JP4534022B2 - Gaドープ結晶シリコン、その製造方法及びその製造方法に用いるGaドープ結晶シリコン製造装置、並びにGaドープ結晶シリコン基板を用いた太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
キャスト多結晶Si型太陽電池が試作されたのは1976年であり、ドイツのワッカー社がこの試作をはじめて行った。同社では、溶融したシリコンを鋳型に流し込み、冷却してシリコンを結晶化(以下、単に「固化」と記すこともある。)した。同社は、この結晶化したシリコンを、スライス技術を用いてスライスし、角形の多結晶Si基板を製造した。また、同社は、この角形基板を用い、当時変換効率11%の太陽電池を試作している。
まず、本発明は、上記課題を解決するために、Gaドープ結晶シリコンの製造方法において、原料シリコンと、ガリウムドーパントと、を混合し、この混合物を所定温度まで加熱して融解する融解工程と、融解した前記原料シリコンを冷却し、前記ガリウムドーパントを含む結晶シリコンを成長させる結晶成長工程と、を含み、前記結晶成長工程において、結晶の成長に伴って、融解した前記原料シリコン中に、新たな原料シリコンを追加することを特徴とするGaドープ結晶シリコン製造方法である。
まず、本発明は、原料シリコンと、ガリウムドーパントと、を所定温度まで加熱して融解する融解工程と、融解した前記原料シリコンを冷却し、前記ガリウムドーパントを含む結晶シリコンを成長させる結晶成長工程と、を含み、 前記結晶成長工程において、結晶の成長に伴って、融解した前記原料シリコン中に、新たな原料シリコンを追加することを特徴とするGaドープ多結晶シリコン製造方法である。
本発明は、前記A又はBに記載のいずれかの方法により製造したGaドープ結晶シリコンである。
本発明は、上記Gaドープ結晶シリコン製造方法で用いる結晶シリコン製造装置であって、原料シリコンと、ガリウムドーパントとの混合物を充填する坩堝部と、前記坩堝部内の前記混合物を所定温度まで加熱して融解する融解手段と、前記坩堝内の融解した前記原料シリコンに、新たな原料シリコンを追加する追加手段と、を備え、前記追加手段は、上記結晶成長工程において、所定量の新たな前記原料シリコンを追加することを特徴とするGaドープ結晶シリコン製造装置である。
まず、本発明は、前記A又はBのいずれかに記載のGaドープ結晶シリコン製造方法で製造したGaドープ結晶シリコンから基板を製造する基板製造工程と、前記製造した基板に対してpn接合を形成するpn接合形成工程と、前記pn接合を形成した前記基板に電極を形成する電極形成工程と、を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法である。
・原料シリコンとGa不純物を高温で融解する。
・その後、固化することによって、結晶シリコンを得る。
本実施例1では、Gaドープの結晶シリコンが成長している最中に、原料シリコンのみを不連続に添加しながら結晶成長を継続させた。このように原料シリコンのみを不連続に添加することにより、製造したGaドープシリコンのインゴット内の抵抗率の大幅な変動を抑制することができる。
本実施例2では、Gaドープ多結晶が成長している最中に、原料シリコンのみを連続的に添加しながら結晶成長を継続させた。
窒化珪素離型材を内面に塗布した石英坩堝1中に5.0kgの原料Siを充填し、それにドーパントとしてGa金属0.2gを加えて良く混合した。上記実施例1で述べた方法と同様な方法で、上記石英坩堝1内の原料Siと、Ga金属と、を融解した。
実施例1と同様の方法で厚さ300μmの多結晶Si基板を製造した。この多結晶Si基板の抵抗率は1.0Ω・cmであった。この多結晶Si基板をHNO3/HF液に浸漬し、表面の鏡面エッチング行った後、870℃に加熱し、p拡散法でpn接合を形成した。その後、SiNの反射防止膜を被着後、裏面にAl合金法でp+層を形成した。その後、表面と裏面にAg印刷電極を形成し、太陽電池を製造した。この太陽電池に疑似太陽光(AM1.5)を照射し、変換効率を測定した。測定開始1秒以内における変換効率は15.1%であった。その後、上記疑似太陽光を12時間連続照射した後、再び測定したが変化は見られなかった。
実施例2と同様の方法で厚さ300μmの多結晶Si基板を製造した。この多結晶Si基板の抵抗率は1.0Ω・cmであった。また、この多結晶Si基板を用いて実施例3と同様の方法で、太陽電池を製造した。この太陽電池に疑似太陽光(AM1.5)を照射し、変換効率を測定した。測定開始1秒以内における変換効率は15.1%であった。その後、上記疑似太陽光を12時間連続照射した後、再び測定したが変化は見られなかった。
実施例3におけるGaの代わりに、Bを添加した点を除き、実施例3と同様の方法により、厚さ300μmのBドープ多結晶キャストSi基板を有する太陽電池を製造した。この太陽電池に疑似太陽光(AM1.5)を照射し、変換効率を測定した。測定開始1秒以内における変換効率は14.3%であり、実施例4における太陽電池と比較して、低下していた。
2 液相シリコン
3、4 ヒータ
5 下部冷却版
6 固相シリコン
7 結晶成長炉
8 原料シリコン
9 断熱壁
10 追加装置
Claims (9)
- Gaドープ結晶シリコンの製造方法において、
原料シリコンと、ガリウムドーパントと、を混合し、この混合物を所定温度まで加熱して融解する融解工程と、
融解した前記原料シリコンを冷却し、前記ガリウムドーパントを含む結晶シリコンを成長させる結晶成長工程と、
を含み、
前記結晶成長工程において、結晶の成長に伴って、融解した前記原料シリコン中に、新たな原料シリコンを追加することを特徴とするGaドープ結晶シリコン製造方法。 - 請求項1記載のGaドープ結晶シリコン製造方法において、
前記結晶成長工程において、
融解した前記原料シリコン中に、前記新たな原料シリコンを連続して追加することを特徴とするGaドープ結晶シリコン製造方法。 - 請求項1記載のGaドープ結晶シリコン製造方法において、
前記結晶成長工程において、
融解した前記原料シリコン中に、前記新たな原料シリコンを不連続に追加することを特徴とするGaドープ結晶シリコン製造方法。 - Gaドープ多結晶シリコンの製造方法において、
原料シリコンと、ガリウムドーパントと、を所定温度まで加熱して融解する融解工程と、
融解した前記原料シリコンを冷却し、前記ガリウムドーパントを含む結晶シリコンを成長させる結晶成長工程と、
を含み、
前記結晶成長工程において、結晶の成長に伴って、融解した前記原料シリコン中に、新たな原料シリコンを追加することを特徴とするGaドープ多結晶シリコン製造方法。 - 請求項4記載のGaドープ多結晶シリコン製造方法において、
前記結晶成長工程において、
融解した前記原料シリコン中に、前記新たな原料シリコンを連続して追加することを特徴とするGaドープ多結晶シリコン製造方法。 - 請求項4記載のGaドープ多結晶シリコン製造方法において、
前記結晶成長工程において、
融解した前記原料シリコン中に、前記新たな原料シリコンを不連続に追加することを特徴とするGaドープ多結晶シリコン製造方法。 - 請求項1〜6のいずれかに記載のGaドープ結晶シリコン製造方法で製造したGaドープ結晶シリコンから基板を製造する基板製造工程と、
前記製造した基板に対してpn接合を形成するpn接合形成工程と、
前記pn接合を形成した前記基板に電極を形成する電極形成工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 請求項1〜6のいずれかに記載のGaドープ結晶シリコン製造方法で用いる結晶シリコン製造装置であって、
原料シリコンと、ガリウムドーパントとの混合物を充填する坩堝部と、
前記坩堝部内の前記混合物を所定温度まで加熱して融解する融解手段と、
前記坩堝内の融解した前記原料シリコンに、新たな原料シリコンを追加する追加手段と、
を備え、
前記追加手段は、上記結晶成長工程において、所定量の新たな前記原料シリコンを追加することを特徴とするGaドープ結晶シリコン製造装置。 - 請求項1、3、4又は6のいずれかに記載のGaドープ結晶シリコン製造方法で用いる結晶シリコン製造装置であって、
原料シリコンと、ガリウムドーパントとの混合物を充填する坩堝部と、
前記坩堝部内の前記混合物を所定温度まで加熱して融解する融解手段と、
前記坩堝内の融解した前記原料シリコンに、新たな原料シリコンを追加する追加手段と
、
を備え、
前記追加手段は、利用者が指示するタイミングで、所定量の新たな前記原料シリコンを
追加することを特徴とするGaドープ結晶シリコン製造装置。
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