JP4011335B2

JP4011335B2 - Method for producing solid phase sheet

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Publication number: JP4011335B2
Application number: JP2001370166A
Authority: JP
Inventors: 至弘佃; 浩司吉田; 善二郎山下; 万人五十嵐; 光三郎矢野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: JP2002237465A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料または半導体材料の融液を基体表面に成長形成することにより固相シートを製造する方法に関し、特に低いコストの太陽電池用シリコンシートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池に用いられる多結晶シリコンウェハを作製する代表的な方法においては、まず、不活性雰囲気中でリンまたはボロンなどのドーパントを添加した高純度シリコン材料をるつぼ中で加熱溶融させ、その融液を鋳型に流し込んで冷却することによって多結晶シリコンインゴットを得ている。この鋳造工程で得られたシリコンインゴットをスライス工程で切断することによって、太陽電池に使用されるシリコンウェハが得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のシリコンウェハの作製方法では、シリコン鋳造工程に加えて高いコストを要するスライス工程が必要なこと、またこのスライス工程で切断用のワイヤや内周刃の厚み分以上の材料ロスを生じることなどが低コスト化を図る上で大きな障害になっている。
【０００４】
他方、これに代わって、シリコン融液から直接的にシリコンシートを作製する方法が提案されて試みられつつある。たとえば、円筒形状をした回転冷却体を回転させながら、その円周表面をシリコン融液の表面に接触させて、連続的にシリコンシートを引出して得るシリコンリボン法が、特開昭６１−２７５１１９号公報において提案されている。しかし、このシリコンリボン法では回転冷却体に設置さる基体の円周表面の曲率の影響によって平らなシートを得ることができず、シリコン融液から直接的に平らなシリコンシートを製造する方法は未だ実現されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、シリコン融液から材料損失を低減させながら直接的に平坦なシリコンシートを製造する方法を適用することを主な目的としている。なお、本発明による方法は、シリコンのみならず他の半導体や金属の融液から直接的に固相シートを得る方法にも適用し得ることは言うまでもない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、成長面を有する基体を、金属材料もしくは半導体材料のうち少なくともいずれか一方を含有する材料の融液に接触させ、前記材料を基体に成長させることで、前記材料の固相シートを製造する方法において、基体表面は周縁溝により周辺部と前記周縁溝で囲まれた内側部に区画されていることを特徴とする固相シートの製造方法である。
【０００７】
本発明による融液から固相シートを形成する方法によれば、図１の基体の斜視図において、基体１の周縁溝１２の内側に設けられている内側部（１−Ｇ）の上面が固相シートの凝固成長面になる。この周縁溝１２によって、周縁溝の外側に位置する周辺部２６と固相シートの凝固成長面は互いに分離された状態で得られるため、内側部（１−Ｇ）に形成される製品シートには、均一な厚みのシートを得ることが可能になる。
【０００８】
本発明は、成長面を有する基体を、金属材料もしくは半導体材料のうち少なくともいずれか一方を含有する材料の融液に接触させ、前記材料を基体に成長させることで、前記材料の固相シートを製造する方法において、基体表面は周縁溝により周辺部と前記周縁溝で囲まれた内側部に区画されるとともに、前記周辺部と内側部の一部が連続していることを特徴とする固相シートの製造方法である。
【０００９】
本発明による融液から固相シートを製造する方法によれば、図３の基体の斜視図において、基体１の周縁溝１２の内側に設けられている内側部（１−Ｈ）の上面が固相シートの凝固成長面になる。この周縁溝１２によって、周縁溝の外側の周辺部２６とその内側部（１−Ｈ）の固相シートの凝固成長面はほぼ分離された状態で得られるため、内側部（１−Ｈ）に形成される製品シートには、均一な厚みのシートを得ることが可能になる。さらに、周縁溝の外側の周辺部２６と製品シートを形成する内側部（１−Ｈ）との間の連続部分（１−Ｊ）が形成されているために、製品シートがその製造中に落下する可能性が少なくなる。
【００１０】
本発明は、成長面を有する基体を、金属材料もしくは半導体材料のうち少なくともいずれか一方を含有する材料の融液に接触させ、前記材料を基体に成長させることで、前記材料の固相シートを製造する方法において、基体表面は周縁溝により周辺部と基体の周縁溝で囲まれた内側部に区画されるとともに、前記周辺部と内側部の一部が基体の進行方向の前後に少なくとも１箇所形成されていることを特徴とする固相シートの製造方法である。
【００１１】
本発明による融液から固相シートを製造する方法によれば、図６の基体の平面図において、基体１の周縁溝１２の内側に設けられている内側部の表面が固相シートの凝固成長面になる。この周縁溝１２によって、周縁溝の外側の周辺部２６と固相シートの凝固成長面はほぼ分離された状態で得られるため、製品シートを形成する内側部（１−Ｋ）には、均一な厚みのシートを得ることが可能になる。さらに、周縁溝１２の外側の周辺部２６と製品シートを形成する内側部（１−Ｋ）と間で、基体の進行方向に連続した部分（１−Ｌ）が形成されているため、製品シートはその製造中に落下する可能性がさらに少なくなる。
【００１２】
本発明は、前記固相シートの製造方法において、冷却された回転体の外周に配置された平坦な基体表面を金属材料もしくは半導体材料のうち少なくともいずれか一方を含有する材料の融液に接触させることによってその基体表面上に固相シートを形成することを特徴とする。
【００１３】
また本発明では、前記固相シートは周縁溝で区画される内側部と周辺部に分離されて形成され、前記内側部の表面に形成された固相シートが製品として利用されることを特徴とする。更に前記基体表面の前記周縁溝で区画される内側部を複数の表面領域に分割する分割溝が形成されており、内側部に分割溝で分割された複数の固相シートが得られることが好ましい。また前記周縁溝の横断面は全体として実質的にＶ字状に形成させられていることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明による融液から固相シートを形成する方法は、成長面を有する基体を、金属材料もしくは半導体材料のうち少なくともいずれか一方を含有する材料の融液に接触させ、前記材料を基体に成長させることで、前記材料からなるシートを得る固相シート製造方法において、基体の周辺部より内側に周縁溝が形成されていることを特徴としている。より好ましくは、基体の周辺部と基体の周縁溝で囲まれた内側部の一部が連続していることを特徴としている。さらに好ましくは、基体の周辺部と基体の周縁溝で囲まれた内側部が基体の進行方向に対して、その前後に少なくとも１箇所形成されていることを特徴としている。
【００１５】
以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。固相シートを作製するための基体は、図１から図７に示されるような構造が好ましい。これらは、基体表面の周縁近傍にその周辺部と内側部の分割する周縁溝を形成することで容易に得ることが可能である。図１、図３において、基体１の斜線部で示された内側部（１−Ｇ、１−Ｈ）は、基体表面の大部分が周縁溝に囲まれた部分を示し、この斜線部で囲まれた内側部に形成される製品シートを有効に利用することができる。
【００１６】
図１１に、本発明の基体を用いて作製した固相シート３と基体１の断面図を示す。この図では、周縁溝１２はＶ字型の断面形状である。二つの周縁溝１２に挟まれた内側部において形成されるシートが均一性に優れた製品シートとなり、周縁溝１２の外側の周辺部２６に形成されるシートが規格外品となる。これは、周辺部はシートの厚みの均一性が悪く、さらにはシートの品質にばらつきが大きいためである。
【００１７】
一方、基体表面に周縁溝を有しない基体の斜視図を図１２に示す。この基体では基体表面（１−Ｐ）のシートを製品として用いることができる。しかしながら、基体表面（１−Ｐ）にのみ固相シートを成長させようとしても、基体表面（１−Ｐ）の周縁部（１−Ｎ）までの固相シートが形成され、立体的な固相シートが得られることになる。すなわち、図１３に示すような断面形状になる。この断面図において、基体１の表面に成長したシート３と周縁部に成長したシート３とが連続して形成される。したがって太陽電池を作製するためには、厚みむらが存在している周辺部を全て切り取らなければ、製品として用いることが困難となる。以上のように、平面的な固相シートを得ようとする場合には、シート成長面に周縁溝を有する基体を用いることが効果的である。
【００１８】
しかしながら、後述する如く図９に示す装置をもちいて固相シートを製造した場合には、基体１の表面の下側に固相シート３が成長することになる。このとき基体１の周辺全てに周縁溝を形成し、周辺部と内側部を完全に分離すると、固相シート３が成長形成される際、製品シートが基体表面から落下する恐れが少なからず存在することになる。
【００１９】
本発明では、より好ましくは、基体の周辺部と基体の周縁溝で囲まれた内側部の一部が連続していることを特徴としている。これを図３および図４に基づき説明する。図３は基体の斜視図を示す。図４（Ａ）はその平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ０−Ｘ０断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）のＹ０−Ｙ０断面図である。周縁溝１２によって、周縁溝１２の外側の周辺部２６と内側部（１−Ｈ）の固相シートの凝固成長面はほぼ分離された状態で形成される。
【００２０】
製品シートとなる内側部（１−Ｈ）には、厚みの不均一が少ないシートを得ることが可能になる。さらに、周縁溝１２の外側の周辺部２６と製品シートとなる内側部（１−Ｈ）とを連結する連続部分（１−Ｊ）が形成されているために、周辺部から内側部に連続的にシートが基体上に成長することが可能となり、シートは基体に付着しシート形成中に落下する可能性が少なくなり、大幅に歩留まりを向上させることができ、その結果、低コストな製品を提供することが可能になる。
【００２１】
この時、周辺部２６と内側部（１−Ｈ）に形成されたシートを連続部分において切り離す必要があるが、連続部分（１−Ｊ）の幅は狭いため、容易に切り離しが可能となる。また、周縁溝１２がない場合に比べて、切り離す領域は少ないため、切り離すのに要する時間も短くてすむ。シートを切り離す手段としては、ダイサーやレーザなど市販の切断装置を用いることができる。切断スピードなども考慮するとＹＡＧレーザやＣＯ₂レーザを用いるのがより好ましい。レーザ切断することで、基体の周辺部２６に成長した、製品として用いることができない固相シートも再溶融させることで、利用することが可能となり、結果として歩留まりを向上させることができる。
【００２２】
このような、連続部分は、図３や図４にあるような、お互いに対面した形状である必要はない。すなわち、基体の周辺部２６と基体の周縁溝１２で囲まれた内側部（１−Ｈ）の一部分が基体の進行方向に対して、その前後に少なくとも１箇所あることを特徴としている。これは、例えば図５に他の基体の平面図に示すように、対角に連続部分（２−Ｊ）が存在している場合である。このような構造にすると、前述の連続部分（１−Ｊ）が対向している図３のような形状より、落下しにくくなる。これは、基体１の前後の連続部分（２−Ｊ）が対角線方向に位置し、連続部分（２−Ｊ）で支持する長さが長くなり、シートがより落下しにくくなる。
【００２３】
さらに、図６のような基体の移動の前後方向に周縁溝１２を分離して、複数個の連続部分（１−Ｌ）を形成することで、さらに落下しにくくなる。これは、一つの連続部分が割れたり、欠けたりしても、残りの連続部分でつながっているために、落下しなくなる。しかしながら、内側部（１−Ｋ）と周辺部２６を連結する連続部分（１ーＬ）が多くなれば、切断に要する時間が必要となるために、例えば、製品５０ｃｍ²に２個以上の連続部分は、必要である。これは、得られる製品の厚みにもよるが、厚くなれば連続部分を多くする方が落下の可能性は少なくなるため、より好ましい。
【００２４】
さらに、より好ましくは、図７のような基体の斜視図である。すなわち、基体表面の周辺部には、周縁溝１２が形成されており、さらに、基体の左右にも深さ方向に切欠き溝１７０が形成されている。切欠き溝１７０が形成されていることで、周縁溝の外側の周辺部分（２６−Ａ、２６−Ｂ）が２つのコの字型部分に分割されることになり、コの字型の部分は容易に、剥離することができ再利用が可能となる。一方、製品シートになる部分は、連続部分（１−Ｍ）により、接続されているために落下しない。この構造においても、連続部分は複数個ある方が、落下しにくく、歩留まりがよい。
【００２５】
本発明による融液から固相シートを形成する方法は、例えば図８のような構成の製造装置によって、製造可能となる。図において、この装置は開口部１８０を有する底なしのるつぼ５、冷却支持体２を冷却し、基体１を間接的に冷却する冷却配管１８１を備えている。ただし、この図において、るつぼ５を移動させる手段、融液４を融液状態で保持するための加熱用ヒーター、真空排気ができるようなチャンバなどの装置は示していない。本装置においては、るつぼ５の底面部の一部は開口されており、その開口部からシリコン融液４が、基体１上に連続して供給できる構造になっている。その基体１上で結晶が成長し固相シート３が形成されるのである。このとき、るつぼの移動速度、基体の基体温度、融液温度、などを制御することにより、形成されるシートの厚みを制御することが可能になる。本装置においては、るつぼが移動する構成で図を示しているが、基体側が移動する（るつぼは移動しない）構成であってもかまわない。しかしながら、基体が移動する方が、装置を複雑にする必要がない。
【００２６】
基体１の材質は、特に限定されないが、熱伝導性の良い材料や耐熱性に優れた材料であることが好ましく、より好ましくは高純度処理を施された黒鉛が好ましい。例えば、高純度黒鉛、炭化ケイ素、石英、窒化硼素、アルミナ、酸化ジルコニウム、金属などを使用することが可能であるが、目的に応じて最適な材質を選択すれば良い。高純度黒鉛は、比較的安価であり、加工性に富む材質であるため、より好ましい。
【００２７】
基体の材料は、工業的に安価であること、得られる固相シートの品質などの種々の特性を考慮し、融液材料と基体の組み合わせは、適宜選択することが可能である。さらに、基体に金属を用いる場合、常に冷却し続けるなど、基体の融点以下の温度で使用し、得られた固相シートの特性にさほど影響を与えなければ、特に問題はない。温度制御を容易にするには、銅製の基体を用いるとよい。
【００２８】
基体１の冷却手段は、大別すると直接冷却と間接冷却とを使用することが可能である。直接冷却は、基体に直接ガスを吹きかけて冷却する手段である。一方、図８にあるような間接冷却は、基体を間接的にガスもしくは液体により冷却する手段である。冷却ガスの種類は特に限定されないが、固相シートの酸化を防ぐ目的で、不活性ガスである窒素、アルゴン、ヘリウムなどを用いることが好ましい。特に冷却能力を考慮すると、ヘリウムまたはヘリウムと窒素との混合ガスが好ましいが、コストを考慮すると窒素がより好ましい。
【００２９】
冷却ガスは、熱交換器などを用いて循環させることで、さらなるコスト低減を図ることができ、結果として安価な固相シートを提供できることになる。さらに、基体は加熱することもできる機構を有する方が好ましい。すなわち、基体の温度制御機構は、冷却機構を備えているだけでなく、加熱機構を備えている方が好ましい。
【００３０】
次に、固相シートの製造方法について説明する。まず、原料となる高純度シリコンとドーパントとなる不純物（ボロン、リン、砒素、アンチモン、ガリウム）をるつぼ（図示せず）内に収容し、ヒーターによって完全に溶融する。このとき用いられるるつぼは、高純度カーボンで作製されているものが好ましい。シリコンを完全に溶融した状態にするためには、シリコンの融点以上である１５００℃位に設定しておき、完全に溶融したのを確認したのち、温度を下げる。
【００３１】
その後、完全に溶融したシリコンが収容されているるつぼからシリコン融液を、図８に記載されている底なしるつぼ５に注ぎ入れると同時に、るつぼを移動させることでシリコンの固相シート３を基体１上に得ることができる。得られた固相シート３は、周縁溝１２によって区画された周辺部２６上に形成された固相シートと分離された状態で得ることができる。基体上に形成されたシートは、基体から容易に剥離することができるため、製品として用いない周辺部の固相シートは、剥離除去され、再度溶融させて使用することができる。
【００３２】
製品となる固相シートと周辺部に形成される固相シートを分離する周縁溝の幅は、１ｍｍ以上で１０ｍｍ以下が好ましい。周縁溝の幅が小さければ固相シートが連続して形成されてしまい、周辺部分が若干厚くなった不均一な固相シート得ることになる。一方、周縁溝の幅が１０ｍｍ以上であると、周縁溝の深さ方向にも、融液が進入してしまう可能性が大きくなるためである。しかしながら、周縁溝の幅は、るつぼの移動速度や、るつぼの開口部と成長面とのクリアランスや、基体の温度によっても、適切な幅は変わることになる。
【００３３】
これは、基体への融液の供給量が少ない場合、すなわちクリアランスが狭い時や移動速度が速い場合は、周縁溝の深さ方向に融液が進入する量が少なくなるため、溝を埋める可能性が少なくなるためである。また、基体の温度は融液が固化して成長する固相シートの成長速度を制御することになるために、融液の供給量が多くても成長速度が速いために、周縁溝を埋める可能性が少なくなる。
【００３４】
るつぼ５の移動速度は５０ｃｍ／ｍｉｎ以上が好ましい。これは、得られた固相シートから太陽電池を作製した場合には、低コストで提供することができるためである。すなわち、移動速度が速いことは、一枚の太陽電池を作製するのに要する時間が短くなるためである。
【００３５】
また、るつぼ５の開口部と成長面とのクリアランスは１００μｍ以上が好ましい。１００μｍよりも狭い場合は、固相シートが完全に成長せず、基体表面に未成長部分が存在することが多くなる。さらに、１５０μｍ程度の薄い固相シートを用いて太陽電池を作製すると、プロセス途中での割れや欠けが多くなり、歩留まり低下を起こすため安価な太陽電池を提供するのが困難となる。
【００３６】
前述の如く、基体１の上に固相シートを形成する製造方法について説明したが、次に基体１の下側に固相シートを形成する一例を図９にしたがって説明する。図において、シート製造装置はヒーター１９０、るつぼ台１９１、るつぼ昇降軸１９２、冷却支持体を移動させるための手段に接続された移動軸１９３を備えている。ただし、この図において、基体１を移動させる手段、真空排気ができるような真空ポンプやチャンバなどの装置については省略している。
【００３７】
図９は、シリコン融点温度以下の温度に制御された基体１が、図中左側から、るつぼ５のシリコン融液４中に進入し、シリコン融液４に浸漬され、さらに脱出途中を示した模式図である。この時、シリコン融液４は、融点以上に加熱用ヒーター１９０で保持されている。
【００３８】
安定した固相シートを得るためには、融液温度の調節と、チャンバ内の雰囲気温度と、基体１の温度を厳密に制御できるような装置構成にする必要がある。このような装置構成にすることで、さらに再現性よく、固相シートを得ることができる。また、固相シートを成長させるためには、基体の温度制御を厳密に行なう必要がある。基体には、温度制御が容易に制御できる構造を設けることが好ましい。シリコン融液中へ進入した基体は、その基体表面に固相シートが成長する。
【００３９】
その後、基体は融液から脱出するが、基体側はシリコン融液から熱を受け、基体の温度が上昇する傾向にある。しかし、次にその基体を同じ温度でシリコン融液へ浸漬させようとすると、基体の温度を下げるための冷却機構が必要である。この時の機構は、上述したような冷却機構を必要とする。しかしながら、直接冷却や間接冷却でも、冷却速度すなわち基体温度を随時制御するのは困難であるため、加熱機構を必要とする。すなわち、一度融液から脱出した基体は、冷却機構で冷却され、次にシリコン融液に浸漬される前までに、加熱機構を用いて、基体の温度制御を行なう。
【００４０】
加熱機構は、高周波誘導加熱方式でも、抵抗加熱方式でも構わない。ただし、シリコンの融液状態を保持するための加熱用ヒーターに影響を与えない方がよい。このように、冷却機構と加熱機構を併用することで、得られる固相シートの品質および形状の安定性は、格段に上昇する。融液の温度は、融点以上であることが好ましい。これは複数の熱電対もしくは、放射温度計などで、制御可能である。融液の温度を融点近傍で設定していると、基体が融液に接することでシリコンの湯面が凝固を起こす可能性があるためである。
【００４１】
融液温度を厳密に制御するには、熱電対を融液中に浸漬させるのが直接的で好ましいが、熱電対の保護管などからの不純物が融液に混入されるためにあまり好ましくない。制御部位は、るつぼなどに熱電対を挿入するなどして、間接的に温度を制御することが好ましい。るつぼ台１９１には、るつぼ昇降軸１９２が設けられていることが必要である。これは、基体１上で固相シート３を成長させるため、常に基体１が融液に同じ深さで浸漬されていることが好ましいからである。
【００４２】
なお、湯面位置を一定に保つ、すなわち、固相シートとして取り出されたシリコンを補充する方法として、シリコンの多結晶体（塊）を溶融させて投入したり、融液のまま投入したり、粉体を順次投入する方法などを用いることが可能であるが、湯面位置を一定に保つ方法は特に限定されない。ただし、できるだけ融液の湯面を乱さないようにすることが好ましい。融液の湯面を乱すと、その時に発生する波形状が得られる固相シートの融液面側に反映され、得られるシートの均一性を損なう可能性があるためである。
【００４３】
次に、図１０に周縁溝が形成された基体を冷却支持体に固定した状態の斜視図を示す。図１０の構成を持つ製造装置の一例によって、シートの連続生産が実現可能となる。すなわち、基体１と、冷却支持体２が固定可能な構造になっている。このような構造にすることで、基体１上に成長した固相シートと基体をチャンバ外へ搬出することが可能になり、固相シートの剥離機構と基体の交換およびクリーニングおよび再加工なども容易に可能となり、生産性が大幅に向上することになる。基体から剥離された固相シートは、従来用いられている太陽電池プロセスを用いて太陽電池を作製することが可能になる。
【００４４】
図１４において、本発明による基体１が取付けられた多結晶シート製造装置の一例が模式的に示されている。なお、明細書の各図において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表わしている。図１４の製造装置においては、断熱材からなる炉壁９内で、回転軸６へそれと同軸に冷却回転体７が固着されている。基体１は固定アングル１０によって冷却支持体２に固定されて保持され、冷却支持体２は冷却回転体７の外周に挿入されて固定される。回転軸６の内部には冷却用のガスまたは液体が循環させられ、基体１は冷却支持体２と冷却回転体７を介する熱伝導によって冷却される。冷却回転体７は矢印Ａの方向に回転させられ、るつぼ５内のシリコン融液４中を基体１が通過し、そのシリコン融液に浸漬された基体１表面にシリコンの固相シート３が凝固成長させられる。
【００４５】
基体１の材料としては、耐熱性に優れた黒鉛材料を利用することができる。しかし、より一般的には、シリコン融液４の温度よりも融点が高くてその融液との反応性の少ない炭化珪素、石英、窒化珪素、アルミナ、または酸化ジルコニウムなどから、その融液材料に適した材料を選択することが好ましい。
【００４６】
図１４において基体１−Ａはシリコン融液４中に浸漬開始の状態を示し、基体１−Ｂはシリコン融液４中に最も浸漬された状態を示し、そして基体１−Ｃはシリコン融液４中から完全に引上げられる直前の状態を示している。基体１−Ｃおよびシリコン融液４から完全に引上げられた基体１−Ｄと１−Ｅの表面部には、固相シート３が付着生成している。基体１−Ｅの位置で、固相シート３は別途の剥離装置（図示せず）によって剥離除去される。
【００４７】
基体１−Ａは炉内雰囲気ガス８からの熱伝達やシリコン融液４からの輻射熱などで予備加熱される。この予備加熱が十分でない場合には、基体１−Ａがシリコン融液４中に浸漬される直前に別途の加熱装置を設けることもある。
【００４８】
本発明によるシリコンシート製造方法では、シリコン融液４中に浸漬する基体１−Ａの進入によるシリコン融液４の揺らぎを抑制するために、基体１−Ａの前方端部１−Ａｅからシリコン融液４中に浸漬させていく。したがって、シリコン融液４に進入した直後の基体１−Ａの前方端部１−Ａｅでは、シリコン融液４とかなりの温度差が存在する状態で固相シートが凝固成長する。このことは、この前方端部１−Ａｅにおいて、部分的な固相シートの厚みムラによる歩留まりの低下やバリの発生による品質低下の原因になる。
【００４９】
また、基体１−Ａの前方端部１−Ａｅのシリコン融液中への進入と同時に、融液４から基体１−Ａへの急速な熱伝導によって、前方端部１−Ａｅ以外で融液４に浸漬していない基体１−Ａの平面主要部は温度上昇し、その平面主要部が浸漬されるときには安定した温度に保たれ、品質のよい固相シートの凝固成長がなされる。最後に、凝固成長した固相シートの付着した基体１−Ｃをシリコン融液４から引上げるとき、後方端部１−Ｃｅにシリコン融液の液ダレによる固相シートの膨らみやバリが発生する。固相シートのこれらの膨らみやバリの発生は、その特性低下や品質低下のみならずシート剥離不良の原因にもなり、生産性向上を図る上で大きな障害になる。
【００５０】
本発明では、固相シートが凝固成長する基体表面上にその周縁より内側に周縁溝１２を形成し、小突起面から材料の凝固成長が進行する特性を利用して、周縁溝より外側でバリや液ダレの発生する外周部はダミーシートとして原料に再利用し、周縁溝より内側の生成シートは製品として周縁溝で分離選別することによって良好なシート製造を実現するのである。
【００５１】
図２３は、本願と同一の出願人による特願平１１−３６９２９９において開示された基体１−２を示している。この基体１−２では、付着生成された固相シート３−２において、浸漬開始部である前方エッジ部１−２Ａ近傍で厚みムラ３−２Ａとバリ３−２Ｂが生じる。すなわち、前方端部１−２Ａがシリコン融液４中へ浸漬開始すれば、基体１−２のシリコン層成長表面は一気にシリコン融液４とほぼ同等の温度に上昇して安定する。したがって、浸漬開始する前方端部１−２Ａは温度変動の激しい状態に置かれるが、前方端部１−２Ａ以外の平面部は急激な熱伝導によって安定したシリコン層の付着生成が行なわれる得る。他方、基体１−２の引上げ時には液ダレなどによる生成シートの厚さムラやバリがどうしても生じる。すなわち、図２３に示されているように、基体１−２に付着したシリコンシートにおいては、厚さムラ３−２Ｃとバリ３−２Ｄが生じる。
【００５２】
本発明では、基体１に工夫を凝らして、品質の安定したシリコンシートの作製を可能ならしめる。図１６は本発明において好ましく用いられ得る基体１の構造の一例を模式的に図解しており、（Ａ）は平面図を表わし、（Ｂ）は線ｘ−ｘに沿った断面図を表わし、そして（Ｃ）は線ｙ−ｙに沿った断面図を表わしている。この構造では、基体１の固相シート生成面Ｈ側の周縁の少し内側にＶ字状の周縁溝１２が設けられている。
【００５３】
図１６の基体１に固相シートを付着成長させた状態の断面図が図１５に示されている。基体１は前方端部３Ａからシリコン融液４（図１４参照）中に浸漬され始め、後方端部３Ｂを最後にしてシリコン融液４（図１４参照）から引上げられ、これらの端部３Ａ，３Ｂにおいて、図２３の場合と同様に固相シートの厚みムラやバリが生じる。
【００５４】
しかし、周縁溝１２で遮断された固相シート３は、バリや厚みムラのない極めて安定した形態で生成され、その周縁部の二次加工を省略することができる。このように固相シートの品質が安定し得るのは、図１６（Ａ）の平面図中で斜線のハッチングで示す平坦部１−Ｆをシリコン融液４中に浸漬する際の温度状態が常に安定しているからである。図１５中のバリ発生部３Ａ，３Ｂは小片に破砕されて、るつぼ５内に投入されて再利用されることになる。
【００５５】
図１７は、本発明において用いられる基体の他の例を示す模式的な平面図である。この基体１−３は外周縁の少し内側の周縁溝１２−２に加えて、その周縁溝の内側の領域に縦方向の分割溝１２−２Ａと横方向の分割溝１２−２Ｂが形成されている。周縁溝１２−２の内側領域で生成される固相シートは、図１６の場合と同様に高品質なものとして得られる。また、分割溝１２−２Ａ，１２−２Ｂの分割作用によって、必要な形状寸法の固相シートが、安定した品質で１つの基体から複数枚作製され得ることになる。なお、縦横の分割溝は１つの基体においてそれぞれ１本に限られず、複数本が設けられてもよいことは言うまでもない。
【００５６】
図１８において模式的に示されているように、本発明によって得られる固相シート３においては、周縁溝１２を設けることによって、極めて厚さが均一でかつ固相シート３の周縁端面３ｆにバリやタレなどによる品質および外観の低下が排除され得るが、以下の配慮も必要である。
【００５７】
本発明者らの実験では、周縁溝１２で固相シート３を分離して凝固成長させるためには、周縁溝の溝幅Ｗとしては生成する固相シート厚さＴの２倍以上を確保すればよいことが確認されている。他方、溝幅Ｗは得られる固相シートの面積コストの観点からは小さい方がよいので、その上限値としては図１９に示された基体幅Ｌの５％以下であることが好ましい。なお、特に太陽電池用として生産されるシリコンシートの一般的な縦横寸法としては１００ｍｍ×１００ｍｍ〜２００ｍｍ×２００ｍｍが使用されるサイズであり、基体１の幅もこの寸法を目安として設定され得る。
【００５８】
周縁溝の溝深さｈとしては、基体１のシート生成面の加工やクリーニングの影響を受けない深さの０．２ｍｍ以上であることが好ましく、他方、基体の強度や寿命に悪影響を与えないように基体厚さの１／３以下に設定されることが好ましい。周縁溝１２の２つの側壁面がなす溝角度αは１５°〜１２０°の範囲内にあることが好ましい。１５°以上であることは周縁溝側面部の微細バリからのシートの剥離性を確保するために望まれ、他方、１２０°以下であることはシート周縁端面３ｆのバリによる寸法精度低下防止のために望まれる。また、周縁溝１２の外側の平坦部幅Ｍは、周辺部の固相シート３ａが形成可能な幅としてシート厚さＴの２倍以上の寸法にされる。他方、周辺部の幅Ｍは基体の面積コストの観点からは小さい方がよいので、基体幅Ｌの５％以下に設定されることが好ましい。
【００５９】
周縁溝１２の底部形状については、図２０に示されている周縁溝１２Ａのように底部曲面Ｒを有していてもよく、また、図２１に示されている周縁溝１２Ｂのようにその底部が平面１２Ｂｓで形成されていてもよい。
【００６０】
上述のような本発明による融液から固相シートを形成する方法によれば、図２２（Ａ）の模式的な断面部分図において、基体１のＶ字型周縁溝１２の設けられている上面が固相シートの凝固成長する面になる。この凝固成長平面部は、詳細に観察すれば、小突起２１，２２を含んで形成された面になっている。シリコンの凝固成長は、これらの小突起部先端から始まって進行する。
【００６１】
図２２（Ｂ）においては、シリコン融液表面に基体１の凝固成長平面部を接触させ、小突起２１，２２の上端面部にシリコンの微小粒子２３が生成された直後の状態を示している。これらの微小粒子２３が成長すれば、隣の微小粒子と結合し、図２２（Ｃ）に示されているようなシリコンシート２４，２５に成長する。断面Ｖ字型の周縁溝１２の外側のシート２５と内側のシート２４は、その周縁溝１２の作用によって、互いに分離された状態で必要な厚さまで成長する。
【００６２】
【実施例】
次に、固相シートの製造方法の一実施例を示すが、本発明の範囲は、これにより限定されない。
【００６３】
（実施例１）
得られる固相シートの比抵抗が２Ω・ｃｍになるようにボロンの濃度を調整したシリコン原料を、ＳｉＣによって被覆された高純度黒鉛製るつぼに入れ、そのるつぼを、図８に示す構造の装置内に設置した。次に、チャンバ内の真空引きを行ない、その後、Ａｒガスを導入し、８００ｈＰａを保ちつつ、常に５０Ｌ／ｍｉｎでチャンバ上部よりＡｒガスをフローしたままにする。
【００６４】
次に、るつぼの淵にあるシリコン溶解用ヒーターの制御用熱電対の設定温度を１５００℃に設定し、完全にシリコンを溶融状態にする。その後、制御温度を１４２０℃に設定し、３０分間そのまま保持し、融液温度の安定化を図る。
【００６５】
次に、固相シートの成長面を有する基体を、冷却機構と加熱機構を併用して、温度制御を行なった。基体の温度が３００℃に安定した後、完全に溶融したシリコンが収容されているるつぼからシリコン融液を、図８に記載されている底なしるつぼに注ぎ入れると同時に、るつぼを移動させることで、シリコンの固相シートを基体上に得ることができた。
【００６６】
この時、その基体は、図３の基体を用い、底なしるつぼの移動速度は、２００ｃｍ／ｍｉｎであった。底なしるつぼと基体とのクリアランスは２００μｍとした。基体の製品となる周縁溝の内側部分の大きさは、６０ｍｍ×６０ｍｍであった。
【００６７】
このようにして、１度のシリコン融液の投入で１０枚の基体を並べ、同じ条件で、基体温度が６００℃、９００℃でシリコンシートの作製を行なった。
以上のようにして、得られたシリコンシートをダイサーで切断し、その時の重量からもとめた板厚（重量換算板厚）の１００枚の平均値、および製品として使用できる製品の歩留まりを、表１に示す。
【００６８】
（実施例２）
図５および図６の基体を用いたことと、るつぼの制御温度を１４７０℃にしたこと、基体温度を４００℃、７００℃、１１００℃で行なったこと以外、すべて実施例１と同じ方法でシリコンシートを作製した。
【００６９】
以上のようにして、得られたシリコンシートをダイサーで切断し、その時の重量から換算した板厚（重量換算板厚）の１００枚の平均値、および製品として使用できる製品の歩留まりを、表１に示す。
【００７０】
（比較例１）
図１２にある基体を用いたこと以外、すべて実施例１と同じ方法でシリコンシートを作製した。以上のようにして、得られたシリコンシートをダイサーで切断し、その時の重量から換算した板厚（重量換算板厚）の１００枚の平均値、および製品として使用できる製品の歩留まりを、表１に示す。
【００７１】
【表１】

【００７２】
（実施例３）
得られる固相シートの比抵抗が１Ω・ｃｍになるようにボロンの濃度を調整したシリコン原料を、高純度黒鉛製るつぼに入れ、そのるつぼを、図９に示す構造を有する装置内に設置した。次に、チャンバ内の真空引きを行ない、その後、Ａｒガスを導入し、８５０ｈＰａを保ちつつ、常に５Ｌ／ｍｉｎでチャンバ上部よりＡｒガスをフローしたままにする。
【００７３】
次に、るつぼの淵にあるシリコン溶解用ヒーターの制御用熱電対の設定温度を１５３０℃に設定し、完全にシリコンを溶融状態にする。最初に仕込んだシリコンは、溶解することで、嵩が低くなるために、追加でシリコンパウダーを追加で投入し、シリコン湯面の高さを所定の高さに調節した。シリコンが完全に溶融状態であることを確認後、制御温度を１４２０℃に設定し、３０分間そのまま保持し、融液温度の安定化を図る。
【００７４】
その後、るつぼを徐々に上昇させ、基体表面が完全に浸漬できるような位置まで上昇してきた所で、温度制御された基体をシリコン融液に浸漬した。
【００７５】
このときの基体は、図７にある基体を用い、基体の移動速度は、３００ｃｍ／ｍｉｎであった。基体の製品となる周縁溝の内側部分の大きさは、６０ｍｍ×６０ｍｍであった。
【００７６】
このとき得られた固相シリコンシートは、基体から容易に剥離することができ、レーザ切断装置を用いて、５０ｍｍ×５０ｍｍに切断した。得られた固相シリコンシートを１００枚作製し、その時の重量から換算した板厚（重量換算板厚）の１００枚の平均値を、表２に示す。この時、基体温度の温度は、５００℃、８００℃、１１００℃の３条件で行なった。
【００７７】
次に、得られた固相シリコンシートを用いて、太陽電池の作製を行なった。得られた固相シリコンシートは、硝酸とフッ酸との混合溶液でエッチングを行ない、その後、水酸化ナトリウムを用いてアルカリエッチングを行なった。その後、ＰＯＣｌ₃拡散によりｐ型基板にｎ層を形成した。固相シリコンシート表面に形成されているＰＳＧ膜をフッ酸で除去した後、太陽電池の受光面側となるｎ層上にプラズマＣＶＤを用いてシリコン窒化膜を形成した。次に、太陽電池の裏面側となる面に形成されているｎ層を硝酸とフッ酸との混合溶液でエッチング除去し、ｐ基板を露出させ、その上に裏面電極およびｐ⁺層を同時に形成した。次に、受光面側の電極をスクリーン印刷法を用いて形成した。その後、半田コートを行ない、太陽電池を作製した。
【００７８】
作製した太陽電池は、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ²の照射下にてセル特性の測定を行ない、太陽電池作製まで完了したうちの良品率を表２に示す。
【００７９】
（比較例２）
図１２の基体を用いたこと、および基体温度が異なること以外、すべて実施例１と同じ方法でシリコンシートを作製した。
【００８０】
このとき、得られた固相シリコンシートは、基体から容易に剥離することができ、レーザ切断装置を用いて、５０ｍｍ×５０ｍｍに切断した。得られた固相シリコンシートを１００枚作製し、その時の重量から換算した板厚（重量換算板厚）の１００枚の平均値を、表２に示す。
【００８１】
作製した太陽電池は、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ²の照射下にてセル特性の測定を行ない、太陽電池作製まで完了したうちの良品率を表２に示す。
【００８２】
良品率が低いのは、基体に周縁溝が形成されていないため、基体から固相シリコンシートを剥離、切断工程での歩留まり低下が多かった。
【００８３】
【表２】

【００８４】
今回開示された実施の形態およ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。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、融液から材料損失を低減させながら直接的に平坦で寸法精度の高い固相シートを効率よく製造し得る方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による周縁溝が形成された基体の斜視図である。
【図２】（Ａ）は図１に示された基体の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における一点鎖線Ｘ０−Ｘ０に沿った断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）における一点鎖線Ｙ０−Ｙ０に沿った断面図である。
【図３】本発明による周縁溝が形成された基体の斜視図である。
【図４】（Ａ）は図３に示された基体の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における一点鎖線Ｘ０−Ｘ０に沿った断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）における一点鎖線Ｙ０−Ｙ０に沿った断面図である。
【図５】本発明による周縁溝が形成された基体の平面図である。
【図６】本発明による周縁溝が形成された基体の平面図である。
【図７】本発明による周縁溝が形成された基体の概略斜視図である。
【図８】本発明によるシリコン融液から固相シートを製造するシート製造装置の斜視図である。
【図９】本発明によるシリコン融液から固相シートを製造するシート製造装置の概略断面図である。
【図１０】本発明による周縁溝が形成された基体の固定状態を示す斜視図である。
【図１１】本発明による周縁溝が形成された基体の断面図である。
【図１２】周縁溝が形成されていない基体の斜視図である。
【図１３】周縁溝が形成されていない基体の断面図である。
【図１４】本発明によるシリコン融液から固相シートを製造するシート製造装置の一例を示す模式的な断面図である。
【図１５】図１４の製造装置において固相シートが成長させられる基体の一例を図解する模式的な断面図である。
【図１６】（Ａ）は図１５に示された基体の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における線ｘ−ｘに沿った断面図であり、そして（Ｃ）は（Ａ）における線ｙ−ｙに沿った断面図である。
【図１７】本発明の固相シート形成方法において用いられる基体の平面図である。
【図１８】本発明において用いられる基体の構造における寸法関係を説明するための模式的な断面図である。
【図１９】本発明において用いられる基体の構造における寸法関係を説明するための模式的な断面図である。
【図２０】本発明において好ましく用いられる基体の周縁溝の他の例を示す模式的な断面図である。
【図２１】本発明において好ましく用いられる基体の周縁溝のさらに他の例を示す模式的な断面図である。
【図２２】本発明に用いられる基体上において凝固成長する固相シートの成長過程を図解する模式的な断面部分図である。
【図２３】本願と同一の出願人による特願平１１−３６９２９９号において示唆された基体を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１，１−Ａ，１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄ，１−Ｅ，１−３，１−Ｇ，１−Ｈ，１−Ｊ，１−Ｋ，１−Ｌ，１−Ｍ，１−Ｎ，１−Ｐ基体、１−Ａｅ，１−Ｃｅ基体の端部、２冷却支持体、３固相シート、４シリコン融液、５るつぼ、６回転軸、７冷却回転体、１０固定アングル、１２周縁溝、２６，２６−Ａ，２６−Ｂ周辺部、１７０切欠き溝、１８０るつぼ開口部、１８１冷却配管、１９０ヒーター、１９１るつぼ台、１９２るつぼ昇降軸、１９３移動軸。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a solid-phase sheet by growing a melt of a metal material or a semiconductor material on a substrate surface, and particularly to a method for producing a low-cost silicon sheet for solar cells.
[0002]
[Prior art]
In a typical method for producing a polycrystalline silicon wafer used for a solar cell, first, a high-purity silicon material to which a dopant such as phosphorus or boron is added is heated and melted in a crucible in an inert atmosphere, and the melt is obtained. Is poured into a mold and cooled to obtain a polycrystalline silicon ingot. By cutting the silicon ingot obtained in this casting process in the slicing process, a silicon wafer used for a solar cell is obtained.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described silicon wafer manufacturing method, in addition to the silicon casting process, a costly slicing process is necessary, and in this slicing process, a material loss more than the thickness of the cutting wire and the inner peripheral blade is generated. However, this is a major obstacle to cost reduction.
[0004]
On the other hand, instead of this, a method for producing a silicon sheet directly from a silicon melt has been proposed and attempted. For example, a silicon ribbon method obtained by continuously pulling out a silicon sheet by rotating a cylindrical rotary cooling body while bringing its circumferential surface into contact with the surface of a silicon melt is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-275119. Proposed in the publication. However, in this silicon ribbon method, a flat sheet cannot be obtained due to the influence of the curvature of the circumferential surface of the substrate placed on the rotating cooling body, and a method for producing a flat silicon sheet directly from a silicon melt is still not available. Not realized.
[0005]
Therefore, the main object of the present invention is to apply a method for manufacturing a flat silicon sheet directly from a silicon melt while reducing material loss. Needless to say, the method according to the present invention can be applied not only to silicon but also to a method of obtaining a solid-phase sheet directly from a melt of another semiconductor or metal.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a solid-phase sheet of the material is obtained by bringing a substrate having a growth surface into contact with a melt of a material containing at least one of a metal material and a semiconductor material, and growing the material on the substrate. In the manufacturing method, the substrate surface is partitioned by a peripheral groove into a peripheral part and an inner part surrounded by the peripheral groove.
[0007]
According to the method of forming a solid phase sheet from the melt according to the present invention, the upper surface of the inner part (1-G) provided inside the peripheral groove 12 of the base 1 is fixed in the perspective view of the base of FIG. It becomes the solidified growth surface of the phase sheet. Since the peripheral groove 26 and the solidified growth surface of the solid phase sheet are separated from each other by the peripheral groove 12, the product sheet formed on the inner part (1-G) It becomes possible to obtain a sheet having a uniform thickness.
[0008]
In the present invention, a solid-phase sheet of the material is obtained by bringing a substrate having a growth surface into contact with a melt of a material containing at least one of a metal material and a semiconductor material, and growing the material on the substrate. In the manufacturing method, the substrate surface is partitioned by a peripheral groove into a peripheral part and an inner part surrounded by the peripheral groove, and the peripheral part and a part of the inner part are continuous. It is a manufacturing method of a sheet.
[0009]
According to the method for producing a solid-phase sheet from the melt according to the present invention, the upper surface of the inner part (1-H) provided inside the peripheral groove 12 of the substrate 1 is fixed in the perspective view of the substrate of FIG. It becomes the solidified growth surface of the phase sheet. Since the peripheral groove 26 and the solidified growth surface of the solid phase sheet on the inner side (1-H) thereof are substantially separated from each other by the peripheral groove 12, the inner peripheral part (1-H) As a product sheet to be formed, a sheet having a uniform thickness can be obtained. Further, since a continuous portion (1-J) is formed between the peripheral portion 26 outside the peripheral groove and the inner portion (1-H) forming the product sheet, the product sheet falls during its manufacture. Less likely to do.
[0010]
In the present invention, a solid-phase sheet of the material is obtained by bringing a substrate having a growth surface into contact with a melt of a material containing at least one of a metal material and a semiconductor material, and growing the material on the substrate. In the manufacturing method, the surface of the base is partitioned by a peripheral groove into an inner part surrounded by the peripheral part and the peripheral groove of the base, and the peripheral part and a part of the inner part are at least one place before and after the traveling direction of the base It is the manufacturing method of the solid-phase sheet | seat characterized by the above-mentioned.
[0011]
According to the method for producing a solid-phase sheet from the melt according to the present invention, in the plan view of the base body in FIG. 6, the surface of the inner part provided inside the peripheral groove 12 of the base body 1 is solidified and grown on the solid-phase sheet. It becomes a surface. The peripheral groove 12 allows the peripheral portion 26 outside the peripheral groove and the solidified growth surface of the solid-phase sheet to be obtained in a substantially separated state. Therefore, the inner portion (1-K) forming the product sheet has a uniform shape. A sheet having a thickness can be obtained. Further, since a portion (1-L) continuous in the advancing direction of the substrate is formed between the outer peripheral portion 26 of the peripheral groove 12 and the inner portion (1-K) forming the product sheet, the product sheet Is even less likely to fall during its manufacture.
[0012]
In the method for producing a solid phase sheet according to the present invention, a flat base surface disposed on the outer periphery of a cooled rotating body is brought into contact with a melt of a material containing at least one of a metal material and a semiconductor material. Thus, a solid-phase sheet is formed on the surface of the substrate.
[0013]
In the present invention, the solid phase sheet is formed by being separated into an inner part and a peripheral part defined by a peripheral groove, and the solid phase sheet formed on the surface of the inner part is used as a product. To do. Furthermore, it is preferable that a dividing groove that divides the inner part divided by the peripheral groove on the surface of the substrate into a plurality of surface regions is formed, and a plurality of solid phase sheets divided by the dividing groove are obtained on the inner part. . Further, it is preferable that the peripheral groove has a substantially V-shaped cross section as a whole.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the method of forming a solid phase sheet from a melt according to the present invention, a substrate having a growth surface is brought into contact with a melt of a material containing at least one of a metal material and a semiconductor material, and the material is grown on the substrate. Thus, in the solid phase sheet manufacturing method for obtaining a sheet made of the above material, a peripheral groove is formed inside the peripheral portion of the substrate. More preferably, the peripheral part of the base and the part of the inner part surrounded by the peripheral groove of the base are continuous. More preferably, at least one inner portion surrounded by the peripheral portion of the base and the peripheral groove of the base is formed at the front and rear in the traveling direction of the base.
[0015]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The substrate for producing the solid phase sheet preferably has a structure as shown in FIGS. These can be easily obtained by forming a peripheral groove into which the peripheral part and the inner part are divided in the vicinity of the peripheral part of the substrate surface. In FIG. 1 and FIG. 3, inner portions (1 -G, 1 -H) indicated by hatched portions of the base 1 indicate portions where most of the surface of the base is surrounded by peripheral grooves, and are surrounded by the hatched portions. The product sheet formed on the inner side can be used effectively.
[0016]
FIG. 11 shows a cross-sectional view of the solid phase sheet 3 and the substrate 1 produced using the substrate of the present invention. In this figure, the peripheral groove 12 has a V-shaped cross-sectional shape. The sheet formed in the inner part sandwiched between the two peripheral grooves 12 becomes a product sheet with excellent uniformity, and the sheet formed in the peripheral part 26 outside the peripheral groove 12 becomes a nonstandard product. This is because the thickness of the peripheral portion is poor and the quality of the sheet varies greatly.
[0017]
On the other hand, FIG. 12 shows a perspective view of a substrate that does not have a peripheral groove on the surface of the substrate. In this substrate, a sheet of the substrate surface (1-P) can be used as a product. However, even if an attempt is made to grow a solid phase sheet only on the substrate surface (1-P), a solid phase sheet up to the peripheral portion (1-N) of the substrate surface (1-P) is formed, and a three-dimensional solid phase is formed. A sheet will be obtained. That is, the cross-sectional shape is as shown in FIG. In this cross-sectional view, a sheet 3 grown on the surface of the substrate 1 and a sheet 3 grown on the peripheral edge are continuously formed. Therefore, in order to produce a solar cell, it is difficult to use it as a product unless all the peripheral portions where uneven thickness exists are cut off. As described above, in order to obtain a planar solid phase sheet, it is effective to use a substrate having a peripheral groove on the sheet growth surface.
[0018]
However, when a solid phase sheet is manufactured using the apparatus shown in FIG. 9 as will be described later, the solid phase sheet 3 grows below the surface of the substrate 1. At this time, if a peripheral groove is formed in the entire periphery of the substrate 1 and the peripheral portion and the inner portion are completely separated, there is a considerable possibility that the product sheet falls from the surface of the substrate when the solid phase sheet 3 is grown and formed. It will be.
[0019]
In the present invention, more preferably, the peripheral portion of the substrate and a part of the inner portion surrounded by the peripheral groove of the substrate are continuous. This will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows a perspective view of the substrate. 4A is a plan view, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line X0-X0 in FIG. 4A, and FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line Y0-Y0 in FIG. By the peripheral groove 12, the outer peripheral portion 26 of the peripheral groove 12 and the solidified growth surface of the inner portion (1-H) solid-phase sheet are formed in a substantially separated state.
[0020]
It is possible to obtain a sheet with a small thickness non-uniformity in the inner part (1-H) to be a product sheet. Furthermore, since the continuous part (1-J) which connects the outer peripheral part 26 of the peripheral groove | channel 12 and the inner part (1-H) used as a product sheet is formed, it is continuous from a peripheral part to an inner part. The sheet can grow on the substrate, the sheet is less likely to adhere to the substrate and fall during the sheet formation, and the yield can be greatly improved, resulting in a low-cost product. It becomes possible to do.
[0021]
At this time, it is necessary to separate the sheet formed on the peripheral portion 26 and the inner portion (1-H) at the continuous portion. However, since the width of the continuous portion (1-J) is narrow, the sheet can be easily separated. In addition, since the area to be separated is small as compared with the case without the peripheral groove 12, the time required for the separation can be shortened. A commercially available cutting device such as a dicer or a laser can be used as a means for separating the sheet. Considering cutting speed, YAG laser and CO ₂ It is more preferable to use a laser. By laser cutting, the solid phase sheet that has grown on the peripheral portion 26 of the substrate and cannot be used as a product can be remelted and used, and as a result, the yield can be improved.
[0022]
Such a continuous part does not need to have a shape facing each other as shown in FIGS. That is, there is at least one portion of the inner portion (1-H) surrounded by the peripheral portion 26 of the base body and the peripheral groove 12 of the base body in the front and rear directions with respect to the traveling direction of the base body. This is the case where, for example, as shown in the plan view of another substrate in FIG. 5, there is a continuous portion (2-J) diagonally. With such a structure, it is more difficult to drop than the shape shown in FIG. 3 where the above-described continuous portion (1-J) is opposed. This is because the continuous part (2-J) before and after the base 1 is located in the diagonal direction, the length supported by the continuous part (2-J) becomes long, and the sheet is more difficult to fall.
[0023]
Further, by separating the peripheral groove 12 in the front-rear direction of the movement of the base as shown in FIG. 6 and forming a plurality of continuous portions (1-L), it is further difficult to drop. Even if one continuous part is cracked or chipped, it is not dropped because it is connected by the remaining continuous parts. However, if the continuous part (1-L) connecting the inner part (1-K) and the peripheral part 26 is increased, the time required for cutting is required. ² Two or more continuous parts are necessary. This depends on the thickness of the product to be obtained, but if it is thicker, it is more preferable to increase the number of continuous portions because the possibility of dropping decreases.
[0024]
Further, more preferably, it is a perspective view of the base body as shown in FIG. That is, the peripheral groove 12 is formed in the peripheral portion of the substrate surface, and the notch grooves 170 are formed in the depth direction on the left and right sides of the substrate. By forming the notch groove 170, the peripheral portion (26-A, 26-B) outside the peripheral groove is divided into two U-shaped portions, and the U-shaped portion. Can be easily peeled off and reused. On the other hand, the part which becomes the product sheet does not fall because it is connected by the continuous part (1-M). Even in this structure, a plurality of continuous portions are less likely to fall and have a better yield.
[0025]
The method for forming a solid phase sheet from the melt according to the present invention can be manufactured by a manufacturing apparatus having a configuration as shown in FIG. In the figure, the apparatus includes a bottomless crucible 5 having an opening 180, a cooling pipe 181 for cooling the cooling support 2 and indirectly cooling the substrate 1. However, in this figure, devices such as a means for moving the crucible 5, a heater for holding the melt 4 in the melt state, and a chamber capable of evacuation are not shown. In this apparatus, a part of the bottom portion of the crucible 5 is opened, and the silicon melt 4 can be continuously supplied onto the base 1 from the opening. Crystals grow on the substrate 1 to form the solid-phase sheet 3. At this time, the thickness of the sheet to be formed can be controlled by controlling the moving speed of the crucible, the substrate temperature of the substrate, the melt temperature, and the like. In this apparatus, the figure shows a configuration in which the crucible moves, but a configuration in which the base side moves (the crucible does not move) may be used. However, it is not necessary to make the apparatus complicated when the substrate moves.
[0026]
Although the material of the base | substrate 1 is not specifically limited, It is preferable that it is a material with good heat conductivity and heat resistance, More preferably, the graphite which performed the high purity process is preferable. For example, high-purity graphite, silicon carbide, quartz, boron nitride, alumina, zirconium oxide, metal, or the like can be used, but an optimal material may be selected according to the purpose. High-purity graphite is more preferable because it is relatively inexpensive and is a material rich in workability.
[0027]
The combination of the melt material and the substrate can be appropriately selected in consideration of various characteristics such as the industrially inexpensive material and the quality of the obtained solid phase sheet. Further, when a metal is used for the substrate, there is no particular problem if it is used at a temperature below the melting point of the substrate, such as constantly cooling, and does not significantly affect the properties of the obtained solid phase sheet. In order to easily control the temperature, a copper substrate may be used.
[0028]
The cooling means for the substrate 1 can be roughly classified into direct cooling and indirect cooling. Direct cooling is a means for cooling by blowing gas directly onto the substrate. On the other hand, indirect cooling as shown in FIG. 8 is means for indirectly cooling the substrate with gas or liquid. The type of the cooling gas is not particularly limited, but it is preferable to use an inert gas such as nitrogen, argon, or helium for the purpose of preventing oxidation of the solid phase sheet. In particular, considering cooling capacity, helium or a mixed gas of helium and nitrogen is preferable, but nitrogen is more preferable in consideration of cost.
[0029]
By circulating the cooling gas using a heat exchanger or the like, the cost can be further reduced, and as a result, an inexpensive solid phase sheet can be provided. Furthermore, it is preferable that the substrate has a mechanism that can be heated. That is, it is preferable that the temperature control mechanism for the substrate not only includes a cooling mechanism but also includes a heating mechanism.
[0030]
Next, the manufacturing method of a solid-phase sheet | seat is demonstrated. First, high-purity silicon as a raw material and impurities (boron, phosphorus, arsenic, antimony, gallium) as dopants are accommodated in a crucible (not shown) and completely melted by a heater. The crucible used at this time is preferably made of high-purity carbon. In order to make silicon completely melted, the temperature is set to about 1500 ° C. which is higher than the melting point of silicon, and after confirming that the silicon is completely melted, the temperature is lowered.
[0031]
Thereafter, the silicon melt is poured into the bottom crucible 5 shown in FIG. 8 from the crucible containing completely melted silicon, and at the same time, the solid phase sheet 3 of silicon is transferred to the substrate 1 by moving the crucible. Can get above. The obtained solid phase sheet 3 can be obtained in a state separated from the solid phase sheet formed on the peripheral portion 26 defined by the peripheral groove 12. Since the sheet formed on the substrate can be easily peeled off from the substrate, the solid-phase sheet in the peripheral portion that is not used as a product can be peeled off and used again after being melted.
[0032]
The width of the peripheral groove for separating the solid phase sheet as a product and the solid phase sheet formed in the peripheral portion is preferably 1 mm or more and 10 mm or less. If the width of the peripheral groove is small, the solid phase sheet is continuously formed, and a non-uniform solid phase sheet having a slightly thicker peripheral portion is obtained. On the other hand, when the width of the peripheral groove is 10 mm or more, there is a high possibility that the melt enters the depth direction of the peripheral groove. However, the appropriate width of the peripheral groove varies depending on the moving speed of the crucible, the clearance between the opening of the crucible and the growth surface, and the temperature of the substrate.
[0033]
This is because when the amount of melt supplied to the substrate is small, that is, when the clearance is narrow or the moving speed is high, the amount of melt entering the peripheral groove in the depth direction is small, so the groove can be filled. This is because the property is reduced. In addition, since the temperature of the substrate controls the growth rate of the solid-phase sheet in which the melt solidifies and grows, the growth rate is fast even with a large amount of melt supplied, so the peripheral groove can be filled. The nature becomes less.
[0034]
The moving speed of the crucible 5 is preferably 50 cm / min or more. This is because when a solar cell is produced from the obtained solid phase sheet, it can be provided at a low cost. That is, the high movement speed is because the time required to manufacture one solar cell is shortened.
[0035]
The clearance between the opening of the crucible 5 and the growth surface is preferably 100 μm or more. When it is narrower than 100 μm, the solid phase sheet does not grow completely, and an ungrown portion often exists on the surface of the substrate. Furthermore, when a solar cell is manufactured using a thin solid sheet having a thickness of about 150 μm, cracks and chips are increased during the process, and the yield is reduced, making it difficult to provide an inexpensive solar cell.
[0036]
As described above, the manufacturing method for forming the solid phase sheet on the substrate 1 has been described. Next, an example of forming the solid phase sheet on the lower side of the substrate 1 will be described with reference to FIG. In the figure, the sheet manufacturing apparatus includes a heater 190, a crucible base 191, a crucible lifting shaft 192, and a moving shaft 193 connected to means for moving the cooling support. However, in this figure, means for moving the substrate 1, and devices such as a vacuum pump and a chamber capable of evacuation are omitted.
[0037]
FIG. 9 is a schematic view showing that the base body 1 controlled to a temperature equal to or lower than the silicon melting point temperature enters the silicon melt 4 of the crucible 5 from the left side in the drawing, is immersed in the silicon melt 4, and is in the process of escape. FIG. At this time, the silicon melt 4 is held by the heater 190 for heating above the melting point.
[0038]
In order to obtain a stable solid phase sheet, it is necessary to have an apparatus configuration capable of strictly controlling the melt temperature, the atmospheric temperature in the chamber, and the temperature of the substrate 1. By adopting such an apparatus configuration, a solid phase sheet can be obtained with higher reproducibility. Further, in order to grow the solid phase sheet, it is necessary to strictly control the temperature of the substrate. The substrate is preferably provided with a structure in which temperature control can be easily controlled. When the substrate has entered the silicon melt, a solid phase sheet grows on the surface of the substrate.
[0039]
Thereafter, the substrate escapes from the melt, but the substrate side receives heat from the silicon melt and the temperature of the substrate tends to rise. However, if the substrate is subsequently immersed in the silicon melt at the same temperature, a cooling mechanism for lowering the temperature of the substrate is required. The mechanism at this time requires a cooling mechanism as described above. However, even in direct cooling or indirect cooling, it is difficult to control the cooling rate, that is, the substrate temperature as needed, and thus a heating mechanism is required. That is, the substrate once escaped from the melt is cooled by the cooling mechanism, and then the temperature of the substrate is controlled using the heating mechanism before being immersed in the silicon melt.
[0040]
The heating mechanism may be a high frequency induction heating method or a resistance heating method. However, it is better not to affect the heater for heating to maintain the silicon melt state. Thus, by using a cooling mechanism and a heating mechanism in combination, the quality and shape stability of the obtained solid-phase sheet are significantly increased. The temperature of the melt is preferably equal to or higher than the melting point. This can be controlled by a plurality of thermocouples or a radiation thermometer. This is because, if the temperature of the melt is set in the vicinity of the melting point, the molten metal surface of silicon may cause solidification due to the base contacting the melt.
[0041]
In order to strictly control the melt temperature, it is preferable to immerse the thermocouple in the melt directly, but it is less preferable because impurities from a thermocouple protective tube or the like are mixed into the melt. It is preferable that the control part indirectly controls the temperature by inserting a thermocouple into a crucible or the like. It is necessary for the crucible base 191 to be provided with a crucible lifting shaft 192. This is because in order to grow the solid phase sheet 3 on the substrate 1, it is preferable that the substrate 1 is always immersed in the melt at the same depth.
[0042]
In addition, as a method of keeping the molten-metal surface position constant, that is, as a method of replenishing silicon taken out as a solid-phase sheet, a silicon polycrystal (lumps) is melted and charged, or a molten liquid is charged, A method of sequentially charging powder can be used, but a method of keeping the molten metal surface position constant is not particularly limited. However, it is preferable not to disturb the melt surface as much as possible. This is because if the melt surface of the melt is disturbed, the wave shape generated at that time is reflected on the melt surface side of the solid phase sheet, and the uniformity of the resulting sheet may be impaired.
[0043]
Next, FIG. 10 shows a perspective view of a state in which the substrate on which the peripheral groove is formed is fixed to the cooling support. With the example of the manufacturing apparatus having the configuration shown in FIG. 10, continuous production of sheets can be realized. That is, the base 1 and the cooling support 2 can be fixed. By adopting such a structure, it becomes possible to carry out the solid phase sheet and the substrate grown on the substrate 1 out of the chamber, and it is easy to replace and clean and rework the separation mechanism of the solid sheet and the substrate. Productivity and productivity will be greatly improved. The solid phase sheet peeled from the substrate can be used to produce a solar cell using a conventionally used solar cell process.
[0044]
In FIG. 14, an example of the polycrystalline sheet manufacturing apparatus to which the base | substrate 1 by this invention was attached is shown typically. In each figure of the specification, the same reference numerals represent the same or corresponding parts. In the manufacturing apparatus of FIG. 14, the cooling rotator 7 is fixed to the rotating shaft 6 coaxially with the furnace wall 9 made of a heat insulating material. The substrate 1 is fixed and held on the cooling support 2 by a fixed angle 10, and the cooling support 2 is inserted and fixed on the outer periphery of the cooling rotator 7. A gas or liquid for cooling is circulated in the rotating shaft 6, and the base 1 is cooled by heat conduction through the cooling support 2 and the cooling rotating body 7. The cooling rotator 7 is rotated in the direction of arrow A, the base 1 passes through the silicon melt 4 in the crucible 5, and the silicon solid-phase sheet 3 is solidified on the surface of the base 1 immersed in the silicon melt. Grown up.
[0045]
As the material of the substrate 1, a graphite material having excellent heat resistance can be used. More generally, however, the melt material is made of silicon carbide, quartz, silicon nitride, alumina, zirconium oxide or the like having a melting point higher than the temperature of the silicon melt 4 and less reactive with the melt. It is preferable to select a suitable material.
[0046]
In FIG. 14, the base 1 -A shows a state of starting immersion in the silicon melt 4, the base 1 -B shows a state of being most immersed in the silicon melt 4, and the base 1 -C shows the silicon melt 4. It shows the state immediately before it is completely pulled up from inside. The solid phase sheet 3 is adhered and formed on the surface portions of the bases 1-D and 1-E completely pulled up from the base 1-C and the silicon melt 4. At the position of the substrate 1-E, the solid-phase sheet 3 is peeled and removed by a separate peeling device (not shown).
[0047]
The substrate 1-A is preheated by heat transfer from the furnace atmosphere gas 8 or radiant heat from the silicon melt 4. If this preliminary heating is not sufficient, a separate heating device may be provided immediately before the base 1-A is immersed in the silicon melt 4.
[0048]
In the silicon sheet manufacturing method according to the present invention, in order to suppress the fluctuation of the silicon melt 4 due to the ingress of the base 1-A immersed in the silicon melt 4, the silicon melt is melted from the front end 1-Ae of the base 1-A. It is immersed in the liquid 4. Therefore, in the front end portion 1 -Ae of the base 1 -A immediately after entering the silicon melt 4, the solid phase sheet solidifies and grows in a state where there is a considerable temperature difference from the silicon melt 4. This causes a decrease in yield due to partial thickness unevenness of the solid phase sheet and a decrease in quality due to the occurrence of burrs at the front end 1-Ae.
[0049]
Further, at the same time when the front end portion 1-Ae of the base 1-A enters the silicon melt, the melt other than the front end 1-Ae due to rapid heat conduction from the melt 4 to the base 1-A. The temperature of the planar main portion of the substrate 1-A not immersed in the temperature rises, and when the planar main portion is immersed, the temperature is maintained at a stable temperature, and solid phase growth of a high-quality solid phase sheet is performed. Finally, when the substrate 1-C to which the solid-phase sheet solidified and grown is pulled up from the silicon melt 4, swelling and burrs of the solid-phase sheet due to the dripping of the silicon melt occur at the rear end 1-Ce. . The occurrence of bulges and burrs in the solid-phase sheet not only causes deterioration in properties and quality, but also causes sheet peeling failure, which is a major obstacle to improving productivity.
[0050]
In the present invention, a peripheral groove 12 is formed inside the periphery on the surface of the substrate on which the solid-phase sheet is solidified and grown, and the variability is measured outside the peripheral groove by utilizing the property that the solidified growth of the material proceeds from the small protrusion surface. The outer peripheral portion where the liquid sag occurs is reused as a raw material as a dummy sheet, and the produced sheet inside the peripheral groove is separated and selected as a product by the peripheral groove, thereby realizing good sheet production.
[0051]
FIG. 23 shows a base body 1-2 disclosed in Japanese Patent Application No. 11-369299 by the same applicant as the present application. In the base body 1-2, the thickness unevenness 3-2A and the burr 3-2B are generated in the vicinity of the front edge portion 1-2A, which is the dipping start portion, in the solid phase sheet 3-2 produced and adhered. That is, when the front end portion 1-2A starts to be immersed in the silicon melt 4, the silicon layer growth surface of the base body 1-2 rises to a temperature substantially equal to that of the silicon melt 4 and is stabilized. Accordingly, the front end portion 1-2A where the immersion starts is placed in a state where the temperature variation is severe, but the flat surface portion other than the front end portion 1-2A can be stably generated and adhered to the silicon layer by rapid heat conduction. On the other hand, when the substrate 1-2 is pulled up, unevenness in the thickness of the generated sheet and burrs are inevitably caused by liquid dripping. That is, as shown in FIG. 23, the thickness unevenness 3-2C and the burr 3-2D are generated in the silicon sheet attached to the base body 1-2.
[0052]
In the present invention, the substrate 1 is devised to make it possible to produce a silicon sheet with stable quality. FIG. 16 schematically illustrates an example of the structure of the substrate 1 that can be preferably used in the present invention, where (A) represents a plan view, (B) represents a cross-sectional view along line xx, And (C) represents sectional drawing along line yy. In this structure, a V-shaped peripheral groove 12 is provided slightly inside the peripheral edge of the base 1 on the solid-phase sheet generation surface H side.
[0053]
FIG. 15 shows a cross-sectional view of a state in which a solid-phase sheet is grown on the substrate 1 of FIG. The base body 1 begins to be immersed in the silicon melt 4 (see FIG. 14) from the front end portion 3A, is pulled up from the silicon melt 4 (see FIG. 14) with the rear end portion 3B last, and the

end portions

3A, 3A, In 3B, the thickness unevenness and burrs of the solid phase sheet occur as in the case of FIG.
[0054]
However, the solid-phase sheet 3 blocked by the peripheral groove 12 is generated in a very stable form without burrs and thickness unevenness, and secondary processing of the peripheral part can be omitted. Thus, the quality of the solid phase sheet can be stabilized because the temperature state when the flat portion 1-F indicated by hatching in the hatching in the plan view of FIG. It is because it is stable. The

burr generating portions

3A and 3B in FIG. 15 are crushed into small pieces, put into the crucible 5 and reused.
[0055]
FIG. 17 is a schematic plan view showing another example of the substrate used in the present invention. In the base 1-3, in addition to the peripheral groove 12-2 slightly inside the outer peripheral edge, a vertical dividing groove 12-2A and a horizontal dividing groove 12-2B are formed in a region inside the peripheral groove. Yes. The solid phase sheet generated in the inner region of the peripheral groove 12-2 is obtained as a high quality one as in the case of FIG. Further, by the dividing action of the dividing grooves 12-2A and 12-2B, a plurality of solid-phase sheets having a required shape and dimension can be produced from one base with stable quality. Needless to say, the vertical and horizontal dividing grooves are not limited to one in each substrate, and a plurality of dividing grooves may be provided.
[0056]
As schematically shown in FIG. 18, in the solid phase sheet 3 obtained by the present invention, by providing the peripheral groove 12, the thickness is extremely uniform and the peripheral edge surface 3 f of the solid phase sheet 3 is variably formed. Deterioration of quality and appearance due to sag and sagging can be eliminated, but the following considerations are also necessary.
[0057]
In the experiments by the present inventors, in order to separate and solidify and grow the solid-phase sheet 3 at the peripheral groove 12, the groove width W of the peripheral groove should be at least twice the thickness T of the generated solid-phase sheet. It has been confirmed that it should be. On the other hand, the groove width W is preferably smaller from the viewpoint of the area cost of the obtained solid phase sheet, and therefore, the upper limit value is preferably 5% or less of the substrate width L shown in FIG. In particular, as a general vertical and horizontal dimension of a silicon sheet produced for a solar cell, a size of 100 mm × 100 mm to 200 mm × 200 mm is used, and the width of the substrate 1 can be set using this dimension as a guide.
[0058]
The groove depth h of the peripheral groove is preferably 0.2 mm or more which is not affected by the processing and cleaning of the sheet generating surface of the substrate 1, and on the other hand, it does not adversely affect the strength and life of the substrate. Thus, it is preferably set to 1/3 or less of the substrate thickness. The groove angle α formed by the two side wall surfaces of the peripheral groove 12 is preferably in the range of 15 ° to 120 °. The angle of 15 ° or more is desirable in order to secure the peelability of the sheet from the fine burrs on the side surface of the peripheral groove, while the angle of 120 ° or less is to prevent a reduction in dimensional accuracy due to burrs on the sheet peripheral edge surface 3f. Is desired. Further, the flat part width M outside the peripheral groove 12 is set to a dimension that is twice or more the sheet thickness T as a width that can be formed by the solid phase sheet 3a in the peripheral part. On the other hand, the width M of the peripheral portion is preferably small from the viewpoint of the area cost of the substrate, and is preferably set to 5% or less of the substrate width L.
[0059]
The bottom shape of the peripheral groove 12 may have a bottom curved surface R like the peripheral groove 12A shown in FIG. 20, and the bottom portion like the peripheral groove 12B shown in FIG. May be formed of a plane 12Bs.
[0060]
According to the method for forming a solid-phase sheet from the melt according to the present invention as described above, the upper surface of the substrate 1 on which the V-shaped peripheral groove 12 is provided in the schematic sectional partial view of FIG. Becomes the surface on which the solid-phase sheet solidifies. If this solidification growth plane part is observed in detail, it will be a surface formed including the small protrusions 21 and 22. The solidification growth of silicon proceeds starting from the tips of these small protrusions.
[0061]
FIG. 22B shows a state immediately after the solidified growth plane portion of the substrate 1 is brought into contact with the surface of the silicon melt and the silicon microparticles 23 are generated on the upper end surface portions of the small protrusions 21 and 22. When these microparticles 23 grow, they are combined with the adjacent microparticles and grow into

silicon sheets

24 and 25 as shown in FIG. The outer sheet 25 and the inner sheet 24 of the peripheral groove 12 having a V-shaped cross section grow to a necessary thickness in a state of being separated from each other by the action of the peripheral groove 12.
[0062]
【Example】
Next, although one Example of the manufacturing method of a solid-phase sheet | seat is shown, the scope of the present invention is not limited thereby.
[0063]
Example 1
A silicon raw material whose boron concentration is adjusted so that the specific resistance of the obtained solid-phase sheet is 2 Ω · cm is put into a high-purity graphite crucible coated with SiC, and the crucible is an apparatus having a structure shown in FIG. Installed inside. Next, the inside of the chamber is evacuated, and then Ar gas is introduced to keep Ar gas flowing from the upper part of the chamber at 50 L / min while maintaining 800 hPa.
[0064]
Next, the set temperature of the thermocouple for controlling the silicon melting heater located at the bottom of the crucible is set to 1500 ° C. to completely melt the silicon. Thereafter, the control temperature is set to 1420 ° C. and held for 30 minutes to stabilize the melt temperature.
[0065]
Next, the temperature of the substrate having the growth surface of the solid phase sheet was controlled by using both a cooling mechanism and a heating mechanism. After the temperature of the substrate is stabilized at 300 ° C., the silicon melt is poured into the bottom crucible described in FIG. 8 from the crucible containing completely melted silicon, and at the same time, the crucible is moved, A solid phase sheet of silicon could be obtained on the substrate.
[0066]
At this time, the substrate of FIG. 3 was used as the substrate, and the moving speed of the bottom crucible was 200 cm / min. The clearance between the bottom crucible and the substrate was 200 μm. The size of the inner portion of the peripheral groove serving as the base product was 60 mm × 60 mm.
[0067]
In this way, 10 substrates were arranged with one injection of the silicon melt, and a silicon sheet was produced at the substrate temperatures of 600 ° C. and 900 ° C. under the same conditions.
The silicon sheet obtained as described above was cut with a dicer, and the average value of 100 sheet thicknesses (weight-converted sheet thicknesses) determined from the weight at that time, and the yield of products that can be used as products are shown in Table 1. Shown in
[0068]
(Example 2)
Except that the substrate shown in FIGS. 5 and 6 was used, that the crucible control temperature was set to 1470 ° C., and that the substrate temperature was 400 ° C., 700 ° C., and 1100 ° C. A sheet was produced.
[0069]
As described above, the obtained silicon sheet was cut with a dicer, and the average value of 100 plate thicknesses (weight conversion plate thicknesses) converted from the weight at that time, and the yield of products usable as products, are shown in Table 1. Shown in
[0070]
(Comparative Example 1)
A silicon sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that the substrate shown in FIG. 12 was used. As described above, the obtained silicon sheet was cut with a dicer, and the average value of 100 plate thicknesses (weight conversion plate thicknesses) converted from the weight at that time, and the yield of products usable as products, are shown in Table 1. Shown in
[0071]
[Table 1]

[0072]
(Example 3)
The silicon raw material whose boron concentration was adjusted so that the specific resistance of the obtained solid-phase sheet was 1 Ω · cm was placed in a high-purity graphite crucible, and the crucible was placed in an apparatus having the structure shown in FIG. . Next, the inside of the chamber is evacuated, and then Ar gas is introduced to keep Ar gas flowing from the top of the chamber at 5 L / min while maintaining 850 hPa.
[0073]
Next, the set temperature of the thermocouple for controlling the silicon melting heater located at the bottom of the crucible is set to 1530 ° C. to completely melt the silicon. Since the first charged silicon was melted to reduce the bulk, silicon powder was additionally added, and the height of the silicon hot water surface was adjusted to a predetermined height. After confirming that the silicon is completely melted, the control temperature is set to 1420 ° C. and maintained for 30 minutes to stabilize the melt temperature.
[0074]
Thereafter, the crucible was gradually raised, and the temperature-controlled substrate was immersed in the silicon melt when it reached a position where the substrate surface could be completely immersed.
[0075]
The substrate shown in FIG. 7 was used as the substrate at this time, and the moving speed of the substrate was 300 cm / min. The size of the inner portion of the peripheral groove serving as the base product was 60 mm × 60 mm.
[0076]
The solid phase silicon sheet obtained at this time could be easily peeled off from the substrate, and was cut into 50 mm × 50 mm using a laser cutting device. Table 2 shows an average value of 100 sheet thicknesses (weight-converted sheet thickness) obtained by preparing 100 obtained solid-phase silicon sheets and converting the weight at that time. At this time, the substrate temperature was three conditions of 500 ° C., 800 ° C., and 1100 ° C.
[0077]
Next, the solar cell was produced using the obtained solid-phase silicon sheet. The obtained solid phase silicon sheet was etched with a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid, and then alkali etched with sodium hydroxide. Then POCl _Three An n layer was formed on the p-type substrate by diffusion. After the PSG film formed on the surface of the solid-phase silicon sheet was removed with hydrofluoric acid, a silicon nitride film was formed on the n layer on the light-receiving surface side of the solar cell using plasma CVD. Next, the n layer formed on the back surface side of the solar cell is removed by etching with a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid to expose the p substrate, on which the back electrode and p ⁺ Layers were formed simultaneously. Next, an electrode on the light receiving surface side was formed by using a screen printing method. Thereafter, solder coating was performed to produce a solar cell.
[0078]
The produced solar cell is AM1.5, 100 mW / cm. ² Table 2 shows the percentage of non-defective products that were measured up to the completion of solar cell fabrication.
[0079]
(Comparative Example 2)
A silicon sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that the substrate of FIG. 12 was used and the substrate temperature was different.
[0080]
At this time, the obtained solid phase silicon sheet could be easily peeled off from the substrate, and was cut into 50 mm × 50 mm using a laser cutting device. Table 2 shows an average value of 100 sheet thicknesses (weight-converted sheet thickness) obtained by preparing 100 obtained solid-phase silicon sheets and converting the weight at that time.
[0081]
The produced solar cell is AM1.5, 100 mW / cm. ² Table 2 shows the percentage of non-defective products that were measured up to the completion of solar cell fabrication.
[0082]
The reason why the yield rate is low is that the peripheral groove is not formed on the substrate, so that the solid-phase silicon sheet is peeled off from the substrate and the yield decreases in the cutting process.
[0083]
[Table 2]

[0084]
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.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method capable of efficiently producing a solid flat sheet with high dimensional accuracy directly while reducing material loss from the melt.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a substrate on which a peripheral groove according to the present invention is formed.
2A is a plan view of the substrate shown in FIG. 1, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line X0-X0 in FIG. 1A, and FIG. It is sectional drawing along the dashed-dotted line Y0-Y0.
FIG. 3 is a perspective view of a substrate on which a peripheral groove according to the present invention is formed.
4A is a plan view of the substrate shown in FIG. 3, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line X0-X0 in FIG. 3A, and FIG. It is sectional drawing along the dashed-dotted line Y0-Y0.
FIG. 5 is a plan view of a substrate on which a peripheral groove according to the present invention is formed.
FIG. 6 is a plan view of a substrate on which a peripheral groove according to the present invention is formed.
FIG. 7 is a schematic perspective view of a substrate on which a peripheral groove according to the present invention is formed.
FIG. 8 is a perspective view of a sheet manufacturing apparatus for manufacturing a solid phase sheet from a silicon melt according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic sectional view of a sheet manufacturing apparatus for manufacturing a solid phase sheet from a silicon melt according to the present invention.
FIG. 10 is a perspective view showing a fixed state of a substrate on which a peripheral groove according to the present invention is formed.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a substrate on which a peripheral groove according to the present invention is formed.
FIG. 12 is a perspective view of a base body on which no peripheral groove is formed.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a substrate on which no peripheral groove is formed.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing an example of a sheet manufacturing apparatus for manufacturing a solid phase sheet from a silicon melt according to the present invention.
15 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a substrate on which a solid phase sheet is grown in the manufacturing apparatus of FIG.
16 (A) is a plan view of the substrate shown in FIG. 15, (B) is a cross-sectional view along line xx in (A), and (C) is in (A). It is sectional drawing along line yy.
FIG. 17 is a plan view of a substrate used in the solid phase sheet forming method of the present invention.
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view for explaining a dimensional relationship in the structure of a base used in the present invention.
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view for explaining the dimensional relationship in the structure of the base used in the present invention.
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing another example of the peripheral groove of the substrate preferably used in the present invention.
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing still another example of the peripheral groove of the substrate preferably used in the present invention.
FIG. 22 is a schematic partial sectional view illustrating the growth process of a solid-phase sheet that solidifies and grows on a substrate used in the present invention.
FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing a substrate suggested in Japanese Patent Application No. 11-369299 filed by the same applicant as the present application.
[Explanation of symbols]
1,1-A, 1-B, 1-C, 1-D, 1-E, 1-3,1-G, 1-H, 1-J, 1-K, 1-L, 1-M, 1-N, 1-P substrate, end of 1-Ae, 1-Ce substrate, 2 cooling support, 3 solid phase sheet, 4 silicon melt, 5 crucible, 6 rotating shaft, 7 cooling rotating body, 10 fixed Angle, 12 Perimeter groove, 26, 26-A, 26-B peripheral part, 170 notch groove, 180 crucible opening, 181 cooling pipe, 190 heater, 191 crucible base, 192 crucible lifting shaft, 193 movement axis.

Claims

In a method for producing a solid-phase sheet of a material by bringing a substrate having a growth surface into contact with a melt of a material containing at least one of a metal material and a semiconductor material and growing the material on the substrate. , together with the substrate surface is partitioned into an inner portion surrounded by the peripheral portion and the peripheral groove by the peripheral groove, a portion between said peripheral portion and the inner portion is characterized in that continuous in the growth surface A method for producing a solid phase sheet.

In a method for producing a solid-phase sheet of a material by bringing a substrate having a growth surface into contact with a melt of a material containing at least one of a metal material and a semiconductor material and growing the material on the substrate. , the contact is carried out by relatively moving the position of the substrate relative to the melt, together with the substrate surface is partitioned into an inner portion surrounded by the peripheral groove in the peripheral part and the substrate by the peripheral groove, the when the traveling direction of the relative moving direction with respect to the melt of the base body, said at least one location of the front and rear in the traveling direction, a part the growth and the peripheral portion and the inner portion of the inner part A method for producing a solid phase sheet, wherein the solid sheet is continuously formed on the surface .

A flat substrate surface disposed on the outer periphery of the cooled rotating body is brought into contact with a melt of a material containing at least one of a metal material and a semiconductor material to form a solid phase sheet on the substrate surface. The method for producing a solid-phase sheet according to claim 1 or 2 , wherein:

A dividing groove that divides an inner portion defined by the peripheral groove on the substrate surface into a plurality of surface regions is formed, and a plurality of solid-phase sheets divided by the dividing groove are obtained on the inner portion. The method for producing a solid phase sheet according to claim 1 or 2 .

The method for producing a solid-phase sheet according to claim 1 or 2 , wherein a transverse section of the peripheral groove is formed substantially in a V shape as a whole.

The method for producing a solid phase sheet according to claim 1, wherein the peripheral portion is divided by a notch groove.