JP4451556B2

JP4451556B2 - Silicon ribbon manufacturing apparatus and solar cell using the same

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Publication number: JP4451556B2
Application number: JP2000273310A
Authority: JP
Inventors: 修二胡間; 万人五十嵐; 光三郎矢野; 浩谷口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2020-09-08
Also published as: WO2002020882A1; JP2002080295A; TWI251627B; AU2001277784A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として太陽電池等に用いることができるシリコンリボン製造装置及びそのシリコンリボンを用いた太陽電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転冷却体を溶融金属中に浸漬して、冷却体表面に生成するシリコンを取り出す方法としては、米国特許第４２３１７５号公報に開示されたシリコン精製方法がある。
【０００３】
この方法によると、回転冷却体の円筒面の一部を融液中に浸漬し、該冷却体を回転させながら、円筒面にシリコン凝固殻を成長させ、これを再溶解して液体シリコンを取り出すことにより、不純物が除去されたシリコン融液を取り出すことができる。
【０００４】
また、回転冷却体を溶融シリコン中に浸漬して、回転冷却体の表面に生成するシリコンリボンを直接取り出す装置としては、特開平１０−２９８９５号公報に開示されたシリコンリボン製造装置がある。
【０００５】
このシリコンリボン製造装置の主要部分は、シリコンの加熱溶解部と、回転冷却体を含む冷却部とで構成されている。
【０００６】
図６に、この製造装置によるシリコンリボンの引出方法を示す。すなわち、耐熱材で構成された回転冷却体６１の円筒面の一部を、上下可動型るつぼ６４内の溶融シリコン６３中に浸漬し、回転冷却体６１を回転させながらカーボンネット６５を引き出すことによって、カーボンネット６５に固着されたシリコンリボン６２を連続的に取り出す。
【０００７】
この方法によると、インゴットをワイヤーソー等によりスライスしてウエハを得る従来のシリコンウエハの製造法よりも、プロセスコスト及び原料費の双方を低減することができる。
【０００８】
この方法を改良した発明として、特願平１１−１８３４６３号に開示された結晶シート製造装置がある。
【０００９】
図７に、この製造装置による結晶シートの引出方法を示す。すなわち、凹凸構造を備えた回転冷却体７１を、金属あるいは非鉄金属の溶融液７３に凸部７７のみ浸漬する。すると、凸部７７に結晶核が発生して成長し、隣り合った凸部から成長した結晶と接触して結晶シート７２が形成される。
【００１０】
この方法によると、凹部７８は溶融液７３に浸漬されないため、回転冷却体７１と結晶シート７２との接着強度が低下し、結晶シート７２は回転冷却体７１から容易に剥離することができる。また、結晶核を凸部７７のみで発生するように制御することができ、比較的大きな結晶粒が得られる。さらに、回転冷却体７１の凹部７８に先端部が挿入された結晶シート掻取部７５を備えることによって、結晶シート７２は容易かつ連続的に回転冷却体７１から掻き取られて剥離する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許第４２３１７５号公報に開示された方法においては、金属を再融解させて液体状態で取り出す必要がある。すなわち、板状金属を直接取り出すことは不可能であり、再融解した金属を再結晶化させる必要がある。そのため、この方法をシリコンリボンの製造に適用した場合は、溶融、凝固殻生成、再溶融、再結晶化と多数の過程が必要であり、製造電力、時間、コストが大きくなる。また、シリコンリボンの連続製造も不可能である。
【００１２】
特開平１０−２９８９５号公報に開示されたシリコンリボン製造装置においては、円筒型の回転冷却体６１上に生成したシリコン凝固殻を、引き出し始めのカーボンシートで引っ張り、引き伸ばすことにより、平面状のシリコンリボン６２を引き出すことになる。
【００１３】
しかし、連続引き出しを行う場合、定常的にはシリコンリボン６２自体で後続のシリコンリボン６２を引っ張ることになり、多大な負荷がかかるためにシリコンリボン６２が破損しやすい。この場合、引き出し始めにカーボンシートなどを使用するため、シリコンリボン６２の引き出しを即座に再開することが不可能であり、安定的な連続引き出しは困難である。
【００１４】
また、回転冷却体６１に成長した結晶を引っ張ることで平面状に引き出すため、シリコンリボン６２には内部応力が残存してシリコンリボン６２の強度が低下し、引出過程、徐冷却過程においてシリコンリボン６２の破損するおそれが高く、安定連続供給は困難であり、半導体特性も応力によって低下する。さらに、シリコンリボン６２が完全に引き伸ばせない場合はシリコンリボン６２に湾曲が残り、連続取り出しは不可能であり、取り出せたシリコンリボン６２も平面状にはならない。
【００１５】
特願平１１−１８３４６３号に開示された結晶シート製造装置においては、円筒型回転冷却体７１上に生成したシリコン凝固殻を取り出すため、平面状シリコンリボンを直接引き出すことは不可能であり、またシリコンリボンが平面でないため、連続引き出しが困難である。
【００１６】
また、掻取部を延長し、掻取部に沿った平面状の結晶シート７２を引き出す場合においても、結晶成長は円筒型回転冷却体７１上で行われるため、円筒に沿った結晶シート７２を平面に引き伸ばす方法となり、完全に引き伸ばせない場合は結晶シート７２に湾曲が残り、連続取り出しは不可能であり、取り出せた結晶シート７２も平面状にはならない。
【００１７】
さらに、条件により完全に引き伸ばせた場合でも、結晶シート７２に内部応力が残存するため結晶シート７２の強度が低下し、引出過程、徐冷却過程において結晶シート７２が破損するおそれがあり、安定的な連続供給は困難である。
【００１８】
これらの問題点によって、上述した従来の技術ではいずれも、平面状シリコンリボンを大量かつ安定的に低コストで連続生産を行うことは困難となっている。
【００１９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、平面状シリコンリボンを大量かつ安定的に低コストで連続生産することのできるシリコンリボン製造装置及びそれによるシリコンリボンを用いた太陽電池を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、溶融シリコンを収納するための溶融シリコン収納部と、この溶融シリコン収納部の上方に回転可能に配設されかつシリコンリボンを表面で固化成長させるためのシリコンリボン生成部分を有する回転冷却体とを備えてなるシリコンリボン製造装置において、回転によって溶融シリコンに一旦浸漬された後に溶融シリコンから引き上げられた回転冷却体の表面におけるシリコンリボン生成部分が溶融シリコンに再び浸漬される前にそのシリコンリボン生成部分に生成したシリコンリボンを剥離するとともに、剥離したシリコンリボンを回転冷却体の回転による慣性力及び／または重力による落下を利用して装置外へ搬出するための剥離・搬出機構が設けられていることを特徴とするシリコンリボン製造装置が提供される。
【００２１】
本発明の作用について述べる。ステンレス鋼で構成した装置外壁の内部に断熱材が張りめぐらせてある。この内部にヒーターを２ヶ所に配置する。そして。その中央部に配置したるつぼ（溶融シリコン収納部）でシリコンを溶解させる。るつぼの上方には回転軸によって支持された回転冷却体を配置する。この回転冷却体の表面を溶融シリコンに浸漬すると、表面にシリコンリボンが生成する。
【００２２】
シリコンウエハのような平板状のシリコンリボンを得るために、回転冷却体表面に平坦面部分を有する構造は、シリコンをスライスする必要がなく、平板型シリコンリボンを直接、得ることが可能であり、スライスによる損失がないため、低コスト化に寄与する。
【００２３】
図１を用いて、本発明の作用の第１例を示す。回転冷却体１１のシリコンリボン生成部（平坦面部分）に生成したシリコンリボン１２は、走査型電子顕微鏡による剥離面観察によると、回転冷却体表面と固着している領域がシリコンリボン面積に対して５〜１０％であることが分かっている。つまり、シリコンリボン１２はその全体で回転冷却体表面に固着しているわけではないため、成長後に適切な衝撃を与えると回転冷却体表面から容易に剥離することが可能である。
【００２４】
また、回転冷却体の回転による微小振動や重力の影響で、外的衝撃を与えなくても、回転冷却体から剥離して落下するシリコンリボンも存在する。
【００２５】
重力の作用について述べる。回転冷却体１１はまず、シリコンを成長させる平坦面部を最下点にして溶融シリコン１３に浸漬されることで、シリコンリボン１２を回転冷却体１１の表面に成長させることになる。この回転冷却体１１が最下点にある位置を０度とする。この後、回転冷却体１１は回転し、シリコンリボン１２は回転冷却体１１とともに回転する。３６０度回転すると、回転冷却体１１はは再び溶融シリコン１３に浸漬するため、３６０度回転する前にシリコンリボン１２を取り出す必要がある。
【００２６】
上述したように、回転冷却体１１の回転による微小振動によりシリコンリボン１２が剥離した場合のうち、０度〜９０度で剥離した場合は、シリコンリボン１２は回転冷却体１１のそのシリコンリボン生成部よりも下方に位置するため、重力によってすぐに落下する。このシリコンリボン１２を回収する手段として、シリコンリボン搬出用樋部材１７を設置する必要がある。
【００２７】
また、０度〜１８０度以内で落下しないシリコンリボン１２は、回転冷却体１１のシリコンリボン生成部に載ったまま回転する。特に、回転冷却体１１の回転による微小振動で剥離しないシリコンリボン１２に関しては、上述したように、衝撃発生部材１５による衝撃を与えて剥離する必要がある。シリコンリボン１２を剥離させ、回転による慣性力及び重力による落下を利用して取り出すためには、シリコンリボン１２を剥離した後も、装置外へ搬出するための搬出用樋部材１６を設置した位置まで、シリコンリボン１２は回転冷却体１１の上に載った状態で移動する必要がある。
【００２８】
シリコンリボン１２をシリコンリボン生成部の０度〜９０度以内（回転冷却体の回転が４分の１周以下）で、衝撃発生部材１５を用いて剥離させた場合は、そのシリコンリボン生成部が回転冷却体１１よりも下方に位置するため、シリコンリボン１２は即座に落下する。したがって、シリコンリボン１２はシリコンリボン搬出用樋部材１７を用いて取り出すことが可能であるが、この場合は搬出用樋部材１７と衝撃発生部材１５とが近接する構造となる。
【００２９】
９０度〜１８０度で剥離させた場合は、シリコンリボン１２は回転冷却体１１に載った状態であり、また回転による慣性力の方向と重力の方向とが逆になるため、シリコンリボン１２は回転冷却体１１から落下せずに、回転冷却体１１に載ったまま最上点へ移動する。つまり、この場合は最上点１８０度で剥離した場合と同等の結果となる。
【００３０】
１８０度〜２７０度で剥離させた場合は、シリコンリボン１２と回転冷却体１１表面との静止摩擦力よりも慣性力、重力が大きいと、その時点でシリコンリボン１２は回転冷却体１１を離れて落下する。これに対して、慣性力、重力よりも静止摩擦力が大きいと、シリコンリボン１２は、最大２７０度までは回転冷却体１１に載ったまま移動し、２７０度の時点で静止摩擦係数の大きさに関わらず真下に落下する。
【００３１】
つまり、９０度〜２７０度の範囲でシリコンリボン１２に衝撃を与えて剥離した場合、静止摩擦力と慣性力、重力との関係に関わらず、シリコンリボン１２は１８０度〜２７０度の範囲で回転冷却体１１から分離し、落下することがわかる。
【００３２】
２７０度〜３６０度で剥離させた場合は、０度〜９０度で剥離させた場合と同様に、シリコンリボン１２がそのシリコンリボン生成部よりも下方に位置するため、シリコンリボン１２は即座に落下する。したがって、この場合はシリコンリボン搬出用樋部材１６を剥離位置の真下に設置する必要があり、また、搬出用樋部材１６と衝撃発生部材１５とが近接する。
【００３３】
装置構成上は、剥離のために衝撃を与える衝撃発生装置１５と、落下したシリコンリボンを搬出する搬出用樋部材１６とを近接させることは困難であるため、衝撃を与えて剥離する位置は９０度〜２７０度の範囲にすることが望ましい。
【００３４】
また、上述の理由から、シリコンリボン搬出用樋部材１６は、１８０度〜２７０度の範囲におけるシリコンリボン１２が回転冷却体１１から分離し落下する軌道の下方に設置することが望ましい。
【００３５】
図１は、一方のシリコン搬出用樋部材１７を６０度の位置で回転冷却体１１に近接するように設置し、衝撃発生部材１５をその衝撃がシリコンリボン面に対して垂直方向に与えられるように最上点１８０度の上方位置に設置し、他方の搬出用樋部材１６を２７０度の位置で回転冷却体１１に近接するように設置した場合の例である。
【００３６】
衝撃発生部材１５については、どのような手段を用いても構わないが、固体物質をシリコンリボン１２の表面に適切な力で押し当てる物理的衝撃発生手段がもっとも簡単である。
【００３７】
また、鋭角状剥離部材をシリコンリボンの進行方向前端側の１辺（回転方向上流側の端部）に接触させることでシリコンリボンを剥離する方法も、可動部が存在しない点から有効な手段と考えられる。
【００３８】
シリコンリボンの端部に、シリコンリボン面に対して平行な方向へ衝撃を与える場合、その衝撃力は、上述のシリコンリボン表面への垂直な衝撃力に対して、はるかに小さい力で足りることが容易に予想できる。また、シリコンリボンが破壊される衝撃力の上限もはるかに大きい。ただし、平行方向に衝撃を与える場合、回転冷却体には接触せずにシリコンリボンにだけ衝撃を与える必要がある。すなわち、シリコンリボンの板厚の範囲にのみ接触する必要がある。
【００３９】
鋭角状剥離部材を用いて平行方向に衝撃を与える方法としては、回転冷却体の回転を利用する方法が挙げられる。図２に本発明の作用の第２例を示す。
【００４０】
シリコンリボン２２及びシリコンリボン生成面は平坦な形状であるため、それらの進行方向の前端（先端）及び後端（末端）の２辺は、他の部位よりも回転半径が大きい。したがって、下地である回転冷却体２１の平坦面部の端には接触することなくシリコンリボン２２の進行方向前端側（回転方向上流側）の１辺２７にのみ接触してシリコンリボン２２の剥離を促すための鋭角状剥離部材２５を固定しておけば、その剥離部材２５によってシリコンリボン２２の剥離が効果的に行われる。すなわち、鋭角状剥離部材２５の剥離先端は、シリコンリボン２２を生成する回転冷却体２１の平坦面部における進行方向前端側の角が通る最大回転半径の円軌道と、そこからシリコンリボン２２の厚さ分だけ外側に位置する円軌道との間に設置する必要がある。
【００４１】
図３に、その鋭角状剥離部材２５とシリコンリボン２２とが接触する直前の状態を示す。鋭角状剥離部材２５の剥離先端は、シリコンリボン２２を生成する回転冷却体２１の平坦面部における進行方向前端側の角（稜線）３０が通る最大回転半径の円軌道３１よりもやや外側に設置されている。
【００４２】
図３によれば、シリコンリボン２２の進行方向前端側における１辺２７以外の部位は、軌道３１よりも内側を通ることがわかる。この状態から回転が進み、鋭角状剥離部材２５とシリコンリボン２２とが接触した直後の状態を図４に示す。
【００４３】
図４において、回転冷却体２１は鋭角状剥離部材２５とは一切接触しない。シリコンリボン２２は、その進行方向前端側の１辺のみが鋭角状剥離部材２５と接触し、回転冷却体２１から剥離してシリコンリボン搬出用樋部材２６へ滑り落ちた後に搬出される構造となっている。
【００４４】
図２におけるシリコンリボン２２の厚さは、溶融シリコン２３などの温度条件、回転冷却体２１の回転数や冷却条件などによって異なるが、通常の太陽電池用として用いる場合、数１００μｍであるので、鋭角状剥離部材２５を数１００μｍの精度で設置することが可能である。
【００４５】
また、鋭角状剥離部材２５を設置する位置に関しては、上述のシリコンリボン２２の表面に衝撃を与える場合とほぼ同一に検討できる。上述した場合と同様に最下点を０度とすると、３６０度回転し再び溶融シリコン２３に浸漬する前にシリコンリボン２２を取り出す必要がある。上述した場合と異なる点は、鋭角状剥離部材２５が固定状設置であるため、剥離後のシリコンリボン２２が、回転冷却体２１に載ったまま移動することなく、設置位置に関わらず即座に回転冷却体２１から分離する点である。
【００４６】
このことから、鋭角状剥離部材２５を０度〜１８０度に設置した場合は、シリコンリボン２２は、回転冷却体２１の回転方向と逆方向に反転しながら回転冷却体２１から分離落下することとなる。このため、シリコンシート搬出用樋部材２８にシリコンリボン２２が滑り落ち、取り出すことが可能である。ただし、剥離位置と搬出用樋部材２８との距離が大きいほど、落下による衝撃は大きくなる。
【００４７】
落下による衝撃緩和と装置簡略化のためには、剥離のための鋭角状剥離部材２５と搬出用樋部材２６を近接させるか、もしくは一体化することが望ましい。鋭角状剥離部材２５を１８０度〜２７０度に設置する場合、特に鋭角状剥離部材２５と搬出用樋部材２６とを一体化して設置する構造においては、シリコンリボン２２は剥離後、回転冷却体２１から分離してスムーズに搬出用樋部材２６へ滑り落ちることとなる。また、剥離のための衝撃を与えるのに際し、回転冷却体２１の回転以外の特別な可動部材を必要としないため、装置の単純化に寄与し、また装置の耐久性、メンテナンス性の向上が可能である。
【００４８】
上述の第１例、第２例ともに、搬出用樋部材は装置構成の単純化のためにシリコンリボンの自重を利用して搬出できる構造にすることが望ましい。すなわち、回転動力などによる強制搬送ではなく、搬送用樋部材を、シリコンリボンが樋部材との摩擦に抗して自重落下する角度以上に傾斜させ、シリコンリボンが樋部材上を自重によって滑り落ちて装置外へ搬出されるような構造にするのが望ましい。
【００４９】
また、ローラーなどの搬出補助部材を付加することによって、シリコンリボンをより効率的に搬出することも可能である。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００５１】
実施例１
実施例１は、シリコンリボンを生成する回転冷却体の平坦面及び平面状シリコンリボンに対し、垂直方向から衝撃を与えてシリコンリボンを剥離する方法に関するものである。
【００５２】
図１は実施例１に沿ったシリコンリボン製造装置である。すなわち、このシリコンリボン製造装置は、角型るつぼ１４、このるつぼ１４に供給されたシリコンを溶融するための加熱ヒーター、シリコンリボン生成部になる複数の平坦面を備えている回転冷却体１１、この回転冷却体１１を回転可能に支持する回転軸、シリコンリボン１２を剥離するために衝撃を与える衝撃発生部材１５、剥離したシリコンリボン１２を装置の外へ搬出する２つの搬出用樋部材１６、１７で構成されている。
【００５３】
これらの構成要素は、直方体状の装置外壁及び断熱材の中に収納されている。装置内部は、断熱材に囲まれて、内部をアルゴンガス雰囲気下で保持することができるようにシールされている。
【００５４】
回転冷却体１１の表面に生成したシリコンリボン１２のうち、回転冷却体１１の回転による微小振動で剥離するものは、一方の搬出用樋部材１７によって搬出される。
【００５５】
回転冷却体１１の回転による微小振動で剥離しないシリコンリボン１２を剥離するための衝撃を与える方法は、規定の衝撃力を回転冷却体の回転に同期させながらすべてのシリコンリボン１２に対して与えることができる機構であればどのような方法を用いても構わない。
【００５６】
本実施例では、カーボン棒を回転冷却体１１の真上に吊し、回転冷却体１１の回転と同期させてシリコンリボン１２が最上点に到達すると同時にそのカーボン棒を落下させて、シリコンリボンすべてに衝撃を与える機構発生部材１５とした。衝撃をカーボン棒の自重落下で行うため、衝撃を与える位置は回転冷却体の最下点を０度としたときの１８０度（最上点）の位置において、シリコンリボン１２表面に垂直方向の衝撃を与えることに相当する。
【００５７】
ただし、衝撃を与えるためには自重落下である必要はなく、特に回転軸とギアなどで連動した軸を直進運動に変換することで完全に同期させることも可能であり、衝撃を与える位置、角度は任意の設置方法をとることが可能である。部材の材料に関しては、本実施例ではカーボン棒としたが、これに限られず、装置内の温度に耐え、かつシリコンへの汚染の影響が少ない材料であればどのようなものでも適用することができる。
【００５８】
特に、カーボンにＳｉＣなどをコートした部材などのように、シリコンよりも硬い部材により、もしくはシリコンよりも硬い材料をコートした部材により、耐久性を向上させることも有効であり、カーボン粉などによる汚染防止の効果も得られる。
【００５９】
また、部材の形状も規定の衝撃力を与えられる形状であればどのようなものも適用できるが、衝撃力の１点集中を防ぐためにも鈍角な形状もしくは平坦面形状などが望まれる。また、衝撃は複数の部材により同時にシリコンリボン表面内の複数箇所へ与えることで、衝撃点での衝撃力の集中が緩和できる。
【００６０】
剥離したシリコンリボン１２を搬出する搬出用樋部材１６、１７は、シリコンリボン１２が自重により滑り落ちる板状の構造で構わないが、シリコンリボン１２の搬出用樋部材１６、１７から横方向への落下を防ぐために、側部に図５に示すような落下防止用ガイド５４を設置しても構わない。
【００６１】
また、図５に示すように、シリコンリボン５２の自重による滑りをより促進するために、搬出補助部材としてのローラー５３を有する構造が望まれる。
【００６２】
本実施例では、このようなガイド５４及びローラー５３を備えたシリコンリボン搬出用樋部材５１を、６０度及び２７０度の位置に設置した。樋部材５１の設置角度（傾斜角度）は、水平に対して３０度下方へ傾け、シリコンリボン５２が自重で装置外へ搬出される構造とした。
【００６３】
樋部材５１の設置位置に関しては、装置の構成や、シリコンリボン５２が回転冷却体１１から分離、落下する位置などを考慮する必要がある。設置角度に関しては、搬出用樋部材の材料とシリコンリボン５２との摩擦などから、シリコンリボン１２が自重により滑り落ちる条件内に設定する必要がある。
【００６４】
搬出用樋部材５１（１６、１７）の表面形態に関しては、シリコンリボン５２（１２）との摩擦力を低減するために、なるべく表面が平滑なものを選ぶことが望まれる。この材料としてシリコンリボン１２よりも柔らかいものを選んだ場合は、シリコンリボン１２が搬出用樋部材１６、１７に滑り落ちた際の衝撃を緩和することができ、シリコンリボン１２の破壊を防止できるが、耐久性は低下する。ＳｉＣコートのように硬い材料を選んだ場合でも、設置角度、設置位置を考慮することによって、シリコンリボン１２が破壊されない構造をとることが可能である。
【００６５】
回転冷却体１１に関しては、シリコンリボン１２を生成する平坦面部以外は溶融シリコン１３に浸漬しない構造が望まれる。もっとも単純な構造は横断面形状が多角柱構造であるが、この場合は、隣接する平坦面どうしが接続しているため隣り合うシリコンリボン１２どうしが一体化するおそれもある。本実施例では、図１のように、多角柱の頂点を内側へカットした歯車型回転冷却体１１を適用した。この構造では、衝撃に関しても一定時間間隔に連続して衝撃を与える単純構造を適用できる。
【００６６】
上述の装置を用いて、固体状シリコンを充填したるつぼ１４をヒーターによって加熱し、シリコンを溶融させた。次に、るつぼ１４を上昇させ、図１のように、回転冷却体１１の平坦面部分を溶融シリコン１３中に浸漬し、回転冷却体１１を回転させた。
【００６７】
すると、歯車型回転冷却体１１の平坦面部のすべてにシリコンリボン１２が同条件で生成した。衝撃発生部材１５は、平面状シリコンリボン１２が最上点で水平になった瞬間に垂直に落下してシリコンリボン１２に衝撃を与えるように、一定時間間隔で落下、上昇を繰り返すよう制御した。
【００６８】
このようにしてシリコンリボン１２を成長させ、装置の覗き孔から確認したところ、シリコンリボン１２のうちの約３０％は０度〜１８０度で振動により落下し、一方の搬出用樋部材１７を滑り落ちて装置外へ搬出、回収することができた。シリコンリボン１２の残りである約７０％は、すべて最上点で剥離し、続いて回転冷却体１１から分離して他方の搬出用樋部材１６へ滑り落ちた後、装置外へ搬出、回収することができた。
【００６９】
搬出されたシリコンリボン１２は、平滑であって厚さが均一であり、平均厚さ約２７０μｍの柱状シリコンリボンであり、また、安定的に連続成長できた。
【００７０】
実施例２
実施例２は、シリコンリボンを生成する回転冷却体の平坦面及び平面状シリコンリボンに対して平行な方向から衝撃を与えてシリコンリボンを剥離する方法に関するものである。
【００７１】
図２は実施例２に沿ったシリコンリボン製造装置である。このシリコンリボン製造装置は、実施例１とほぼ同等の構成からなる。実施例１と異なる点は、平面状シリコンリボン２２の表面に衝撃を与える衝撃発生部材が削除された点と、回転冷却体２１の最下点０度に対して２７０度の位置にシリコンリボンを剥離するための鋭角状剥離部材２５が設けられ、この剥離部材２５が搬出用樋部材２６に一体化されている点である。
【００７２】
鋭角状剥離部材２５に関して、図３を用いて説明する。鋭角状剥離部材２５は先端を鋭角加工したカーボンを使用した。この剥離部材２５は、回転冷却体２１の最下点０度に対し２７０度の位置における、回転冷却体平坦面部の角が作る円軌道３１に対する接線と平行に、かつ、円軌道３１から１００μｍ外側に離れて設置した。これにより、厚さ１００μｍ以上のシリコンリボン２２は剥離できることとなる。鋭角状剥離部材２５は、水平に対し３０度傾けた搬出用樋部材２６の先端部に一体化することにより、装置部材の簡略化を行った。
【００７３】
剥離したシリコンリボン２２を搬出する搬出用樋部材２６、２８は、実施例１と同様に、ガイド５４、ローラー５３を備えた部材とした。樋部材２６、２８の設置位置、角度、表面形態、材質に関しても、実施例１と同様の考察結果が得られる。
【００７４】
回転冷却体２１に関しても、実施例１と同様に、多角柱の頂点を内側へカットした歯車型冷却体を適用した。特に、鋭角状剥離部材２５を使用する場合は、隣接するシリコンリボン１２どうしが一体化していると、シリコンリボン１２の進行方向前端側の１辺に鋭角状剥離部材２５を接触させ、平面状シリコンリボン１２に対して平行方向に衝撃を与えることが困難となるため、歯車型冷却体のような構造が望ましいが、回転冷却体２１と同期して可動する部材が存在しないため、周期的に連続した構造である必要性は特に存在しない。
【００７５】
上述の装置を用いて、固体状シリコンを充填したるつぼ２４をヒーターによって加熱し、シリコンを溶融させた。次に、るつぼ２４を上昇させ、図２のように、歯車型回転冷却体２１の平坦面部分を溶融シリコン２３中に浸漬し、回転冷却体２１を回転させた。すると、シリコンリボン２２は回転冷却体２１の平坦面部のすべてに同条件で生成した。
【００７６】
このようにしてシリコンリボン２２を成長させ、覗き孔から確認したところ、シリコンリボン２２の約３０％は０度〜１８０度で振動により落下し、搬出用樋部材２８を滑り落ちて装置外へ搬出、回収することができた。シリコンリボン２２の残りである約７０％は、すべて鋭角状剥離部材２５と接触することで剥離、分離して搬出用樋部材２６へ落下した後、搬出用樋部材２６を滑り落ちて装置外へ搬出、回収することができた。
【００７７】
搬出されたシリコンリボン２２は、実施例１とまったく同様に、平滑で均一の厚さを有する、平均厚さ約２７０μｍの柱状シリコンリボンであり、また、安定的に連続成長できた。
【００７８】
実施例３
実施例３は、従来技術によるシリコンリボン製造方法に関するものであり、シリコンリボンを生成する回転冷却体が凹凸構造を備えたシリコンリボン製造装置（比較例）を用いた。
【００７９】
図７はこの比較例に沿ったシリコンリボン製造装置を示すものである。図７に示すシリコンリボン製造装置は、実施例１とほぼ同様の構成からなる。実施例１と異なる点は、回転冷却体７１が円筒型であり、その円筒表面に凹凸を備えている点、また、凹部７８に先端部が挿入されたシリコンリボン掻取部７５を備えている点である。
【００８０】
まず、固体状シリコンを充填したるつぼ７４をヒーターによって加熱し、シリコンを溶融した。次に、るつぼ７４を上昇させ、図７のように、回転冷却体７１の凸部７７のみを溶融シリコン７３中に浸漬し、回転冷却体７１を回転させた。すると、シリコンリボン７２は、円筒型冷却体７１の凸部７７のみで結晶核を生成し、この核を起点にして結晶が成長した。
【００８１】
そして、シリコン融液７３は、隣り合う凸部７７から成長する結晶と接触することによって、凹部７８には接触せず、回転冷却体７１との間に空洞を持ったシリコンリボン７２が生成した。また、凹部７８すなわちシリコンリボン７２と回転冷却体７１との間の空洞部に先端部を挿入したシリコンリボン掻取部７５が設置されているため、シリコンリボン７２は円筒形状から強制的に平面形状に変化し、シリコンリボン掻取部７５に沿うように装置外へ搬出された。
【００８２】
このようにしてシリコンリボン７２を成長させ、覗き孔から確認したところ、シリコンリボン７２は数分に一度、掻取部７５に沿う領域で破損した。これは、湾曲を完全に引き伸ばせない部分が存在し、シリコンリボン７２の直線的な搬出が阻まれたためである。
【００８３】
搬出されたシリコンリボン７２は、凸部７７に相当する部分で厚く、凹部７８に相当する部分で薄く成長し、平均厚さは凸部で約２５０μｍ、凹部で約２００μｍであった。
【００８４】
実施例４
実施例１〜３によって製造されたシリコンリボンを用いて、太陽電池を作製した。作製の手順の一例は、洗浄、テクスチャエッチング、拡散層形成、酸化膜除去、反射防止膜形成、バックエッチ、裏面電極形成、受光面電極形成の工程順であり、一般的な手法である。各工程間は基本的には自動搬送機構による受け渡しを行った。
【００８５】
実施例１及び実施例２によるシリコンリボンに関しては、すべての自動搬送を行うことができたが、実施例３によるシリコンリボンに関しては、湾曲が残ること、凹凸があることにより、自動搬送機構が使えないシリコンリボンも生じた。
【００８６】
次に、実施例１〜３によるシリコンリボンから製作した太陽電池の特性をソーラーシミュレータによって測定した結果を表１に示す。
【００８７】
【表１】

【００８８】
表１からわかるように、実施例１及び実施例２による太陽電池の短絡電流密度はいずれも２７ｍＡ／ｃｍ²であり、実施例３の２５ｍＡ／ｃｍ²よりも大きい。これは、内部応力が残留するための歪みによる欠陥が原因であると考えられる。曲線因子については、実施例３では内部応力が残留するための歪みによる欠陥の影響で大幅に低減している。変換効率（％）については、実施例３では１０％であるのに対し、実施例１及び実施例２ではいずれも１２％と大幅に改善できた。
【００８９】
以上の説明から明らかなように、実施例１に沿ったシリコンリボン製造装置によれば、平坦面部を持った回転冷却体の平坦面部にシリコンを成長させることで、内部応力のない平面状シリコンリボンを得ることができ、また、連続して安定的にシリコンリボンを取り出すことが可能である。取り出したシリコンリボンは平滑、均一であるため、研磨工程やスライス工程によらずにシリコンウエハを形成することができ、スライスロスがなく、より低コストでシリコンウエハを提供することが可能である。
【００９０】
また、実施例２に沿ったシリコンリボン製造装置によれば、内部応力のない平面状シリコンリボンを得ることができ、また、連続して安定的にシリコンリボンを取り出すことが可能である。さらに、実施例１と比較して、シリコンリボンを剥離する際の機械的可動部がないため、剥離動作を回転冷却体に同期させる必要がなく、装置を簡単化できるため、装置の低コスト化、耐久性向上、メンテナンス性向上が可能である。
【００９１】
【発明の効果】
請求項１に係るシリコンリボン製造装置にあっては、溶融シリコンを収納するための溶融シリコン収納部と、この溶融シリコン収納部の上方に回転可能に配設されかつシリコンリボンを表面で固化成長させるためのシリコンリボン生成部分を有する回転冷却体とを備えてなるシリコンリボン製造装置において、回転によって溶融シリコンに一旦浸漬された後に溶融シリコンから引き上げられた回転冷却体の表面におけるシリコンリボン生成部分が溶融シリコンに再び浸漬される前にそのシリコンリボン生成部分に生成したシリコンリボンを剥離するとともに、剥離したシリコンリボンを回転冷却体の回転による慣性力及び／または重力による落下を利用して装置外へ搬出するための剥離・搬出機構が設けられていることを特徴とする。
したがって、このような剥離・搬出機構により、平面状シリコンリボンを大量かつ安定的に低コストで連続生産することができる。
【００９２】
請求項２に係るシリコンリボン製造装置にあっては、回転冷却体の表面が、シリコンリボン生成部分になる複数の平坦面を備えていることを特徴とする。
したがって、請求項１に係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、シリコンをスライスする必要がなく、平板型シリコンリボンを直接、得ることが可能であり、スライスによる損失がないため、低コスト化に寄与する。
【００９３】
請求項３に係るシリコンリボン製造装置にあっては、剥離・搬出機構が、回転冷却体に物理的衝撃を与えることによってシリコンリボンを剥離するための衝撃発生部材を備えていることを特徴とする。
したがって、請求項１または２に係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、衝撃発生部材によって成長後のシリコンリボンに適切な衝撃を与えることで、シリコンリボンは回転冷却体表面から容易に剥離することが可能になる。
【００９４】
請求項４に係るシリコンリボン製造装置にあっては、剥離・搬出機構が、回転冷却体の表面におけるシリコンリボン生成部分でシリコンリボンの回転方向上流側の端部に接触することによってシリコンリボンを剥離するための鋭角状剥離部材を備えていることを特徴とする。
したがって、請求項１または２に係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、機械的可動部が存在しない鋭角状剥離部材を用いてシリコンリボンを剥離すれば剥離動作を回転冷却体に同期させる必要がなく、装置を簡単化できるため、装置の低コスト化、耐久性向上、メンテナンス性向上が可能である。
【００９５】
請求項５に係るシリコンリボン製造装置にあっては、剥離・搬出機構は、回転冷却体の表面におけるシリコンリボン生成部分が溶融シリコンに浸漬した最下点にある位置を０度とし、その最下点から回転方向へ１回転した位置を３６０度とした場合に、９０度から２７０度の位置範囲でシリコンリボンを剥離することを特徴とする。
したがって、請求項１〜４のいずれか１つに係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、９０度〜２７０度の範囲でシリコンリボン１２に衝撃を与えて剥離した場合、静止摩擦力と慣性力、重力との関係に関わらず、シリコンリボンは１８０度〜２７０度の範囲で回転冷却体から分離し、落下することになり、シリコンリボンのいっそう確実な搬出を行うことができる。
【００９６】
請求項６に係るシリコンリボン製造装置にあっては、剥離・搬出機構が、剥離したシリコンリボンを受けて装置外へ搬出するための搬出用樋部材を備えていることを特徴とする。
したがって、請求項１〜５のいずれか１つに係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、搬出用樋部材という簡単な構成でシリコンリボンを装置外へ搬出することが可能になる。
【００９７】
請求項７に係るシリコンリボン製造装置にあっては、樋部材は、剥離したシリコンリボンがその樋部材との摩擦力に抗して自重により滑り落ちることのできる角度に傾斜されていることを特徴とする。
したがって、請求項６に係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、このような搬出用樋部材によって、回転動力などによる強制搬送ではなくシリコンリボンの自重を利用した自然搬出が可能になり、装置構成の単純化を図ることができる。
【００９８】
請求項８に係るシリコンリボン製造装置にあっては、剥離・搬出機構が、樋部材に加えて、シリコンリボンの搬出を補助するための搬出補助部材を備えていることを特徴とする。
したがって、請求項６または７に係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、搬出補助部材によってシリコンリボンの自重による滑りをより促進することが可能になる。
【００９９】
請求項９に係るシリコンリボン製造装置にあっては、樋部材が、請求項４に記載の鋭角状剥離部材と一体化されていることを特徴とする。
したがって、請求項６〜８のいずれか１つに係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、装置部材の簡略化を行うことが可能になる。
【０１００】
請求項１０に係るシリコンリボン製造装置にあっては、鋭角状剥離部材は、回転冷却体の表面におけるシリコンリボン生成部分が溶融シリコンに浸漬した最下点にある位置を０度とし、その最下点から回転方向へ１回転した位置を３６０度とした場合に、１８０度から２７０度の位置範囲でシリコンリボンの回転方向上流側の端部に接触することによってシリコンリボンを剥離することを特徴とする。
したがって、請求項９に係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、鋭角状剥離部材を１８０度〜２７０度に設置する場合、特に鋭角状剥離部材と搬出用樋部材とを一体化して設置する構造において、シリコンリボンは剥離後、回転冷却体から分離してスムーズに搬出用樋部材へ滑り落ちることとなる。また、剥離のための衝撃を与えるのに際し、回転冷却体の回転以外の特別な可動部材を必要としないため、装置の単純化に寄与し、また装置の耐久性、メンテナンス性の向上が可能になる。
【０１０１】
請求項１１に係る太陽電池にあっては、請求項１〜１０のいずれか１つに記載のシリコンリボン製造装置によるシリコンリボンを用いて製造されたことを特徴とする。
したがって、従来のシリコンリボン製造装置により製造したシリコンリボンを用いる太陽電池に比べて、短絡電流密度、曲線因子が大きくなることから、変換効率を向上させつつ、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明における実施例１によるシリコンリボン製造装置の構成説明図である。
【図２】図２は、本発明における実施例２によるシリコンリボン製造装置の構成説明図である。
【図３】図３は、本発明における実施例２によるシリコンリボン製造装置における剥離方法の第１段階を説明する説明図である。
【図４】図４は、本発明における実施例２によるシリコンリボン製造装置における剥離方法の第２段階を説明する説明図である。
【図５】図５は、本発明における実施例１あるいは実施例２における搬出用樋部材に搬出補助部材としてのローラー及びガイドが備わった場合の構成説明図である。
【図６】図６は、従来技術による１つのシリコンリボン製造装置の構成説明図である。
【図７】図７は、従来技術による別の１つのシリコンリボン製造装置の構成説明図である。
【符号の説明】
１１、２１回転冷却体
１２、２２シリコンリボン
１３、２３シリコン融液
１４、２４るつぼ
１５衝撃発生部材
１６、１７、２６、２８搬出用樋部材
２５鋭角状剥離部材
３０平坦面部の角
３１平坦面部の角の軌道
５１搬出用樋部材の１例
５２シリコンリボン
５３ローラー（搬出補助部材）
５４ガイド（搬出補助部材）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a silicon ribbon manufacturing apparatus that can be used mainly for solar cells and the like, and a solar cell using the silicon ribbon.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method of taking out the silicon generated on the surface of the cooling body by immersing the rotary cooling body in the molten metal, there is a silicon purification method disclosed in US Pat. No. 423175.
[0003]
According to this method, a part of the cylindrical surface of the rotating cooling body is immersed in the melt, and while the cooling body is rotated, a silicon solidified shell is grown on the cylindrical surface, and this is redissolved to take out liquid silicon. Thus, the silicon melt from which impurities have been removed can be taken out.
[0004]
As an apparatus for directly taking out a silicon ribbon formed on the surface of a rotating cooling body by immersing the rotating cooling body in molten silicon, there is a silicon ribbon manufacturing apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-29895.
[0005]
The main part of this silicon ribbon manufacturing apparatus is composed of a silicon heating and melting part and a cooling part including a rotary cooling body.
[0006]
FIG. 6 shows a silicon ribbon drawing method by this manufacturing apparatus. That is, by immersing a part of the cylindrical surface of the rotary cooling body 61 made of a heat-resistant material in the molten silicon 63 in the vertically movable crucible 64 and pulling out the carbon net 65 while rotating the rotary cooling body 61. Then, the silicon ribbon 62 fixed to the carbon net 65 is continuously taken out.
[0007]
According to this method, both the process cost and the raw material cost can be reduced as compared with a conventional silicon wafer manufacturing method in which an ingot is sliced with a wire saw or the like to obtain a wafer.
[0008]
As an invention improving this method, there is a crystal sheet manufacturing apparatus disclosed in Japanese Patent Application No. 11-183463.
[0009]
FIG. 7 shows a crystal sheet drawing method using this manufacturing apparatus. That is, only the convex part 77 is immersed in the melt 73 of a metal or a non-ferrous metal. Then, crystal nuclei are generated and grown in the convex portion 77, and a crystal sheet 72 is formed in contact with the crystal grown from the adjacent convex portion.
[0010]
According to this method, since the recess 78 is not immersed in the melt 73, the adhesive strength between the rotating cooling body 71 and the crystal sheet 72 is reduced, and the crystal sheet 72 can be easily peeled from the rotating cooling body 71. Moreover, it can control so that a crystal nucleus may generate | occur | produce only in the convex part 77, and a comparatively big crystal grain is obtained. Further, the crystal sheet 72 is scraped and peeled off from the rotary cooling body 71 easily and continuously by providing the crystal sheet scraping portion 75 whose tip is inserted into the recess 78 of the rotary cooling body 71.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the method disclosed in US Pat. No. 423175, it is necessary to remelt the metal and take it out in a liquid state. That is, it is impossible to take out the plate metal directly, and it is necessary to recrystallize the remelted metal. Therefore, when this method is applied to the production of a silicon ribbon, many processes such as melting, solidification shell formation, remelting, and recrystallization are required, and the production power, time, and cost increase. In addition, continuous production of silicon ribbon is impossible.
[0012]
In the silicon ribbon manufacturing apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-29895, the silicon solidified shell formed on the cylindrical rotary cooling body 61 is pulled and stretched by the carbon sheet at the beginning of the extraction, thereby forming a planar silicon The ribbon 62 is pulled out.
[0013]
However, when the continuous drawing is performed, the silicon ribbon 62 itself is regularly pulled by the subsequent silicon ribbon 62, and the silicon ribbon 62 is easily damaged because a great load is applied. In this case, since a carbon sheet or the like is used at the beginning of the drawing, it is impossible to immediately resume the drawing of the silicon ribbon 62, and stable continuous drawing is difficult.
[0014]
In addition, since the crystal grown on the rotary cooling body 61 is pulled out to be planar, the internal stress remains in the silicon ribbon 62 and the strength of the silicon ribbon 62 is lowered, and the silicon ribbon 62 is pulled out in the drawing process and the slow cooling process. There is a high risk of breakage, stable continuous supply is difficult, and semiconductor characteristics are also degraded by stress. Further, when the silicon ribbon 62 cannot be completely stretched, the silicon ribbon 62 is curved and cannot be continuously taken out, and the taken-out silicon ribbon 62 does not become flat.
[0015]
In the crystal sheet manufacturing apparatus disclosed in Japanese Patent Application No. 11-183463, since the silicon solidified shell formed on the cylindrical rotary cooling body 71 is taken out, it is impossible to pull out the planar silicon ribbon directly. Since the silicon ribbon is not flat, continuous drawing is difficult.
[0016]
Even when the scraping portion is extended and the planar crystal sheet 72 is pulled out along the scraping portion, the crystal growth is performed on the cylindrical rotary cooling body 71. Therefore, the crystal sheet 72 along the cylinder is When the film cannot be completely stretched, the crystal sheet 72 remains curved and cannot be continuously taken out, and the crystal sheet 72 that has been taken out is not flat.
[0017]
Further, even when the film is completely stretched depending on the conditions, the internal stress remains in the crystal sheet 72, so that the strength of the crystal sheet 72 is reduced, and the crystal sheet 72 may be damaged in the drawing process and the slow cooling process. Continuous supply is difficult.
[0018]
Due to these problems, it is difficult for any of the above-described conventional techniques to continuously produce a large amount of planar silicon ribbon stably at a low cost.
[0019]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a silicon ribbon manufacturing apparatus capable of continuously producing a large amount of planar silicon ribbon stably in a low cost, and a solar cell using the silicon ribbon using the silicon ribbon manufacturing apparatus. The purpose is to provide.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, there is provided a molten silicon storage portion for storing molten silicon, and a silicon ribbon generating portion rotatably disposed above the molten silicon storage portion and for solidifying and growing the silicon ribbon on the surface. In a silicon ribbon manufacturing apparatus comprising a rotating cooling body, before the silicon ribbon generating portion on the surface of the rotating cooling body, which has been once immersed in molten silicon by rotation and pulled up from the molten silicon, is immersed again in molten silicon. There is a peeling / unloading mechanism for peeling the silicon ribbon generated on the silicon ribbon generation part and for taking the peeled silicon ribbon out of the apparatus using the inertial force due to rotation of the rotating cooling body and / or the drop due to gravity. There is provided a silicon ribbon manufacturing apparatus characterized by being provided.
[0021]
The operation of the present invention will be described. A heat insulating material is stretched around the outer wall of the apparatus made of stainless steel. There are two heaters inside. And then. Silicon is melted in a crucible (molten silicon storage part) arranged at the center. A rotating cooling body supported by a rotating shaft is disposed above the crucible. When the surface of the rotating cooling body is immersed in molten silicon, a silicon ribbon is generated on the surface.
[0022]
In order to obtain a flat silicon ribbon such as a silicon wafer, the structure having a flat surface portion on the surface of the rotating cooling body does not require slicing of silicon, and a flat silicon ribbon can be obtained directly. Since there is no loss due to slicing, it contributes to cost reduction.
[0023]
A first example of the operation of the present invention will be described with reference to FIG. According to the observation of the peeled surface by the scanning electron microscope, the silicon ribbon 12 generated in the silicon ribbon generating portion (flat surface portion) of the rotating cooling body 11 has a region fixed to the rotating cooling body surface with respect to the silicon ribbon area. It is known to be 5-10%. That is, since the silicon ribbon 12 as a whole is not fixed to the surface of the rotating cooling body, it can be easily peeled off from the surface of the rotating cooling body when an appropriate impact is applied after growth.
[0024]
In addition, there is a silicon ribbon that peels off and falls from the rotating cooling body without giving an external impact due to the influence of micro vibrations and gravity due to the rotation of the rotating cooling body.
[0025]
Describe the action of gravity. The rotating cooling body 11 is first immersed in the molten silicon 13 with the flat surface portion on which silicon is grown as the lowest point, so that the silicon ribbon 12 is grown on the surface of the rotating cooling body 11. The position where the rotary cooling body 11 is at the lowest point is defined as 0 degree. Thereafter, the rotating cooling body 11 rotates and the silicon ribbon 12 rotates together with the rotating cooling body 11. When rotating 360 degrees, the rotating cooling body 11 is immersed again in the molten silicon 13, so that it is necessary to take out the silicon ribbon 12 before rotating 360 degrees.
[0026]
As described above, when the silicon ribbon 12 peels off due to minute vibration caused by the rotation of the rotating cooling body 11, when the silicon ribbon 12 peels off at 0 to 90 degrees, the silicon ribbon 12 is the silicon ribbon generating portion of the rotating cooling body 11. Because it is located below, it falls immediately by gravity. As a means for collecting the silicon ribbon 12, it is necessary to install a silicon ribbon carrying-out scissors member 17.
[0027]
Further, the silicon ribbon 12 that does not fall within 0 to 180 degrees rotates while being placed on the silicon ribbon generating portion of the rotary cooling body 11. In particular, as described above, the silicon ribbon 12 that does not peel off due to minute vibration caused by the rotation of the rotating cooling body 11 needs to be peeled off by applying an impact by the impact generating member 15. In order to peel the silicon ribbon 12 and take it out by utilizing the inertial force due to rotation and the drop due to gravity, even after the silicon ribbon 12 is peeled, the unloading member 16 for unloading to the outside of the apparatus is installed. The silicon ribbon 12 needs to move while being placed on the rotating cooling body 11.
[0028]
When the silicon ribbon 12 is peeled off by using the impact generating member 15 within 0 to 90 degrees of the silicon ribbon generation section (rotation of the rotating cooling body is less than or equal to one-quarter rotation), the silicon ribbon generation section Since it is located below the rotary cooling body 11, the silicon ribbon 12 falls immediately. Accordingly, the silicon ribbon 12 can be taken out by using the silicon ribbon carrying-out scissors member 17, but in this case, the carrying-out scissors member 17 and the impact generating member 15 are close to each other.
[0029]
When peeled at 90 to 180 degrees, the silicon ribbon 12 is in a state of being placed on the rotating cooling body 11, and the direction of inertial force due to rotation and the direction of gravity are reversed, so the silicon ribbon 12 rotates. Without falling from the cooling body 11, it moves to the uppermost point while remaining on the rotating cooling body 11. That is, in this case, the result is the same as the case of peeling at the highest point of 180 degrees.
[0030]
When peeling is performed at 180 to 270 degrees, if the inertial force and gravity are larger than the static frictional force between the silicon ribbon 12 and the surface of the rotating cooling body 11, the silicon ribbon 12 leaves the rotating cooling body 11 at that time. Fall. On the other hand, when the static friction force is larger than the inertial force and gravity, the silicon ribbon 12 moves while being placed on the rotating cooling body 11 up to 270 degrees, and the magnitude of the static friction coefficient is 270 degrees. Regardless, it falls directly below.
[0031]
In other words, when the silicon ribbon 12 is impacted and peeled in the range of 90 ° to 270 °, the silicon ribbon 12 rotates in the range of 180 ° to 270 ° regardless of the relationship between the static frictional force, inertial force, and gravity. It turns out that it separates from the cooling body 11 and falls.
[0032]
In the case of peeling at 270 to 360 degrees, the silicon ribbon 12 is immediately dropped because the silicon ribbon 12 is positioned below the silicon ribbon generating portion, similarly to the case of peeling at 0 to 90 degrees. To do. Therefore, in this case, it is necessary to install the silicon ribbon carrying-out scissors member 16 directly below the peeling position, and the carrying-out scissors member 16 and the impact generating member 15 are close to each other.
[0033]
In terms of the device configuration, it is difficult to bring the impact generating device 15 that gives an impact for peeling and the unloading scissors member 16 that carries the dropped silicon ribbon close to each other. It is desirable to set it in the range of 270 degrees.
[0034]
For the above-mentioned reason, it is desirable that the silicon ribbon carrying-out scissors member 16 is installed below the track where the silicon ribbon 12 in the range of 180 degrees to 270 degrees is separated from the rotating cooling body 11 and dropped.
[0035]
In FIG. 1, one silicon carrying-out scissor member 17 is installed at a position of 60 degrees so as to be close to the rotary cooling body 11, and the impact generating member 15 is applied in a direction perpendicular to the silicon ribbon surface. Is installed at an upper position 180 degrees above the uppermost point, and the other carry-out saddle member 16 is installed at a position of 270 degrees so as to be close to the rotary cooling body 11.
[0036]
Any means may be used for the impact generating member 15, but the physical impact generating means for pressing the solid substance against the surface of the silicon ribbon 12 with an appropriate force is the simplest.
[0037]
In addition, the method of peeling the silicon ribbon by bringing the acute-angled peeling member into contact with one side (end on the upstream side in the rotational direction) of the silicon ribbon in the traveling direction is also an effective means from the point that there is no movable part. Conceivable.
[0038]
When an impact is applied to the end of the silicon ribbon in a direction parallel to the silicon ribbon surface, the impact force may be much smaller than the perpendicular impact force to the silicon ribbon surface described above. Can be easily predicted. Also, the upper limit of the impact force that destroys the silicon ribbon is much greater. However, when an impact is applied in the parallel direction, it is necessary to apply an impact only to the silicon ribbon without contacting the rotating cooling body. That is, it is necessary to contact only the range of the thickness of the silicon ribbon.
[0039]
As a method of applying an impact in a parallel direction using an acute-angled peeling member, a method using the rotation of a rotating cooling body can be mentioned. FIG. 2 shows a second example of the operation of the present invention.
[0040]
Since the silicon ribbon 22 and the silicon ribbon generation surface have a flat shape, the two sides of the front end (front end) and the rear end (terminal) in the traveling direction have a larger radius of rotation than the other portions. Therefore, without touching the end of the flat surface portion of the rotating cooling body 21 that is the base, only the one side 27 on the front end side in the traveling direction (upstream side in the rotational direction) of the silicon ribbon 22 is contacted to promote peeling of the silicon ribbon 22. If the acute-angle peeling member 25 is fixed, the silicon ribbon 22 is effectively peeled off by the peeling member 25. That is, the peeling tip of the acute-angle peeling member 25 is a circular orbit having a maximum turning radius through which a corner on the front end side in the traveling direction of the flat surface portion of the rotating cooling body 21 that generates the silicon ribbon 22 passes, and the thickness of the silicon ribbon 22 from there. It is necessary to install it between the circular orbit located on the outside by the amount.
[0041]
FIG. 3 shows a state immediately before the acute-angle peeling member 25 and the silicon ribbon 22 come into contact with each other. The peeling tip of the acute-angle peeling member 25 is set slightly outside the circular orbit 31 having the maximum turning radius through which the corner (ridge line) 30 on the front end side in the traveling direction of the flat surface portion of the rotary cooling body 21 that generates the silicon ribbon 22 passes. ing.
[0042]
According to FIG. 3, it can be seen that the portion other than the one side 27 on the front end side in the traveling direction of the silicon ribbon 22 passes through the inside of the track 31. FIG. 4 shows a state immediately after the rotation advances from this state and the acute-angle peeling member 25 and the silicon ribbon 22 come into contact with each other.
[0043]
In FIG. 4, the rotating cooling body 21 does not come into contact with the acute-angle peeling member 25 at all. The silicon ribbon 22 has a structure in which only one side on the front end side in the advancing direction is in contact with the acute-angled peeling member 25, peeled off from the rotary cooling body 21, and slid down to the silicon ribbon carrying-out scissors member 26. ing.
[0044]
The thickness of the silicon ribbon 22 in FIG. 2 varies depending on the temperature conditions such as the molten silicon 23, the rotational speed of the rotating cooling body 21 and the cooling conditions, etc., but when used for a normal solar cell, the thickness is several hundred μm. It is possible to install the strip-like peeling member 25 with an accuracy of several hundred μm.
[0045]
Further, the position at which the acute-angle peeling member 25 is installed can be considered almost the same as the case where an impact is applied to the surface of the silicon ribbon 22 described above. As in the case described above, when the lowest point is 0 degree, it is necessary to take out the silicon ribbon 22 before it is rotated 360 degrees and immersed in the molten silicon 23 again. The difference from the above case is that the acute-angle peeling member 25 is fixedly installed, so that the peeled silicon ribbon 22 does not move while being placed on the rotating cooling body 21, and immediately rotates regardless of the installation position. This is a point of separation from the cooling body 21.
[0046]
From this, when the acute-angle peeling member 25 is installed at 0 to 180 degrees, the silicon ribbon 22 is separated and dropped from the rotating cooling body 21 while being reversed in the direction opposite to the rotating direction of the rotating cooling body 21. Become. For this reason, the silicon ribbon 22 slides down on the silicon sheet carrying-out eaves member 28 and can be taken out. However, the greater the distance between the peeling position and the carry-out saddle member 28, the greater the impact due to dropping.
[0047]
In order to alleviate the impact caused by dropping and simplify the apparatus, it is desirable that the acute-angled peeling member 25 for peeling and the carrying-out saddle member 26 be close to each other or integrated. In the case where the acute-angle peeling member 25 is installed at 180 to 270 degrees, particularly in the structure in which the acute-angle peeling member 25 and the carry-out saddle member 26 are integrated and installed, the silicon ribbon 22 is peeled off and then the rotating cooling body 21. And smoothly slides down to the unloading trough member 26. In addition, since no special movable member other than the rotation of the rotating cooling body 21 is required for giving an impact for peeling, it contributes to simplification of the apparatus and can improve the durability and maintainability of the apparatus. It is.
[0048]
In both the first example and the second example described above, it is desirable that the carry-out saddle member has a structure that can be carried out using the weight of the silicon ribbon in order to simplify the device configuration. In other words, instead of forced conveyance by rotational power etc., the conveyance collar member is inclined more than the angle at which the silicon ribbon falls by its own weight against the friction with the collar member, and the silicon ribbon slides down on the collar member by its own weight. It is desirable to have a structure that can be carried out of the apparatus.
[0049]
Further, it is possible to carry out the silicon ribbon more efficiently by adding a carry-out auxiliary member such as a roller.
[0050]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited by this.
[0051]
Example 1
Example 1 relates to a method of peeling a silicon ribbon by applying an impact from a vertical direction to a flat surface and a planar silicon ribbon of a rotating cooling body that generates the silicon ribbon.
[0052]
FIG. 1 shows a silicon ribbon manufacturing apparatus according to the first embodiment. That is, the silicon ribbon manufacturing apparatus includes a rectangular crucible 14, a heater for melting silicon supplied to the crucible 14, a rotary cooling body 11 having a plurality of flat surfaces that serve as silicon ribbon generation units, A rotating shaft that rotatably supports the rotating cooling body 11, an impact generating member 15 that gives an impact for peeling the silicon ribbon 12, and two unloading

cage members

16 and 17 for carrying the peeled silicon ribbon 12 out of the apparatus. It consists of
[0053]
These components are accommodated in a rectangular parallelepiped outer wall and a heat insulating material. The inside of the apparatus is surrounded by a heat insulating material and sealed so that the inside can be held under an argon gas atmosphere.
[0054]
Among the silicon ribbons 12 generated on the surface of the rotary cooling body 11, the one that is peeled off by the minute vibration caused by the rotation of the rotary cooling body 11 is carried out by one carrying-out saddle member 17.
[0055]
The method for giving an impact for peeling the silicon ribbon 12 that does not peel due to minute vibrations caused by the rotation of the rotating cooling body 11 applies a specified impact force to all the silicon ribbons 12 in synchronization with the rotation of the rotating cooling body. Any method may be used as long as it is a mechanism capable of achieving the above.
[0056]
In this embodiment, the carbon rod is suspended just above the rotating cooling body 11, and the silicon ribbon 12 reaches the uppermost point in synchronism with the rotation of the rotating cooling body 11. The mechanism generating member 15 that gives an impact to the member was used. Since the impact is performed by dropping the carbon rod by its own weight, the impact is applied to the surface of the silicon ribbon 12 at a position of 180 degrees (the highest point) when the lowest point of the rotating cooling body is 0 degree. Equivalent to giving.
[0057]
However, in order to give an impact, it is not necessary to fall by its own weight, and it is also possible to completely synchronize by converting the axis linked with the rotating shaft and gear etc. to linear motion, and the position and angle that give the impact Can take any installation method. Regarding the material of the member, in this embodiment, the carbon rod is used. However, the present invention is not limited to this, and any material can be used as long as it can withstand the temperature in the apparatus and has little influence on the contamination of silicon. it can.
[0058]
In particular, it is also effective to improve durability by a member harder than silicon, such as a member coated with SiC or the like on carbon, or a member coated with a material harder than silicon. The effect of prevention is also obtained.
[0059]
In addition, any shape can be applied as long as the member can provide a specified impact force, but an obtuse shape or a flat surface shape is desired in order to prevent the impact force from being concentrated at one point. In addition, the impact force concentration at the impact point can be alleviated by applying the impact to a plurality of locations on the surface of the silicon ribbon simultaneously by a plurality of members.
[0060]
The unloading

cage members

16 and 17 for unloading the peeled silicon ribbon 12 may have a plate-like structure in which the silicon ribbon 12 slides down due to its own weight, but the silicon ribbon 12 falls from the unloading

cage members

16 and 17 in the lateral direction. In order to prevent this, a fall prevention guide 54 as shown in FIG.
[0061]
Moreover, as shown in FIG. 5, in order to further promote the slip by the dead weight of the silicon ribbon 52, the structure which has the roller 53 as a carrying-out auxiliary member is desired.
[0062]
In this embodiment, the silicon ribbon carrying-out scissors member 51 provided with such a guide 54 and a roller 53 is installed at positions of 60 degrees and 270 degrees. The installation angle (inclination angle) of the eaves member 51 was inclined downward by 30 degrees with respect to the horizontal, and the silicon ribbon 52 was carried out of the apparatus by its own weight.
[0063]
Regarding the installation position of the eaves member 51, it is necessary to consider the configuration of the apparatus, the position where the silicon ribbon 52 is separated from the rotary cooling body 11, and the position where it falls. Regarding the installation angle, it is necessary to set the installation angle within the condition that the silicon ribbon 12 slides down due to its own weight due to the friction between the material of the carrying-out scissors member and the silicon ribbon 52.
[0064]
As for the surface form of the carrying-out saddle member 51 (16, 17), it is desirable to select a surface having a smooth surface as much as possible in order to reduce the frictional force with the silicon ribbon 52 (12). If a material softer than the silicon ribbon 12 is selected as this material, the impact when the silicon ribbon 12 slides down on the carry-out

scissors members

16 and 17 can be mitigated, and destruction of the silicon ribbon 12 can be prevented. , Durability is reduced. Even when a hard material such as an SiC coat is selected, it is possible to take a structure in which the silicon ribbon 12 is not broken by considering the installation angle and the installation position.
[0065]
With respect to the rotating cooling body 11, a structure that does not immerse in the molten silicon 13 other than the flat surface portion that generates the silicon ribbon 12 is desired. The simplest structure is a polygonal column structure, but in this case, since adjacent flat surfaces are connected, adjacent silicon ribbons 12 may be integrated. In this embodiment, as shown in FIG. 1, a gear-type rotary cooling body 11 in which the apex of the polygonal column is cut inward is applied. With this structure, it is possible to apply a simple structure that gives an impact continuously at constant time intervals.
[0066]
Using the above-mentioned apparatus, the crucible 14 filled with solid silicon was heated by a heater to melt the silicon. Next, the crucible 14 was raised, and the flat surface portion of the rotating cooling body 11 was immersed in the molten silicon 13 as shown in FIG. 1, and the rotating cooling body 11 was rotated.
[0067]
Then, the silicon ribbon 12 was generated under the same conditions on all the flat surface portions of the gear-type rotary cooling body 11. The impact generating member 15 was controlled to repeatedly fall and rise at regular time intervals so that the planar silicon ribbon 12 dropped vertically and gave an impact to the silicon ribbon 12 at the moment when the planar silicon ribbon 12 became horizontal at the uppermost point.
[0068]
When the silicon ribbon 12 was grown in this way and confirmed from the peephole of the apparatus, about 30% of the silicon ribbon 12 fell by vibration at 0 to 180 degrees, and one of the unloading cage members 17 slipped. It was dropped and carried out of the device and recovered. About 70% of the remaining silicon ribbon 12 is peeled off at the uppermost point, then separated from the rotating cooling body 11 and slid down to the other unloading scissor member 16, and then taken out of the apparatus and collected. I was able to.
[0069]
The silicon ribbon 12 carried out was smooth and uniform in thickness, was a columnar silicon ribbon having an average thickness of about 270 μm, and could be continuously grown stably.
[0070]
Example 2
The second embodiment relates to a method of peeling the silicon ribbon by applying an impact from a direction parallel to the flat surface of the rotating cooling body for generating the silicon ribbon and the planar silicon ribbon.
[0071]
FIG. 2 shows a silicon ribbon manufacturing apparatus according to the second embodiment. This silicon ribbon manufacturing apparatus has substantially the same configuration as that of the first embodiment. The difference from the first embodiment is that the impact generating member that gives an impact to the surface of the planar silicon ribbon 22 is omitted, and the silicon ribbon is placed at a position of 270 degrees with respect to the lowest point of the rotating cooling body 21 of 0 degrees. An acute angle peeling member 25 for peeling is provided, and this peeling member 25 is integrated with the carrying-out saddle member 26.
[0072]
The acute angle peeling member 25 will be described with reference to FIG. The acute-angled peeling member 25 was made of carbon with a sharpened tip. The peeling member 25 is parallel to the tangent to the circular orbit 31 formed by the corner of the rotating cooling body flat surface portion at a position of 270 degrees with respect to the lowest point 0 degree of the rotating cooling body 21 and is 100 μm outside the circular orbit 31. Set apart. As a result, the silicon ribbon 22 having a thickness of 100 μm or more can be peeled off. The acute-angle peeling member 25 is integrated with the tip end of the carrying-out saddle member 26 inclined by 30 degrees with respect to the horizontal, thereby simplifying the apparatus member.
[0073]
The unloading

scissors members

26 and 28 for unloading the peeled silicon ribbon 22 are members provided with guides 54 and rollers 53 as in the first embodiment. The same consideration results as in Example 1 can be obtained with respect to the installation positions, angles, surface forms, and materials of the

flange members

26 and 28.
[0074]
As for the rotating cooling body 21, similarly to the first embodiment, a gear-type cooling body in which the apex of the polygonal column was cut inward was applied. In particular, when the acute-angle peeling member 25 is used, if the adjacent silicon ribbons 12 are integrated, the acute-angle peeling member 25 is brought into contact with one side on the front end side of the silicon ribbon 12 in the advancing direction, so that planar silicon Since it is difficult to apply an impact in parallel to the ribbon 12, a structure like a gear-type cooling body is desirable, but there is no member that can move in synchronization with the rotating cooling body 21. There is no particular need for the structure.
[0075]
Using the above-described apparatus, the crucible 24 filled with solid silicon was heated by a heater to melt the silicon. Next, the crucible 24 was raised, and the flat surface portion of the gear-type rotary cooling body 21 was immersed in the molten silicon 23 as shown in FIG. 2, and the rotary cooling body 21 was rotated. Then, the silicon ribbon 22 was generated under the same conditions on all the flat surface portions of the rotary cooling body 21.
[0076]
When the silicon ribbon 22 was grown in this way and confirmed from the peephole, about 30% of the silicon ribbon 22 dropped by vibration at 0 to 180 degrees, and the unloading member 28 was slid down and carried out of the apparatus. Could be recovered. About 70% of the remaining silicon ribbon 22 is peeled and separated by contact with the acute-angled peeling member 25 and dropped to the carrying-out saddle member 26, and then slides down the carrying-out saddle member 26 to the outside of the apparatus. I was able to carry it out and collect it.
[0077]
The silicon ribbon 22 unloaded was a columnar silicon ribbon having a smooth and uniform thickness and an average thickness of about 270 μm, as in Example 1, and could be continuously grown stably.
[0078]
Example 3
Example 3 relates to a silicon ribbon manufacturing method according to the prior art, and a silicon ribbon manufacturing apparatus (comparative example) in which a rotating cooling body that generates a silicon ribbon has an uneven structure was used.
[0079]
FIG. 7 shows a silicon ribbon manufacturing apparatus according to this comparative example. The silicon ribbon manufacturing apparatus shown in FIG. 7 has substantially the same configuration as that of the first embodiment. The difference from the first embodiment is that the rotary cooling body 71 has a cylindrical shape, and is provided with irregularities on the cylindrical surface, and a silicon ribbon scraping portion 75 having a tip portion inserted into the concave portion 78. Is a point.
[0080]
First, the crucible 74 filled with solid silicon was heated by a heater to melt the silicon. Next, the crucible 74 was raised, and as shown in FIG. 7, only the convex portion 77 of the rotating cooling body 71 was immersed in the molten silicon 73, and the rotating cooling body 71 was rotated. Then, the silicon ribbon 72 generated crystal nuclei only with the convex portions 77 of the cylindrical cooling body 71, and crystals grew from the nuclei as a starting point.
[0081]
Then, the silicon melt 73 was brought into contact with the crystal growing from the adjacent convex portion 77, so that the silicon ribbon 72 having a cavity with the rotary cooling body 71 was generated without contacting the concave portion 78. Further, since the silicon ribbon scraping portion 75 having the tip portion inserted in the hollow portion between the concave portion 78, that is, the silicon ribbon 72 and the rotary cooling body 71 is installed, the silicon ribbon 72 is forced from a cylindrical shape to a planar shape. And was carried out of the apparatus along the silicon ribbon scraping portion 75.
[0082]
Thus, when the silicon ribbon 72 was grown and confirmed from the peephole, the silicon ribbon 72 was broken in a region along the scraping portion 75 once every few minutes. This is because there is a portion where the curve cannot be fully extended, and the silicon ribbon 72 is prevented from being taken out linearly.
[0083]
The unloaded silicon ribbon 72 was thick at a portion corresponding to the convex portion 77 and thin at a portion corresponding to the concave portion 78, and the average thickness was about 250 μm at the convex portion and about 200 μm at the concave portion.
[0084]
Example 4
Solar cells were fabricated using the silicon ribbons manufactured according to Examples 1 to 3. An example of the production procedure is the order of steps of cleaning, texture etching, diffusion layer formation, oxide film removal, antireflection film formation, back etch, back electrode formation, and light receiving surface electrode formation, which are general techniques. Basically, delivery was performed by an automatic transport mechanism between each process.
[0085]
With respect to the silicon ribbons according to Example 1 and Example 2, all automatic conveyance could be performed, but with respect to the silicon ribbon according to Example 3, the automatic conveyance mechanism can be used due to the remaining curvature and unevenness. No silicon ribbon was also produced.
[0086]
Next, Table 1 shows the results of measuring the characteristics of the solar cells manufactured from the silicon ribbons according to Examples 1 to 3 using a solar simulator.
[0087]
[Table 1]

[0088]
As can be seen from Table 1, the short-circuit current densities of the solar cells according to Example 1 and Example 2 are both 27 mA / cm. ² 25 mA / cm of Example 3 ² Bigger than. This is considered to be caused by a defect due to distortion due to residual internal stress. The curve factor is greatly reduced in Example 3 due to the influence of defects due to distortion due to the remaining internal stress. The conversion efficiency (%) was 10% in Example 3, while it was significantly improved to 12% in both Example 1 and Example 2.
[0089]
As is clear from the above description, according to the silicon ribbon manufacturing apparatus according to the first embodiment, the silicon is grown on the flat surface portion of the rotating cooling body having the flat surface portion, so that the planar silicon ribbon having no internal stress is obtained. In addition, the silicon ribbon can be taken out continuously and stably. Since the taken-out silicon ribbon is smooth and uniform, a silicon wafer can be formed without using a polishing process or a slicing process, and there is no slicing loss, and a silicon wafer can be provided at a lower cost.
[0090]
Further, according to the silicon ribbon manufacturing apparatus according to the second embodiment, a planar silicon ribbon having no internal stress can be obtained, and the silicon ribbon can be continuously and stably taken out. Furthermore, as compared with the first embodiment, since there is no mechanical movable part when peeling the silicon ribbon, it is not necessary to synchronize the peeling operation with the rotating cooling body, and the apparatus can be simplified, thus reducing the cost of the apparatus. Durability and maintenance can be improved.
[0091]
【The invention's effect】
In the silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 1, a molten silicon storage portion for storing molten silicon, and the silicon ribbon is solidified and grown on the surface, which is rotatably disposed above the molten silicon storage portion. In a silicon ribbon manufacturing apparatus comprising a rotating cooling body having a silicon ribbon generating portion for the purpose, the silicon ribbon generating portion on the surface of the rotating cooling body which is once immersed in molten silicon by rotation and then pulled up from the molten silicon is melted The silicon ribbon formed on the silicon ribbon generation part is peeled off before being immersed again in silicon, and the peeled silicon ribbon is carried out of the apparatus by using the inertial force due to the rotation of the rotating cooling body and / or the drop due to gravity. It is characterized in that a peeling / unloading mechanism is provided.
Therefore, by such a peeling / unloading mechanism, it is possible to continuously produce a large amount of planar silicon ribbon stably at a low cost.
[0092]
The silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 2 is characterized in that the surface of the rotary cooling body includes a plurality of flat surfaces that become silicon ribbon generation portions.
Therefore, in addition to the above-described effect produced by the silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 1, it is not necessary to slice silicon, it is possible to directly obtain a flat silicon ribbon, and there is no loss due to slicing, so that the cost is low. Contributes to
[0093]
In the silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 3, the peeling / unloading mechanism includes an impact generating member for peeling the silicon ribbon by applying a physical impact to the rotating cooling body. .
Therefore, in addition to the above-described effect produced by the silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 1 or 2, the silicon ribbon can be easily peeled from the surface of the rotating cooling body by applying an appropriate impact to the grown silicon ribbon by the impact generating member. It becomes possible to do.
[0094]
In the silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 4, the peeling / unloading mechanism peels the silicon ribbon by contacting the upstream end of the silicon ribbon in the rotation direction at the silicon ribbon generation portion on the surface of the rotating cooling body. It is characterized by having an acute-angled peeling member.
Therefore, in addition to the above-described effect produced by the silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 1 or 2, if the silicon ribbon is peeled off using an acute-angled peeling member having no mechanical movable part, the peeling operation is synchronized with the rotary cooling body. Since it is not necessary and the apparatus can be simplified, it is possible to reduce the cost, improve durability and maintainability of the apparatus.
[0095]
In the silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 5, the peeling / unloading mechanism sets the position where the silicon ribbon generation portion on the surface of the rotating cooling body is at the lowest point immersed in the molten silicon to 0 degree, and the lowest When the position rotated once in the rotation direction from the point is set to 360 degrees, the silicon ribbon is peeled in a position range of 90 degrees to 270 degrees.
Therefore, in addition to the effect produced by the silicon ribbon manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4, when the silicon ribbon 12 is impacted and peeled in the range of 90 degrees to 270 degrees, Regardless of the relationship between inertial force and gravity, the silicon ribbon is separated from the rotating cooling body in the range of 180 degrees to 270 degrees and falls, so that the silicon ribbon can be carried out more reliably.
[0096]
The silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 6 is characterized in that the peeling / unloading mechanism includes a carrying-out scissors member for receiving the peeled silicon ribbon and carrying it out of the apparatus.
Therefore, in addition to the above-described effect produced by the silicon ribbon manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5, the silicon ribbon can be carried out of the apparatus with a simple configuration of a carry-out saddle member.
[0097]
In the silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 7, the flange member is inclined at an angle at which the peeled silicon ribbon can slide down by its own weight against the frictional force with the flange member. To do.
Therefore, in addition to the effect produced by the silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 6, such an unloading cage member enables natural unloading using the weight of the silicon ribbon instead of forced conveyance by rotational power, The device configuration can be simplified.
[0098]
The silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 8 is characterized in that the peeling / unloading mechanism includes a carry-out auxiliary member for assisting the carry-out of the silicon ribbon in addition to the flange member.
Therefore, in addition to the effect produced by the silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 6 or 7, it is possible to further promote the slippage due to the weight of the silicon ribbon by the carry-out auxiliary member.
[0099]
The silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 9 is characterized in that the flange member is integrated with the acute-angled peeling member according to claim 4.
Therefore, in addition to the effect produced by the silicon ribbon manufacturing apparatus according to any one of claims 6 to 8, the apparatus members can be simplified.
[0100]
In the silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 10, the acute-angled peeling member has a position where the silicon ribbon generation portion on the surface of the rotating cooling body is at the lowest point immersed in the molten silicon as 0 degree, and the lowest When the position rotated once from the point in the rotation direction is set to 360 degrees, the silicon ribbon is peeled off by contacting the end portion on the upstream side of the rotation direction of the silicon ribbon in a position range of 180 degrees to 270 degrees. To do.
Therefore, in addition to the above-described effect achieved by the silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 9, when the acute angled peeling member is installed at 180 to 270 degrees, the acute angled peeling member and the carry-out scissors member are particularly integrated and installed. In this structure, the silicon ribbon is separated from the rotary cooling body after being peeled off and smoothly slides down to the unloading saddle member. In addition, no special movable member other than the rotation of the rotating cooling body is required to give an impact for peeling, contributing to simplification of the device, and improving the durability and maintainability of the device. Become.
[0101]
The solar cell according to claim 11 is manufactured using the silicon ribbon by the silicon ribbon manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 10.
Therefore, since the short circuit current density and the fill factor are increased as compared with the solar cell using the silicon ribbon manufactured by the conventional silicon ribbon manufacturing apparatus, the manufacturing cost can be reduced while improving the conversion efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of a silicon ribbon manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration explanatory view of a silicon ribbon manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view illustrating a first stage of a peeling method in a silicon ribbon manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view illustrating a second stage of a peeling method in the silicon ribbon manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the configuration when a roller and a guide as a carry-out auxiliary member are provided on the carry-out saddle member according to the first or second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration explanatory diagram of one silicon ribbon manufacturing apparatus according to the prior art.
FIG. 7 is a configuration explanatory view of another silicon ribbon manufacturing apparatus according to the prior art.
[Explanation of symbols]
11, 21 Rotating cooling body
12, 22 Silicon ribbon
13, 23 Silicon melt
14, 24 crucible
15 Impact generating member
16, 17, 26, 28 Unloading cage member
25 Sharp angled release member
30 Corner of flat surface
31 Angular orbit of flat surface
51 An example of carrying-out saddle member
52 Silicon Ribbon
53 Roller (carrying out auxiliary member)
54 Guide (carrying out auxiliary member)

Claims

A molten silicon storage portion for storing molten silicon, and a rotary cooling body that is rotatably disposed above the molten silicon storage portion and has a silicon ribbon generating portion for solidifying and growing the silicon ribbon on the surface. In the silicon ribbon manufacturing equipment
After the silicon ribbon generation part on the surface of the rotating cooling body once dipped in the molten silicon by rotation and pulled up from the molten silicon is peeled off before the silicon ribbon generation part is immersed again in the molten silicon. An apparatus for producing a silicon ribbon, comprising: a peeling / unloading mechanism for carrying the peeled silicon ribbon out of the apparatus using inertial force due to rotation of a rotary cooling body and / or dropping due to gravity.

The silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the surface of the rotary cooling body includes a plurality of flat surfaces that become silicon ribbon generation portions.

The silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the peeling / unloading mechanism includes an impact generating member for peeling the silicon ribbon by applying a physical impact to the rotary cooling body.

The peeling / unloading mechanism includes an acute-angled peeling member for peeling the silicon ribbon by contacting the upstream end of the silicon ribbon in the rotation direction of the silicon ribbon generation portion on the surface of the rotating cooling body. The silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 1 or 2.

In the peeling / unloading mechanism, the position where the silicon ribbon generation portion on the surface of the rotating cooling body is at the lowest point immersed in the molten silicon is defined as 0 degree, and the position rotated once in the rotational direction from the lowest point is defined as 360 degrees. In this case, the silicon ribbon manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the silicon ribbon is peeled in a position range of 90 degrees to 270 degrees.

The silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the peeling / unloading mechanism includes a carrying-out saddle member for receiving the peeled silicon ribbon and carrying it out of the apparatus. .

7. The silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the flange member is inclined at an angle at which the peeled silicon ribbon can slide down by its own weight against a frictional force with the flange member.

The silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 6 or 7, wherein the peeling / carrying mechanism includes a carry-out assisting member for assisting the carrying out of the silicon ribbon in addition to the flange member.

The silicon ribbon manufacturing apparatus according to any one of claims 6 to 8, wherein the flange member is integrated with the acute-angled peeling member according to claim 4.

In the acute-angled peeling member, the position where the silicon ribbon generation portion on the surface of the rotating cooling body is at the lowest point immersed in the molten silicon is 0 degree, and the position rotated once from the lowest point in the rotation direction is 360 degrees. The silicon ribbon manufacturing apparatus according to claim 9, wherein the silicon ribbon is peeled by contacting the end portion on the upstream side in the rotation direction of the silicon ribbon in a position range of 180 degrees to 270 degrees.