JP2619207B2 - 太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートとその製造方法 - Google Patents
太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートとその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、柱状粒子を有する多結
晶シート、特に、太陽電池の基板つまりウェーハとして
使用するのに適したシートを製造するための技術に関す
る。
晶シート、特に、太陽電池の基板つまりウェーハとして
使用するのに適したシートを製造するための技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光起電型太陽電池は、半導体デバイスで
あり、太陽光を電気に変換する。そして、結晶シリコン
に基づいた太陽電池は、高い変換効率と安定性をもつ利
点を有している。発電用のシリコン製太陽電池の利用を
拡げることに対する根本的な障害は、現在のところ、高
い製造コストにある。
あり、太陽光を電気に変換する。そして、結晶シリコン
に基づいた太陽電池は、高い変換効率と安定性をもつ利
点を有している。発電用のシリコン製太陽電池の利用を
拡げることに対する根本的な障害は、現在のところ、高
い製造コストにある。
【０００３】従来の太陽電池の製造は、単結晶あるいは
大粒径多結晶シリコンインゴットプロセスに基づいてお
り、主要なコスト要素は、インゴットを切断し、ウェー
ハとする点である。切断は、不経済な工程であり、高価
なインゴット材の約半分を、シリコンダストとして失っ
ている。前記問題を解決するために必要なことは、低コ
ストプロセスを発展させること、つまり、太陽電池の変
換効率を維持できる限り、低コスト材料を、効果的に使
用することである。
大粒径多結晶シリコンインゴットプロセスに基づいてお
り、主要なコスト要素は、インゴットを切断し、ウェー
ハとする点である。切断は、不経済な工程であり、高価
なインゴット材の約半分を、シリコンダストとして失っ
ている。前記問題を解決するために必要なことは、低コ
ストプロセスを発展させること、つまり、太陽電池の変
換効率を維持できる限り、低コスト材料を、効果的に使
用することである。
【０００４】前記問題を解決するために必要な技術的条
件は、制御自在で、高い面変換効率を有し、適正な結晶
形態を示す物質の製造方法を確立することである。
件は、制御自在で、高い面変換効率を有し、適正な結晶
形態を示す物質の製造方法を確立することである。
【０００５】先行技術として、効果的に結晶の成長を制
御するプロセスや、シートやリボンの状態のシリコン
で、高い面変換効率を有するプロセスが知られている。
これらプロセスの対処方法は、大面積を切断し、インゴ
ットからウェーハを製造する不経済なプロセスを取り除
くことである。
御するプロセスや、シートやリボンの状態のシリコン
で、高い面変換効率を有するプロセスが知られている。
これらプロセスの対処方法は、大面積を切断し、インゴ
ットからウェーハを製造する不経済なプロセスを取り除
くことである。
【０００６】例えば、ホプキンス（Hopkins ）著の「デ
ンドリティック ウェブ シリコン（Dendritic Web Si
licon : ＷＥＢ）」に関する刊行物や、エタウニイ（Et
touney）その他著の「エッジ デファインド フィルム
−フェド グロース（Edge Defined Film-fed Growth :
ＥＦＧ）」に関する刊行物や、ガートラー（Gurtler）
著の「リボン−ツウ−リボン テクニック（Ribbon-to-
Ribbon Technique :ＲＴＲ）」に関する刊行物や、そし
て、アイア（Eyer）その他著の「シリコン シート フ
ロム パウダー テクニック（Silicon Sheets from Po
wder Technique:ＳＳＰ）」に関する刊行物には、多結
晶の成長を制御し１mmより大きな結晶粒度を得るプロセ
スが開示されており、低い線速度での結晶成長であるた
め、面の生成速度も低くなっている。
ンドリティック ウェブ シリコン（Dendritic Web Si
licon : ＷＥＢ）」に関する刊行物や、エタウニイ（Et
touney）その他著の「エッジ デファインド フィルム
−フェド グロース（Edge Defined Film-fed Growth :
ＥＦＧ）」に関する刊行物や、ガートラー（Gurtler）
著の「リボン−ツウ−リボン テクニック（Ribbon-to-
Ribbon Technique :ＲＴＲ）」に関する刊行物や、そし
て、アイア（Eyer）その他著の「シリコン シート フ
ロム パウダー テクニック（Silicon Sheets from Po
wder Technique:ＳＳＰ）」に関する刊行物には、多結
晶の成長を制御し１mmより大きな結晶粒度を得るプロセ
スが開示されており、低い線速度での結晶成長であるた
め、面の生成速度も低くなっている。
【０００７】これらのシート成長プロセスに共通な点
は、シートの引張方向とシートの成長方向が共線上にあ
ることである。全てのこれらのプロセスは、シートの成
長方向に沿って高い温度勾配、つまり、１cm当たり５０
０℃以上の条件で使用されている。
は、シートの引張方向とシートの成長方向が共線上にあ
ることである。全てのこれらのプロセスは、シートの成
長方向に沿って高い温度勾配、つまり、１cm当たり５０
０℃以上の条件で使用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この勾配は、実用的な
線速度、典型的には２cm/min以下で達成するために必要
であり、一方、大きな熱応力を生成する。多くの場合、
この応力は、実用的なシート幅を制限し、太陽電池の製
造を不可能にするシートの変形を引き起こす。また、熱
応力は、結晶欠陥を発生させ、太陽電池の変換効率を制
限する。
線速度、典型的には２cm/min以下で達成するために必要
であり、一方、大きな熱応力を生成する。多くの場合、
この応力は、実用的なシート幅を制限し、太陽電池の製
造を不可能にするシートの変形を引き起こす。また、熱
応力は、結晶欠陥を発生させ、太陽電池の変換効率を制
限する。
【０００９】これらのプロセスは、結晶粒度を出来る限
り大きくするように試みることにより、太陽電池の変換
効率に影響を与える結晶粒界の有害な効果を避けてい
る。
り大きくするように試みることにより、太陽電池の変換
効率に影響を与える結晶粒界の有害な効果を避けてい
る。
【００１０】その他のプロセスは、高い面変換効率を達
成することが出来るように開発されている。
成することが出来るように開発されている。
【００１１】例えば、ベイツ（Bates ）その他著の「ロ
ー アングル シリコン シート（Low Angle Silicon
Sheet : ＬＡＳＳ）」に関する刊行物や、ヘルムライヒ
（Helmreich ）その他著の「ランプ アシステッド フ
ォイル−カスティング テクニック（Ramp Assisted Fo
il-Casting Technique :ＲＡＦＴ）」に関する刊行物
や、ファルケンベルク（Falckenberg ）その他著の「サ
ポウテッド−ウェブ（Supported-Web : Ｓ−Ｗｅｂ）」
に関する刊行物や、ハイド（Hide）その他著の「キャス
ト リボン プロセス（Cast Ribbon Process : ＣＲ
Ｐ）」に関する刊行物や、そして、ランゲ（Lange ）そ
の他著の「リボン グロース オン サブストレート
（Ribbon Growth on Substrate :ＲＧＳ）」に関する刊
行物には、１０μｍから３mmの範囲の粒度を有する多結
晶シート成長を、高い線速度、つまり、１０cm〜１８０
０cm/minで達成するプロセスが開示されている。
ー アングル シリコン シート（Low Angle Silicon
Sheet : ＬＡＳＳ）」に関する刊行物や、ヘルムライヒ
（Helmreich ）その他著の「ランプ アシステッド フ
ォイル−カスティング テクニック（Ramp Assisted Fo
il-Casting Technique :ＲＡＦＴ）」に関する刊行物
や、ファルケンベルク（Falckenberg ）その他著の「サ
ポウテッド−ウェブ（Supported-Web : Ｓ−Ｗｅｂ）」
に関する刊行物や、ハイド（Hide）その他著の「キャス
ト リボン プロセス（Cast Ribbon Process : ＣＲ
Ｐ）」に関する刊行物や、そして、ランゲ（Lange ）そ
の他著の「リボン グロース オン サブストレート
（Ribbon Growth on Substrate :ＲＧＳ）」に関する刊
行物には、１０μｍから３mmの範囲の粒度を有する多結
晶シート成長を、高い線速度、つまり、１０cm〜１８０
０cm/minで達成するプロセスが開示されている。
【００１２】一般的に、これらのプロセスは、例えば、
ＬＡＳＳやＲＡＦＴやＲＧＳで見られる、幅や厚みの形
状制御を維持することが難しい点と、例えば、ＲＡＦＴ
やＳ−ＷｅｂやＣＲＰで見られる、接触している物質に
よるシリコンの汚染を、防止することが難しい点の、い
づれか一方、または双方の点を有している。
ＬＡＳＳやＲＡＦＴやＲＧＳで見られる、幅や厚みの形
状制御を維持することが難しい点と、例えば、ＲＡＦＴ
やＳ−ＷｅｂやＣＲＰで見られる、接触している物質に
よるシリコンの汚染を、防止することが難しい点の、い
づれか一方、または双方の点を有している。
【００１３】これらのシート成長プロセスに共通な点
は、シートの引張方向とシートでの結晶の成長方向がほ
とんど垂直になっていることである。これらのプロセス
の重要な特徴は、線形引張速度を高めることと結晶成長
速度を下げることを同時に達成することである。結晶成
長速度の低減は、高品質結晶を有する物質を得るために
は必要である。
は、シートの引張方向とシートでの結晶の成長方向がほ
とんど垂直になっていることである。これらのプロセス
の重要な特徴は、線形引張速度を高めることと結晶成長
速度を下げることを同時に達成することである。結晶成
長速度の低減は、高品質結晶を有する物質を得るために
は必要である。
【００１４】多結晶物質からの太陽電池製造に関する先
行技術では、粒度が１．０mmより大きいことが必要であ
る。粒度に関するこの条件は、先行技術に係る物質で明
らかなように、粒界の有害作用を最小化するために必要
である。従来、１．０mm以下の粒度を有する小粒度多結
晶シリコンは、粒界効果のため、光起電型太陽電池のた
めの候補物質ではなかったためである。
行技術では、粒度が１．０mmより大きいことが必要であ
る。粒度に関するこの条件は、先行技術に係る物質で明
らかなように、粒界の有害作用を最小化するために必要
である。従来、１．０mm以下の粒度を有する小粒度多結
晶シリコンは、粒界効果のため、光起電型太陽電池のた
めの候補物質ではなかったためである。
【００１５】結晶粒界の再結合は、太陽電池の電圧や電
流やフィルファクタの低下を導いている。従来のモデ
ル、例えば、ゴーシュ（Ghosh ）の１９８０年に開示し
たモデルや、フォッサム（Fossum）の１９８０年に開示
したモデルは、活性な結晶粒界の再結合に基づいてお
り、従来の物質の変換効率を正確に予測している。これ
らのモデルから、不活性な結晶粒界を得ることができれ
ば、小結晶粒度を有する物質を利用できることが推論さ
れる。
流やフィルファクタの低下を導いている。従来のモデ
ル、例えば、ゴーシュ（Ghosh ）の１９８０年に開示し
たモデルや、フォッサム（Fossum）の１９８０年に開示
したモデルは、活性な結晶粒界の再結合に基づいてお
り、従来の物質の変換効率を正確に予測している。これ
らのモデルから、不活性な結晶粒界を得ることができれ
ば、小結晶粒度を有する物質を利用できることが推論さ
れる。
【００１６】本発明は、このような従来技術の課題に鑑
みてなされたものであり、高い変換効率を有する太陽電
池に使用される、柱状結晶粒子を有し残留応力が低いシ
ート材を製造するための低コストプロセスを提供するこ
とを目的とする。
みてなされたものであり、高い変換効率を有する太陽電
池に使用される、柱状結晶粒子を有し残留応力が低いシ
ート材を製造するための低コストプロセスを提供するこ
とを目的とする。
【００１７】また、本発明の目的は、太陽電池の基板と
して使用される、先行技術の抱える欠点を克服した柱状
結晶粒子から構成される多結晶シリコンシート材を製造
するための技術を提供することにある。
して使用される、先行技術の抱える欠点を克服した柱状
結晶粒子から構成される多結晶シリコンシート材を製造
するための技術を提供することにある。
【００１８】また、本発明の目的は、低活性結晶粒界を
有する小結晶粒子から構成される多結晶シリコンを使用
する低コスト太陽電池を製造するための方法を提供す
る。
有する小結晶粒子から構成される多結晶シリコンを使用
する低コスト太陽電池を製造するための方法を提供す
る。
【００１９】そして、本発明の目的は、前記方法により
製造された基板や太陽電池を提供することにある。
製造された基板や太陽電池を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めの本発明は、粒状シリコンを、セッタに被覆すること
により、該粒状シリコンを支持する工程と、前記セッタ
と前記粒状シリコンとを、予熱領域で、予熱する工程
と、前記セッタと前記粒状シリコンとを、溶融領域に移
送し、上部から下方に向けて前記粒状シリコンの溶融を
引き起こす熱プロフィルを形成し、粒状シリコンの深さ
の２５〜９０％が溶融し、下方の半溶融シリコンがネッ
トとして機能し、前記溶融シリコンを安定化し、前記溶
融シリコンと下部に設けられている前記セッタと剥離剤
塗布層との接触を最小化し、結晶を成長させるための核
を発生させる工程と、前記半溶融シリコンネット上の溶
融シリコンプールを、成長領域に移送し、前記半溶融シ
リコンネットから上方の前記セッタのプレーンに対しほ
ぼ垂直な方向に、柱状成長を促進する熱プロフィルを形
成し、前記溶融シリコンと成長している多結晶層とを共
存させ、不純物を前記シートの上部表面に分離し、残留
ガスを半溶融している背面へ除去する工程と、前記成長
シートを、アニール領域に移送し、前記セッタの移動方
向に沿う線形の温度勾配を形成し、冷却を低応力で容易
に行う工程と、前記多結晶シートを、剥離剤を使用し、
前記セッタから容易に取り外す工程と、前記セッタを、
次の多結晶シートの製造に再使用する工程とを有するこ
とを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シー
トの製造方法である。
めの本発明は、粒状シリコンを、セッタに被覆すること
により、該粒状シリコンを支持する工程と、前記セッタ
と前記粒状シリコンとを、予熱領域で、予熱する工程
と、前記セッタと前記粒状シリコンとを、溶融領域に移
送し、上部から下方に向けて前記粒状シリコンの溶融を
引き起こす熱プロフィルを形成し、粒状シリコンの深さ
の２５〜９０％が溶融し、下方の半溶融シリコンがネッ
トとして機能し、前記溶融シリコンを安定化し、前記溶
融シリコンと下部に設けられている前記セッタと剥離剤
塗布層との接触を最小化し、結晶を成長させるための核
を発生させる工程と、前記半溶融シリコンネット上の溶
融シリコンプールを、成長領域に移送し、前記半溶融シ
リコンネットから上方の前記セッタのプレーンに対しほ
ぼ垂直な方向に、柱状成長を促進する熱プロフィルを形
成し、前記溶融シリコンと成長している多結晶層とを共
存させ、不純物を前記シートの上部表面に分離し、残留
ガスを半溶融している背面へ除去する工程と、前記成長
シートを、アニール領域に移送し、前記セッタの移動方
向に沿う線形の温度勾配を形成し、冷却を低応力で容易
に行う工程と、前記多結晶シートを、剥離剤を使用し、
前記セッタから容易に取り外す工程と、前記セッタを、
次の多結晶シートの製造に再使用する工程とを有するこ
とを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シー
トの製造方法である。
【００２１】前記粒状物質と前記シートとに対する前記
予熱領域、前記溶融領域、前記成長領域、および前記ア
ニール領域の温度プロフィルの全てあるいは一部を、焦
点を有する光エネルギーを用いて形成することを特徴と
する太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方
法である。
予熱領域、前記溶融領域、前記成長領域、および前記ア
ニール領域の温度プロフィルの全てあるいは一部を、焦
点を有する光エネルギーを用いて形成することを特徴と
する太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方
法である。
【００２２】前記粒状シリコンに、分離成分を添加する
ことにより、前記シート層の電気固有抵抗は、０．１〜
１０ohm-cmの範囲にされていることを特徴とする太陽電
池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法である。
ことにより、前記シート層の電気固有抵抗は、０．１〜
１０ohm-cmの範囲にされていることを特徴とする太陽電
池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法である。
【００２３】前記粒状シリコンの寸法は、１００〜１０
００μｍの範囲にあり、冶金材料グレードと電子材料グ
レードの間の純度を有していることを特徴とする太陽電
池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法である。
００μｍの範囲にあり、冶金材料グレードと電子材料グ
レードの間の純度を有していることを特徴とする太陽電
池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法である。
【００２４】前記溶融領域の外縁は、熱分流器、例え
ば、セッタに埋め込んだ高い熱伝導率を有するロッドを
用い、溶融シリコンの端部の熱強度を下げることによ
り、安定化されていることを特徴とする太陽電池用柱状
粒子を有する多結晶シートの製造方法である。
ば、セッタに埋め込んだ高い熱伝導率を有するロッドを
用い、溶融シリコンの端部の熱強度を下げることによ
り、安定化されていることを特徴とする太陽電池用柱状
粒子を有する多結晶シートの製造方法である。
【００２５】前記セッタは、上部と下部の間に熱伝導経
路を提供する熱分流器を局所的に有することにより、核
生成サイトが形成され成長を開始することを特徴とする
太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法。
路を提供する熱分流器を局所的に有することにより、核
生成サイトが形成され成長を開始することを特徴とする
太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法。
【００２６】前記シートは、大粒度あるいは単結晶の粒
状シリコンが使用され、平均粒度が０．２〜１mmである
相対的に大きな柱状粒子が生成されることを特徴とする
太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法で
ある。
状シリコンが使用され、平均粒度が０．２〜１mmである
相対的に大きな柱状粒子が生成されることを特徴とする
太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法で
ある。
【００２７】前記セッタは、水晶、シリカあるいはアル
ミナもしくは両者を含んだ耐火物、グラファイト、およ
び炭化ケイ素から構成されるグループから選択されるこ
とを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シー
トの製造方法である。
ミナもしくは両者を含んだ耐火物、グラファイト、およ
び炭化ケイ素から構成されるグループから選択されるこ
とを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シー
トの製造方法である。
【００２８】前記セッタは、結晶形成と熱処理の間にシ
ートを支持する一方、前記シリコンと化学的な相互作用
を起こさず付着しない薄いベルト材と、置換されること
を特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シート
の製造方法である。
ートを支持する一方、前記シリコンと化学的な相互作用
を起こさず付着しない薄いベルト材と、置換されること
を特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シート
の製造方法である。
【００２９】前記シートは、平面性、表面の平滑性、４
０μｍより大きな少数キャリア拡散距離、該少数キャリ
ア拡散距の少なくとも２倍の最小粒度、低い残留応力、
および相対的に非活性な結晶粒界を有することを特徴と
する太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方
法である。
０μｍより大きな少数キャリア拡散距離、該少数キャリ
ア拡散距の少なくとも２倍の最小粒度、低い残留応力、
および相対的に非活性な結晶粒界を有することを特徴と
する太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方
法である。
【００３０】前記シートは、太陽電池層が追加し形成さ
れることにより、太陽電池用の基板として利用されるこ
とを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シー
トの製造方法である。
れることにより、太陽電池用の基板として利用されるこ
とを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シー
トの製造方法である。
【００３１】前記部分溶融シリコンネットおよび前記セ
ッタは、上部の溶融シリコンに濡れて該溶融シリコンを
安定化すると共に、結晶を成長させるための核を発生さ
せ、後工程において支持体として機能する、不溶融で再
使用性がない一方、熱特性は匹敵する基板と、置換され
ることを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶
シートの製造方法である。
ッタは、上部の溶融シリコンに濡れて該溶融シリコンを
安定化すると共に、結晶を成長させるための核を発生さ
せ、後工程において支持体として機能する、不溶融で再
使用性がない一方、熱特性は匹敵する基板と、置換され
ることを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶
シートの製造方法である。
【００３２】前記シートは、後で太陽電池層が追加形成
されることにより、太陽電池向けの基板として利用され
ることを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶
シートの製造方法である。
されることにより、太陽電池向けの基板として利用され
ることを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶
シートの製造方法である。
【００３３】そして、前記太陽電池用柱状粒子を有する
多結晶シートの製造方法により製造される太陽電池用柱
状粒子を有する多結晶シートである。
多結晶シートの製造方法により製造される太陽電池用柱
状粒子を有する多結晶シートである。
【００３４】また、ネットを、セッタに被覆する工程
と、粒状シリコンを、前記セッタと前記ネットとに被覆
することにより、該粒状シリコンを支持する工程と、前
記セッタと前記ネットと前記粒状シリコンとを、予熱領
域で予熱する工程と、前記セッタと前記ネットと前記粒
状シリコンとを、溶融領域に移送し、上部から下方に向
けて粒状シリコンの溶融を引き起こす熱プロフィルを形
成し、粒状シリコンの深さの２５〜９０％が溶融し、下
方の半溶融シリコンが核生成サイトとして機能し、結晶
を成長させるための核を発生し、前記ネットは、前記溶
融シリコンを安定化し、前記溶融シリコンと下部に設け
られている前記セッタとの接触を最小化し、剥離剤塗布
層として機能する工程と、前記ネット上の溶融シリコン
プールを、成長領域に移送し、前記半溶融シリコンから
上方の前記セッタのプレーンに対しほぼ垂直な方向に、
柱状成長を促進するような熱プロフィルを形成し、前記
溶融シリコンと成長している多結晶層とを共存させ、不
純物を前記シートの上部表面に分離し、残留ガスを半溶
融している背面へ除去する工程と、前記成長シートを、
アニール領域に移送し、前記セッタの移動方向に沿う線
形の温度勾配を形成し、冷却を低応力で容易に行う工程
と、前記多結晶シートを、剥離剤を使用し、前記セッタ
から容易に取り外す工程と、前記セッタを、次の多結晶
シートの製造に再使用する工程とを有することを特徴と
する太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方
法である。
と、粒状シリコンを、前記セッタと前記ネットとに被覆
することにより、該粒状シリコンを支持する工程と、前
記セッタと前記ネットと前記粒状シリコンとを、予熱領
域で予熱する工程と、前記セッタと前記ネットと前記粒
状シリコンとを、溶融領域に移送し、上部から下方に向
けて粒状シリコンの溶融を引き起こす熱プロフィルを形
成し、粒状シリコンの深さの２５〜９０％が溶融し、下
方の半溶融シリコンが核生成サイトとして機能し、結晶
を成長させるための核を発生し、前記ネットは、前記溶
融シリコンを安定化し、前記溶融シリコンと下部に設け
られている前記セッタとの接触を最小化し、剥離剤塗布
層として機能する工程と、前記ネット上の溶融シリコン
プールを、成長領域に移送し、前記半溶融シリコンから
上方の前記セッタのプレーンに対しほぼ垂直な方向に、
柱状成長を促進するような熱プロフィルを形成し、前記
溶融シリコンと成長している多結晶層とを共存させ、不
純物を前記シートの上部表面に分離し、残留ガスを半溶
融している背面へ除去する工程と、前記成長シートを、
アニール領域に移送し、前記セッタの移動方向に沿う線
形の温度勾配を形成し、冷却を低応力で容易に行う工程
と、前記多結晶シートを、剥離剤を使用し、前記セッタ
から容易に取り外す工程と、前記セッタを、次の多結晶
シートの製造に再使用する工程とを有することを特徴と
する太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方
法である。
【００３５】前記ネットは、グラファイト製であること
を特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シート
の製造方法である。
を特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シート
の製造方法である。
【００３６】前記粒状物質と前記シートに対する前記予
熱領域、前記溶融領域、前記成長領域、および前記アニ
ール領域の温度プロフィルの全てあるいは一部は、グラ
ファイトベースの加熱技術を用いて達成されていること
を特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シート
の製造方法である。
熱領域、前記溶融領域、前記成長領域、および前記アニ
ール領域の温度プロフィルの全てあるいは一部は、グラ
ファイトベースの加熱技術を用いて達成されていること
を特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シート
の製造方法である。
【００３７】前記ネットは、炭化ケイ素製であることを
特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの
製造方法である。
特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの
製造方法である。
【００３８】そして、前記太陽電池用柱状粒子を有する
多結晶シートの製造方法により製造される太陽電池用柱
状粒子を有する多結晶シートである。
多結晶シートの製造方法により製造される太陽電池用柱
状粒子を有する多結晶シートである。
【００３９】また、（ａ） 粒状シリコンを、上面に剥
離剤塗布層を有するセッタに被覆することにより、該粒
状シリコンを支持する工程と、（ｂ） 前記セッタと前
記粒状シリコンとを、予熱領域で、予熱する工程と、
（ｃ） 前記セッタと前記粒状シリコンとを、溶融領域
に移送し、上部から下方に向けて前記粒状シリコンの溶
融を引き起こす熱プロフィルを形成し、粒状シリコンの
深さの２５〜９０％が溶融し、下方の半溶融シリコンが
ネットとして機能し、前記溶融シリコンを安定化し、前
記溶融シリコンと下部に設けられている前記セッタと剥
離剤塗布層との接触を最小化し、結晶を成長させるため
の核を発生させる工程と、（ｄ） 前記半溶融シリコン
ネット上の溶融シリコンプールを、成長領域に移送し、
前記セッタのプレーンに対しほぼ垂直な方向に、柱状成
長を促進する熱プロフィルを形成し、前記溶融シリコン
と成長している多結晶層とを共存させ、全ての層は、固
化される前に溶融状態を経験する工程と、（ｅ） 前記
成長シートを、アニール領域に移送し、前記セッタの移
動方向に沿う線形の温度勾配を形成し、冷却を低応力で
容易に行う工程と、（ｆ） 前記多結晶シートを、剥離
剤を使用し、前記セッタから容易に取り外す工程と、
（ｇ） 前記セッタを、次の多結晶シートの製造に再使
用する工程とを有することを特徴とする太陽電池用柱状
粒子を有する多結晶シートの製造方法である。
離剤塗布層を有するセッタに被覆することにより、該粒
状シリコンを支持する工程と、（ｂ） 前記セッタと前
記粒状シリコンとを、予熱領域で、予熱する工程と、
（ｃ） 前記セッタと前記粒状シリコンとを、溶融領域
に移送し、上部から下方に向けて前記粒状シリコンの溶
融を引き起こす熱プロフィルを形成し、粒状シリコンの
深さの２５〜９０％が溶融し、下方の半溶融シリコンが
ネットとして機能し、前記溶融シリコンを安定化し、前
記溶融シリコンと下部に設けられている前記セッタと剥
離剤塗布層との接触を最小化し、結晶を成長させるため
の核を発生させる工程と、（ｄ） 前記半溶融シリコン
ネット上の溶融シリコンプールを、成長領域に移送し、
前記セッタのプレーンに対しほぼ垂直な方向に、柱状成
長を促進する熱プロフィルを形成し、前記溶融シリコン
と成長している多結晶層とを共存させ、全ての層は、固
化される前に溶融状態を経験する工程と、（ｅ） 前記
成長シートを、アニール領域に移送し、前記セッタの移
動方向に沿う線形の温度勾配を形成し、冷却を低応力で
容易に行う工程と、（ｆ） 前記多結晶シートを、剥離
剤を使用し、前記セッタから容易に取り外す工程と、
（ｇ） 前記セッタを、次の多結晶シートの製造に再使
用する工程とを有することを特徴とする太陽電池用柱状
粒子を有する多結晶シートの製造方法である。
【００４０】また、（ａ） ネットを、セッタに被覆す
る工程と、（ｂ） 粒状シリコンを、前記セッタと前記
ネットとに被覆することにより、該粒状シリコンを支持
する工程と、（ｃ） 前記セッタと前記ネットと前記粒
状シリコンとを、予熱領域で予熱する工程と、（ｄ）
前記セッタと前記ネットと前記粒状シリコンとを、溶融
領域で加熱し、上部から下方に向けて粒状シリコンの溶
融を引き起こす熱プロフィルを形成し、粒状シリコンの
深さの２５〜９０％が溶融し、下方の半溶融シリコンが
核生成サイトとして機能し、結晶を成長させるための核
を発生し、前記ネットは、前記溶融シリコンを安定化
し、前記溶融シリコンと下部に設けられている前記セッ
タとの接触を最小化し、剥離剤塗布層として機能する工
程と、（ｅ） 前記ネット上の溶融シリコンプールを、
成長領域に移送し、前記半溶融シリコンから上方の前記
セッタのプレーンに対しほぼ垂直な方向に、柱状成長を
促進するような熱プロフィルを形成し、前記溶融シリコ
ンと成長している多結晶層とを共存させ、全ての層は、
固化される前に溶融状態を経験する工程と、（ｆ）前記
成長シートを、アニール領域に移送し、前記セッタの移
動方向に沿う線形の温度勾配を形成し、冷却を低応力で
容易に行う工程と、（ｇ） 前記多結晶シートを、剥離
剤を使用し、前記セッタから容易に取り外す工程と、
（ｈ） 前記セッタを、次の多結晶シートの製造に再使
用する工程とを有することを特徴とする太陽電池用柱状
粒子を有する多結晶シートの製造方法である。
る工程と、（ｂ） 粒状シリコンを、前記セッタと前記
ネットとに被覆することにより、該粒状シリコンを支持
する工程と、（ｃ） 前記セッタと前記ネットと前記粒
状シリコンとを、予熱領域で予熱する工程と、（ｄ）
前記セッタと前記ネットと前記粒状シリコンとを、溶融
領域で加熱し、上部から下方に向けて粒状シリコンの溶
融を引き起こす熱プロフィルを形成し、粒状シリコンの
深さの２５〜９０％が溶融し、下方の半溶融シリコンが
核生成サイトとして機能し、結晶を成長させるための核
を発生し、前記ネットは、前記溶融シリコンを安定化
し、前記溶融シリコンと下部に設けられている前記セッ
タとの接触を最小化し、剥離剤塗布層として機能する工
程と、（ｅ） 前記ネット上の溶融シリコンプールを、
成長領域に移送し、前記半溶融シリコンから上方の前記
セッタのプレーンに対しほぼ垂直な方向に、柱状成長を
促進するような熱プロフィルを形成し、前記溶融シリコ
ンと成長している多結晶層とを共存させ、全ての層は、
固化される前に溶融状態を経験する工程と、（ｆ）前記
成長シートを、アニール領域に移送し、前記セッタの移
動方向に沿う線形の温度勾配を形成し、冷却を低応力で
容易に行う工程と、（ｇ） 前記多結晶シートを、剥離
剤を使用し、前記セッタから容易に取り外す工程と、
（ｈ） 前記セッタを、次の多結晶シートの製造に再使
用する工程とを有することを特徴とする太陽電池用柱状
粒子を有する多結晶シートの製造方法である。
【００４１】そして、前記粒状シリコンと前記シートと
に対する前記予熱領域、前記溶融領域、前記成長領域、
および前記アニール領域の温度プロフィルの全てあるい
は一部は、グラファイトベースの加熱技術を用いて達成
されていることを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有す
る多結晶シートの製造方法である。
に対する前記予熱領域、前記溶融領域、前記成長領域、
および前記アニール領域の温度プロフィルの全てあるい
は一部は、グラファイトベースの加熱技術を用いて達成
されていることを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有す
る多結晶シートの製造方法である。
【００４２】前記粒状シリコンと前記シートとに対する
前記予熱領域、前記溶融領域、前記成長領域、および前
記アニール領域の温度プロフィルの全てあるいは一部
は、グラファイトベースの加熱技術を用いて達成されて
いることを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結
晶シートの製造方法である。
前記予熱領域、前記溶融領域、前記成長領域、および前
記アニール領域の温度プロフィルの全てあるいは一部
は、グラファイトベースの加熱技術を用いて達成されて
いることを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結
晶シートの製造方法である。
【００４３】また、（ａ） 層状のグラファイト材料を
設ける工程と、（ｂ） 粒状シリコンを、前記グラファ
イト材料に被覆することにより、該粒状シリコンを支持
する工程と、（ｃ） 前記グラファイト材料と前記粒状
シリコンとを、予熱領域で予熱する工程と、（ｄ） 前
記グラファイト材料と前記粒状シリコンとを、溶融領域
で加熱し、上部から下方に向けて粒状シリコンの溶融を
引き起こす熱プロフィルを形成し、粒状シリコンの深さ
の２５〜９０％が溶融し、下方の半溶融シリコンが核生
成サイトとして機能し、結晶を成長させるための核を発
生し、前記グラファイト材料は、剥離剤塗布層として機
能する工程と、（ｅ） 前記グラファイト材料上の溶融
シリコンプールを、成長領域に移送し、前記半溶融シリ
コンから上方の前記グラファイト材料のプレーンに対し
ほぼ垂直な方向に、柱状成長を促進するような熱プロフ
ィルを形成し、前記溶融シリコンと成長している多結晶
層とを共存させ、全ての層は、固化される前に溶融状態
を経験する工程と、（ｆ）前記成長シートを、アニール
領域に移送し、前記グラファイト材料の移動方向に沿う
線形の温度勾配を形成し、冷却を低応力で容易に行う工
程と、（ｇ） 前記多結晶シートを、前記グラファイト
材料から取り外す工程と、（ｈ） 前記グラファイト材
料を、次の多結晶シートの製造に再使用する工程とを有
することを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結
晶シートの製造方法である。
設ける工程と、（ｂ） 粒状シリコンを、前記グラファ
イト材料に被覆することにより、該粒状シリコンを支持
する工程と、（ｃ） 前記グラファイト材料と前記粒状
シリコンとを、予熱領域で予熱する工程と、（ｄ） 前
記グラファイト材料と前記粒状シリコンとを、溶融領域
で加熱し、上部から下方に向けて粒状シリコンの溶融を
引き起こす熱プロフィルを形成し、粒状シリコンの深さ
の２５〜９０％が溶融し、下方の半溶融シリコンが核生
成サイトとして機能し、結晶を成長させるための核を発
生し、前記グラファイト材料は、剥離剤塗布層として機
能する工程と、（ｅ） 前記グラファイト材料上の溶融
シリコンプールを、成長領域に移送し、前記半溶融シリ
コンから上方の前記グラファイト材料のプレーンに対し
ほぼ垂直な方向に、柱状成長を促進するような熱プロフ
ィルを形成し、前記溶融シリコンと成長している多結晶
層とを共存させ、全ての層は、固化される前に溶融状態
を経験する工程と、（ｆ）前記成長シートを、アニール
領域に移送し、前記グラファイト材料の移動方向に沿う
線形の温度勾配を形成し、冷却を低応力で容易に行う工
程と、（ｇ） 前記多結晶シートを、前記グラファイト
材料から取り外す工程と、（ｈ） 前記グラファイト材
料を、次の多結晶シートの製造に再使用する工程とを有
することを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有する多結
晶シートの製造方法である。
【００４４】そして、前記予熱領域、前記溶融領域、前
記成長領域、および前記アニール領域の全てあるいは一
部は、窒素の超過圧力下にあることを特徴とする太陽電
池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法である。
記成長領域、および前記アニール領域の全てあるいは一
部は、窒素の超過圧力下にあることを特徴とする太陽電
池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法である。
【００４５】
【作用】このように構成した本発明にあっては、高い変
換効率を有する太陽電池に使用される、低い残留熱応
力、平面性、平滑性、４０μｍより大きい少数キャリア
拡散距離、該少数キャリア拡散距離の最低２倍はある最
少結晶粒度を備えた低活性結晶粒界を有する小結晶粒子
から構成される柱状結晶シート材を、プロセス制御が容
易な低コストプロセスで製造することが可能となり、該
プロセスにより製造される基板や太陽電池を提供するこ
とが可能となる。
換効率を有する太陽電池に使用される、低い残留熱応
力、平面性、平滑性、４０μｍより大きい少数キャリア
拡散距離、該少数キャリア拡散距離の最低２倍はある最
少結晶粒度を備えた低活性結晶粒界を有する小結晶粒子
から構成される柱状結晶シート材を、プロセス制御が容
易な低コストプロセスで製造することが可能となり、該
プロセスにより製造される基板や太陽電池を提供するこ
とが可能となる。
【００４６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【００４７】図１は、本発明に係る残留応力が低い柱状
結晶シート材の製造工程を示す斜視図であり、プロセス
は、左から右に進んでいる。製造されたシート材は、太
陽電池基板として使用されることになる。
結晶シート材の製造工程を示す斜視図であり、プロセス
は、左から右に進んでいる。製造されたシート材は、太
陽電池基板として使用されることになる。
【００４８】一般的には、セッタ１００は、機械的支持
材として機能し、粒状シリコン層２００が被覆され、規
定の温度プロファイルを経験する。この規定の温度プロ
ファイルは、最初に、粒状シリコン層２００の表面に溶
融領域３００を生成し、そして、溶融体と多結晶層の成
長層とが共存している成長領域４００を生成する。最終
的には、アニール層５００となり、多結晶シリコンシー
ト層６００の温度は、規定の方法により低下させられ、
熱応力の発生を軽減する。
材として機能し、粒状シリコン層２００が被覆され、規
定の温度プロファイルを経験する。この規定の温度プロ
ファイルは、最初に、粒状シリコン層２００の表面に溶
融領域３００を生成し、そして、溶融体と多結晶層の成
長層とが共存している成長領域４００を生成する。最終
的には、アニール層５００となり、多結晶シリコンシー
ト層６００の温度は、規定の方法により低下させられ、
熱応力の発生を軽減する。
【００４９】セッタ１００は、後述する要求品質に基づ
き選定される。それは、熱処理によるシート形成の間に
形状を維持し、シリコンに対し化学的な相互作用つまり
付着が無く、そして、適した熱特性を有し、要求される
シート成長とアニールを達成することである。
き選定される。それは、熱処理によるシート形成の間に
形状を維持し、シリコンに対し化学的な相互作用つまり
付着が無く、そして、適した熱特性を有し、要求される
シート成長とアニールを達成することである。
【００５０】水晶や、耐火ボード、例えば、シリカやア
ルミナのいずれか一方あるいは双方を原料とするボード
や、グラファイトや、そして、炭化ケイ素等の物質を含
む複数の材料が使用され、熱処理中に、適正な幾何形状
を維持する。
ルミナのいずれか一方あるいは双方を原料とするボード
や、グラファイトや、そして、炭化ケイ素等の物質を含
む複数の材料が使用され、熱処理中に、適正な幾何形状
を維持する。
【００５１】セッタ１００が、最後に多結晶シリコンシ
ート６００に付着しないことを確実とするため、剥離剤
塗布層１１０は設けられている。窒化ケイ素、オキシ窒
化ケイ素、シリカそしてアルミナのいずれか一方あるい
は組合わせたものが、前記剥離剤として使用される。こ
の塗布を低コストで行う方法は、まず、スラリを調整
し、裸セッタに塗装、つまり、スプレー塗装を行い、そ
の後、使用前に、酸化性雰囲気中で乾燥することであ
る。剥離剤は、シートの分離を容易にし、セッタの再利
用を可能にする。
ート６００に付着しないことを確実とするため、剥離剤
塗布層１１０は設けられている。窒化ケイ素、オキシ窒
化ケイ素、シリカそしてアルミナのいずれか一方あるい
は組合わせたものが、前記剥離剤として使用される。こ
の塗布を低コストで行う方法は、まず、スラリを調整
し、裸セッタに塗装、つまり、スプレー塗装を行い、そ
の後、使用前に、酸化性雰囲気中で乾燥することであ
る。剥離剤は、シートの分離を容易にし、セッタの再利
用を可能にする。
【００５２】プロセス設計では、セッタ１００の熱特性
は、重要な役割を果たしており、溶融プロセスや成長プ
ロセスを左右している。
は、重要な役割を果たしており、溶融プロセスや成長プ
ロセスを左右している。
【００５３】溶融領域３００では、セッタ１００の熱伝
導度は、低いことが望ましく、粒状シリコン層２００を
溶融するために使用するエネルギーの効率的な利用を確
実にする。セッタの熱特性に基づき、粒状シリコン層２
００のストリップの外縁１２０の下部に、高い熱伝導率
を有するストリップを設けることが可能である。
導度は、低いことが望ましく、粒状シリコン層２００を
溶融するために使用するエネルギーの効率的な利用を確
実にする。セッタの熱特性に基づき、粒状シリコン層２
００のストリップの外縁１２０の下部に、高い熱伝導率
を有するストリップを設けることが可能である。
【００５４】このストリップの効果は、成長シートの外
縁の境界を定めることである。セッタの熱伝導度に基づ
き、成長を開始する核形成サイトの境界を定めることを
補助することが可能である。これは、セッタに熱分流器
を局所的に設置することにより達成される。この分流器
は、セッタの上部と下部の間に、熱伝導経路を提供する
ことにより、凝固熱を除去するためのローカル経路をも
たらし、核形成が発生するサイトとなる。
縁の境界を定めることである。セッタの熱伝導度に基づ
き、成長を開始する核形成サイトの境界を定めることを
補助することが可能である。これは、セッタに熱分流器
を局所的に設置することにより達成される。この分流器
は、セッタの上部と下部の間に、熱伝導経路を提供する
ことにより、凝固熱を除去するためのローカル経路をも
たらし、核形成が発生するサイトとなる。
【００５５】好ましい実施態様では、セッタは、低密度
の１．５cm幅のシリカボードである。セッタの作製は、
剥離剤１１０を上部表面に塗布することより完了する。
これは、窒化ケイ素のコロイド水溶液を上部表面に塗布
し、酸化性雰囲気中で焼成し、非湿潤性で非粘着性のオ
キシ窒化層を形成することにより達成され、その後、粒
状シリコンの被覆が行われることになる。
の１．５cm幅のシリカボードである。セッタの作製は、
剥離剤１１０を上部表面に塗布することより完了する。
これは、窒化ケイ素のコロイド水溶液を上部表面に塗布
し、酸化性雰囲気中で焼成し、非湿潤性で非粘着性のオ
キシ窒化層を形成することにより達成され、その後、粒
状シリコンの被覆が行われることになる。
【００５６】粒状シリコン２００は、次に示す条件に基
づき選定される。その条件は、適切な粒度と純度を有
し、成長したシリコンシート６００が、０．１〜１０oh
m-cmの範囲のＰ型固有抵抗を示すための化学成分を含む
ことである。
づき選定される。その条件は、適切な粒度と純度を有
し、成長したシリコンシート６００が、０．１〜１０oh
m-cmの範囲のＰ型固有抵抗を示すための化学成分を含む
ことである。
【００５７】プロセスで使用される粒状シリコン２００
に対する適切な粒度範囲は、１００〜１０００μｍの間
である。上限値は、シリコンシートの設計厚みにより決
定される。
に対する適切な粒度範囲は、１００〜１０００μｍの間
である。上限値は、シリコンシートの設計厚みにより決
定される。
【００５８】一般的には、最大シリコン粒子の最小寸法
は、シリコンシートの目標厚みに等しいか、あるいは、
小さくなければならない。粒度分布の下限寸法は、溶融
プロセスの動力学と酸化ケイ素量を制限する必要性とに
依存している。酸化ケイ素は、シート汚染の源であり、
また、この汚染は全シリコン表面で発生している。
は、シリコンシートの目標厚みに等しいか、あるいは、
小さくなければならない。粒度分布の下限寸法は、溶融
プロセスの動力学と酸化ケイ素量を制限する必要性とに
依存している。酸化ケイ素は、シート汚染の源であり、
また、この汚染は全シリコン表面で発生している。
【００５９】シリコンシートの必要とされる純度レベル
は、シートから製造される太陽電池の効率的なオペレー
ションのための要求品質により決定される。低純度の冶
金グレードのシリコンは適切でなく、一方では、高純度
の半導体グレードのシリコンの利用は必要でない。実際
上、好ましい実施態様では、規格外の半導体グレードの
シリコンを使用し行われる。
は、シートから製造される太陽電池の効率的なオペレー
ションのための要求品質により決定される。低純度の冶
金グレードのシリコンは適切でなく、一方では、高純度
の半導体グレードのシリコンの利用は必要でない。実際
上、好ましい実施態様では、規格外の半導体グレードの
シリコンを使用し行われる。
【００６０】また、好ましい実施態様の利点は、不純物
を、シートが成長している間に、後工程の化学エッチン
グで容易に取り除けるシート表面に分離することによ
り、不純物の付加的な削減が、達成されることである。
を、シートが成長している間に、後工程の化学エッチン
グで容易に取り除けるシート表面に分離することによ
り、不純物の付加的な削減が、達成されることである。
【００６１】分離による精製メカニズムは、好ましい実
施態様、具体的には、単結晶フローティングゾーン法で
使用されているのに匹敵する、結晶成長方向に対して、
０．１cm/minより遅い場合では機能する。一方、このメ
カニズムは、結晶成長速度が、約２cm/minであるシート
引張り速度と等しい場合では、機能しない。このような
速い成長速度では、プロセス中での拡散が制限されるた
め、溶融体と固体との間で効果的な分離を引き起こすた
めの十分な時間を有することが出来ないからである。
施態様、具体的には、単結晶フローティングゾーン法で
使用されているのに匹敵する、結晶成長方向に対して、
０．１cm/minより遅い場合では機能する。一方、このメ
カニズムは、結晶成長速度が、約２cm/minであるシート
引張り速度と等しい場合では、機能しない。このような
速い成長速度では、プロセス中での拡散が制限されるた
め、溶融体と固体との間で効果的な分離を引き起こすた
めの十分な時間を有することが出来ないからである。
【００６２】シート材の電気固有抵抗を０．１〜１０oh
m-cmの範囲にするためには、粒状シリコンに、分離成分
を付加することを考慮することが必要である。典型的な
場合、シートをＰ型伝導体とするために選択される成分
は、ボロンかアルミニュームかインジウムである。
m-cmの範囲にするためには、粒状シリコンに、分離成分
を付加することを考慮することが必要である。典型的な
場合、シートをＰ型伝導体とするために選択される成分
は、ボロンかアルミニュームかインジウムである。
【００６３】好ましい実施態様では、粒状シリコンに、
粒状ケイ化ボロンを添加し機械的に混合することは、そ
の後に成長するシリコンシートが目標とするＰ型固有抵
抗を獲得するために行われる。
粒状ケイ化ボロンを添加し機械的に混合することは、そ
の後に成長するシリコンシートが目標とするＰ型固有抵
抗を獲得するために行われる。
【００６４】適切にドープされたＰ型粒状シリコン２０
０は、被覆セッタ１００上に均一に積層される。
０は、被覆セッタ１００上に均一に積層される。
【００６５】例えば、このプロセスは、ドクターブレー
ドを使用し、効果的に行うことができる。ドクターブレ
ードの端部とセッタの表面との間のピッチは、粒状シリ
コンの粒度分布における最大粒度の最小寸法の少なくと
も２倍である必要がある。最終段階のシリコンシート６
００の厚みは、粒状シリコンの粒度分布における最大粒
度の最小寸法と同じである。
ドを使用し、効果的に行うことができる。ドクターブレ
ードの端部とセッタの表面との間のピッチは、粒状シリ
コンの粒度分布における最大粒度の最小寸法の少なくと
も２倍である必要がある。最終段階のシリコンシート６
００の厚みは、粒状シリコンの粒度分布における最大粒
度の最小寸法と同じである。
【００６６】シリコン被覆セッタは、アルゴンあるいは
窒素の超過圧力下の環境チャンバ（environmental cham
ber ）に移される。
窒素の超過圧力下の環境チャンバ（environmental cham
ber ）に移される。
【００６７】好ましい実施態様では、アルゴンと水素の
混合ガスの使用により、成長プロセス中に形成される酸
化ケイ素の量を、効果的に制限する。使用される水素の
割合は、チャンバ中の水蒸気含有量により決定される。
水蒸気中の水素の割合は、酸化ケイ素形成の規模を制御
する。
混合ガスの使用により、成長プロセス中に形成される酸
化ケイ素の量を、効果的に制限する。使用される水素の
割合は、チャンバ中の水蒸気含有量により決定される。
水蒸気中の水素の割合は、酸化ケイ素形成の規模を制御
する。
【００６８】チャンバは、温度を１１００〜１４００℃
まで上昇させるために使用される予熱領域を有してお
り、存在している水素と組み合わされて、粒状シリコン
結晶に存在しているケイ素のネイテッブ酸素を削減する
効果を有する。
まで上昇させるために使用される予熱領域を有してお
り、存在している水素と組み合わされて、粒状シリコン
結晶に存在しているケイ素のネイテッブ酸素を削減する
効果を有する。
【００６９】粒状シリコン２００は、予熱した後で溶融
領域３００に移され、粒状シリコン２００の上部部分が
溶融される。
領域３００に移され、粒状シリコン２００の上部部分が
溶融される。
【００７０】好ましい実施態様では、この溶融領域の形
成とシリコン結晶層の上部部分の溶融とは、集束光ビー
ムにより行われる。セッタの移動方向に沿った集束光ビ
ームの長さは、約１cmである。粒状シリコン結晶の溶融
深さは、溶融領域３００からの入力エネルギー強度、粒
状シリコン結晶の厚み、粒状シリコン結晶を被覆したセ
ッタが溶融領域３００の通過する際の線速度、そして、
粒状シリコン２００とセッタ１００との間の熱移動の詳
細内容とに依存している。
成とシリコン結晶層の上部部分の溶融とは、集束光ビー
ムにより行われる。セッタの移動方向に沿った集束光ビ
ームの長さは、約１cmである。粒状シリコン結晶の溶融
深さは、溶融領域３００からの入力エネルギー強度、粒
状シリコン結晶の厚み、粒状シリコン結晶を被覆したセ
ッタが溶融領域３００の通過する際の線速度、そして、
粒状シリコン２００とセッタ１００との間の熱移動の詳
細内容とに依存している。
【００７１】溶融領域の外縁は、セッタ１００に設けら
れた熱分流器により、外縁のエネルギー強度を低下さる
ことにより安定化されている。この熱分流器は、外縁部
２１０の深度の溶融を抑制し、外縁部の安定化を促進す
る。粒状シリコン結晶の厚みの２５〜９０％、好ましく
は、５０〜９０％が溶融される。
れた熱分流器により、外縁のエネルギー強度を低下さる
ことにより安定化されている。この熱分流器は、外縁部
２１０の深度の溶融を抑制し、外縁部の安定化を促進す
る。粒状シリコン結晶の厚みの２５〜９０％、好ましく
は、５０〜９０％が溶融される。
【００７２】また、本発明は、層全体が溶融状態になっ
た後で凝固させシートを形成する場合でも、行うことが
可能である。粒状結晶層の底部に存在する物質は、上部
の溶融シリコン層からの浸透してきた溶融シリコンによ
り、部分的に溶融される。この部分溶融シリコン層は、
ネット２２０を形成する。
た後で凝固させシートを形成する場合でも、行うことが
可能である。粒状結晶層の底部に存在する物質は、上部
の溶融シリコン層からの浸透してきた溶融シリコンによ
り、部分的に溶融される。この部分溶融シリコン層は、
ネット２２０を形成する。
【００７３】繊維状あるいは非繊維状の構造を有するそ
の他の物質、例えば、グラファイトは、ネット２２０と
して使用可能である。また、部分的に溶融するあるいは
溶融しないその他の粒状物質、例えば、炭化珪素も、ネ
ット２２０として使用可能である。
の他の物質、例えば、グラファイトは、ネット２２０と
して使用可能である。また、部分的に溶融するあるいは
溶融しないその他の粒状物質、例えば、炭化珪素も、ネ
ット２２０として使用可能である。
【００７４】ネット２２０は、重要な４種の特徴を有し
ている。
ている。
【００７５】１番目の特徴は、上部の溶融シリコンに濡
れているため、この層は、溶融シリコン上部層の表面張
力を無効にし、溶融領域と成長領域を安定化することで
あり、平滑な表面を有する広幅シートの製造を可能にす
る。
れているため、この層は、溶融シリコン上部層の表面張
力を無効にし、溶融領域と成長領域を安定化することで
あり、平滑な表面を有する広幅シートの製造を可能にす
る。
【００７６】２番目の特徴は、この層が、その後の成長
の核となるプレーンとして機能することである。
の核となるプレーンとして機能することである。
【００７７】３番目の特徴は、この層が、支持セッタお
よび剥離剤塗布層と溶融シリコンとの接触を最小化し、
不純物による潜在的汚染を最小化することである。
よび剥離剤塗布層と溶融シリコンとの接触を最小化し、
不純物による潜在的汚染を最小化することである。
【００７８】４番目の特徴は、この層が、多数の空孔を
有するバックプレーンとして機能し、上部の活性シリコ
ン層からの不純物を本質的に取り除き、低純度の低コス
トグレードのシリコン原料を使用することを可能とする
ことである。
有するバックプレーンとして機能し、上部の活性シリコ
ン層からの不純物を本質的に取り除き、低純度の低コス
トグレードのシリコン原料を使用することを可能とする
ことである。
【００７９】ネット２２０が、例えば、グラファイトか
ら製造されている場合、粒状シリコンが被覆される前
に、グラファイトを巻出し、セッタ上に被覆することが
可能である。したがって、ネットは、粒状シリコンとセ
ッタの間に設けられる。その後溶融されるシリコンは、
核形成サイトとして機能する。ネットは、溶融体を安定
化し、溶融シリコンと下部に設けられているセッタとの
接触を最小化し、剥離剤塗布層として働くよう機能す
る。
ら製造されている場合、粒状シリコンが被覆される前
に、グラファイトを巻出し、セッタ上に被覆することが
可能である。したがって、ネットは、粒状シリコンとセ
ッタの間に設けられる。その後溶融されるシリコンは、
核形成サイトとして機能する。ネットは、溶融体を安定
化し、溶融シリコンと下部に設けられているセッタとの
接触を最小化し、剥離剤塗布層として働くよう機能す
る。
【００８０】粒状物質および製造されるシートに対す
る、予熱や溶融や成長やアニールに必要な熱プロフィル
の一部あるいは全てが、グラファイトベースの加熱装置
技術によって行うことができる。
る、予熱や溶融や成長やアニールに必要な熱プロフィル
の一部あるいは全てが、グラファイトベースの加熱装置
技術によって行うことができる。
【００８１】熱プロフィルを有する溶融領域３００を通
過した後、部分溶融シリコンネット２２０上の溶融プー
ルは、熱プロフィルを有する成長領域に移送される。
過した後、部分溶融シリコンネット２２０上の溶融プー
ルは、熱プロフィルを有する成長領域に移送される。
【００８２】この領域での成長は、シリコンネット２２
０で開始する。部分溶融シリコンネット２２０から核が
生成し成長するため、粒状シリコン２００の粒度は、成
長シート６００の柱状粒子の粒度を決定する重要なパラ
メータである。
０で開始する。部分溶融シリコンネット２２０から核が
生成し成長するため、粒状シリコン２００の粒度は、成
長シート６００の柱状粒子の粒度を決定する重要なパラ
メータである。
【００８３】好ましい実施態様では、多結晶あるいは単
結晶である粒状シリコン２００を使用し、成長シート６
００に、平均粒度が０．２〜１．０mmである比較的大き
な柱状粒子の生成を達成している。熱移動がセッタに設
けられた熱の分流領域により制御されている実施態様で
は、粒状シリコン層のサイト２１０で、優先的に成長を
開始するように出来る。
結晶である粒状シリコン２００を使用し、成長シート６
００に、平均粒度が０．２〜１．０mmである比較的大き
な柱状粒子の生成を達成している。熱移動がセッタに設
けられた熱の分流領域により制御されている実施態様で
は、粒状シリコン層のサイト２１０で、優先的に成長を
開始するように出来る。
【００８４】成長フロント方向は、セッタプレーンに対
しほとんど垂直になっている。セッタの移動方向に沿っ
た成長領域の長さは、２〜２０cmであり、溶融プールの
全長より若干短い。成長領域の長さは、凝固プロセスに
伴う熱損失速度、つまり、成長速度を制御することによ
り決定される。
しほとんど垂直になっている。セッタの移動方向に沿っ
た成長領域の長さは、２〜２０cmであり、溶融プールの
全長より若干短い。成長領域の長さは、凝固プロセスに
伴う熱損失速度、つまり、成長速度を制御することによ
り決定される。
【００８５】成長プロセスの結果として、成長した粒子
は、自然に柱状となる。典型的な場合、得られるシート
６００中の個々の粒子は、上部表面から下部まで拡がっ
ており、少なくとも高さと同じ幅を有している。４００
〜５００μｍの範囲のシート厚みは、シート引張り速度
を３０cm/minより速くすることにより、得ることが可能
である。
は、自然に柱状となる。典型的な場合、得られるシート
６００中の個々の粒子は、上部表面から下部まで拡がっ
ており、少なくとも高さと同じ幅を有している。４００
〜５００μｍの範囲のシート厚みは、シート引張り速度
を３０cm/minより速くすることにより、得ることが可能
である。
【００８６】熱プロフィルを有する成長領域４００を通
過し、シート６００は、熱プロフィルを有するアニール
領域に移送される。
過し、シート６００は、熱プロフィルを有するアニール
領域に移送される。
【００８７】この領域では、まだ、成長シートは、約１
４００℃あり、セッタの移動方向に沿い線形の温度勾配
の下にある。この線形の温度プロフィルは、成長シート
のバックリングやクラッキングを取り除き、転位の発生
を最小化する。
４００℃あり、セッタの移動方向に沿い線形の温度勾配
の下にある。この線形の温度プロフィルは、成長シート
のバックリングやクラッキングを取り除き、転位の発生
を最小化する。
【００８８】成長シートの厚みは、好ましいプロセスで
は、３５０〜１０００μｍの範囲にある。最終段階の成
長シート６００の厚みは、粒状シリコン２００をセッタ
１００に精度良く被覆することにより決定され、厚みが
メルトメニスカス（meltmeniscus）で制御されている溶
融体からの引張り技術と比較し、非常に優れたシート厚
み制御とプロセス安定性が達成される。
は、３５０〜１０００μｍの範囲にある。最終段階の成
長シート６００の厚みは、粒状シリコン２００をセッタ
１００に精度良く被覆することにより決定され、厚みが
メルトメニスカス（meltmeniscus）で制御されている溶
融体からの引張り技術と比較し、非常に優れたシート厚
み制御とプロセス安定性が達成される。
【００８９】冷却後に、シートは、セッタから取り除か
れ、ソーイングあるいはスクライビングにより、適した
寸法に切断され、太陽電池の製造に使用される。セッタ
は、次の柱状粒子の多結晶シート製造に再使用される。
れ、ソーイングあるいはスクライビングにより、適した
寸法に切断され、太陽電池の製造に使用される。セッタ
は、次の柱状粒子の多結晶シート製造に再使用される。
【００９０】前記プロセスを用い製造されたシート材の
特性は、効率の優れた太陽電池の製造に、非常に使用し
易いものである。このプロセスは、サイズや特性に素晴
らしい特徴を有する物質を作り出す。粒子は、柱状であ
り、０．１〜１mmの範囲に平均寸法を有しているけれ
ど、製造された太陽電池は、５６０mVより大な電圧を達
成でき、０．７２を越えるファクタを満たしている。
特性は、効率の優れた太陽電池の製造に、非常に使用し
易いものである。このプロセスは、サイズや特性に素晴
らしい特徴を有する物質を作り出す。粒子は、柱状であ
り、０．１〜１mmの範囲に平均寸法を有しているけれ
ど、製造された太陽電池は、５６０mVより大な電圧を達
成でき、０．７２を越えるファクタを満たしている。
【００９１】前記の小さな粒状物質の達成した数値は、
ゴーシュ（Ghosh ）が以前に予測しているように、結晶
粒界における再結合によっては制限されないことを示し
ている。 そのため従来は、柱状粒子が小さい場合、機
能しないと考えられ、効果が無いものとしで無視されて
いたが、本発明に係るシートは、柱状粒子を使用し、相
対的に良性の結晶粒界を有する物質を作り出し、効率的
で低コストの太陽電池を製造することが出来る。
ゴーシュ（Ghosh ）が以前に予測しているように、結晶
粒界における再結合によっては制限されないことを示し
ている。 そのため従来は、柱状粒子が小さい場合、機
能しないと考えられ、効果が無いものとしで無視されて
いたが、本発明に係るシートは、柱状粒子を使用し、相
対的に良性の結晶粒界を有する物質を作り出し、効率的
で低コストの太陽電池を製造することが出来る。
【００９２】また、以上述べたプロセスは、連続操作で
実行することができ、得られる長尺シートは、ラインに
組み入れたスクライブあるいはソーを使用し、適度な寸
法に切断することが出来る。溶融体や成長シート中の不
純物量は、急速に定常状態に到達し、連続操作中は増加
しない。
実行することができ、得られる長尺シートは、ラインに
組み入れたスクライブあるいはソーを使用し、適度な寸
法に切断することが出来る。溶融体や成長シート中の不
純物量は、急速に定常状態に到達し、連続操作中は増加
しない。
【００９３】前記全ての実施態様は、粒状シリコンをセ
ッタへ被覆した状態で、溶融領域に入るようにしている
ため、溶融プールから引き抜くシート技術とは異なり、
溶融シリコン補充は、問題とならない。
ッタへ被覆した状態で、溶融領域に入るようにしている
ため、溶融プールから引き抜くシート技術とは異なり、
溶融シリコン補充は、問題とならない。
【００９４】適当な寸法に切断した後、シートは、太陽
電池を生み出す残余層を上部に有しており、基板として
機能する。残余層がシリコン製の場合、太陽電池は、完
全なシリコン製となる。
電池を生み出す残余層を上部に有しており、基板として
機能する。残余層がシリコン製の場合、太陽電池は、完
全なシリコン製となる。
【００９５】以上、述べたように本発明によれば、本発
明に係るシートは、細部に渡り熱移動を制御し、多結晶
物質の成長速度を管理する柱状成長技術を使用し製造さ
れている。
明に係るシートは、細部に渡り熱移動を制御し、多結晶
物質の成長速度を管理する柱状成長技術を使用し製造さ
れている。
【００９６】該プロセスは、セッタに粒状シリコン結晶
を被覆することにより開始される。そして、セッタと粒
状シリコン結晶は、設計された熱履歴を経て、高い変換
効率を有する柱状結晶粒子から構成されるシリコンシー
ト材として形成される。このプロセスを行うために使用
される装置は、線状エネルギー源と成長技術とアニール
技術とを有している。
を被覆することにより開始される。そして、セッタと粒
状シリコン結晶は、設計された熱履歴を経て、高い変換
効率を有する柱状結晶粒子から構成されるシリコンシー
ト材として形成される。このプロセスを行うために使用
される装置は、線状エネルギー源と成長技術とアニール
技術とを有している。
【００９７】また、本発明のエネルギー源は、線状より
は幅を有するもの、例えば、グラファイトベースの赤外
線加熱等により発生されるものを適用することが可能で
ある。
は幅を有するもの、例えば、グラファイトベースの赤外
線加熱等により発生されるものを適用することが可能で
ある。
【００９８】太陽電池基板としてシートを使用する場
合、基板層として機能するシートも残余層も全シリコン
製である太陽電池の提供が可能である。
合、基板層として機能するシートも残余層も全シリコン
製である太陽電池の提供が可能である。
【００９９】低コスト太陽電池に使用するために製造さ
れる、本発明に係る柱状結晶粒子から構成されるシリコ
ンシートの必要な特性は、平面性、平滑性、４０μｍよ
り大きい少数キャリア拡散距離、該少数キャリア拡散距
離の最低２倍はある最少結晶粒度、低残留応力そして相
対的に不活性な結晶粒界を有することである。
れる、本発明に係る柱状結晶粒子から構成されるシリコ
ンシートの必要な特性は、平面性、平滑性、４０μｍよ
り大きい少数キャリア拡散距離、該少数キャリア拡散距
離の最低２倍はある最少結晶粒度、低残留応力そして相
対的に不活性な結晶粒界を有することである。
【０１００】低コスト太陽電池に使用するのに適した、
本発明に係る柱状結晶粒子から構成されるシリコンを製
造するためのプロセスに必要な特性は、低熱応力処理、
結晶核生成の制御、高い面変換効率そして容易なプロセ
ス制御性を有することである。
本発明に係る柱状結晶粒子から構成されるシリコンを製
造するためのプロセスに必要な特性は、低熱応力処理、
結晶核生成の制御、高い面変換効率そして容易なプロセ
ス制御性を有することである。
【０１０１】柱状結晶粒子から構成されるシリコンの平
面性や平滑性に対する基準は、太陽電池を連続製造する
ために要求される。拡散距離と結晶粒度に対する基準
は、バルク中または粒子表面、例えば、結晶粒界での再
結合ロスを最小化するために要求される。
面性や平滑性に対する基準は、太陽電池を連続製造する
ために要求される。拡散距離と結晶粒度に対する基準
は、バルク中または粒子表面、例えば、結晶粒界での再
結合ロスを最小化するために要求される。
【０１０２】また、相対的に不活性な結晶粒界に対する
基準は、結晶粒界の再結合を最小化するために要求され
る。低い残留応力に対する基準は、機械的破壊を最小化
することと、大きい少数キャリア拡散距離を維持するた
めに要求される。
基準は、結晶粒界の再結合を最小化するために要求され
る。低い残留応力に対する基準は、機械的破壊を最小化
することと、大きい少数キャリア拡散距離を維持するた
めに要求される。
【０１０３】柱状結晶粒子から構成されるシリコンの製
造プロセスでの低熱応力処理に対する基準は、バルクの
結晶欠陥を最小化するために要求される。結晶核生成の
制御に対する基準は、必要な粒子形態とサイズの達成に
影響を与えるために要求される。高い面変換効率と容易
なプロセス制御性に対する基準は、低コストと製造能力
を達成するために要求される。
造プロセスでの低熱応力処理に対する基準は、バルクの
結晶欠陥を最小化するために要求される。結晶核生成の
制御に対する基準は、必要な粒子形態とサイズの達成に
影響を与えるために要求される。高い面変換効率と容易
なプロセス制御性に対する基準は、低コストと製造能力
を達成するために要求される。
【０１０４】
【発明の効果】以上、述べたように本発明によれば、高
い変換効率を有する太陽電池に使用される、低い残留熱
応力、平面性、平滑性、４０μｍより大きい少数キャリ
ア拡散距離、該少数キャリア拡散距離の最低２倍はある
最少結晶粒度を備えた低活性結晶粒界を有する小結晶粒
子から構成される柱状結晶シート材を、プロセス制御が
容易な低コストプロセスで製造することが可能となり、
該プロセスにより製造される基板や太陽電池を提供する
ことが可能となる。
い変換効率を有する太陽電池に使用される、低い残留熱
応力、平面性、平滑性、４０μｍより大きい少数キャリ
ア拡散距離、該少数キャリア拡散距離の最低２倍はある
最少結晶粒度を備えた低活性結晶粒界を有する小結晶粒
子から構成される柱状結晶シート材を、プロセス制御が
容易な低コストプロセスで製造することが可能となり、
該プロセスにより製造される基板や太陽電池を提供する
ことが可能となる。
【図１】 図１は、本発明に係る残留応力が低い柱状結
晶シート材の製造工程を示す斜視図である。
晶シート材の製造工程を示す斜視図である。
１００…セッタ、 １１０…剥離剤（塗
布層）、 １２０…外縁、 ２００…粒状シリコ
ン、 ２１０…外縁部、 ２２０…ネット、 ３００…溶融領域、 ４００…成長領域、 ５００…アニール領域、 ６００…多結晶シリ
コン層。
布層）、 １２０…外縁、 ２００…粒状シリコ
ン、 ２１０…外縁部、 ２２０…ネット、 ３００…溶融領域、 ４００…成長領域、 ５００…アニール領域、 ６００…多結晶シリ
コン層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャコブ イー． ブラウン アメリカ合衆国 デラウェア州 19711 ニューアック アベリア レーン 44 (72)発明者 ジョセフ シー． チェックシ アメリカ合衆国 デラウェア州 19702 ニューアーク ティークウッド ドラ イブ １ (72)発明者 デビット エイチ． フォード アメリカ合衆国 デラウェア州 19808 ウィルミントン ワシントン アベニ ュー 210 (72)発明者 クリストファー エル． ケンダル アメリカ合衆国 デラウェア州 19808 ウィルミントン イー． ウッドミル ドライブ 5047 (72)発明者 ウィリアム ピー． ミリガン アメリカ合衆国 デラウェア州 19707 ホッケシン コールド スプリング サークル ６ (72)発明者 ジェームズ エー． ランド アメリカ合衆国 ペンシルヴェニア州 19363 オックスフォード ホッジサン ストリート 643 (72)発明者 トッド アール． ラフィンス アメリカ合衆国 デラウェア州 19702 ニューアーク ゼイマー ブルバード 324 (56)参考文献 特開 平４−298020（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−89367（ＪＰ，Ａ) ＴＨＥ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ ＲＥ ＣＯＲＤ ＯＦ ＴＨＥ 17ＴＨ ＩＥ ＥＥ ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ ＳＰ ＥＣＩＡＬＩＳＴＳ ＣＯＮＦＥＲＥＮ ＣＥ，Ｐ．1382−1383，ＮＯＲＭＡＮ ＥＴ ＡＬ．，ＳＯＬＡＲ ＧＲＡＤＥ ＳＩ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ ＢＹ ＴＨＥ ＰＯＷＤＥＲ−ＴＯ−ＲＩＢＢ ＯＮ ＰＲＯＣＥＳＳ’ ＴＨＥ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ ＲＥ ＣＯＲＤ ＯＦ ＴＨＥ 19ＴＨ ＩＥ ＥＥ ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ ＳＰ ＥＣＩＡＬＩＳＴＳ ＣＯＮＦＥＲＥＮ ＣＥ，Ｐ．1486−1487，ＨＡＲＲＩＳ ＥＴ ＡＬ．，ＴＨＥ ＰＲＯＤＵＣＴ ＩＯＮ ＯＦ ＳＩＬＩＣＯＮ ＬＡＹ ＥＲＳ ＯＮ ＧＲＡＰＨＩＴＥ ＦＯ Ｒ ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ ＵＳＥ ’
Claims (29)
- 【請求項１】 粒状シリコンを、セッタに被覆すること
により、該粒状シリコンを支持する工程と、 前記 セッタと前記粒状シリコンとを、予熱領域で、予熱
する工程と、前記 セッタと前記粒状シリコンとを、溶融領域に移送
し、上部から下方に向けて前記粒状シリコンの溶融を引
き起こす熱プロフィルを形成し、粒状シリコンの深さの
２５〜９０％が溶融し、下方の半溶融シリコンがネット
として機能し、前記溶融シリコンを安定化し、前記溶融
シリコンと下部に設けられている前記セッタと剥離剤塗
布層との接触を最小化し、結晶を成長させるための核を
発生させる工程と、 前記半溶融シリコンネット上の溶融シリコンプールを、
成長領域に移送し、前記半溶融シリコンネットから上方
の前記セッタのプレーンに対しほぼ垂直な方向に、柱状
成長を促進する熱プロフィルを形成し、前記溶融シリコ
ンと成長している多結晶層とを共存させ、不純物を前記
シートの上部表面に分離し、残留ガスを半溶融している
背面へ除去する工程と、 前記成長シートを、アニール領域に移送し、前記セッタ
の移動方向に沿う線形の温度勾配を形成し、冷却を低応
力で容易に行う工程と、 前記多結晶シートを、剥離剤を使用し、前記セッタから
容易に取り外す工程と、 前記セッタを、次の多結晶シートの製造に再使用する工
程とを有することを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有
する多結晶シートの製造方法。 - 【請求項２】 前記粒状物質と前記シートとに対する前
記予熱領域、前記溶融領域、前記成長領域、および前記
アニール領域の温度プロフィルの全てあるいは一部を、
焦点を有する光エネルギーを用いて形成することを特徴
とする請求項１に記載の太陽電池用柱状粒子を有する多
結晶シートの製造方法。 - 【請求項３】 前記粒状シリコンに、分離成分を添加す
ることにより、前記シート層の電気固有抵抗は、０．１
〜１０ohm-cmの範囲にされていることを特徴とする請求
項１に記載の太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シート
の製造方法。 - 【請求項４】 前記粒状シリコンの寸法は、１００〜１
０００μｍの範囲にあり、冶金材料グレードと電子材料
グレードの間の純度を有していることを特徴とする請求
項１に記載の太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シート
の製造方法。 - 【請求項５】 前記溶融領域の外縁は、熱分流器、例え
ば、セッタに埋め込んだ高い熱伝導率を有するロッドを
用い、溶融シリコンの端部の熱強度を下げることによ
り、安定化されていることを特徴とする請求項１に記載
の太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方
法。 - 【請求項６】 前記セッタは、上部と下部の間に熱伝導
経路を提供する熱分流器を局所的に有することにより、
成長を開始するための核生成サイトが形成されることを
特徴とする請求項１に記載の太陽電池用柱状粒子を有す
る多結晶シートの製造方法。 - 【請求項７】 前記シートは、大粒度あるいは単結晶の
粒状シリコンが使用され、平均粒度が０．２〜１mmであ
る相対的に大きな柱状粒子が生成されることを特徴とす
る請求項１に記載の太陽電池用柱状粒子を有する多結晶
シートの製造方法。 - 【請求項８】 前記セッタは、水晶、シリカあるいはア
ルミナもしくは両者を含んだ耐火物、グラファイト、お
よび炭化ケイ素から構成されるグループから選択される
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用柱状粒子
を有する多結晶シートの製造方法。 - 【請求項９】 前記セッタは、結晶 形成と熱処理の間にシートを支持する一方、前記シ
リコンと化学的な相互作用を起こさず付着しない薄いベ
ルト材と、 置換されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池
用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法。 - 【請求項１０】 前記シートは、平面性、表面の平滑
性、４０μｍより大きな少数キャリア拡散距離、該少数
キャリア拡散距の少なくとも２倍の最小粒度、低い残留
応力、および相対的に非活性な結晶粒界を有することを
特徴とする請求項１に記載の太陽電池用柱状粒子を有す
る多結晶シートの製造方法。 - 【請求項１１】 前記シートは、太陽電池層が追加し形
成されることにより、太陽電池用の基板として利用され
ることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用柱状粒
子を有する多結晶シートの製造方法。 - 【請求項１２】 請求項１に記載の太陽電池用柱状粒子
を有する多結晶シートの製造方法により製造される太陽
電池用柱状粒子を有する多結晶シート。 - 【請求項１３】 請求項１１に記載の太陽電池用柱状粒
子を有する多結晶シートの製造方法により製造される太
陽電池用柱状粒子を有する多結晶シート。 - 【請求項１４】 前記部分溶融シリコンネットおよび前
記セッタは、 上部の溶融シリコンに濡れて該溶融シリコンを安定化す
ると共に、結晶を成長させるための核を発生させ、後工
程において支持体として機能する、不溶融で再使用性が
ない一方、熱特性は匹敵する基板と、 置換されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池
用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法。 - 【請求項１５】 前記シートは、後で太陽電池層が追加
形成されることにより、太陽電池向けの基板として利用
されることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池用
柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法。 - 【請求項１６】 請求項１４に記載の太陽電池用柱状粒
子を有する多結晶シートの製造方法により製造される太
陽電池用柱状粒子を有する多結晶シート。 - 【請求項１７】 請求項１５に記載の太陽電池用柱状粒
子を有する多結晶シートの製造方法により製造される太
陽電池用柱状粒子を有する多結晶シート。 - 【請求項１８】 ネットを、セッタに被覆する工程と、 粒状シリコンを、前記セッタと前記ネットとに被覆する
ことにより、該粒状シリコンを支持する工程と、前記 セッタと前記ネットと前記粒状シリコンとを、予熱
領域で予熱する工程と、前記 セッタと前記ネットと前記粒状シリコンとを、溶融
領域に移送し、上部から下方に向けて粒状シリコンの溶
融を引き起こす熱プロフィルを形成し、粒状シリコンの
深さの２５〜９０％が溶融し、下方の半溶融シリコンが
核生成サイトとして機能し、結晶を成長させるための核
を発生し、前記ネットは、前記溶融シリコンを安定化
し、前記溶融シリコンと下部に設けられている前記セッ
タとの接触を最小化し、剥離剤塗布層として機能する工
程と、前記 ネット上の溶融シリコンプールを、成長領域に移送
し、前記半溶融シリコンから上方の前記セッタのプレー
ンに対しほぼ垂直な方向に、柱状成長を促進するような
熱プロフィルを形成し、前記溶融シリコンと成長してい
る多結晶層とを共存させ、不純物を前記シートの上部表
面に分離し、残留ガスを半溶融している背面へ除去する
工程と、 前記成長シートを、アニール領域に移送し、前記セッタ
の移動方向に沿う線形の温度勾配を形成し、冷却を低応
力で容易に行う工程と、 前記多結晶シートを、剥離剤を使用し、前記セッタから
容易に取り外す工程と、 前記セッタを、次の多結晶シートの製造に再使用する工
程とを有することを特徴とする太陽電池用柱状粒子を有
する多結晶シートの製造方法。 - 【請求項１９】 前記ネットは、グラファイト製である
ことを特徴とする請求項１８に記載の太陽電池用柱状粒
子を有する多結晶シートの製造方法。 - 【請求項２０】 前記粒状物質と前記シートに対する前
記予熱領域、前記溶融領域、前記成長領域、および前記
アニール領域の温度プロフィルの全てあるいは一部は、
グラファイトベースの加熱技術を用いて達成されている
ことを特徴とする請求項１または１８または１９に記載
の太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方
法。 - 【請求項２１】 前記ネットは、炭化ケイ素製であるこ
とを特徴とする請求項１８に記載の太陽電池用柱状粒子
を有する多結晶シートの製造方法。 - 【請求項２２】 （ａ） 粒状シリコンを、上面に剥離
剤塗布層を有するセッタに被覆することにより、該粒状
シリコンを支持する工程と、 （ｂ） 前記セッタと前記粒状シリコンとを、予熱領域
で、予熱する工程と、 （ｃ） 前記セッタと前記粒状シリコンとを、溶融領域
に移送し、上部から下 方に向けて前記粒状シリコンの溶
融を引き起こす熱プロフィルを形成し、粒状シリコンの
深さの２５〜９０％が溶融し、下方の半溶融シリコンが
ネットとして機能し、前記溶融シリコンを安定化し、前
記溶融シリコンと下部に設けられている前記セッタと剥
離剤塗布層との接触を最小化し、結晶を成長させるため
の核を発生させる工程と、 （ｄ） 前記半溶融シリコンネット上の溶融シリコンプ
ールを、成長領域に移送し、前記セッタのプレーンに対
しほぼ垂直な方向に、柱状成長を促進する熱プロフィル
を形成し、前記溶融シリコンと成長している多結晶層と
を共存させ、全ての層は、固化される前に溶融状態を経
験する工程と、 （ｅ） 前記成長シートを、アニール領域に移送し、前
記セッタの移動方向に沿う線形の温度勾配を形成し、冷
却を低応力で容易に行う工程と、 （ｆ） 前記多結晶シートを、剥離剤を使用し、前記セ
ッタから容易に取り外す工程と、 （ｇ） 前記セッタを、次の多結晶シートの製造に再使
用する工程と を有することを特徴とする太陽電池用柱状
粒子を有する多結晶シートの製造方法。 - 【請求項２３】 （ａ） ネットを、セッタに被覆する
工程と、 （ｂ） 粒状シリコンを、前記セッタと前記ネットとに
被覆することにより、該粒状シリコンを支持する工程
と、 （ｃ） 前記セッタと前記ネットと前記粒状シリコンと
を、予熱領域で予熱す る工程と、 （ｄ） 前記セッタと前記ネットと前記粒状シリコンと
を、溶融領域で加熱し、上部から下方に向けて粒状シリ
コンの溶融を引き起こす熱プロフィルを形成し、粒状シ
リコンの深さの２５〜９０％が溶融し、下方の半溶融シ
リコンが核生成サイトとして機能し、結晶を成長させる
ための核を発生し、前記ネットは、前記溶融シリコンを
安定化し、前記溶融シリコンと下部に設けられている前
記セッタとの接触を最小化し、剥離剤塗布層として機能
する工程と、 （ｅ） 前記ネット上の溶融シリコンプールを、成長領
域に移送し、前記半溶融シリコンから上方の前記セッタ
のプレーンに対しほぼ垂直な方向に、柱状成長 を促進す
るような熱プロフィルを形成し、前記溶融シリコンと成
長している多結晶層とを共存させ、全ての層は、固化さ
れる前に溶融状態を経験する工程と、 （ｆ） 前記成長シートを、アニール領域に移送し、前
記セッタの移動方向に沿う線形の温度勾配を形成し、冷
却を低応力で容易に行う工程と、 （ｇ） 前記多結晶シートを、剥離剤を使用し、前記セ
ッタから容易に取り外す工程と、 （ｈ） 前記セッタを、次の多結晶シートの製造に再使
用する工程と を有することを特徴とする太陽電池用柱状
粒子を有する多結晶シートの製造方法。 - 【請求項２４】 前記粒状シリコンと前記シートとに対
する前記予熱領域、前記溶融領域、前記成長領域、およ
び前記アニール領域の温度プロフィルの全てあるいは一
部は、グラファイトベースの加熱技術を用いて達成され
ていることを特徴とする請求項２２に記載の太陽電池用
柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法。 - 【請求項２５】 前記粒状シリコンと前記シートとに対
する前記予熱領域、前記溶融領域、前記成長領域、およ
び前記アニール領域の温度プロフィルの全てあるいは一
部は、グラファイトベースの加熱技術を用いて達成され
ていることを特徴とする請求項２３に記載の太陽電池用
柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法。 - 【請求項２６】 （ａ） 層状のグラファイト材料を設
ける工程と、 （ｂ） 粒状シリコンを、前記グラファイト材料に被覆
することにより、該粒状シリコンを支持する工程と、 （ｃ） 前記グラファイト材料と前記粒状シリコンと
を、予熱領域で予熱する工程と、 （ｄ） 前記グラファイト材料と前記粒状シリコンと
を、溶融領域で加熱し、上部から下方に向けて粒状シリ
コンの溶融を引き起こす熱プロフィルを形成し、粒状シ
リコンの深さの２５〜９０％が溶融し、下方の半溶融シ
リコンが核生成サイトとして機能し、結晶を成長させる
ための核を発生し、前記グラファイト材料は、剥離剤塗
布層として機能する工程と、 （ｅ） 前記グラファイト材料上の溶融シリコンプール
を、成長領域に移送し、前記半溶融シリコンから上方の
前記グラファイト材料のプレーンに対しほぼ垂直な方向
に、柱状成長を促進するような熱プロフィルを形成し、
前記溶融シリコンと成長している多結晶層とを共存さ
せ、全ての層は、固化される前に溶融状態を経験する工
程と、 （ｆ） 前記成長シートを、アニール領域に移送し、前
記グラファイト材料の移動方向に沿う線形の温度勾配を
形成し、冷却を低応力で容易に行う工程と、 （ｇ） 前記多結晶シートを、前記グラファイト材料か
ら取り外す工程と、 （ｈ） 前記グラファイト材料を、次の多結晶シートの
製造に再使用する工程と を有することを特徴とする太陽
電池用柱状粒子を有する多結晶シートの製造方法。 - 【請求項２７】 前記予熱領域、前記溶融領域、前記成
長領域、および前記アニール領域の全てあるいは一部
は、窒素の超過圧力下にあることを特徴とする請求項２
２に記載の太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの
製造方法。 - 【請求項２８】 前記予熱領域、前記溶融領域、前記成
長領域、および前記アニール領域の全てあるいは一部
は、窒素の超過圧力下にあることを特徴とする請求項２
３に記載の太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの
製造方法。 - 【請求項２９】 前記予熱領域、前記溶融領域、前記成
長領域、および前記アニール領域の全てあるいは一部
は、窒素の超過圧力下にあることを特徴とする請求項２
６に記載の太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートの
製造方法。
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