、他方で、十分な保護および／または取り出し特性を与えることができる。

一実施形態によれば、被覆層は、少なくとも窒化ケイ素粉末を含む、ここでは、「第１スラリー」と呼ばれる特定のスラリーを使用して塗布される。さらに、好ましい実施形態では、第１スラリーは、さらに、結合剤、分散剤および脱イオン水を含む。好ましくは、第１スラリーは、さらなる成分または薬剤を含まない。

別の実施形態によれば、パターン形成された突起層は、少なくとも窒化ケイ素粉末および核形成促進材料の粒子を含む第２スラリーを使用して塗布される。さらに、好ましい実施形態によれば、第２スラリーは、さらに、結合剤、分散剤および脱イオン水を含む。また、好ましくは、第２スラリーは、さらなる成分または薬剤を含まない。

このような第１および／または第２スラリーは、容器の壁の内面に容易に塗布することができる。さらに、このようなスラリーは、低労力および／または低コストで塗布することができる。例えば、スラリーを内面上にスプレーすることができる。例えば、被覆層および／またはパターン形成された突起層によってそれぞれ覆われる表面上にスラリーをスプレーするために、特別な散布スプレーシステムを適用することができる。内面の被覆は、高温で行うことができる。代替的に、第１および／または第２スラリーを適用する他の技術を使用してもよい。例えば、スクリーン印刷において一般的に使用されるような、パターン形成されたマスクを適用することができる。

スラリー中に含まれる窒化ケイ素粉末は、典型的なサイズが０．１μｍ〜５μｍの範囲の小さい窒化ケイ素粒子の粉末であってもよい。窒化ケイ素粉末は、好ましくは９８％超、より好ましくは９９．９％超の純度を有することができる。

結合剤は、ポリビニルアルコールまたはコロイド状シリカを含むことができる。好ましくは、結合剤は、コロイド状シリカ、および、５〜１００ナノメートルの粒子サイズを持つ、約５０重量％の固体シリカを含むことができる。

分散剤は、プロピレングリコールを含むことができる。

「層が特定のスラリーを使用して塗布される」ことを示す形成は、一方で、それぞれの層を形成するための製造処理の特定の特性を定義するものとして解釈することができ、他方で、特定の製造方法から生じるそれぞれの層の構造的特徴を定義することができることに留意すべきである。より具体的に言えば、第１スラリーを使用して塗布された塗布層または第２スラリーを使用して塗布された、パターン形成された突起層は、一般的に、これらの層がスラリーを使用して塗布されるという事実から直接的にもたらされる物理的および／または構造的特性を有し、これによって、例えばCVD（Chemical Vapor Deposition）またはPVD（Physical Vapor Deposition）の技術などの他の技術を使用して塗布された層とは異なる。例えば、特定のスラリーを使用して塗布された被覆層またはパターン形成された突起層は、一般的に、スラリーが多かれ少なかれ巨視的な粉末粒子を含むという事実からもたらされる特定の粒状構造を有するが、例えばCVDまたはPVDの技術を使用して塗布された層は、典型的に、原子、分子および／またはそれらの集団のような非常に小さい微視的な粒子で構成されるという事実からもたらされる、より均一なものである。さらに、結合剤、分散剤および／または脱イオン水のように、たとえその処理中にスラリーに含まれるいくつかの成分が、その後のスラリーの処理中に消失してもよく、従って、最終的な被覆層および／またはパターン形成された突起層内に存在しなくてもよく、これらの成分または剤が第１および／または第２スラリーの一部であったという事実が、典型的に、その結果として得られる層の特定の物理的および／または構造的特性をもたらす。例えば、その結果として得られる層は、CVDまたはPVDなどの他の技術を使用して塗布された層、特に窒化ケイ素層とは異なる典型的な多孔性または形態を有することができる。

本発明の第２の態様として定義される方法の一実施形態によれば、被覆層を塗布するための第１スラリーは、パターン形成された突起層を堆積するために使用される第２スラリーよりも低い粘度を有する。

例えば、第１スラリーは１００ｃP未満、好ましくは１０ｃP未満の粘度を有することができ、第２スラリーは１００ｃP超、好ましくは５００ｃP超の粘度を有することができる。粘度が低いため、第１スラリーは均一な厚さで容易に塗布することができる。より高い粘度を有する第２スラリーは、スプレーされるかまたは流し込まれ、続いて必要に応じて容器の底壁の内面上に広げることができる。

パターン形成された突起点または層は、例えばスクリーン印刷のように、マスクの助けを借りて、または特別な散布スプレーシステムを用いて塗布することができる。従って、表面は、山（濡れ）および谷（非濡れ）の表面構造を有することができる。

一実施形態によれば、第１スラリーは第２スラリーより低い密度を有する。

例えば、第１スラリーは、１．６ｇ／ｃｍ^３未満、好ましくは１．４ｇ／ｃｍ^３未満の密度を有することができ、第２スラリーは、１．６ｇ／ｃｍ^３超、好ましくは１．９ｇ／ｃｍ^３超の密度を有することができる。

第１スラリーは、例えば自動スプレー処理における目詰まりまたは閉塞の問題を回避するために、より低い固体含有量で作ることができる。第２スラリーは、例えば沈殿することなく安定したスラリーを作り、突起点を印刷することを可能にするために、より高い固体含有量で作ることができる。

本発明の実施形態の可能な特徴および／または利点は、ここでは、るつぼに関して部分的に、および、るつぼの作製方法に関して部分的に記載されていることに留意すべきである。当業者であれば、るつぼの実施形態について説明した特徴は、本発明による方法の実施形態において同様に適用することができ、逆もまた同様であることを理解するであろう。さらに、当業者であれば、様々な実施形態の特徴を、他の実施形態の特徴と組み合わせるか、または置き換えることができ、および／または、本発明のさらなる実施形態になるように変更することができることを理解するであろう。

以下では、本発明の実施形態を、添付の図面を参照してここに説明する。しかし、図面も説明も本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
図１は、本発明の一実施形態によるるつぼの断面図を示す。図は模式的なものにすぎず、一定の縮尺ではない。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の＠を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるるつぼ１の断面を示す。るつぼ１は正方形のものであり、すなわち、箱形または立方体形状である。他の形状のるつぼでもよい。

るつぼ１は、底壁５および側壁７を有するポット状の容器３を含む。底壁５は、一般的に矩形で、かつ水平であり、側壁７は矩形で、かつ実質的に垂直である。底壁５および側壁７は、容器３全体を形成する一体的な構成要素を形成してもよい。あるいは、底壁５および側壁７は別々の構成要素であってもよく、容器３全体を形成するために一緒に取り付けられてもよい。壁５，７は、シート状の構成要素を用いて形成することができる。例えば、壁５，７は溶融シリカシートで作ることができる。典型的には、底壁５は、数十センチメートルの長さで、数十センチメートルの幅である。側壁７は、典型的には数十センチメートルの高さで、数十センチメートルの幅である。底壁５および側壁７は、典型的には数ミリメートルから数センチメートルまでの範囲の厚さ、例えば３ｍｍ〜１０ｃｍの厚さを有する。

底壁５および側壁７は、容器３の内部９を取り囲んでいる。そこでは、容器３は、好ましくはその頂部が開放されている。

底壁５および側壁７の内面は、薄い被覆層１１で覆われている。被覆層１１は、耐熱材料として窒化ケイ素を含むかまたはそれからなる。被覆層１１は、従って、容器３に流し込まれたシリコン溶融物の非常に高い温度に耐えることができる。好ましくは、被覆層１１は、４００〜５００μｍの厚さを有する。好ましくは、被覆層１１は、実質的に均一であり、すなわち、被覆層１１を形成するために使用される窒化ケイ素粉末の粒子以外の巨視的な粒子を含まない。特に、被覆層１１は、巨視的に均一な厚さを有していてもよく、巨視的に滑らかで、好ましくは平面状の表面を有していてもよい。容器３の側壁７を覆う被覆層１１の部分は、他の層によって覆われていない、すなわち、容器３の内部９に向かって露出されていることが好ましい。

底壁５上には、追加の層が被覆層１１の上に塗布される。この追加の層は、パターン形成された突起層１３であり、好ましくは底壁５の内面全体を覆う。従って、底壁５において、被覆層１１は露出されておらず、上にあるパターン形成された突起層１３によって覆われている。

図１の拡大図において見られるように、パターン形成された突起層１３は、複数の粒子１７が埋め込まれたマトリックス１５を含む。そこでは、マトリックス１５は、耐熱材料として窒化ケイ素を含む。粒子１７は、シリカなどの核形成促進材料からなる。粒子１７は、マトリックス１５の上部露出表面を越えて突起する。それにより、突起する粒子１７は、核形成促進の先端が容器３の内部９に向かって突起する一種のパターンを形成する。

シリカ粒子１７は、１００μｍ〜１ｍｍの範囲の典型的なサイズを有することができる。パターンサイズ、すなわち、隣接する突起する粒子１７の間の横方向の平均距離は、１〜２ｍｍの典型的な範囲内であってもよい。粒子１７の突起高さは１〜２ｍｍの範囲であってもよい。

最後に、るつぼ１の作製または製造方法のステップを、代表的な実施形態に関して説明する。

るつぼ１を作製または製造するために、まず、底壁５および側壁７を有する容器３を準備する。

続いて、高純度の窒化ケイ素粉末、脱イオン水、結合剤および分散剤を混合することによって、第１の窒化ケイ素被覆スラリーを準備することができる。このような第１スラリーは、続いて、例えば正方形の溶融シリカのるつぼ１の底壁５および側壁７の内面にスクリーン印刷などの他の方法でスプレーまたは堆積されてもよい。そこでは、第１スラリーは、例えば４００〜５００μｍの所望の特定の被覆厚さで塗布することができる。被覆は、典型的には、４０〜５０℃の高い被覆温度で行われる。

このように被覆層１１を塗布した後、窒化ケイ素粉末、脱イオン水、結合剤および湿潤剤を用いて第２スラリーを準備する。そこでは、湿潤剤が、ケイ砂の粒子などの核形成促進材料で作られた粒子１７によって形成されてもよい。好ましくは、この第２スラリーは、底壁５の内面またはその上に既に塗布された被覆層１１の内面のみに塗布される。

第１スラリーは、例えば１．３７ｇ／ｃｍ^３の比較的低い密度および例えば２．９６ｃPの低い粘度を有するが、第２スラリーは、例えば１．９６ｇ／ｃｍ^３のより高い密度および約７００ｃPのより高い粘度を有する。

被覆層１１およびパターン形成された突起層１３を容器３の壁５，７の内面上に塗布した後、被覆されたるつぼ１を高温かつ大気雰囲気中で焼成する。このような条件において、第１および第２スラリーは凝固し、それぞれ、緻密な被覆層１１およびパターン形成された突起層１３を形成する。

このようなるつぼ１で成長されたシリコンインゴットは、転位密度欠陥を低減することができる。その結果として、このようなインゴットからスライスされたシリコンウエハで製造された太陽電池は、改善された変換効率を有することができる。

最後に、「含む」などの用語は、他の要素またはステップを除外しないし、「a」または「an」は複数を除外しないことに留意すべきである。また、異なる実施形態に関連して説明した要素は組み合わせることができる。特許請求の範囲における参照符号は、特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではないことにも留意すべきである。

１ るつぼ
３ 容器
５ 底壁
７ 側壁
９ 内部
１１ 被覆層
１３ パターン形成された突起層
１５ マトリックス
１７ 粒子

Claims (14)

1. シリコンインゴットを成長するためのるつぼ（１）であって、
   底壁（５）、および、内部（９）を取り囲む側壁（７）を有する容器（３）と、
   溶融シリコンからのインゴット成長に適合する耐熱材料を含み、前記底壁および前記側壁の内面に塗布された被覆層（１１）と、
   窒化ケイ素からなるマトリックス（１５）を含み、さらに前記マトリックスから局所的に突出し、液体シリコン溶融物と接触したときに湿潤剤を形成するように適合された核形成促進材料の粒子（１７）を含み、前記底壁の内面に塗布された、パターン形成された突起層（１３）と、を備える、るつぼ。
2. 前記パターン形成された突起層（１３）は、前記底壁（５）の内面のみに塗布されている、請求項１に記載のるつぼ。
3. 前記核形成促進材料の粒子（１７）は、ケイ（SiO2）砂の粒子、炭化ケイ素（SiC）の粒子および炭素（C）の粒子のうちの１つである、請求項１または２に記載のるつぼ。
4. 核形成促進材料の粒子（１７）は、２０μｍ〜２ｍｍ、好ましくは１００μｍ〜１ｍｍのサイズを有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のるつぼ。
5. 前記パターン形成された突起層（１３）は、０．３ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜２ｍｍの厚さを有する、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のるつぼ。
6. 前記マトリックス（１５）から突起する前記核形成促進材料の前記粒子（１７）は、１〜１０ｃｍ^−２、好ましくは７〜１０ｃｍ^−２の面密度を有する前記パターン形成された突起層に含まれている、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のるつぼ。
7. 前記被覆層（１１）は、０．１ｍｍ〜１ｍｍ、好ましくは０．４ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さを有する、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のるつぼ。
8. 前記被覆層に含まれる前記耐熱材料は、窒化ケイ素である、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のるつぼ。
9. 前記被覆層（１１）は、窒化ケイ素粉末を含み、好ましくは、さらに結合剤、分散剤および脱イオン水を含む第１スラリーを使用して塗布されている、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のるつぼ。
10. 前記パターン形成された突起層（１３）は、窒化ケイ素粉末および前記核形成促進材料の粒子を含み、好ましくは、さらに結合剤、分散剤および脱イオン水を含む第２スラリーを使用して塗布されている、請求項１ないし９のいずれか一項に記載のるつぼ。
11. シリコンインゴットを成長するためのるつぼ（１）の作製方法であって、
    底壁（５）、および、内部（９）を取り囲む側壁（７）を有する容器（３）を準備し、
    溶融シリコンからのインゴット成長に適合する耐熱材料を含む被覆層（１１）を前記底壁および前記側壁の内面に塗布し、
    窒化ケイ素からなるマトリックス（１５）を含み、さらに液体シリコン溶融物と接触したときに湿潤剤を形成するように適合された核形成促進材料の粒子（１７）を含む、パターン形成された突起層（１３）を前記底壁の前記内面に塗布し、
    前記パターン形成された突起層（１３）がこのような方法で塗布され、前記粒子（１７）が前記マトリックス（１５）から局所的に突起するように適合される、方法。
12. 前記被覆層（１１）は、窒化ケイ素粉末を含む第１スラリーを使用して塗布され、前記パターン形成された突起層（１３）は、窒化ケイ素粉末および前記核形成促進材料の粒子（１７）を含む第２スラリーを使用して塗布される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１スラリーは、前記第２スラリーよりも低い粘度を有する、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記第１スラリーは、前記第２スラリーより低い密度を有する、請求項１１ないし１３のいずれか一項に記載の方法。

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