JP4282492B2 - 板状シリコンおよびその製造方法ならびに板状シリコン製造用下地板、ならびに太陽電池 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池などに使用する、板状シリコン、板状シリコンの製造方法、および板状シリコンの製造用下地板に関する。

従来、太陽電池に用いられている多結晶シリコンウエハの作製方法は、不活性雰囲気中でリンあるい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、このシリコン融液を鋳型に流し込んで徐冷し、多結晶インゴットを得ようとしていた。したがって、このようにして得られた多結晶インゴットから太陽電池用に使用可能な多結晶シリコンウエハを作製する場合には、上記インゴットをワイヤーソーや内周刃法などを用いてスライシングすることになる。しかしながら、この方法は、スライスによるシリコンの損失やスライス工程に必要なコストが問題であった。

スライス工程のないシリコンシートを作製する方法として、シリコン板の連続鋳造方法がある。このシリコン板の鋳造方法においては、水平加熱鋳型に溶融シリコンを供給し、水平方向にダミーの黒鉛プレートを挿入してその頂部の厚みを制御板下のシリコン融液に直接接触させる。そして、シリコンが黒鉛プレートの頂部に固着したところで、ローラーを用いてシリコン板を横に引き出すようにしている。また、冷却装置のガス吹き出し管からのガスによる冷却によって、シリコン板を連続的に得ようとする構造になっている。しかしながら、この方法は、厚み制御板の下からシリコン板を引き出すことによって、シリコン板の厚みを制御しているため、太陽電池に使用するような６００μｍ以下の厚みの制御は困難であった。

上記の問題を解決する方法として、下記特許文献１に開示されるように、半導体材料の融液に、凹凸構造を有する下地板を接触させ、当該下地板の凹凸部表面上に板状シリコンを成長させる方法がある。

しかしながら、上記板状シリコン製造方法で板状シリコンを作製する場合、板状シリコンは下地板の成長起点である凸部頂部からのみ成長する。成長起点凸部頂部で核発生が起こった後は、核発生点からの抜熱によって結晶成長が起こるため、融液の存在する領域では、基本的には核発生点を中心として等方的に成長する。そのため、板状シリコンの板厚が成長起点間距離よりも十分大きい場合には、板状シリコンの板厚分布は小さくすることができる。しかし、一定の板厚のもとで板厚分布を小さくするために成長起点間距離を小さくすると、それに比例して板状シリコンの結晶粒径を小さくする必要があるため、電子デバイスの特性面から好ましくない。つまり板状シリコンを電子デバイスなどに用いるには、成長起点間距離、言い換えれば結晶粒径ができるだけ大きいことが望まれる。

また、板状シリコンのコストを下げるためには、シリコン原料の消費を最小限に抑えることが望まれるため、板厚は電子デバイスの特性が落ちない範囲でできる限り薄い方がよい。しかしながら、板厚分布が大きい場合、電子デバイスの例として太陽電池では、スクリーン印刷のような低コストプロセスで電極の印刷などが行えず、低コストで太陽電池を提供することが出来なくなるなどの問題が生じる。そこで、スクリーン印刷のような低コストのプロセスが適用可能で、かつ高いセル効率が得られる、低価格な板状シリコンが必要である。
特開２００１−２２３１７２号公報

本発明は、上記従来の技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、スクリーン印刷のような低コストプロセスが適用可能で、かつ高いセル効率を得ることができる、低価格の板状シリコン、その製造方法、下地板およびそれらを用いた太陽電池を提供することである。

本発明の板状シリコンの製造方法によれば、シリコン融液に下地板を接触させて、該下地板表面上にシリコン結晶を成長させる板状シリコンの製造方法において、前記下地板は、該下地板上にある１つの凸部を基準とし、該凸部と最近接する凸部との距離を半径とした前記基準とする凸部の頂部を中心とする円周上に、６つの凸部が略等間隔に存在することを特徴とする。好ましくは、前記凸部の形状が、四角錘または六角錘である。本発明において、凸部と凸部との距離は、凸部の頂部と凸部の頂部との間の距離をいい、具体的には、顕微鏡を用いる直接観察または段差計を用いる表面凹凸測定により測定することができる。

本発明はまた、シリコン融液に下地板を接触させて、該下地板表面上にシリコン結晶を成長させる板状シリコンの製造用下地板であって、該下地板上にある１つの凸部を基準とし、該凸部と最近接する凸部との距離を半径とした、前記基準とする凸部の頂部を中心とする円周上に、６つの凸部が略等間隔に存在することを特徴とする下地板を提供する。好ましくは、前記下地板の凹凸部形状は、直線加工部材を用いて、下地板上の互いに６０度の角度をなす２つの方向へ切削することにより、製造される。

本発明はさらに、太陽電池用の板状シリコンであって、該板状シリコン上にある１つの凸部を基準とし、該凸部と最近接する凸部との距離を半径とした、前記基準とする凸部の頂部を中心とする円周上に、６つの凸部が略等間隔に存在することを特徴とする板状シリコンを提供する。また、上に記載の板状シリコンの製造方法で作製した板状シリコン、および上に記載の板状シリコンを用いて製造した太陽電池を提供する。

以上より明らかなように、本発明にしたがう板状シリコン製造方法、板状シリコン製造用下地板を用いることで、低コスト太陽電池作製プロセスにも適用可能で、かつ太陽電池特性が良好な板状シリコンの製造が可能となる。また、その方法で製造された板状シリコンから太陽電池を作製することで、特性の良好な太陽電池を低価格で提供することが可能となり、環境に対する負荷を低減することができる。

（板状シリコンの製造用下地板）
本発明における、板状シリコンの製造用下地板について、図を用いて詳細に説明する。図１は、本発明における板状シリコンの製造用下地板の概略図であって、（Ａ）は、当該下地板の斜視図であり、（Ｂ）は、当該下地板の拡大正面図であり、（Ｃ）は、当該下地板表面の凹凸形状部の拡大斜視図である。

図１（Ａ）において、板状シリコンの製造用下地板１は、下地板１の頂部表面上に複数の凹凸形状部３が形成された構造である。下地板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など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、窒化アルミ、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。下地板１の材質は、工業的に安価であること、得られる板状シリコンの下地板品質などの種々の特性を考慮し、融液材料と下地板の組合せは、適宜選択することが可能である。さらに、下地板１に金属を用いる場合、下地板１の融点以下の温度で使用し、得られた板状シリコンの特性にさほど影響を与えなければ、特に問題はない。

図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の凹凸形状部３を拡大した正面図であり、複数の凸部４が存在する。当該凸部４は、板状シリコン結晶を成長させる際に、成長起点となり、黒丸は成長起点凸部頂部の存在する位置に対応している。また、凸部４の間には、図中には示してないが、凹部が存在している。

図１（Ｃ）において、当該凹凸部３は、凸部４および凹部５が存在する。凸部４の頂部形状は、加工が容易であることから、四角錘または六角錘の形状であり、これにより、下地板製造に要するコストを抑えることができるため、結果的に板状シリコンも低価格で提供することが可能となる。その中でも、四角錐は六角錐よりも加工がさらに容易なため、コスト面で有利である。凹部５は、当該凸部４の間に存在する。

本発明において、隣り合う成長起点凸部４の間には凹部５が存在しているが、当該下地板１をシリコン融液に接触させた場合、シリコン融液は、表面張力のため凹部５まで入り込むことはできず、成長起点である凸部４の頂部近傍のみが物理的に接触する。その結果、この部分に選択的に核発生が起こる。

前述した通り、この核は下地板の下地板の抜熱により成長するため、基本的には等方的に成長する。異なる成長起点凸部４の位置に核発生した核の結晶成長方位に相関はないため、結晶粒径を大きくするためには、成長起点である凸部４の数密度を小さくする必要がある。しかし、単純に成長起点である凸部４の数密度を小さくすると、形成される板状シリコンの板厚分布が大きくなるという問題が生じる。また、場合によってはシリコン融液が表面張力に打ち勝って、凸部４の頂部から離れた部分からも核発生が生じるために粒径がかえって小さくなることもある。

そこで、本発明者らは、成長起点である凸部４を図１のような配置にし、一定の成長起点凸部４の数密度にすることで、結晶粒径が大きく、かつ板厚分布を小さくできる板状シリコンを製造する方法を見出した。つまり、スクリーン印刷のような低コストのプロセスが適用でき、かつセル効率が高い板状シリコンを製造可能にするに至った。この原理を、図２を用いて詳細に説明する。

図２は、下地板における凸部の配置を示す概略図であり、図２（Ａ）は、本発明における下地板の凸部の配置であり、図２（Ｂ）は、従来の技術における下地板の凸部の配置である。ここで、図２（Ｂ）に示す従来の下地板は、特に、上記特許文献１に記載の下地板である。

図２（Ａ）および（Ｂ）の下地板において、複数存在する凸部のうちの１つを基準凸部４’とした場合、基準凸部４’の周囲における等距離の位置にそれぞれ６個および４個の隣接する凸部４が配置されている。ただし、図２（Ａ）および（Ｂ）において、凸部４の数密度を一定としている。凸部４の数密度を同じで、かつ核成長起点である凸部４，４’での核発生数が同じであれば、同じ結晶粒径を持った板状シリコンが得られることになる。ここで、数密度とは、下地板の単位面積あたりの凸部の数をいう。

図２（Ａ）および（Ｂ）において、基準凸部４’の最頂部と最隣接成長起点の凸部４の最頂部とを結ぶ直線の垂直二等分線により形成される最も小さな図形を点線で示す。また当該図形上で基準凸部４’の最頂部Ｃに最も近い点をＮ、最も遠い点をＦとする。基準凸部４’の頂部Ｃで発生した核は、成長し、まず点Ｎで隣の成長起点である凸部４の頂部から成長してきた結晶とぶつかる。当該それぞれの結晶は、その後も成長を続け、隣に存在する２つの成長起点凸部４から成長してきた結晶と点Ｆにおいてぶつかり、連続的な板状の結晶となる。

結晶成長の早い時点、すなわち板厚の最も薄い時点で連続的な板状の結晶となるのは、ＣＦの距離からＣＮの距離を引いた数（ＣＦ−ＣＮ）ができるだけ小さい配置のものである。また、早く連続的な板になることを反映して、同じ量だけシリコンを成長させた場合の表面凹凸が小さくなるのも、（ＣＦ−ＣＮ）が小さい場合である。これは、成長起点凸部４の数密度が一定の場合にはＣＦ／ＣＮが１に近い場合に対応している。

図２（Ａ）および（Ｂ）の成長起点凸部４の配置についてＣＦ／ＣＮを評価したところ、それぞれ１．１５、１．４１となり、従来技術の下地板（図２（Ｂ））と比較して本発明における下地板（図２（Ａ））の方が上述した理由から有利であることがわかる。すなわち、基準凸部４’を中心として、当該基準凸部４’と最近接の成長起点凸部４との距離を半径とした円を考慮した場合に、当該凸部４が当該円周上において略等間隔に６つ存在することで、結晶粒径の大きさを保ったまま、板厚分布を小さくできる。つまり、スクリーン印刷のような低コストプロセスにも適用可能で、かつセル特性の高い太陽電池用板状シリコンであることがわかる。そして、一般に、粒界が太陽電池特性に悪影響を与えるのは公知の事実であり、結晶粒径が大きいほど、太陽電池特性が高いことが予想されることを考慮すると、本発明における下地板を用いて作製した板状シリコンを用いて太陽電池を作製すると、非常に優れた太陽電池特性を得ることができる。

本発明において、凹凸形状部は、均質性の観点から見て、同一形状の繰り返しであることが望ましい。また、加工性の観点から凹凸形状部は並進対称性を有することが好ましい。対称性の低い成長起点凸部の配置ではＣＦ／ＣＮが大きくなるため、板厚分布および結晶粒径の両者において不利であり、低コストプロセスの適用に問題が生じる。

また、成長起点凸部の頂部が点ではなく、線や面からなる下地板の場合には、核発生数を適当な値にコントロールすることが困難となる。そのため、どちらの場合も良好な結晶粒径と板厚分布とを両立することができず、この場合も同様に問題が生じる。

本発明における下地板の作製方法としては、平坦な下地板に互いに６０度の角をなす２方向への直線状加工を施すのが、コスト面から有利である。これについて図３を用いて詳細に説明する。図３（Ａ）は、直線状加工を実行可能な部材および下地板の概略斜視図である。図３（Ａ）において、凹凸形状部を下地板１上に形成可能な刃７を有する直線加工部材６を用いて、下地板１の頂部表面を６０°の角度を付けられた２つの直線状に切削することにより、凹凸形状部を形成することができる。形成された凹凸形状部を有する下地板の概略正面図を図３（Ｂ）に示す。なお、図３（Ａ）における矢印は、部材６の切削方向の一例を示している。

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の刃７を用いて互い６０度の角をなす２方向（α１，β１方向）への直線状加工を行うことで作製した下地板１の概略正面拡大図である。このように作製した下地板１の凸部４の形状は四角錐となる。また、図３（Ｃ）に示されるように、前記２方向（α１，β１）と互いに６０度の角をなす方向（γ１）にも直線状加工を施すことで、六角錐形状の凸部４を持つ下地板１が作製可能である。

図３（Ｂ）および（Ｃ）において、黒丸は成長起点である凸部４の最頂部Ｃとなる位置を示し、実線は谷となる線を示す。また破線は凸部４の稜線となる部分である。なお、図３（Ｃ）では隣り合う凸部４の間にも小さな凸部が存在するが、シリコン融液が表面張力の為にこの部分まで入らない条件であれば、この凸部は成長起点凸部とはならない。

成長起点となる隣接凸部間の距離は０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度が好ましい。０．５ｍｍ以下であると、板厚分布が小さくなるので好ましいが、結晶粒径が小さくなり、品質面で低下する傾向がある。逆に、成長起点となる隣接凸部間の距離が５．０ｍｍ以上になると、結晶粒径が大きくなる点で好ましいが、板厚分布が大きくなり、太陽電池の製造プロセスの面から好ましくない。成長起点となる隣接凸部間の距離は、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍがより好ましい。ここで、隣接凸部間の距離は、凸部の最頂部間の距離をいう。

成長起点となる凸部４の高さは、シリコン融液の表面張力と、下地板１とシリコン融液との界面のエネルギーとの相関によって決めればよい。表面張力は設定する融液温度によって異なり、また界面エネルギーについては、融液温度のほかに下地板１の材質、成長起点凸部間距離または凸部の頂角などによっても異なるため、適宜状況にあわせて変更する必要がある。目安としてはおよそ０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍ、より好ましくは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。ここで、凸部の高さは、下地板表面に垂直な方向に測定した、凸部頂点と凹部最下点との間の距離をいう。また、当該高さは凸部頂点と凹部最下点を通る断面での顕微鏡観察または段差計を用いた凹凸測定により測定することができる。

（板状シリコンの製造装置）
本発明の板状シリコンの製造方法で用いる製造装置の一例を、図４を用いて説明する。しかしながら、本発明の板状シリコンを得る装置は、これに限定されるものではない。

図４は、本発明の板状シリコンを作製するための製造装置内の概略断面図である。本発明における板状シリコンの製造装置は、融液９が入ったるつぼ８と、当該るつぼ８を支持するためのるつぼ台１０と、融液９の温度を均一に保持し、るつぼ底からの抜熱を抑制するための断熱材１１と、上記るつぼ台１０に接続された、るつぼ８を昇降するためのるつぼ昇降用台１２と、下地板１を保持し、かつ下地板１を融液９に接触させて板状シリコンを結晶成長させるためのアーム１３と、るつぼ８の側部に設けられた、融液９を間接的に加熱可能な加熱用ヒーター１４とを備える。

本発明における板状シリコンの製造装置の各部材１および８〜１４は、密閉性の良好なチャンバ内に設置されており、真空排気後に不活性ガスなどでガス置換を行なえる構造にされている。このとき、不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウムなどを使用することが可能であるが、コスト面を考慮するとアルゴンがより好ましい。酸素成分を含むガスを用いると、シリコン酸化物が生成し、下地板表面やチャンバ壁に付着するため、酸素成分はできる限り除去する必要がある。また、循環式のシステムを構築しておくことが、より低コスト化することができる。さらには、ガスの循環式システムには、フィルタなどを通して、シリコン酸化物の粒子の除去を行なうことが好ましい。

図４において、下地板１は、融液９の温度以下に設定され、図中左側から、るつぼ８中にある融液９中に接触し、下地板１上に板状シリコン１５が成長する。このとき、融液９は、融点以上に加熱用ヒーター１４で保持されている。融液９の温度の調節と、チャンバ内の雰囲気温度と、下地板１の温度を厳密に制御できるような装置構成にすることにより、板状シリコン１５の作製の再現性を良好にすることができる。また、複数の下地板１上に板状シリコン１５が順次作製されていくにつれ、るつぼ８内の融液９が減少していく。したがって、下地板１上で板状シリコン１５を成長させる際、融液の増減に関わらず常に下地板Ｋがシリコン融液９に、同じ条件で接触可能なように、るつぼ昇降機構１２を適宜調節する必要がある。

下地板１の温度制御を容易にするには、下地板１を固定する銅製の固定板を用いると好都合である（図示せず）。下地板１の冷却手段は、大きく分けると、自然放冷、直接冷却と間接冷却の３種類の手段が考えられる。自然放冷とは、特別な冷却手段を用いずに、シリコンの融液９に接触した後の高温の下地板１、および板状シリコン１５が輻射熱を放出してその温度を下げることである。このようにすることで装置構成が簡単になるという利点を有する。直接冷却は、下地板１に直接ガスを吹きかけて冷却する手段である。間接冷却は、下地板１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、板状シリコン１５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好ましい。冷却ガスは、熱交換器などを用いて循環させることで、さらにコストを低減することが可能である。

またさらに、下地板１を加熱する機構（図示せず）を有してもよい。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。但し、シリコンの融液９の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、板状シリコン１５の製造の安定性は、格段に向上する。

融液９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。しかしながら、融液温度を厳密に制御するに際し、熱電対を融液中に浸漬させる手法は直接的だが、熱電対の保護管などからの不純物が融液に混入するため、好ましくない。また、融液の温度を融点近傍で設定していると、上記保護管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。したがって、るつぼ８の側部で、シリコン融液と直接接することがない位置に、加熱用ヒータ１４を設けて、間接的に温度を制御することが好ましい。

なお、板状シリコンの製造とともにるつぼ内のシリコンは減っていくので、適時シリコンをるつぼに補充する必要がある。シリコンをるつぼに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、融液のまま順次投入したり、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、特に限定されない。但し、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、そのときに発生する波形状が得られる板状シリコンの融液面側に反映され、得られる板状シリコンの均一性を損なう可能性があるためである。

（板状シリコン製造方法）
次に、図４を用いて、上記本発明における板状シリコンの製造装置を用いた板状シリコンの製造方法について説明する。

まず、得られる板状シリコン１５の比抵抗を所望の比抵抗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８に一杯になるまで充填する。たとえば、当該比抵抗としては２Ω・ｃｍとすることができる。次に、チャンバ内の真空引きを行ない、チャンバ内を所定の圧力まで減圧する。その後、チャンバ内にＡｒガスを導入し、常にチャンバ上部よりＡｒガスを流したままにする。流量はたとえば、１０Ｌ／分にすることができる。このように常にガスを流し続けるのは、清浄なシリコン湯面を得るためである。

次に、シリコンを溶融させる加熱用ヒーター１４の温度を１５００℃に設定し、るつぼ８内のシリコン塊を完全に溶融状態にする。このとき、シリコン原料は溶融することで液面が低くなることから、シリコン融液９の湯面が、るつぼ８上面から１ｃｍ下の位置になるように、新たにシリコン粉末を投入する。加熱用ヒーター１４は、一度に１５００℃に上げるのではなく、１３００℃位まで１０〜５０℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し、その後、所定温度まで上げるのが好ましい。これは、急激に温度を上げると熱応力がるつぼ８の角部などに集中的にかかり、るつぼ８の破損に繋がるおそれがあるためである。

その後、シリコン融液９温度を１４１０℃に設定し、３０分間そのまま保持し、融液９の温度の安定化を図り、るつぼ昇降機構１２を用いて、るつぼ８を所定の位置に移動させる。このときのシリコン融液９の温度は、１４１０℃以上、１５００℃以下が好ましい。シリコンの融点が１４１０℃付近であるため、１４１０℃以下に設定するとるつぼ壁から徐々に湯面が固まってくるためである。また、１５００℃以上に設定すると得られる板状シリコン１５の成長速度が遅くなり、生産性が悪くなるため、好ましくない。

次に、板状シリコンを結晶成長させるが、前述の板状シリコン製造用下地板１を図４中の左側から右側へ進行させる。このように、下地板１がシリコン融液９に接することで、板状シリコン１５が形成される。特に、シリコン融液９への進入時の下地板１の表面温度は、１１００℃以下が好ましい。下地板１の表面温度が１１００℃以上であると、板状シリコン１５の成長速度が遅くなり、生産性が悪くなるためである。下地板の表面温度は３００℃以上が好ましい。その理由は、融液からの輻射の影響で制御性良く下地板温度を３００℃未満に保つことが困難であるためである。ただし、板状シリコンの品質のばらつきが問題とならない場合にはこれに限定されない。

上述したように、下地板１の表面温度を調整するには、冷却機構と加熱機構の両方を備えている方が好ましい。これらの機構を設けることで、生産性が向上するだけでなく、製品の歩留まり向上、さらには品質の安定化を図ることができるからである。

以下に実施例をあげて本発明をより詳細に説明するが、これに限定されるわけではない。

（実施例１）
比抵抗が２．０Ω・ｃｍになるようにボロン濃度を調整したシリコン原料を、高純度カーボン製るつぼに保護された石英製るつぼ内に入れ、図４に示されるように、チャンバー内に当該るつぼを固定した。

まずチャンバー内を１．３３×１０^−３Ｐａ程度まで真空引きし、常圧のＡｒガスで置換し、その後、チャンバー内にＡｒガスを導入し、常圧まで戻し、その後は、２Ｌ／ｍｉｎでＡｒガスを常時チャンバー上部から流したままにしておいた。次に、シリコン原料を加熱ヒーターにより溶融するが、シリコン溶解用の加熱ヒーターを１０℃／ｍｉｎの昇温速度で１５００℃まで昇温し、シリコン原料が完全に溶解したことを確認したのち、るつぼ温度を１４２０℃に保持し、安定化を図った。

次に、図３（Ｃ）に示した形状の銅製下地板をシリコン融液に接触させて、下地板表面上に板状シリコンを成長させた。隣り合う成長起点凸部間の距離を０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍと変化させた。得られた板状シリコンは、核発生位置である最頂部Ｃで最も板厚が厚くなるため、図１（Ｃ）のような形状となっていた。この板状シリコンは下地板の成長起点となる凸部が配置された対称性を維持しているため、各核発生位置Ｃの周りに６回対称の形状であった。つまり、１つの核発生位置Ｃを基準（中心）として、当該位置Ｃと最近接の核発生位置Ｃとの距離を半径とした円を考慮した場合に、当該円周上に略等間隔に核発生位置が６つ存在した。本実施例では、シリコン融液と接触させる際の下地板の表面温度を８００℃した。また、成長起点凸部の高さは０．２ｍｍとしたものを用いた。

（太陽電池の作製）
次に得られた板状シリコンを用いて、低コスト太陽電池作製プロセスで、太陽電池の作製を行った。ここでいう低コスト太陽電池作製プロセスとは、電極形成をアルミペーストや銀ペーストのスクリーン印刷で形成するプロセスを意味している。ここではｐｎ接合を持った太陽電池の例を示すが、他の構造、たとえばＭＩＳ構造などにも応用可能である。得られた板状シリコンをレーザーで切断し、５０ｍｍ×５０ｍｍの板状シリコンを取り出した。次に、硝酸とフッ酸との混合溶液でエッチングおよび洗浄を行い、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った。その後、ＰＯＣｌ_３拡散によりｐ型下地板にｎ＋層を形成した。板状シリコン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装置を用いて窒化シリコン膜を形成した。次に、太陽電池の裏面側となる面にも形成されているｎ層を弗硝酸でエッチング除去し、ｐ下地板を露出させ、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、スクリーン印刷法にて形成した。その後、銀電極部分に半田ディップを行い、太陽電池を作製した。

得られた太陽電池は、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ^２の照射下にて、「結晶系太陽電池セル出力測定方法（ＪＩＳ Ｃ ８９１３（１９８８））」に準拠して、セル特性の評価を行った。各太陽電池のセル効率を縦軸にとり、成長起点凸部の数密度を横軸に取り、両者の関係を、図５にグラフを用いて示す。ここで、数密度とは、１平方ミリメートル（ｍｍ^２）あたりの成長起点凸部の数をいう。

図５からわかるように、成長起点数密度の大きい領域、特に１０を超える領域では、セル効率は急激に低下している。この特性低下は、結晶粒径が小さくなり、粒界による特性低下が顕著に現れてきたものであると考えられる。逆に数密度が小さい領域、特に０．３未満の領域では、セル効率が大幅に低下している。この特性低下の原因は、板厚分布が大きくなったために、スクリーン印刷時に入射面側の銀電極のかすれが起こったためであると考えられる。

（比較例１および２）
下地板の成長起点凸部の配置を正方格子状（比較例１）、および長短の比が２対１である長方格子状（比較例２）とした以外は、すべて上記実施例１と同様の手順および条件で板状シリコンを作製した。次いで、それぞれの板状シリコンを用いて太陽電池を作製した。得られた太陽電池は、同様にＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ^２の照射下にて、「結晶系太陽電池セル出力測定方法（ＪＩＳ Ｃ ８９１３（１９８８））」に準拠して、セル特性の評価を行った。それぞれの太陽電池のセル効率縦軸にとり、成長起点凸部の数密度を横軸に取り、両者の関係を、図５にグラフを用いて示す。

実施例１と同様に、数密度の小さい領域および大きい領域において、それぞれせる効率が低下し、特性が低下した。この特性低下の原因は、実施例１と同様であると考えられる。また、実施例１、比較例１および比較例２の順番で、セル効率が低下した。これは、本発明における凸部の配置により、良好なセル効率を有する太陽電池を作製するための板状シリコンを作製することができることがわかる。

（実施例２）
下地板として、図３（Ｂ）に示した形状の銅製下地板を用い、隣り合う成長起点凸部間の距離を０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍと変化させた以外は、すべて実施例１と同様にして板状シリコンを作製した。この場合も実施例１同様、得られた板状シリコンは、図１（Ｃ）のような形状となっていた。この板状シリコンは下地板の成長起点となる凸部が配置された対称性を維持しているため、各核発生位置Ｃの周りに６回対称の形状であった。つまり、１つの核発生位置Ｃを基準（中心）として、当該位置Ｃと最近接の核発生位置Ｃとの距離を半径とした円を描写した場合に、当該円周上に略等間隔に核発生位置Ｃが６つ存在した。本実施例では、シリコン融液と接触させる際の下地板の表面温度を５００℃とした。また、成長起点凸部の高さは０．３ｍｍとしたものを用いた。

（太陽電池の作製）
次に得られた板状シリコンを用いて、実施例１と同じ手順にて太陽電池を作製した。

得られた太陽電池は、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ^２の照射下にて、「結晶系太陽電池セル出力測定方法（ＪＩＳ Ｃ ８９１３（１９８８））」に従って、セル特性の評価を行った。各太陽電池のセル効率を縦軸にとり、成長起点凸部の数密度を横軸に取り、これらの関係を図６にグラフを用いて示す。

成長起点数密度の小さい領域での特性低下は、結晶粒径が小さくなり、粒界による特性低下が顕著に現れてきたものである。逆に数密度が大きな領域での特性低下の原因は、板厚分布が大きくなったために、スクリーン印刷時に入射面側の銀電極のかすれが起こったためであった。

（比較例３および４）
下地板を、実施例２と同様の成長起点凸部形状にし、その成長起点凸部の配置が正方格子状のものを比較例１、長短の比が２対１である長方格子状のものを比較例２とした。その他の板状シリコン作製条件、太陽電池作製条件は、実施例２と全く同じとした。得られた太陽電池は、同様にＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ^２の照射下にて、「結晶系太陽電池セル出力測定方法（ＪＩＳ Ｃ ８９１３（１９８８））」に従って、セル特性の評価を行った。各太陽電池のセル効率を縦軸にとり、成長起点凸部の数密度を横軸に取り、これらの関係を図６にグラフを用いて示す。

図６からわかるように、成長起点数密度の大きい領域、特に２を超える領域では、セル効率は急激に低下している。この特性低下は、結晶粒径が小さくなり、粒界による特性低下が顕著に現れてきたものであると考えられる。逆に数密度が小さい領域、特に０．２５未満の領域では、セル効率が大幅に低下している。この特性低下の原因は、板厚分布が大きくなったために、スクリーン印刷時に入射面側の銀電極のかすれが起こったためであると考えられる。

なお、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点の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、上記した説明ではなく、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。

本発明における板状シリコンの製造用下地板の概略図である。 下地板における凸部の配置を示す概略図である。 （Ａ）は、直線状加工を実行可能な部材および下地板の概略斜視図であり、（Ｂ）は、四角錘形状の凸部を有する下地板の概略正面図であり、（Ｃ）は、六角錐形状の凸部を有する下地板の概略正面図である。 本発明の板状シリコンを作製するための製造装置内の概略断面図である。 太陽電池のセル効率と、成長起点凸部の数密度との関係を、グラフを用いて表わした図である。 太陽電池のセル効率と、成長起点凸部の数密度との関係を、グラフを用いて表わした図である。

符号の説明

１ 下地板、３ 凹凸形状部、４，４’ 凸部、５ 凹部、６ 直線加工部材、７ 刃、８ るつぼ、９ 融液、１０ るつぼ台、１１ 断熱材、１２ るつぼ昇降用台、１３ アーム、１４ 加熱用ヒーター、１５ 板状シリコン。

Claims (10)

1. シリコン融液に下地板を接触させて、該下地板表面上にシリコン結晶を成長させる板状シリコンの製造方法において、
   前記下地板は、該下地板上にある１つの凸部を基準とし、該凸部と最近接する凸部との距離を半径とした前記基準とする凸部の頂部を中心とする円周上に、６つの凸部が略等間隔に存在することを特徴とする、板状シリコンの製造方法。
2. 前記下地板上にある１つの凸部を基準とし、該凸部と最近接する凸部との距離が１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の板状シリコンの製造方法。
3. 前記凸部の形状が、四角錘または六角錘であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の板状シリコンの製造方法。
4. シリコン融液に下地板を接触させて、該下地板表面上にシリコン結晶を成長させる板状シリコンの製造用下地板であって、該下地板上にある１つの凸部を基準とし、該凸部と最近接する凸部との距離を半径とした、前記基準とする凸部の頂部を中心とする円周上に、６つの凸部が略等間隔に存在することを特徴とする、下地板。
5. 前記下地板の凹凸部形状は、直線加工部材を用いて、下地板上の互いに６０度の角度をなす２つの方向へ切削することにより、製造されることを特徴とする、請求項４に記載の下地板。
6. 前記下地板上にある１つの凸部を基準とし、該凸部と最近接する凸部との距離が１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の下地板。
7. 太陽電池用の板状シリコンであって、該板状シリコン上にある１つの凸部を基準とし、該凸部と最近接する凸部との距離を半径とした、前記基準とする凸部の頂部を中心とする円周上に、６つの凸部が略等間隔に存在することを特徴とする、板状シリコン。
8. 前記板状シリコン上にある１つの凸部を基準とし、該凸部と最近接する凸部との距離が１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項７に記載の板状シリコン。
9. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の板状シリコンの製造方法で作製した板状シリコン。
10. 請求項７〜９のいずれか１つに記載の板状シリコンを用いて製造した太陽電池。

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