JP3656821B2 - 多結晶シリコンシートの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池等に用いられるシリコンウエハの材料となる多結晶シリコンシートの製造装置および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池等に用いられる多結晶シリコンウエハの製造方法は、例えば、不活性雰囲気中でリンあるいはボロン等のドーパントを添加した高純度シリコン材料をルツボ中で加熱溶融し、このシリコン溶融液（以下、「溶融液」と略称する）を鋳型に流し込み、それを徐冷することで多結晶インゴットを得る。次いで、このインゴットをワイヤーソーや内周刃法などによりスライスして所望のウエハを得る（特開平６−６４９１３号公報）。この方法では、スライス工程が必要となるため、ワイヤーや内周刃の厚み分だけスライス損失が生じる。そのため、ウエハの歩留まりが低下し、結果としてウエハを低価格で提供することが困難となる。
【０００３】
一方、インゴットのスライス工程を不要とするシリコンシートの製造方法が開示されている（特開平７−２５６６２４号公報）。この方法では、水平加熱鋳型に溶融シリコンを供給し、カーボン製のプレートを水平方向に移動させ、次いで、このプレートを溶融液に直接接触させ、プレートが溶融液に固着したところで、ローラーを用いて横に引き出し、冷却装置のガス吹き出し部からの冷却により、シリコン板を連続的に得る。この方法では、厚み制御板によってシリコンシートの厚みを制御するので、太陽電池等に使用される４００μｍ以下のシリコンシートの厚みの制御は困難である。
【０００４】
他方、特開平１０−２９８９５号公報では、ルツボ内でシリコン塊をヒーターにて溶融させたシリコンの加熱溶融部と、溶融液面に対して平行な回転軸を持ち、耐熱材で構成された回転冷却体を有し、回転冷却体を液化窒素ガス等にて冷却しながら、溶融液に接触させることで、その表面に結晶を成長させ、その後、冷却部から剥離することにより多結晶シリコンシートを得る多結晶シリコンシートの製造装置及び製造方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平１０−２９８９５号公報に開示された多結晶シリコンシートの製造装置及び製造方法によれば、製造される多結晶シリコンシートの結晶の成長形態は、結晶粒が柱状であるが、結晶粒の大きさが、精密に制御されたものではないため、太陽電池用多結晶シリコンシートの高品質を維持するには、溶融液の温度分布や回転冷却体の回転速度等の制御に細心の注意を払う必要があった。これらの微妙な制御条件が変動すると、冷却体表面での結晶の成長形態は、樹枝状の細い結晶からなるデンドライト構造となり、太陽電池に用いるには適さなくなる。
【０００６】
また、前記の特開平１０−２９８９５号公報の請求項３には、回転冷却体を窒化硼素等のセラミックス膜で被膜し、この回転冷却体を溶融液に接触させることにより、その表面に多結晶シリコンシートを形成させる多結晶シリコンシートの製造装置が開示されている。しかし、この装置では、回転冷却体表面の全体がセラミックス膜で被覆されているため、回転冷却体表面全体が結晶成長核となり、回転冷却体表面から多結晶シリコンシートを連続して引き出す際に必要となる、回転冷却体表面からの多結晶シリコンシートの剥離性が十分に得られないという問題があった。
【０００７】
この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、良好な結晶の成長形態を得ることができ、かつ冷却体表面から多結晶シリコンシートを容易に剥離できる多結晶シリコンシートの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、ルツボと、ルツボに供給されたシリコン原料を加熱する加熱部と、加熱により溶融した原料の溶融液を冷却体の表面に接触させてシリコンの結晶を成長させた多結晶シリコンシートを得る冷却部とからなり、冷却体の表面が、シリコンの結晶開始点となって結晶成長したシートを付着させるシート付着部と、前記シートを容易に剥離できる表面を有するシート剥離部とからなる多結晶シリコンシート製造装置が提供される。
【０００９】
すなわち、冷却体表面に形成されたシート付着部が結晶開始点となって結晶を成長させ、多結晶シリコンシートを付着させるとともに、冷却体表面の残余部分に前記シートの付着が弱いか、または前記シートが実質的に付着しないシート剥離部を設けることにより、結晶の成長によって生じる前記シートの付着性と剥離容易性とを両立させることができる。
換言すれば、前記シートへの付着力が弱く、それ自体では実質的なシート付着部材と成り得ないシート剥離部と、前記シートへの付着力が強く、シート剥離部のシートへの付着力を補い得る、あるいはシートの付着力を一手に担うシート付着部とを適切な関係で配設することにより、シート付着部を結晶開始点とする所望の結晶形態を有する前記シートを得ることができるとともに、従来のような剥離剤を用いなくても前記シートの剥離が容易になる。
シート付着部とシート剥離部の多結晶シリコンシートに対する付着力の差は、両者の形状および／または材質に基づくものであり、原料の溶融液を冷却体表面に接触させてシリコンの結晶を成長させる際の溶融液温度、冷却体表面温度あるいは接触時間等の条件を制御することにより、前記シートの付着と剥離容易性とを両立させるのに最適な付着力の差を生じさせることができる。
本発明の多結晶シリコンシートの製造装置により製造される多結晶シリコンシートの結晶の成長形態は、シート付着部を結晶開始点として、ここを頂点とする柱状の結晶となり、太陽電池等に用いるのに適した多結晶シリコンシートを得ることができる。
さらに、多結晶シリコンシートを、剥離剤を用いることなく、容易に冷却体表面から剥離できるので、連続的に多結晶シリコンシートを製造することが可能となる。
【００１０】
この発明におけるシート剥離部は、単独では多結晶シリコンシートに対する付着力が比較的弱いもので構成され、材料としては耐熱性およびシリコンの結晶化を妨げない点からカーボンが好ましい。
この発明におけるシート付着部は、上記したように、形状および／または材質がシート剥離部と異なる。形状においては、シート付着部が、冷却体表面に規則的にあるいはランダムに配列されたドットを有する形態が挙げられる。このようなドットとしては、結晶開始点となってドットの表面に結晶を成長させるよう小面積を有する平面または曲面からなる頭部あるいは側部を備えた円柱または角柱からなる複数のスタッドが例示される。
ドット状に配設されたスタッドの頭部あるいは側部が結晶開始点となって、形成された多結晶シリコンシートを付着させる。
シート付着部は、冷却体の表面の０．１〜２５％を占める表面積を有するのが好ましく、より好ましくは１〜１０％である。なお、上記のスタッドの側部の表面積は、スタッドの頭部の表面積に比べて無視できる程度に小さいので、上記表面積は、冷却体表面に平行する面から投影された場合の投影面積と言い得る。シート付着部の表面が０．１％未満であれば、多結晶シリコンシートの付着力が不充分となり、２５％を超えると、多結晶シリコンシートをシート付着部から剥離させる際に多結晶シリコンシートの損傷を招くおそれがある。
【００１１】
シート付着部を構成する前記ドットは、これを円柱とした場合には、直径１〜５００μｍ、高さ４〜１００μｍのものが例示される。
このドットの材質は、シリコンの溶融温度を上まわる耐熱性を有し、かつ冷却体表面においてドットの形成が容易なものであれば特に限定されないが、冷却体表面として一般に使用されているカーボンに対する形成が容易である点から、セラミックスが好ましい。セラミックスの材質としては炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素のいずれかを含むものが挙げられる。
本発明においては、シート付着部が、冷却体表面にセラミックスをドット状に配設してなるものが好ましい。これは、セラミックスがシリコンの結晶を成長させるのに適した結晶開始点となるものと考えられる。
冷却部は、その一部の平面に冷却体表面を有するか、回転円筒の周面に冷却体表面を有しており、後者の回転円筒であれば、多結晶シリコンシートを連続的に製造することができる。
さらに、冷却体が、平坦な表面を有する複数の冷却体片をキャタピラ状に連結し、かつ前記冷却体片の１個乃至５０個が前記溶融液に順次接触するよう前記キャタピラをルツボの上下方向に回転させてなる構成が挙げられる。このような構成では、多結晶シリコンシートを連続的に製造することができ、大量生産にさらに適した装置となる。このような冷却部を有する多結晶シリコンシート製造装置では、回転するキャタピラの冷却体表面に対向して配設された多孔面を先端側に有する少なくとも１つの吸引用ケースと、シートが付着した冷却体表面が吸引用ケースに対向したとき、吸引用ケース内を基端側から負圧吸引して前記多孔面に多結晶シリコンシートを吸着させる真空ポンプとからなるシート剥離機構部を設けることにより、さらに効率の高い大量生産を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図７を参照して、本発明の多結晶シリコンシートの製造装置及び製造方法の実施の形態を説明するが、この実施の形態によって本発明は限定されない。
【００１３】
実施の形態１
図１に、本発明の多結晶シリコンシートの製造装置の基本的な構造を示す。図１において、多結晶シリコンシート製造装置１０は、チャンバ７と、チャンバ７内の略中央に設置され、原料となるシリコン塊を収容するルツボ１と、冷媒２を導入するステンレス製の配管路３と、配管路３が内設され、ルツボ１の上方に設置された冷却部４と、加熱部としてのヒータ５とからなる。
【００１４】
チャンバ７は、ヘリウム、窒素、アルゴンなどの不活性ガス供給源及び真空ポンプ（ともに図示せず）に接続されている。ルツボ１は、カーボン製のルツボであり、ヒータ５がルツボ１の外周囲に沿って配設されている。ヒータ５は、ルツボ１に収納されたシリコン塊を加熱溶融して所定温度の溶融液Ｓ1 とするカーボン抵抗発熱体を有するヒータであり、温度調節機構を有する。
【００１５】
溶融液Ｓ1 の温度を厳密に制御して高い再現性で多結晶シリコンシートＳ2 を得るためには、複数のヒータ５を設置することが好ましい。溶融液Ｓ1 の温度は、シリコンの融点温度である約１４２０℃以上となるが、溶融液Ｓ1 の温度がシリコンの融点の近傍であると、冷却部４が溶融液Ｓ1 に接した際、溶融液Ｓ1 の湯面で凝固を起こすおそれがあるため、溶融液Ｓ1 の温度は１４３０℃以上にするのが好ましい。
【００１６】
冷却部４は底部に冷却体表面４ａを有するカーボン製の有底筒として形成され、冷却体表面４ａは１つの矩形平面を有するカーボン板８の下面に形成されている。
冷却部４は、図中の矢印Ａ方向に沿った昇降動作を可能にする図示しない昇降手段に接続されている。
【００１７】
配管路３は、図示しない冷凍サイクルから送られた冷媒２を先端３ａの多孔ノズルから冷却体表面４ａを有するカーボン板８に向かって吐出させ、吐出された冷媒２は、配管路３の外側と冷却部４の筒の内側との間を通って前記冷凍サイクルに導出される。
【００１８】
冷却体表面４ａは、図２の底面図および図２のＣ−Ｃ断面拡大図である図３に示すように、その表面４ａが、シリコンの結晶開始点となって結晶成長したシートを付着させるシート付着部４１と、このシートの剥離を容易ならしめる表面を有するシート剥離部４２とからなる。
シート付着部４１は、カーボン板８の下面に対してカーボン製のマスク等を施し、熱ＣＶＤ等を用いて炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素等のセラミックスを均一なドット密度でドット状に形成される。
シート剥離部４２は、シート付着部４１が形成されない冷却体表面４ａの残余部分で、カーボン板８が剥き出しとなり、形成された多結晶シリコンシートを容易に付着させない。
【００１９】
多結晶シリコンシート製造装置１０では、冷却体表面４ａを溶融液Ｓ1 の液面に対して略平行に保持した状態で、冷却体表面４ａを溶融液Ｓ1 に一定時間浸漬した後、引き上げることにより、冷却体表面４ａに多結晶シリコンシートＳ2 が得られる。冷却体表面４ａと多結晶シリコンシートＳ2 との付着は、シート付着部４１の各ドットを付着点とする、いわば点接触が主体となり、その他の部分、すなわち、シート剥離部４２での多結晶シリコンシートＳ2 の付着は弱いものとなり、冷却体表面４ａからの多結晶シリコンシートＳ2 の剥離は容易となる。
このとき、シート付着部４１としてカーボン板８に形成された形成されたセラミックスのドットは、成長した多結晶シリコンシートＳ2 への接着力に比べて、ＣＶＤでカーボン板８に形成されたときのカーボン板８の表面への接着力の方が大きいので、多結晶シリコンシートＳ2 を冷却体表面４ａから剥離する際に、シート付着部４１がカーボン板８の表面から離脱することはなく、連続使用が可能である。
なお、多結晶シリコンシートＳ2 を冷却体表面４ａから剥離する際は、後記する実施の形態で示されたような、真空ポンプを使った吸引による剥離機構が用いられる。
【００２０】
また、得られる多結晶シリコンシートＳ2 は、シート付着部４１の各ドットを結晶開始点とし、ここを頂点とする柱状の結晶を形成するので、形成される多結晶シリコンシートＳ2 は、太陽電池等に用いるのに適した多結晶シリコンシートとなる。
なお、冷却体表面４ａに形成される多結晶シリコンシートＳ2 の厚みは、ヒーター５の温度、配管路３を流れる冷媒２の種類及び流量、カーボン板８の浸漬深さ等に依存しており、これらの条件の組み合わせにより所望の厚みの多結晶シリコンシートＳ2 を得ることができる。
【００２１】
実施の形態２
図４〜図７は、本発明の多結晶シリコンシート製造装置の他の実施の形態を示す。前述した実施の形態１では、冷却部が１つの平面からなる冷却体表面を有する構成を示したが、この実施の形態では、冷却部が周面に冷却体表面を有する回転円筒からなる形態の一例を示す。このような形態は、多結晶シリコンシートの大量生産にとってより適している。
【００２２】
図４において、多結晶シリコンシートの製造装置２０は、前述したチャンバ７内の略中央に設置され（チャンバ７は図示せず）、溶融液Ｓ1 を収容するルツボ２５と、ルツボ２５の上方に設置された回転円筒３１を有する冷却部２４と、加熱部としてのヒータ２１と、冷却部２４に対してルツボ２５を昇降させるルツボ昇降部２６と、形成された多結晶シリコンシートＳ2 をルツボ２５から取り出すための取り出し部２７とからなる。ここでは、実施の形態１と構成が異なる冷却部２４、ルツボ昇降部２６及び多結晶シリコンシートＳ2 の取り出し部２７を主に説明する。
【００２３】
図５は冷却部２４の断面図である。冷却部２４は、冷却体支持軸３３と、冷却体支持軸３３に取り付けられた回転円筒３１とからなる。冷却体支持軸３３は、図示しないチャンバ７内に支持され、かつ支持軸回転用のモータ（図示せず）に接続されて図４の矢印方向に回転可能である。
回転円筒３１は、コストおよび加工性に優れた高純度カーボンの成形体からなり、冷却体支持軸３３の大径部分に回動不能に取り付けられている。回転円筒３１の他の材質としては、カーボンの他に、耐火性のセラミックス、窒化珪素、窒化硼素等の耐熱性材料が挙げられる。
回転円筒３１の内部には、複数の冷媒吹き出し口３４を有する冷媒吐出用のノズル３２が設けられている。ノズル３２の基端は、冷却体支持軸３３の内部を貫通する冷媒管路部３５を介して図示しない冷凍サイクルに接続されている。
【００２４】
ノズル３２は、冷却体表面２４ａの裏面全体にわたって一様に冷媒が接触するよう回転円筒３１に対して回動不能に固定されている。冷媒吹き出し口３４は、回転円筒３１の裏面全体にわたって一様に冷媒が接触するようノズル３２の軸線に沿って放射状に配設されることが好ましいが、溶融液Ｓ1 に浸漬される冷却体表面２４ａの内側とその直前部分の対向位置のみに設置すれば、冷凍サイクルの冷却能力を増大させなくてよい。
【００２５】
回転円筒３１上の冷却体表面２４ａは、図６の正面図に示すように、冷却体表面２４ａが、シリコンの結晶開始点となって結晶成長したシートを付着させるシート付着部４１と、前記シートの剥離を容易ならしめる表面を有するシート剥離部４２とからなる。
図７は、図５のＢ部の拡大断面図である。シート付着部４１は、カーボン製の回転円筒３１の周面に対してカーボン製のマスク等を施したうえで、熱ＣＶＤ等を用いて炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素等のセラミックスを均一なドット密度で形成してなる。
【００２６】
シート剥離部４２は、シート付着部４１が形成されない冷却体表面２４ａの残余部分で、カーボン製の回転円筒３１の周面が剥き出しとなり、形成された多結晶シリコンシートを容易に付着させない。
なお、冷却体表面２４ａに形成される多結晶シリコンシートＳ2 の厚みは、ヒーター２１の温度、回転円筒３１内を流れる冷媒の種類及び流量、回転円筒３１の回転速度等に依存しており、これらの条件の組み合わせにより所望の厚みの多結晶シリコンシートＳ2 を得ることができる。
【００２７】
溶融液Ｓ1 に対する回転円筒３１の浸漬深さは、ルツボ２５を昇降させるルツボ昇降部２６によって調節される（図４）。この浸漬深さの調節によっても、冷却体表面２４ａに形成される多結晶シリコンシートＳ2 の厚みが制御される。
ルツボ昇降部２６の昇降手段としては、ボールねじと、ボールねじに螺合し、支持軸２９を回転可能に支持する移動子と、ボールねじを回転駆動するモータとからなる機構が例示される。
なお、溶融液Ｓ1 の湯面位置を一定に保つための手段としては、多結晶シリコンインゴットあるいはシリコンパウダーを順次追加投入することなどが挙げられる。
【００２８】
冷却部２４の冷却体表面２４ａで結晶が成長した多結晶シリコンシートＳ2 は、複数のローラ対が多結晶シリコンシートＳ2 の取り出し方向に直列に配設された取り出し部２７のガイドローラによりルツボ２５から取り出され、さらに図示しないチャンバーの外に搬出される。
製造された多結晶シリコンシートＳ2 は、マイクロカッターやＹＡＧレーザー等を用いて所望の大きさ（長さ）に切断され、シリコンウエハが完成する。
【００２９】
実施の形態３
図８および図９は、本発明の多結晶シリコンシート製造装置の他の実施の形態を示す。前述した実施の形態２では、冷却部が周面に冷却体表面を有する回転円筒からなる構成を示したが、この実施の形態３では、冷却部が、平坦な表面を有する冷却体片をキャタピラ状に連結してなる形態の一例を示す。このような形態は、多結晶シリコンシートの大量生産にとってより適している。
【００３０】
図８において、多結晶シリコンシートの製造装置８０は、チャンバ８２と、チャンバ８２内の略中央に設置され、溶融液Ｓ1 を収容するルツボ８５と、ルツボ８５の上方に設置された冷却部８４と、加熱部としてのヒータ８１と、ルツボ８５を昇降させるルツボ昇降部８６と、ルツボ８５にシリコン結晶質原料を供給する原料供給部８７と、形成された多結晶シリコンシートＳ2 を冷却部８４から剥離するための剥離機構部８８とからなる。ここでは、実施の形態１および２と構成が異なる冷却部８４及び剥離機構部８８を主に説明する。
【００３１】
冷却部８４は、図８に示すように、複数の冷却板９１（冷却体片）をキャタピラ状に連結してなる冷却体ベルト９２（キャタピラ）と、冷却体ベルト９２を上下方向に回動可能に懸け渡す一対のスプロケット９３ａ，９３ｂとからなる。
図９は、冷却体ベルト９２を構成する冷却板９１と、その連結機構を示す。
【００３２】
実質的に平坦な表面を有する冷却板９１上の冷却体表面９１ａは、シリコンの結晶開始点となって結晶成長したシートを付着させるシート付着部９５と、前記シートの剥離を容易ならしめる表面を有するシート剥離部９６とからなる。シート付着部９５は、カーボン製の冷却板９１表面に対してカーボン製のマスク等を施したうえで、熱ＣＶＤ等を用いて炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素等のセラミックスを均一なドット密度で形成してなる。
シート剥離部９６は、シート付着部９５が形成されない冷却板９１表面の残余部分で、カーボン製の冷却板９１表面が剥き出しとなり、形成された多結晶シリコンシートを容易に付着させない。
冷却板９１は、連結部材９７により互いに接続され、キャタピラ状の冷却体ベルト９２を構成する。それぞれの冷却板９１は、ボルト９８、ナット９９で連結部材９７に回動可能に取り付けられている。
【００３３】
図８に示したスプロケット９３ａ，９３ｂは、冷却体ベルト９２に係合可能に構成され、コストと加工性に優れた高純度カーボンの成形体からなる。スプロケット９３ａ，９３ｂの材質としては、カーボンの他に、耐火性のセラミックス、窒化珪素、窒化硼素等の耐熱性材料が挙げられる。
図中、上方のスプロケット９３ａは、支持軸回転用のモータ（図示せず）に接続され、下方のスプロケット９３ｂは、実施の形態２で示したように、内部に複数の冷媒吹き出し口を有する冷媒吐出用ノズルが設けられる。スプロケット９３ａが回転されると、冷却体ベルト９２は図中の矢印方向に回転し、スプロケット９３ｂが冷却体ベルト９２の回転に従動する。
【００３４】
冷却部８４の上方には、剥離機構部８８が配設される。剥離機構部８８は、先端部に複数の微細な吸引口からなる多孔面を有し、冷却板９１の表面に所定の間隙を有して対向する吸引ケース８９と、吸引ケース８９の基端部に接続された図示されない真空ポンプとからなり、真空ポンプの駆動により、吸引ケース８９の先端部で、冷却板９１の冷却体表面９１ａに形成された多結晶シリコンシートＳ2 を吸着する。
【００３５】
多結晶シリコンシート製造装置８０では、冷却体ベルト９２が図中の矢印方向に回転すると、ルツボ昇降部８６が上昇し、冷却体表面９１ａを溶融液Ｓ1 の液面に対して略平行に保持した状態で図中最下位の冷却板９１のみが溶融液Ｓ1 に浸漬される。前記冷却板９１の冷却体表面９１ａを溶融液Ｓ1 に一定時間浸漬した後、前記冷却板９１は冷却体ベルト９２の間欠回転によって引き上げられる。前記冷却板９１の冷却体表面９１ａが剥離機構部８８の吸引ケース８９の先端部に対向する位置に達すると、真空ポンプが駆動され、冷却板９１の冷却体表面９１ａに形成された多結晶シリコンシートＳ2 が吸引ケース８９の先端部に吸着される。
なお、多結晶シリコンシート製造装置８０では、チャンバ８２内に複数の冷却体ベルト９２を有する冷却部８４を配設することができる。例えば、スプロケット９３ａ、９３ｂの軸線方向に冷却体ベルト９２を並列に懸け渡し、ルツボ８５および剥離機構部８８を共用できるような構成が挙げられる。
【００３６】
上記した実施の形態１〜３における共通した条件等を以下に示す。
ドットの形成面積、すなわち、冷却体表面４ａ、２４ａまたは９１ａの全面積に対するドットの表面積（前記の投影面積）は、結晶の成長核として作用し、かつ冷却体表面４ａ、２４ａまたは９１ａからの多結晶シリコンシートの剥離性を考慮すると、およそ０．１％〜２５％の範囲が好ましい。シート付着部４１としてのドットは、直径１〜５００μｍ、高さ４〜１００μｍのものが例示される。冷却部４、２４または８４に供給する冷媒２は、特に限定されないが、不活性ガスである窒素、ヘリウム、アルゴン等が好ましい。冷却能力の点からは、ヘリウムあるいはヘリウムと窒素の混合ガスが好ましいが、コストの点からは、窒素が好ましい。 チャンバ７内に導入する不活性ガス及び冷却部４、２４または８４に供給する冷媒２として同種のガスを用いると、チャンバ７内の雰囲気を汚染することがないので、より好ましい。
なお、結晶成長時の冷却体表面４ａ、２４ａまたは９１ａの温度は、溶融液Ｓ1 の温度に基づいて決定されるが、シリコン結晶質原料の融点より少なくとも１００℃程低い温度が好ましい。
【００３７】
以下に、この発明の多結晶シリコンシート製造装置を用いた多結晶シリコンシートの製造法の一例を説明する。
実施例１
図１から図３を参照しながら多結晶シリコンシート製造装置１０を用いた多結晶シリコンシートＳ2 の製造法の一例を示す。
【００３８】
多結晶シリコンシートＳ2 の製造に先立ち、冷却体表面４ａにシート付着部４１を形成した。シート付着部４１の形成は、まず冷却体表面４ａを形成するカーボン板８の主面に対して５％の開口率を有するカーボンクロスでマスキングを行い、熱ＣＶＤを用いて炭化珪素を均一なドット密度で形成した。シート付着部４１として形成されたドットは、直径２００μｍ、高さ３０μｍであった。
シート剥離部４２は、シート付着部４１が形成されない冷却体表面４ａの残余部分であり、カーボン板８が剥き出しのままであった。
【００３９】
多結晶シリコンシートＳ2 の製造は、まず、チャンバ７内をアルゴンからなる不活性雰囲気とし、太陽電池の製造に適した純度６−ｎｉｎｅの原料シリコン６．０Ｋｇに、Ｐ型固有抵抗を付与するため硼素濃度が２×１０¹⁶／ｃｍ³ になるよう、硼素が添加されたシリコン結晶質原料をカーボン製のルツボ１に収納したうえ、ルツボ１の温度を１５５０℃に保持するようヒータ５で加熱することにより溶融液Ｓ1 を得た。
【００４０】
次いで、冷媒２としての窒素ガスを配管路３を介して循環（５４０Ｌ／ｍｉｎ）させながら、カーボン製の冷却部４を降下させ、溶融液Ｓ1 の液面から４ｍｍの浸漬深さで停止させた状態で、冷却体表面４ａを溶融液Ｓ1 に３秒間浸漬させた。
【００４１】
浸漬後、冷却部４を上昇させ溶融液Ｓ1 から引き出したところ、冷却体表面４ａには多結晶シリコンシートＳ2 が厚さ６００μｍで形成されており、引き出してから５秒後にはその剥離が容易であった。
得られた多結晶シリコンシートＳ2 を、通常の多結晶太陽電池の製造工程を用いて太陽電池を作製したところ、開放電圧は５６０ｍＶを超える値が測定され、さらにフィルファクターは０．７３を超える値が測定された。
【００４２】
実施例２
図４から図７を参照しながら多結晶シリコンシート製造装置２０を用いた多結晶シリコンシートの製造法の一例を示す。
【００４３】
多結晶シリコンシートＳ2 の製造に先立ち、冷却体表面２４ａにシート付着部４１を形成した。シート付着部４１の形成は、まず冷却体表面２４ａを形成するカーボン製の回転円筒３１の周面に対して３％の開口率を有するカーボンクロスでマスキングを行い、熱ＣＶＤを用いて炭化珪素を均一なドット密度で形成した。シート付着部４１として形成されたドットは、直径２００μｍ、高さ３０μｍであった。
シート剥離部４２は、シート付着部４１が形成されない冷却体表面２４ａの残余部分であり、回転円筒３１のカーボン表面が剥き出しのままであった。
【００４４】
多結晶シリコンシートＳ2 の製造は、まず、チャンバ７内をアルゴンからなる不活性雰囲気とし、太陽電池の製造に適した純度６−ｎｉｎｅの原料シリコン１０Ｋｇに、Ｐ型固有抵抗を付与するため硼素濃度が２×１０¹⁶／ｃｍ³ になるよう、硼素が添加されたシリコン結晶質原料を、高純度カーボン製ルツボにより保護された石英製のルツボ２５に収納した。次いで、チャンバ７内の真空引きを行い、５×１０^-5ｔｏｒｒ以下まで減圧した。その後、チャンバ７内にアルゴンガスを導入して常圧まで戻し、その後、チャンバ７の上部よりアルゴンガスを１０Ｌ／ｍｉｎで流した。
【００４５】
次に、ヒータ２１の温度を１５００℃に設定し、固形物のない溶融液Ｓ1 を得た。さらに、新たにシリコン原料を投入して溶融液Ｓ1 の湯面位置を調整した後、ヒータ２１の温度を１４３０℃に設定した後、３０分間保持し、温度の安定化を待った。次に、冷媒２として窒素ガスを流量２００Ｌ／ｍｉｎで回転円筒３１の内部に吹き付けて回転円筒３１を冷却し、ルツボ昇降部２６により冷却体表面２４ａが溶融液Ｓ1 の液面から４ｍｍの浸漬深さになるようにルツボ１を上昇させ、次いで、回転円筒３１を回転速度５ｒｐｍで回転させ、冷却体表面２４ａを溶融液Ｓ1 に３秒間浸漬させながら、取り出し部２７から多結晶シリコンシートＳ2 を取り出した。
【００４６】
取り出された多結晶シリコンシートＳ2 の厚みは４００μｍであり、剥離も容易であった。
また、得られた多結晶シリコンシートＳ2 を、通常の多結晶太陽電池の製造工程を用いて太陽電池を作製したところ、開放電圧は５６２ｍＶを超える値が測定され、さらにフィルファクターは０．７５を超える値が測定された。
【００４７】
実施例３
図８および図９を参照しながら多結晶シリコンシート製造装置８０を用いた多結晶シリコンシートの製造法の一例を示す。
【００４８】
多結晶シリコンシートＳ2 の製造に先立ち、冷却体表面９１ａにシート付着部９５を形成した。シート付着部９５の形成は、まず冷却体表面９１ａを形成するカーボン板の主面に対して１０％の開口率を有するカーボンクロスでマスキングを行い、熱ＣＶＤを用いて窒化珪素を均一なドット密度で形成した。シート付着部９５として形成されたドットは、直径２００μｍ、高さ３０μｍであった。
シート剥離部９６は、シート付着部９５が形成されない冷却体表面９１ａの残余部分であり、カーボン板が剥き出しのままであった。
【００４９】
多結晶シリコンシートＳ2 の製造は、まず、チャンバ８２内をアルゴンからなる不活性雰囲気とし、太陽電池の製造に適した純度６−ｎｉｎｅの原料シリコン１３Ｋｇに、Ｐ型固有抵抗を付与するため硼素濃度が２×１０¹⁶／ｃｍ³ になるよう、硼素が添加されたシリコン結晶質原料を、高純度カーボン製ルツボ８５に収納した。次いで、チャンバ８２内の真空引きを行い、３×１０^-4ｔｏｒｒまで減圧した。その後、チャンバ８２内にアルゴンガスを導入して常圧まで戻し、その後、チャンバ８２の側部よりアルゴンガスを１０Ｌ／ｍｉｎで流した。
【００５０】
次に、ヒータ８１の温度を１５００℃に設定し、固形物のない溶融液Ｓ1 を得た。さらに、新たにシリコン原料を投入して溶融液Ｓ1 の湯面位置を調整した後、ヒータ８１の温度を１４３０℃に設定した後、３０分間保持し、温度の安定化を待った。次に、冷却板９１を冷却するために、冷媒として窒素ガスを流量５００Ｌ／ｍｉｎでスプロケット９３ｂの内部に流し、ルツボ昇降部８６によりルツボ８５を上昇させ、最下端の冷却体表面９１ａを溶融液Ｓ1 の液面から５ｍｍの浸漬深さに降下させた状態で、外周速度が５０ｃｍ／ｍｉｎとなるように図中の矢印方向に回転させた。冷却体表面９１ａで成長した多結晶シリコンシートＳ2 は、冷却体ベルト９２の回動にしたがって上昇し、前記冷却板９１の冷却体表面９１ａが剥離機構部８８の吸引ケース８９の先端部に対向する位置に達したとき、真空ポンプを駆動して吸引ケース８９の先端部に多結晶シリコンシートＳ2 を吸着させ、その後、真空ポンプの駆動を停止して多結晶シリコンシートＳ2 を取り出した。
【００５１】
取り出された多結晶シリコンシートＳ2 の厚みは３５０μｍであった。
また、得られた多結晶シリコンシートＳ2 を、通常の多結晶太陽電池の製造工程を用いて太陽電池を作製したところ、開放電圧は５７０ｍＶを超える値が測定され、さらにフィルファクターは０．７５を超える値が測定された。
【００５２】
【発明の効果】
本発明では、冷却体表面に形成されたシート付着部が結晶開始点となって結晶を成長させ、多結晶シリコンシートを付着させるとともに、冷却体表面の残余部分に前記シートの付着が弱いか、または前記シートが付着しないシート剥離部を設けることにより、結晶の成長によって生じる前記シートの付着性と剥離容易性とを両立させることができる。
したがって、シート付着部を結晶開始点とする所望の結晶形態を有する前記シートを得ることができるとともに、従来のような剥離剤を用いなくても前記シートの剥離が容易になる。
製造される多結晶シリコンシートの結晶の成長形態は、シート付着部を結晶開始点とし、ここを頂点とする柱状の結晶となり、太陽電池等に用いるのに適した多結晶シリコンシートを得ることができる。
【００５３】
また、結晶の成長を安定させることができ、従来のキャスト法で用いるシリコン原料の量よりも少ない量のシリコン原料で、太陽電池用の多結晶シリコンシートを低価格で大量生産することが可能となる。
さらに、多結晶シリコンシートを、剥離剤を用いることなく、容易に冷却体から剥離できるので、高品質の多結晶シリコンシートを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多結晶シリコンシート製造装置の実施の一形態を示す概略正面断面図。
【図２】図１の冷却体の表面の底面図。
【図３】図２の冷却体表面のＣ−Ｃ断面部分拡大図。
【図４】本発明の多結晶シリコンシート製造装置の他の実施の形態を示す概略正面断面図。
【図５】図４の冷却体の側面拡大断面図。
【図６】図４の冷却体の拡大側面図。
【図７】冷却体表面のシート付着部および多結晶シリコンシートが成長した状態を説明する、図５のＢ部拡大図。
【図８】本発明の多結晶シリコンシート製造装置のさらに他の実施の形態を示す概略正面断面図。
【図９】図８の冷却体の部分斜視図。
【符号の説明】
１ ルツボ
２ 冷媒
３ 配管路
４ 冷却部
４ａ 冷却体表面
５ ヒータ（加熱部）
２１ ヒータ（加熱部）
２４ 冷却部
２４ａ 冷却体表面
２５ ルツボ
２６ ルツボ昇降部
２７ シート取り出し部
３１ 回転円筒
４１ シート付着部
４２ シート剥離部
８４ 冷却部
８４ａ 冷却体表面
８５ ルツボ
８６ ルツボ昇降部
８８ シート剥離機構部
８９ 吸引用ケース
９１ 冷却板（冷却片）
９１ａ 冷却体表面
９２ 冷却体ベルト（キャタピラ）
９３ａ スプロケット（ベルト回転手段）
９３ｂ スプロケット（ベルト回転手段）
９５ シート付着部
９６ シート剥離部
Ｓ１ 溶融液
Ｓ２ 多結晶シリコンシート

Claims (9)

1. ルツボと、ルツボに供給されたシリコン原料を加熱する加熱部と、加熱により溶融した原料の溶融液を冷却体の表面に接触させてシリコンの結晶を成長させた多結晶シリコンシートを得る冷却部とからなり、
   冷却体の表面が、シリコンの結晶開始点となって結晶成長したシートを付着させるシート付着部と、前記シートを容易に剥離できる表面を有するシート剥離部とからなる多結晶シリコンシート製造装置。
2. シート付着部が、冷却体表面にセラミックスをドット状に配設してなる請求項１に記載の多結晶シリコンシート製造装置。
3. セラミックスが、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素のいずれかを含んでなる請求項２に記載の多結晶シリコンシート製造装置。
4. シート付着部が、冷却体の表面の０．１〜２５％を占める請求項１から３のいずれか一つに記載の多結晶シリコンシート製造装置。
5. 冷却部が、周面に冷却体表面を有する回転円筒からなる請求項１から４のいずれか一つに記載の多結晶シリコンシート製造装置。
6. 冷却体が、平坦な表面を有する複数の冷却体片をキャタピラ状に連結し、かつ前記冷却体片の１個乃至５０個が前記溶融液に順次接触するよう前記キャタピラをルツボの上下方向に回転させてなる請求項１から４のいずれか一つに記載の多結晶シリコンシート製造装置。
7. 回転する冷却体片の表面に対向して配設された多孔面を先端側に有する少なくとも１つの吸引用ケースと、シートが付着した冷却体片の表面が吸引用ケースに対向したとき、吸引用ケース内を基端側から負圧吸引して前記多孔面に多結晶シリコンシートを吸着させる真空ポンプとからなるシート剥離機構部をさらに具備してなる請求項６に記載の多結晶シリコンシート製造装置。
8. シート剥離部がカーボンからなる請求項１から７のいずれか一つに記載の多結晶シリコンシート製造装置。
9. 請求項１から８のいずれか一つに記載の多結晶シリコンシート製造装置を用いて多結晶シリコンシートを得る多結晶シリコンシートの製造方法。

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