JP3250149B2 - シリコンインゴット鋳造用鋳型およびその製造方法 - Google Patents
シリコンインゴット鋳造用鋳型およびその製造方法Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽光発電用電
池のシリコン基板などに用いる多結晶シリコンインゴッ
トを製造するためのシリコンインゴット鋳造用鋳型に関
するものであり、このシリコンインゴット鋳造用鋳型
は、通常のシリコンインゴットを鋳造するための鋳型の
内面に微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ層を形成して
なるシリコンインゴット鋳造用鋳型、または通常のシリ
コンインゴットを鋳造するための鋳型の内面に粗大溶融
シリカ砂を含む中間シリカ層を形成し、前記中間シリカ
層の上に微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ層を形成し
てなる積層を有するシリコンインゴット鋳造用鋳型に関
するものである。
池のシリコン基板などに用いる多結晶シリコンインゴッ
トを製造するためのシリコンインゴット鋳造用鋳型に関
するものであり、このシリコンインゴット鋳造用鋳型
は、通常のシリコンインゴットを鋳造するための鋳型の
内面に微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ層を形成して
なるシリコンインゴット鋳造用鋳型、または通常のシリ
コンインゴットを鋳造するための鋳型の内面に粗大溶融
シリカ砂を含む中間シリカ層を形成し、前記中間シリカ
層の上に微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ層を形成し
てなる積層を有するシリコンインゴット鋳造用鋳型に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコンインゴット製造用鋳型と
して石英鋳型、黒鉛鋳型が使用されている。これらシリ
コンインゴット製造用鋳型の中でも石英鋳型は高純度の
シリコンインゴットを製造することができるが、高価で
あるところから、通常は黒鉛鋳型を使用することが多
い。この黒鉛鋳型には、二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）粉末、
炭化珪素（ＳｉＣ）粉末、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）粉末
または酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）粉末を４％ポリビ
ニルアルコール水溶液の混合してスラリー化したものを
離型剤として０．５ｍｍ以下の厚さに塗布して使用して
いる。
して石英鋳型、黒鉛鋳型が使用されている。これらシリ
コンインゴット製造用鋳型の中でも石英鋳型は高純度の
シリコンインゴットを製造することができるが、高価で
あるところから、通常は黒鉛鋳型を使用することが多
い。この黒鉛鋳型には、二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）粉末、
炭化珪素（ＳｉＣ）粉末、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）粉末
または酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）粉末を４％ポリビ
ニルアルコール水溶液の混合してスラリー化したものを
離型剤として０．５ｍｍ以下の厚さに塗布して使用して
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記離型剤を
塗布した黒鉛鋳型を用いてシリコンインゴットを製造し
ても、溶解シリコンが長持間にわたって前記離型剤を塗
布した黒鉛鋳型内に放置されると、黒鉛鋳型およびその
離型剤から溶解シリコンに酸素、窒素、カーボンなどの
不純物が溶け込みやすく、従って、黒鉛鋳型を用いて作
製したシリコンインゴットの純度は従来の石英鋳型を用
いて作製したシリコンインゴットの純度に比べて特段に
劣り、光電変換効率の優れたシリコン基板は得られな
い。しかし、近年のシリコン基板コスト削減に対する要
求に対処するためにも安価な黒鉛鋳型を用いても石英鋳
型とほぼ同じ程度の高純度のシリコンインゴットを製造
することが求められていた。
塗布した黒鉛鋳型を用いてシリコンインゴットを製造し
ても、溶解シリコンが長持間にわたって前記離型剤を塗
布した黒鉛鋳型内に放置されると、黒鉛鋳型およびその
離型剤から溶解シリコンに酸素、窒素、カーボンなどの
不純物が溶け込みやすく、従って、黒鉛鋳型を用いて作
製したシリコンインゴットの純度は従来の石英鋳型を用
いて作製したシリコンインゴットの純度に比べて特段に
劣り、光電変換効率の優れたシリコン基板は得られな
い。しかし、近年のシリコン基板コスト削減に対する要
求に対処するためにも安価な黒鉛鋳型を用いても石英鋳
型とほぼ同じ程度の高純度のシリコンインゴットを製造
することが求められていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
黒鉛鋳型を使用して従来の石英鋳型とほぼ同程度の高純
度のシリコンインゴットを製造すべく研究を行なった結
果、（イ）図１の断面図に示されるように、黒鉛鋳型の
内側に１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂３１
を含む内層シリカ層３を被覆した黒鉛鋳型１を使用して
作製したシリコンインゴットの純度は、石英鋳型使用し
て作製したシリコンインゴットの純度と同程度の高純度
シリコンインゴットが得られ、このシリコンインゴット
から作製したシリコン基板は石英鋳型使用して作製した
シリコンインゴットから作製したシリコン基板と同様に
光電変換効率の優れたシリコン基板は得られる、（ロ）
この図１の断面図に示される内層シリカ層３を有するシ
リコンインゴット鋳造用鋳型は、微細溶融シリカ砂３１
を含む内層シリカ層３が黒鉛鋳型の内壁から剥離しやす
いところから、図２の断面図に示されるように、シリコ
ン溶湯をシリコンインゴット鋳造用鋳型に注入し凝固さ
せる際に、シリコンインゴット２の外周が鋳型内壁面に
引っ張られることにより剥離Ｂが発生してシリコンイン
ゴット２に内部応力が残留せず、従って、従来の石英鋳
型を用いて製造したシリコンインゴットに見られるシリ
コンインゴット製造時の内部応力割れが発生することは
ない、（ハ）図３の断面図に示されるように、黒鉛鋳型
１の内側に１５〜２０メッシュの粗大溶融シリカ砂４１
を含む中間シリカ層４と、この中間シリカ層４の内側に
１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂３１を含む
内層シリカ層３とを有する積層を形成した黒鉛鋳型を使
用して作製したシリコンインゴットの純度は、石英鋳型
使用して作製したシリコンインゴットの純度と同程度の
高純度シリコンインゴットが得られ、このシリコンイン
ゴットから作製したシリコン基板は石英鋳型使用して作
製したシリコンインゴットから作製したシリコン基板と
同様に光電変換効率の優れたシリコン基板は得られる、
（ニ）この内層シリカ層３および中間シリカ層４を有す
るシリコンインゴット鋳造用鋳型は、粗大溶融シリカ砂
４１を含む中間シリカ層４が黒鉛鋳型の内壁から剥離し
やすいところから、図４の断面図に示されるように、シ
リコン溶湯をシリコンインゴット鋳造用鋳型に注入し凝
固させシリコンインゴットを製造する際に、シリコンイ
ンゴット２の外周が鋳型内壁面に引っ張られることによ
り剥離Ｂが発生してシリコンインゴット２に内部応力が
残留せず、従って、従来の石英鋳型を用いて製造するシ
リコンインゴットに見られる内部応力割れが発生するこ
とはない、（ホ）前記内層シリカ層３および中間シリカ
層４の厚さは１．０〜５．０ｍｍの範囲内にあることが
経済的に好ましい、という知見を得たのである。
黒鉛鋳型を使用して従来の石英鋳型とほぼ同程度の高純
度のシリコンインゴットを製造すべく研究を行なった結
果、（イ）図１の断面図に示されるように、黒鉛鋳型の
内側に１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂３１
を含む内層シリカ層３を被覆した黒鉛鋳型１を使用して
作製したシリコンインゴットの純度は、石英鋳型使用し
て作製したシリコンインゴットの純度と同程度の高純度
シリコンインゴットが得られ、このシリコンインゴット
から作製したシリコン基板は石英鋳型使用して作製した
シリコンインゴットから作製したシリコン基板と同様に
光電変換効率の優れたシリコン基板は得られる、（ロ）
この図１の断面図に示される内層シリカ層３を有するシ
リコンインゴット鋳造用鋳型は、微細溶融シリカ砂３１
を含む内層シリカ層３が黒鉛鋳型の内壁から剥離しやす
いところから、図２の断面図に示されるように、シリコ
ン溶湯をシリコンインゴット鋳造用鋳型に注入し凝固さ
せる際に、シリコンインゴット２の外周が鋳型内壁面に
引っ張られることにより剥離Ｂが発生してシリコンイン
ゴット２に内部応力が残留せず、従って、従来の石英鋳
型を用いて製造したシリコンインゴットに見られるシリ
コンインゴット製造時の内部応力割れが発生することは
ない、（ハ）図３の断面図に示されるように、黒鉛鋳型
１の内側に１５〜２０メッシュの粗大溶融シリカ砂４１
を含む中間シリカ層４と、この中間シリカ層４の内側に
１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂３１を含む
内層シリカ層３とを有する積層を形成した黒鉛鋳型を使
用して作製したシリコンインゴットの純度は、石英鋳型
使用して作製したシリコンインゴットの純度と同程度の
高純度シリコンインゴットが得られ、このシリコンイン
ゴットから作製したシリコン基板は石英鋳型使用して作
製したシリコンインゴットから作製したシリコン基板と
同様に光電変換効率の優れたシリコン基板は得られる、
（ニ）この内層シリカ層３および中間シリカ層４を有す
るシリコンインゴット鋳造用鋳型は、粗大溶融シリカ砂
４１を含む中間シリカ層４が黒鉛鋳型の内壁から剥離し
やすいところから、図４の断面図に示されるように、シ
リコン溶湯をシリコンインゴット鋳造用鋳型に注入し凝
固させシリコンインゴットを製造する際に、シリコンイ
ンゴット２の外周が鋳型内壁面に引っ張られることによ
り剥離Ｂが発生してシリコンインゴット２に内部応力が
残留せず、従って、従来の石英鋳型を用いて製造するシ
リコンインゴットに見られる内部応力割れが発生するこ
とはない、（ホ）前記内層シリカ層３および中間シリカ
層４の厚さは１．０〜５．０ｍｍの範囲内にあることが
経済的に好ましい、という知見を得たのである。
【０００５】この発明は、かかる知見に基づいて成され
たものであって、（１）鋳型内面に１５０〜２００メッ
シュの微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ層が形成され
ているシリコンインゴット鋳造用鋳型、（２）鋳型内面
に１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂を含む厚
さ：１．０〜５．０ｍｍの内層シリカ層が形成されてい
るシリコンインゴット鋳造用鋳型、（３）鋳型内面に１
５〜２０メッシュの粗大溶融シリカ砂を含む中間シリカ
層を形成し、さらに、前記中間シリカ層の内側に１５０
〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ
層が形成されているシリコンインゴット鋳造用鋳型、
（４）鋳型内面に１５〜２０メッシュの粗大溶融シリカ
砂を含む厚さ：１．０〜５．０ｍｍの中間シリカ層を形
成し、さらに、前記中間シリカ層の上に１５０〜２００
メッシュの微細溶融シリカ砂を含む厚さ：１．０〜５．
０ｍｍの内層シリカ層が形成されているシリコンインゴ
ット鋳造用鋳型、（５）前記鋳型は、黒鉛鋳型あるいは
シリカガラス鋳型である前記（１）、（２）、（３）ま
たは（４）記載のシリコンインゴット鋳造用鋳型。
（６）鋳型の内側に平均粒径：１〜３００μｍの溶融シ
リカ粉末とコロイダルシリカからなるスラリーを塗布ま
たは吹き付けて黒鉛鋳型の内面にスラリー層を形成した
のち、このスラリー層の表面に１５０〜２００メッシュ
の微細溶融シリカ砂を散布してスタッコ層を形成し、つ
いで焼成することにより鋳型内面に１５０〜２００メッ
シュの微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ層を形成する
前記（１）または（２）記載のシリコンインゴット鋳造
用鋳型の製造方法、（７）鋳型の内側に溶融シリカ粉末
とコロイダルシリカからなるスラリーを塗布または吹き
付けて黒鉛鋳型の内面にスラリー層を形成したのち、こ
のスラリー層の表面に１５〜２０メッシュの粗大溶融シ
リカ砂を散布してスタッコ層を形成し、このスタッコ層
の上にさらに平均粒径：１００〜１０００μｍの溶融シ
リカ粉末とコロイダルシリカからなるスラリーを塗布ま
たは吹き付けてスラリー層を形成したのち、このスラリ
ー層の表面に１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ
砂を散布してスタッコ層を形成し、ついで焼成する前記
（３）または（４）記載のシリコンインゴット鋳造用鋳
型の製造方法、（８）前記鋳型は、黒鉛鋳型あるいはシ
リカガラス鋳型である前記（６）または（７）記載のシ
リコンインゴット鋳造用鋳型の製造方法、に特徴を有す
るものである。
たものであって、（１）鋳型内面に１５０〜２００メッ
シュの微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ層が形成され
ているシリコンインゴット鋳造用鋳型、（２）鋳型内面
に１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂を含む厚
さ：１．０〜５．０ｍｍの内層シリカ層が形成されてい
るシリコンインゴット鋳造用鋳型、（３）鋳型内面に１
５〜２０メッシュの粗大溶融シリカ砂を含む中間シリカ
層を形成し、さらに、前記中間シリカ層の内側に１５０
〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ
層が形成されているシリコンインゴット鋳造用鋳型、
（４）鋳型内面に１５〜２０メッシュの粗大溶融シリカ
砂を含む厚さ：１．０〜５．０ｍｍの中間シリカ層を形
成し、さらに、前記中間シリカ層の上に１５０〜２００
メッシュの微細溶融シリカ砂を含む厚さ：１．０〜５．
０ｍｍの内層シリカ層が形成されているシリコンインゴ
ット鋳造用鋳型、（５）前記鋳型は、黒鉛鋳型あるいは
シリカガラス鋳型である前記（１）、（２）、（３）ま
たは（４）記載のシリコンインゴット鋳造用鋳型。
（６）鋳型の内側に平均粒径：１〜３００μｍの溶融シ
リカ粉末とコロイダルシリカからなるスラリーを塗布ま
たは吹き付けて黒鉛鋳型の内面にスラリー層を形成した
のち、このスラリー層の表面に１５０〜２００メッシュ
の微細溶融シリカ砂を散布してスタッコ層を形成し、つ
いで焼成することにより鋳型内面に１５０〜２００メッ
シュの微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ層を形成する
前記（１）または（２）記載のシリコンインゴット鋳造
用鋳型の製造方法、（７）鋳型の内側に溶融シリカ粉末
とコロイダルシリカからなるスラリーを塗布または吹き
付けて黒鉛鋳型の内面にスラリー層を形成したのち、こ
のスラリー層の表面に１５〜２０メッシュの粗大溶融シ
リカ砂を散布してスタッコ層を形成し、このスタッコ層
の上にさらに平均粒径：１００〜１０００μｍの溶融シ
リカ粉末とコロイダルシリカからなるスラリーを塗布ま
たは吹き付けてスラリー層を形成したのち、このスラリ
ー層の表面に１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ
砂を散布してスタッコ層を形成し、ついで焼成する前記
（３）または（４）記載のシリコンインゴット鋳造用鋳
型の製造方法、（８）前記鋳型は、黒鉛鋳型あるいはシ
リカガラス鋳型である前記（６）または（７）記載のシ
リコンインゴット鋳造用鋳型の製造方法、に特徴を有す
るものである。
【０００６】この発明のシリコンインゴット鋳造用鋳型
を構成する内層シリカ層は、黒鉛鋳型の内側に平均粒
径：１〜３００μｍの溶融シリカ粉末とコロイダルシリ
カからなるスラリーを塗布または吹き付けて黒鉛鋳型の
内側表面にスラリー層を形成し、このスラリー層の表面
に１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂を散布し
てスタッコ層を形成する操作を複数繰り返したのち、焼
成することにより成形することができる。この様に溶融
シリカ粉末とコロイダルシリカからなるスラリーの塗布
層の上に微細溶融シリカ砂を散布してスタッコ層を形成
することにより従来の離型剤塗布層よりも格段に厚い層
の内層シリカ層を形成することができる。
を構成する内層シリカ層は、黒鉛鋳型の内側に平均粒
径：１〜３００μｍの溶融シリカ粉末とコロイダルシリ
カからなるスラリーを塗布または吹き付けて黒鉛鋳型の
内側表面にスラリー層を形成し、このスラリー層の表面
に１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂を散布し
てスタッコ層を形成する操作を複数繰り返したのち、焼
成することにより成形することができる。この様に溶融
シリカ粉末とコロイダルシリカからなるスラリーの塗布
層の上に微細溶融シリカ砂を散布してスタッコ層を形成
することにより従来の離型剤塗布層よりも格段に厚い層
の内層シリカ層を形成することができる。
【０００７】この発明のスラリーに含まれる溶融シリカ
粉末を平均粒径：１〜３００μｍに限定したのは、コロ
イダルシリカと混合してスラリーとなるために必要な平
均粒径であることによるものである。また、この発明の
シリコンインゴット鋳造用鋳型の内層シリカ層に含まれ
る微細溶融シリカ砂の粒径を１５０〜２００メッシュに
限定したのは、微細溶融シリカ砂の粒径が１５０メッシ
ュよりも粗い溶融シリカ砂であると、内層シリカ層の表
面粗さが大きくなって好ましくないことによるものであ
り、一方、内層シリカ層に含まれる微細溶融シリカ砂の
粒径が２００メッシュよりも微細であると、内層シリカ
層と鋳型との間の剥離が不十分なものとなり、また十分
な厚さを保つことができなくなるので好ましくない理由
によるものである。
粉末を平均粒径：１〜３００μｍに限定したのは、コロ
イダルシリカと混合してスラリーとなるために必要な平
均粒径であることによるものである。また、この発明の
シリコンインゴット鋳造用鋳型の内層シリカ層に含まれ
る微細溶融シリカ砂の粒径を１５０〜２００メッシュに
限定したのは、微細溶融シリカ砂の粒径が１５０メッシ
ュよりも粗い溶融シリカ砂であると、内層シリカ層の表
面粗さが大きくなって好ましくないことによるものであ
り、一方、内層シリカ層に含まれる微細溶融シリカ砂の
粒径が２００メッシュよりも微細であると、内層シリカ
層と鋳型との間の剥離が不十分なものとなり、また十分
な厚さを保つことができなくなるので好ましくない理由
によるものである。
【０００８】また、この発明のシリコンインゴット鋳造
用鋳型は、黒鉛鋳型の内側に溶融シリカ粉末とコロイダ
ルシリカからなるスラリーを塗布または吹き付けて黒鉛
鋳型の内側表面にスラリー層を形成し、このスラリー層
の表面に１５〜２０メッシュの粗大溶融シリカ砂を散布
してスタッコ層を形成する操作を複数繰り返し、さらに
このスタッコ層の上に溶融シリカ粉末とコロイダルシリ
カからなるスラリーを塗布または吹き付けて黒鉛鋳型の
内側表面にスラリー層を形成し、このスラリー層の表面
に１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂を散布し
てスタッコ層を形成する操作を複数繰り返したのち焼成
すると、中間シリカ層および内層シリカ層からなる積層
が形成され、中間シリカ層は粗大溶融シリカ砂を散布す
るので厚くすることが短時間の内にでき、したがって内
層シリカ層の厚さを薄くすることができる。
用鋳型は、黒鉛鋳型の内側に溶融シリカ粉末とコロイダ
ルシリカからなるスラリーを塗布または吹き付けて黒鉛
鋳型の内側表面にスラリー層を形成し、このスラリー層
の表面に１５〜２０メッシュの粗大溶融シリカ砂を散布
してスタッコ層を形成する操作を複数繰り返し、さらに
このスタッコ層の上に溶融シリカ粉末とコロイダルシリ
カからなるスラリーを塗布または吹き付けて黒鉛鋳型の
内側表面にスラリー層を形成し、このスラリー層の表面
に１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂を散布し
てスタッコ層を形成する操作を複数繰り返したのち焼成
すると、中間シリカ層および内層シリカ層からなる積層
が形成され、中間シリカ層は粗大溶融シリカ砂を散布す
るので厚くすることが短時間の内にでき、したがって内
層シリカ層の厚さを薄くすることができる。
【０００９】スラリー層の表面に散布する粗大溶融シリ
カ砂は粒径が大きいほど簡単に厚い高強度の中間シリカ
層を成形することができるが、シリコンインゴット鋳造
用鋳型の中間シリカ層に含まれる粗大溶融シリカ砂の粒
径が１５メッシュよりも粗い溶融シリカ砂であると、中
間シリカ層の表面が粗くなり過ぎ、その粗さが内層シリ
カ層の平滑性に影響を及ぼすので好ましくなく、一方、
中間シリカ層に含まれる粗大溶融シリカ砂の粒径が２０
メッシュよりも細かくなると、高強度でかつ厚さの大き
い中間シリカ層を簡単に形成することができなくなるの
で好ましくない理由によるものである。
カ砂は粒径が大きいほど簡単に厚い高強度の中間シリカ
層を成形することができるが、シリコンインゴット鋳造
用鋳型の中間シリカ層に含まれる粗大溶融シリカ砂の粒
径が１５メッシュよりも粗い溶融シリカ砂であると、中
間シリカ層の表面が粗くなり過ぎ、その粗さが内層シリ
カ層の平滑性に影響を及ぼすので好ましくなく、一方、
中間シリカ層に含まれる粗大溶融シリカ砂の粒径が２０
メッシュよりも細かくなると、高強度でかつ厚さの大き
い中間シリカ層を簡単に形成することができなくなるの
で好ましくない理由によるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】実施例１ 内径：１７０ｍｍ、外径：１９０ｍｍ、深さ：１５０ｍ
ｍの寸法を有する黒鉛鋳型をを用意した。さらに平均粒
径：１０μｍ以下の超微細溶融シリカ粉末：３０容量
％、残部：水からなるバインダー（以下、コロイダルシ
リカという）を用意し、このコロイダルシリカ１００部
に対して平均粒径：４０μｍの溶融シリカ粉末２００部
の割合で混合してスラリーを作製した。得られたスラリ
ーを前記黒鉛鋳型の内面に塗布してスラリー層を形成
し、このスラリー層の表面に１８０メッシュの微細溶融
シリカ砂を散布してスタッコ層を形成を形成し、この操
作を３回繰り返し、ついで不活性ガス雰囲気中、温度：
８００℃で２時間加熱保持して焼成することにより黒鉛
鋳型の内面に合計厚さ：２ｍｍの内層シリカ層を形成し
本発明シリコンインゴット鋳造用鋳型（以下、本発明鋳
型という）１を製造した。
ｍの寸法を有する黒鉛鋳型をを用意した。さらに平均粒
径：１０μｍ以下の超微細溶融シリカ粉末：３０容量
％、残部：水からなるバインダー（以下、コロイダルシ
リカという）を用意し、このコロイダルシリカ１００部
に対して平均粒径：４０μｍの溶融シリカ粉末２００部
の割合で混合してスラリーを作製した。得られたスラリ
ーを前記黒鉛鋳型の内面に塗布してスラリー層を形成
し、このスラリー層の表面に１８０メッシュの微細溶融
シリカ砂を散布してスタッコ層を形成を形成し、この操
作を３回繰り返し、ついで不活性ガス雰囲気中、温度：
８００℃で２時間加熱保持して焼成することにより黒鉛
鋳型の内面に合計厚さ：２ｍｍの内層シリカ層を形成し
本発明シリコンインゴット鋳造用鋳型（以下、本発明鋳
型という）１を製造した。
【００１１】この本発明鋳型１に、温度：１５００℃に
保持されたシリコン溶湯を注入し、０．５℃／ｓｅｃ．
の冷却速度で冷却し、多結晶シリコンインゴットを製造
した。得られた多結晶シリコンインゴットの表面を検査
することにより内部応力割れの有無を観察し、その結果
を表１に示し、さらに得られた多結晶シリコンインゴッ
トをスライスして光発電用シリコン基板を作製し、その
光電変換効率を測定してその結果を表１に示した。
保持されたシリコン溶湯を注入し、０．５℃／ｓｅｃ．
の冷却速度で冷却し、多結晶シリコンインゴットを製造
した。得られた多結晶シリコンインゴットの表面を検査
することにより内部応力割れの有無を観察し、その結果
を表１に示し、さらに得られた多結晶シリコンインゴッ
トをスライスして光発電用シリコン基板を作製し、その
光電変換効率を測定してその結果を表１に示した。
【００１２】実施例２ 実施例１で用意した黒鉛鋳型およびスラリーを使用し、
スラリーを前記黒鉛鋳型の内面に塗布してスラリー層を
形成し、このスラリー層の表面に１８メッシュの粗大溶
融シリカ砂を散布し、この操作を２回繰り返すことによ
りスタッコ層を形成し、このスタッコ層の表面にさらに
実施例１で用意したスラリーを塗布してスラリー層を形
成し、このスラリー層の表面に１８０メッシュの微細溶
融シリカ砂を散布し、この操作を２回繰り返すことによ
りスタッコ層を形成し、粗大溶融シリカ砂および微細溶
融シリカ砂を含むスタッコ層を形成した。このスタッコ
層を形成した黒鉛鋳型を不活性ガス雰囲気中、温度：８
００℃で８時間加熱保持して焼成し、黒鉛鋳型の内面に
合計厚さ：３ｍｍの内層シリカ層および中間シリカ層か
らなる積層を形成することにより本発明鋳型２を製造し
た。
スラリーを前記黒鉛鋳型の内面に塗布してスラリー層を
形成し、このスラリー層の表面に１８メッシュの粗大溶
融シリカ砂を散布し、この操作を２回繰り返すことによ
りスタッコ層を形成し、このスタッコ層の表面にさらに
実施例１で用意したスラリーを塗布してスラリー層を形
成し、このスラリー層の表面に１８０メッシュの微細溶
融シリカ砂を散布し、この操作を２回繰り返すことによ
りスタッコ層を形成し、粗大溶融シリカ砂および微細溶
融シリカ砂を含むスタッコ層を形成した。このスタッコ
層を形成した黒鉛鋳型を不活性ガス雰囲気中、温度：８
００℃で８時間加熱保持して焼成し、黒鉛鋳型の内面に
合計厚さ：３ｍｍの内層シリカ層および中間シリカ層か
らなる積層を形成することにより本発明鋳型２を製造し
た。
【００１３】この本発明鋳型２に、温度：１５００℃に
保持されたシリコン溶湯を注入し、０．６℃／ｓｅｃ．
の冷却速度で冷却し、多結晶シリコンインゴットを製造
した。得られた多結晶シリコンインゴットの表面を検査
することにより内部応力割れの有無を観察し、その結果
を表１に示し、さらに得られた多結晶シリコンインゴッ
トをスライスして光発電用シリコン基板を作製し、その
光電変換効率を測定してその結果を表１に示した。
保持されたシリコン溶湯を注入し、０．６℃／ｓｅｃ．
の冷却速度で冷却し、多結晶シリコンインゴットを製造
した。得られた多結晶シリコンインゴットの表面を検査
することにより内部応力割れの有無を観察し、その結果
を表１に示し、さらに得られた多結晶シリコンインゴッ
トをスライスして光発電用シリコン基板を作製し、その
光電変換効率を測定してその結果を表１に示した。
【００１４】従来例１ 比較のために、実施例１で用意した黒鉛鋳型を従来黒鉛
鋳型として使用し、この従来黒鉛鋳型に、実施例１で用
意した温度：１５００℃に保持されたシリコン溶湯を注
入し、０．６℃／ｓｅｃ．の冷却速度で冷却し、従来黒
鉛鋳型から取り出すことにより多結晶シリコンインゴッ
トを製造した。得られた多結晶シリコンインゴットの表
面を検査することにより内部応力割れの有無を観察し、
その結果を表１に示し、さらに得られた多結晶シリコン
インゴットをスライスして光発電用シリコン基板を作製
し、その光電変換効率を測定してその結果を表１に示し
た。
鋳型として使用し、この従来黒鉛鋳型に、実施例１で用
意した温度：１５００℃に保持されたシリコン溶湯を注
入し、０．６℃／ｓｅｃ．の冷却速度で冷却し、従来黒
鉛鋳型から取り出すことにより多結晶シリコンインゴッ
トを製造した。得られた多結晶シリコンインゴットの表
面を検査することにより内部応力割れの有無を観察し、
その結果を表１に示し、さらに得られた多結晶シリコン
インゴットをスライスして光発電用シリコン基板を作製
し、その光電変換効率を測定してその結果を表１に示し
た。
【００１５】従来例２ さらに比較のために、内径：２４０ｍｍ、外径：２５０
ｍｍ、深さ：１５０ｍｍの寸法を有する従来石英鋳型を
用意し、これに実施例１で用意した温度：１５００℃に
保持されたシリコン溶湯を注入し、０．６℃／ｓｅｃ．
の冷却速度で冷却し、従来石英鋳型から取り出すことに
より多結晶シリコンインゴットを製造した。得られた多
結晶シリコンインゴットの表面を検査することにより内
部応力割れの有無を観察し、その結果を表１に示し、さ
らに得られた多結晶シリコンインゴットをスライスして
光発電用シリコン基板を作製してその光電変換効率を測
定し、その結果を表１に示した。
ｍｍ、深さ：１５０ｍｍの寸法を有する従来石英鋳型を
用意し、これに実施例１で用意した温度：１５００℃に
保持されたシリコン溶湯を注入し、０．６℃／ｓｅｃ．
の冷却速度で冷却し、従来石英鋳型から取り出すことに
より多結晶シリコンインゴットを製造した。得られた多
結晶シリコンインゴットの表面を検査することにより内
部応力割れの有無を観察し、その結果を表１に示し、さ
らに得られた多結晶シリコンインゴットをスライスして
光発電用シリコン基板を作製してその光電変換効率を測
定し、その結果を表１に示した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【発明の効果】表１に示される結果から、本発明鋳型１
および２を用いて製造した多結晶シリコンインゴット
は、従来黒鉛鋳型を用いて製造した多結晶シリコンイン
ゴットに比べて、光電変換効率の優れた多結晶シリコン
インゴットが得られることが分かる。さらに本発明鋳型
１および２を用いて製造した多結晶シリコンインゴット
は、従来石英鋳型を用いて製造した多結晶シリコンイン
ゴットと比べて光電変換効率がほぼ同じであるが、従来
石英鋳型を用いて製造した多結晶シリコンインゴットの
ように内部応力割れの発生がないところから、多結晶シ
リコンインゴットを歩留まり良く製造できることが分か
る。
および２を用いて製造した多結晶シリコンインゴット
は、従来黒鉛鋳型を用いて製造した多結晶シリコンイン
ゴットに比べて、光電変換効率の優れた多結晶シリコン
インゴットが得られることが分かる。さらに本発明鋳型
１および２を用いて製造した多結晶シリコンインゴット
は、従来石英鋳型を用いて製造した多結晶シリコンイン
ゴットと比べて光電変換効率がほぼ同じであるが、従来
石英鋳型を用いて製造した多結晶シリコンインゴットの
ように内部応力割れの発生がないところから、多結晶シ
リコンインゴットを歩留まり良く製造できることが分か
る。
【００１８】上述のように、この発明の１５０〜２００
メッシュの微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ層を形成
したシリコンインゴット鋳造用鋳型、または１５０〜２
００メッシュの微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ層お
よび１５〜２０メッシュの粗大溶融シリカ砂を含む中間
シリカ層からなる積層を有するシリコンインゴット鋳造
用鋳型は、内部応力割れが発生することなく光電変換効
率の良い多結晶シリコンインゴットを歩留まり良く製造
することができるので、太陽光発電用電池シリコン基板
の大量生産とコストダウンに優れた効果を有するもので
ある。
メッシュの微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ層を形成
したシリコンインゴット鋳造用鋳型、または１５０〜２
００メッシュの微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ層お
よび１５〜２０メッシュの粗大溶融シリカ砂を含む中間
シリカ層からなる積層を有するシリコンインゴット鋳造
用鋳型は、内部応力割れが発生することなく光電変換効
率の良い多結晶シリコンインゴットを歩留まり良く製造
することができるので、太陽光発電用電池シリコン基板
の大量生産とコストダウンに優れた効果を有するもので
ある。
【図１】この発明のシリコンインゴット鋳造用鋳型の断
面説明図である。
面説明図である。
【図２】この発明のシリコンインゴット鋳造用鋳型にシ
リコン溶湯を注入し凝固させた状態を示す断面説明図で
ある。
リコン溶湯を注入し凝固させた状態を示す断面説明図で
ある。
【図３】この発明のシリコンインゴット鋳造用鋳型の断
面説明図である。
面説明図である。
【図４】この発明のシリコンインゴット鋳造用鋳型にシ
リコン溶湯を注入し凝固させた状態を示す断面説明図で
ある。
リコン溶湯を注入し凝固させた状態を示す断面説明図で
ある。
１ 黒鉛鋳型 ２ シリコンインゴット ３ 内層シリカ層 ４ 中間シリカ層 ３１ 微細溶融シリカ砂 ４１ 粗大溶融シリカ砂 Ｂ 剥離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−316489（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−206419（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−108515（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−217417（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−169184（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−62330（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭48−24612（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22C 1/00 - 3/00 C01B 33/00 - 33/193 C30B 1/00 - 35/00 H01L 31/04 - 31/06
Claims (8)
- 【請求項１】 鋳型内面に１５０〜２００メッシュの微
細溶融シリカ砂を含む内層シリカ層が形成されているこ
とを特徴とするシリコンインゴット鋳造用鋳型。 - 【請求項２】 鋳型内面に１５０〜２００メッシュの微
細溶融シリカ砂を含む厚さ：１．０〜５．０ｍｍの内層
シリカ層が形成されていることを特徴とするシリコンイ
ンゴット鋳造用鋳型。 - 【請求項３】 鋳型内面に１５〜２０メッシュの粗大溶
融シリカ砂を含む中間シリカ層を形成し、さらに、前記
中間シリカ層の内側に１５０〜２００メッシュの微細溶
融シリカ砂を含む内層シリカ層が形成されていることを
特徴とするシリコンインゴット鋳造用鋳型。 - 【請求項４】 鋳型内面に１５〜２０メッシュの粗大溶
融シリカ砂を含む厚さ：１．０〜５．０ｍｍの中間シリ
カ層を形成し、さらに、前記中間シリカ層の上に１５０
〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂を含む厚さ：１．
０〜５．０ｍｍの内層シリカ層が形成されていることを
特徴とするシリコンインゴット鋳造用鋳型。 - 【請求項５】 前記鋳型は、黒鉛鋳型あるいはシリカガ
ラス鋳型であることを特徴とする請求項１、２、３また
は４記載のシリコンインゴット鋳造用鋳型。 - 【請求項６】 鋳型の内側に平均粒径：１〜３００μｍ
の溶融シリカ粉末とコロイダルシリカからなるスラリー
を塗布または吹き付けて鋳型の内面にスラリー層を形成
したのち、このスラリー層の表面に１５０〜２００メッ
シュの微細溶融シリカ砂を散布してスタッコ層を形成
し、ついで焼成することにより鋳型内面に１５０〜２０
０メッシュの微細溶融シリカ砂を含む内層シリカ層を形
成することを特徴とする請求項１または２記載のシリコ
ンインゴット鋳造用鋳型の製造方法。 - 【請求項７】 鋳型の内側に平均粒径：１〜３００μｍ
の溶融シリカ粉末とコロイダルシリカからなるスラリー
を塗布または吹き付けて鋳型の内面にスラリー層を形成
したのち、このスラリー層の表面に１５〜２０メッシュ
の粗大溶融シリカ砂を散布してスタッコ層を形成し、 この中間スタッコ層の上にさらに平均粒径：１〜３００
μｍの溶融シリカ粉末とコロイダルシリカからなるスラ
リーを塗布または吹き付けてスラリー層を形成したの
ち、このスラリー層の表面に１５０〜２００メッシュの
微細溶融シリカ砂を散布してスタッコ層を形成し、つい
で焼成することを特徴とする請求項３または４記載のシ
リコンインゴット鋳造用鋳型の製造方法。 - 【請求項８】 前記鋳型は、黒鉛鋳型あるいはシリカガ
ラス鋳型であることを特徴とする請求項６または７記載
のシリコンインゴット鋳造用鋳型の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04744998A JP3250149B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | シリコンインゴット鋳造用鋳型およびその製造方法 |
| EP99103701A EP0949358B1 (en) | 1998-02-26 | 1999-02-25 | Mold for producing silicon ingot and method for fabricating the same |
| DE69912668T DE69912668T2 (de) | 1998-02-26 | 1999-02-25 | Kokille und Verfahren zur Herstellung von Siliziumstäben |
| US09/258,821 US6334603B1 (en) | 1998-02-26 | 1999-02-26 | Mold for producing silicon ingot and method for fabricating the same |
| US09/935,549 US6732992B2 (en) | 1998-02-26 | 2001-08-24 | Mold for producing silicon ingot and method for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04744998A JP3250149B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | シリコンインゴット鋳造用鋳型およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11244988A JPH11244988A (ja) | 1999-09-14 |
| JP3250149B2 true JP3250149B2 (ja) | 2002-01-28 |
Family
ID=12775474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04744998A Expired - Lifetime JP3250149B2 (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-27 | シリコンインゴット鋳造用鋳型およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3250149B2 (ja) |
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| JP4963893B2 (ja) * | 2005-08-09 | 2012-06-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 高純度シリコン溶解鋳造用るつぼ |
| KR101074304B1 (ko) | 2006-08-31 | 2011-10-17 | 미쓰비시마테리알덴시카세이가부시키가이샤 | 금속 실리콘과 그 제조 방법 |
| JP2009113075A (ja) * | 2007-11-06 | 2009-05-28 | Mitsubishi Materials Corp | 鋳造方法、鋳型ユニット及び鋳造装置 |
| EP2543751A3 (en) * | 2009-07-16 | 2013-06-26 | MEMC Singapore Pte. Ltd. | Coated crucibles and methods for preparing and use thereof |
| US20130015318A1 (en) * | 2010-03-31 | 2013-01-17 | Mitsubishi Materials Electronic Chemicals Co., Ltd. | Layered crucible for casting silicon ingot and method of producing same |
| KR20130133820A (ko) * | 2010-12-28 | 2013-12-09 | 우베 고산 가부시키가이샤 | 다결정 실리콘 잉곳 주조용 주형 및 그 제조 방법, 그리고 다결정 실리콘 잉곳 주조용 주형의 이형재용 질화규소 분말 및 그것을 함유한 슬러리 |
| JP5793034B2 (ja) * | 2011-09-08 | 2015-10-14 | 三菱マテリアル電子化成株式会社 | シリコンインゴット鋳造用積層ルツボ及びその製造方法 |
| JP6014336B2 (ja) * | 2012-02-28 | 2016-10-25 | シャープ株式会社 | シリコン鋳造用鋳型、シリコン鋳造方法、シリコン材料の製造方法および太陽電池の製造方法 |
| GB2550415A (en) * | 2016-05-18 | 2017-11-22 | Rec Solar Pte Ltd | Silicon ingot growth crucible with patterned protrusion structured layer |
-
1998
- 1998-02-27 JP JP04744998A patent/JP3250149B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11244988A (ja) | 1999-09-14 |
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