JP4807914B2 - シリコンシートとそれを含む太陽電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコンシートの低コスト化に関し、特に、たとえば太陽電池用として十分な半導体特性を有する低コストのシリコンシートに関する。
【0002】
【従来の技術】
太陽電池作製用を主要目的としたシリコン基板としては、例えば特開平11−21120号公報に開示されているようなキャスト法を用いて製造された多結晶シリコンが多く利用されている。キャスト法は、坩堝内で溶解したシリコンを坩堝底面から徐々に冷却することによってシリコン融液を固化させ、坩堝底面から上方に向けて成長した長い柱状結晶構造を主体とするインゴット(凝固塊)を製造する方法である。その冷却開始当初にはシリコンの固液界面が坩堝底部の冷却面に近いが、固化の進行により固液界面が冷却面から次第に遠ざかる。また、固相シリコンの熱伝導率は液相に比べて小さく、このことも半導体特性を均質にするために望まれる一定速度の固相成長を困難にしている。
【0003】
これを改善し得るものとして、特開平11−92284号公報は、シリコン固液界面の上昇移動速度と坩堝下面からの熱放出量との関係を予め求めておき、その熱放出量を制御することによって凝固速度を安定化して良好な半導体特性のシリコンインゴットを得ている。そのインゴットの水平横断面に現れる平均結晶粒径は、10mmより大きくなる。この技術によれば、坩堝底から上方に向かう安定した一方向擬固成長が可能になる。このキャスト法で作製したインゴットから水平方向に切り出した基板の厚さ方向断面は、図9に示されているように、その厚さ方向にほぼ平行な結晶粒界を含んでいる。すなわち、キャスト法を利用して得られるシリコン基板は坩堝底に平行な水平方向にスライスして作製され、この基板の両主面における半導体特性はほぼ同一である。
【0004】
しかし、キャスト法においては、インゴットから多結晶シリコン基板を得るためにスライス工程が必要であることから、シリコン基板の低コスト化には限界を来している。他方、約20年前からスライスが不要なウエブ(web)法やEFG(edge-defined film-fed growth)法によるシリコンリボンの成長も研究されている。また、近年ではより速い成長を目指して、シリコン融液から直接的に薄板状のシリコンリボンを作製するRGS(ribbon growth on substrate)法が注目されるようになっている(26thPVSC,1997,pp.91−93)。
【0005】
RGS法の原理は、凝固成長面に近い面からの高速熱移動(抜熱)によってシリコンリボンの高速成長を行うものである。具体的には、溶融シリコンの側部周囲を支える側部支持枠に対してその開放下面を支える下面支持平板を冷却しながら相対的に横方向に移動させることにより、その下面支持平板上にシリコンリボンを高速成長させる。
【0006】
溶融シリコンの底面に接している下面支持平板部分を横方向に引出した直後にはその平板上のシリコンは液相であり、引出された支持平板の下面とシリコン表面との両面から同時に冷却されることとなる。この方法によるシリコンリボンにおいては、支持平板の移動方向に平行な垂直断面において固液界面が支持平板面に対して斜めの状態となり、シリコン結晶が斜めに伸びて固化成長することが示されている。すなわち、成長した結晶粒の形状は支持平板面に対して斜め方向の柱状晶になる。
【0007】
なお最近では、シリコン融液に基体を接触させて液相からの凝固によって直接的にシリコンシートを得る方法が、たとえば特開2001−223172号公報に開示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
キャスト法は、インゴットにクラックを生じさせないようにして成長させるために、また半導体品質確保の観点から、一つのシリコンインゴットの製造には数十時間もの長時間を要する。そして、インゴットからシリコン基板を切り出す際にも、マルチワイヤーソーによるスライス技術を用いても数十時間を要する。したがって、キャスト法を利用してシリコン基板を作製するコストの低減は困難な状況にある。
【0009】
RGS法などのリボン製造方法では、凝固相の安定成長自体に課題が多く、シリコンリボンの結晶化状態の制御の問題をも含み、太陽電池などに実用化され得る安定な半導体特性を有するシリコンリボンが得られる段階にはない。
【0010】
また、特開2001−223172号公報に開示された技術においても、好ましい結晶構造や半導体特性を有するシリコンシートを得るために、さらなる改善が望まれている。
【0011】
そこで、本発明は、高速成長と良好な半導体特性を両立させ得るシリコンシートおよびそれを用いた太陽電池を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明によるシリコンシートは、シリコン融液に基体を接触させることによって液相シリコンからの凝固により直接的に形成されたシリコンシートであって、このシートがシリコン融液に接していた第1主面と冷却基板接していた第2主面に現れた平均結晶粒径はそれら両主面のいずれにおいても10mm未満であり、第1主面に現れた平均結晶粒径は第2主面に現れた平均結晶粒径より大きいことを特徴としている。
【0013】
なお、第1主面と第2主面に現れる平均結晶粒径が3mm以下であるシリコンシートは、比較的容易に低コストで作製され得る。また、第1主面と第2主面に現れる平均結晶粒径の大きさの差が10μm以上5mm以下であるシリコンシートを得ることができる。平均結晶粒径は、第1主面上または第2主面上の任意の直線と結晶粒界との交点の平均間隔として規定され得る。
【0014】
シリコンシートは、周期的でなだらかな厚さ変化を有してもよい。この厚さ変化において周期的に現れる厚さの極小値領域には、その厚さ方向に実質的に平行な結晶粒界が形成されている。その厚さ変化の周期は、10mm以下であることが適当である。その厚さ変化における凹凸の高低差はシリコンシートが基体に接していた第2主面側に比べてシリコン融液に接していた第1主面側において大きくなっている。
【0015】
シリコンシートは、100μmから1mmの範囲内の平均厚さを有することが好ましい。また、シリコンシートは、5ナイン以上の純度を有することが好ましい。さらに、シリコンシートに含まれる表面凹凸の高低差は、200μm以下であることが好ましい。シリコンシートは、30μm以上のキャリヤ拡散長を有し得る。
【0016】
以上のようなシリコンシートは、太陽電池に好ましく用いられ得る。光電変換されるべき光は、シリコンシートの比較的大きな結晶粒径を有する第1主面側から入射させられることが好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】
まず、本発明によるシリコンシートを作製する基本的な手順について説明する。図1(a)の模式的な断面図に示されているように、シリコンの融点である1415℃より低い温度に加熱冷却し得る温度制御手段6によって温度制御された耐熱性の基体3の表面を坩堝4中のシリコン融液5に接触(または浸漬)させることによって、基体3の表面にシリコンシート7が成長する。必要な厚さのシリコンシート7が成長した後に、そのシートが付着した基体3が坩堝4から取り出される。シート7と一体の基体3が高温から冷却される段階で、図1(b)に示されているように、それらの熱膨張係数差に起因して基体3とシート7は自然に分離し、または小さい衝撃を基体3に加えることにより分離され、液相からの凝固によって直接的に形成されたシリコンシート7が得られる。
【0018】
本発明によるシリコンシートは、基体3の初期温度をシリコン融点(1415℃)よりも120℃から1000℃だけ低い温度範囲で制御すること、適当な厚さのグラファイト材料を用いることによって基体3の熱容量を適切にすること、基体3の加熱冷却を行う温度制御手段6内に冷媒として気体を用いること、シリコン融液5への基体3の浸漬時間を最適厚さのシリコンシートが得られるよう制御すること、さらには基体3の表面の微細凹凸形状によりシリコン溶液の固化を促進させる等の基本的条件を設定することにより、基体3の表面上に多結晶シリコンシートを高速かつ安定に形成することができる。
【0019】
すなわち、基体3がシリコン融液5の温度より低い温度に制御されているので、基体表面にシリコンの結晶核が随所に発生する。そして、これらの結晶核がシリコン融液に接している方向に向けて一方向に結晶成長して、多結晶シリコンシートが形成される。基体3から分離されたシリコンシートにおいては、一方の主面に現れた平均結晶粒径の大きさが他方の主面に現れた平均結晶粒と異なる。
【0020】
さらに詳しく説明すれば、シリコンシートの厚さ方向に平行な模式的断面図である図2に示されているように、シートの一方の主面1に現れた結晶粒と他方の主面2に現れた結晶粒とでは、平均結晶粒径の大きさが異なる。すなわち、主面2に発生した複数の結晶核が主面1側へ向かって種々の方向に拡大成長し、その成長途中で結晶粒同士がぶつかりあうことで新たな小さい結晶粒の発生や成長が抑制される。その結果として、主面1と主面2のそれぞれの面上において、任意の直線と結晶粒界との交点間の平均長さが互いに異なることになる。より具体的には、シート作製時に基体3に接していた主面2上では任意の直線と結晶粒界との交点間の平均値長さがが小さく、シリコン融液5に接していた主面1上では大きくなる。
【0021】
平均結晶粒径が大きければ半導体特性の低下原因となる結晶粒界密度が減少してキャリヤの拡散長が伸び、シリコンシートの半導体特性を改善することができる。この改善効果により、液相からの凝固によって直接的に形成されたシリコンシートが、太陽電池等のデバイス用として用いることが可能になる。
【0022】
シリコンシートの一方の主面に現れた結晶粒の平均断面積が他方の主面に現れた結晶粒の平均断面積よりも大きいことにより、より具体的には、厚さ方向断面においてシートの一方の主面1と結晶粒界との交点間の平均値長さ(平均粒径)と、他方の主面2と結晶粒界との交点間の平均長さ(平均粒径)との差の絶対値が10μm以上5mm以下であることにより、このシートを使用した半導体素子たとえば太陽電池の製造が可能となる。半導体特性の観点からは、シートの主面1と主面2との間の平均結晶粒径差は50μm以上1mm以下であることがより好ましい。
【0023】
シリコンシートの厚さを100μm以上にすることにより、そのシートを利用した太陽電池の作製プロセスにおいて高いハンドリング性を得ることができる。また、シート厚を1mm以下にすることにより、シートの製造時間を短縮できて、低コストのシリコン基板の提供が可能になる。シートの平均厚さを100μmから1mmの範囲内に設定することにより、キャスト法の場合のようなスライス工程が不要になり、また良好な半導体特性を得ることができる。シート製造の容易さの観点からは、平均厚さが200〜600μmの範囲内にあることがより好ましい。
【0024】
シリコンシートの純度が5ナイン以上であることにより、太陽電池等へ利用した場合にも、良好なデバイス特性値を得ることができる。太陽電池の特性の観点からは、7ナイン以上の純度であることがより好ましい。シリコンシートの表面凹凸における高低差の最大値が200μm以下であることにより、スライスや研磨等のプロセスを経ることなくシートの太陽電池等への利用が可能となり、表面エッチング時間の短縮または表面エッチングの省略が可能になる。シリコンシート内のキャリヤの拡散長が30μm以上であることにより、変換効率の比較的良好な太陽電池を得ることができる。
【0025】
シリコンシートの各主面に現れた結晶粒に関して、前述の平均粒径の具体的な測定と評価の方法について述べる。まず、シリコンシートのほぼ中央部を含んで厚さ方向に沿って、そのシートを切断する。その切り口を2000番以上の砥石研磨仕上げをした後、10質量%のNaOH水溶液を用いて80℃で10分間のエッチングを行えば、エッチング速度の結晶方位依存性に起因して結晶粒が明瞭に現れる。次にCCD素子などを利用した映像拡大装置を用いて、図2に示されているような拡大断面像を得る。20倍の拡大断面像を用いて、シートの一方主面における距離10mm(拡大状態では200mm)当りの表面と結晶粒界との交点の数を数える。次に他方主面の距離10mm当たりの表面と結晶粒界との交点の数を数える。
【0026】
図2を例にとれば、表面と結晶粒界との交点の数は、主面1において7個で、主面2では13個となっている。この場合、表面と結晶粒界との交点間の平均値長さである平均粒径としては、主面1上において10mm÷(7+1)=1.25mmが得られ、主面2上においては10mm÷(13+1)=0.714mmが得られる。
【0027】
シリコンシートを用いた太陽電池からその厚さ方向に沿った断面における各主面と結晶粒界との交点間の平均長さを求める場合には、濃硝酸や王水を加熱した酸溶液で電極金属などを除去してシリコンシートを抽出した後に、前述のようにシートのほぼ中央部を含んで厚さ方向に沿って切断し、その断面における結晶粒が明瞭に現れるようにする。しかし、電極金属などを除去した後でも、合金層形成部分に関してはシリコンシートの最外表面が不明瞭な場合がある。その場合には、合金層と半導体層との界面をもってシリコンシートの表面とする。
【0028】
(実施例1)
シリコンシートを製造するための装置構成と方法について以下に述べる。しかし、本発明によるシリコンシートを得る装置はこれに限定されるものはない。もちろん、図1に示した枚葉式でのシート製造装置やその他の装置も利用し得ることは言うまでもない。
【0029】
図3は、本発明によるシリコンシートを得ることができるシート製造装置の模式的な縦断面図を示している。この装置においては、ステンレス製チャンバ70内に、坩堝71、ヒータ72、シリコン融液73、基体74、および基体の回転軸75が設けられ、そしてチャンバ上部のシート取出し孔から外側にシートを巻き取るための巻取り機構76が設けられている。さらに、シリコン原料投入機構77が取付けられており、図面においてその詳細は省略されている。ヒータ72には抵抗加熱方式を用いているが、同等の能力を有する高周波加熱方式等が用いられてもよい。
【0030】
なお、基体74の円筒形面に接するように付加基体78を取り付けて、付加基体78の表面にシリコンシートを成長させることもできる。基体74または付加基体78の材質としてはグラファイトを基本としたが、その表面に炭化珪素を熱CVD法で形成した基体を用いてもよい。付加基体78の材質としては、このほかに窒化珪素のようなセラミックスや高温に耐える耐熱性金属も可能であるし、セラミックスを部分的もしくは全面的にコートしたカーボン、セラミックス、または耐熱金属も可能である。
【0031】
基体74または付加基体78の表面としは平坦面であってもよく、基体74の回転方向に沿った溝、または規則的もしくは不規則に配置した微細凹凸面が形成されていてもよい。基体の表面に形成された溝や微細凹凸面は、シリコンシートの成長を高速化する機能を有する。
【0032】
基体74の温度制御手段としては、円筒形の基体74の内部表面近くに空洞を設けて窒素、アルゴン、または空気のいずれかを加圧導入させるガス冷媒方式を採用しているが、その基体内にステンレス、銅などの金属製配管を埋め込んで温度制御を行う液体冷媒方式を採用してもよい。
【0033】
次に、図3の装置においてシリコンシートを製造する手順について述べる。まず純度6ナイン程度の原料シリコンを坩堝71内に投入した後に、チャンバ70内を真空ポンプで排気してアルゴンガスに置換した。シリコン原料を加熱しながら、チャンバ70内のAr圧力は10Torr程度に保たれた。ただし、シリコン原料からの脱ガスを促進するためにさらに真空度を高めてもよい。シリコンの溶融後には、シリコン原料投入機構77から顆粒状シリコンを追加投入して、坩堝71内のシリコン溶湯面高さを調整した。
【0034】
シリコンシート製造時におけるシリコン溶湯温度は1450℃としたが、シートの成長条件との兼ね合いに応じて、過冷却温度の1380℃以上からより高温の1600℃までの範囲内に設定され得る。シリコン融液面が規定の高さになった後に、基体74内に冷媒ガスを通じて温度制御を行い、基体74の表面温度が1200℃に安定化した状態でその表面がシリコン融液に浸漬された。基体74の温度としては、シリコン融点に比べて1000℃から120℃だけ低い範囲内にあることが望ましい。
【0035】
以上のような状態で回転軸75により基体74を回転駆動すれば、その基体74上において、シリコン多結晶が高速かつ制御性良く安定してシートに成長した。こうして形成されたシリコンシートにおいては、基体74がシリコンの融点温度以下に制御されていることにより、基体表面側からシリコン融液側に向かって多結晶が均一な厚さで成長していた。基体74とシリコンシートが室温に冷却される過程では、相互の熱膨張係数差により自然にまたは小さい衝撃を加えることにより、その基体からシリコンシートが容易に剥離された。得られたシートの平均厚さは約500μmで、シリコン融液に接していた側の主面に現れた平均結晶粒径は基体74と接していた側の主面に比べて大きい。
【0036】
図4は、上述のようにして作製されたシリコンシートの一例の断面写真を示している。この断面写真において、シリコンシートの下方の主面が基体と接していた面であり、その下方主面と結晶粒界との交点の数が多く、すなわち交点間の平均長さ(平均粒径)が小さい。他方、シリコンシートの上方の主面はシリコン融液に接していた面であり、その上方主面と結晶粒界との交点の数が少なく、すなわち交点間の平均長さ(平均粒径)が大きいことがわかる。このシリコンシートの下方主面における平均結晶粒径は約0.22mmであり、上方主面における平均粒径は約0.38mmであった。そして、これらの下方主面と上方主面とにおける平均粒径の差の絶対値は、0.16mmである。
【0037】
なお、図4の写真断面における主面と結晶粒界との交点の数は、基体74と接していた下方主面において45個であり、シリコン融液と接していた上方主面においては26個であった。その写真断面においてシートの主面と結晶粒界とがなす角のうち、鋭角側の角度が80度以上90度以下であるものは全体の94%であった。キャリヤ拡散長の測定を行なったところでは、基体と接していた下方主面側では45μmであり、シリコン融液に接していた上方主面側では60μmの値を得ることができた。表面の凹凸状態を段差計を用いて測定したところでは、最大値はシートの下方主面側で120μmであり、上方主面側で150μmであった。シリコンシート中の不純物濃度を測定したところでは、7ナインのシリコン純度が得られていた。この純度の向上は、溶融シリコンに含まれる不純物の固液分配係数の相違により得られたものと考えられる。
【0038】
このようにして作製したシリコンシートを利用して太陽電池を作製する方法について述べる。この方法は、図5のフロー図に示された手順に従うことができる。この実施例では、シリコンシートがp型半導体にされたが、n型半導体であってもよい。pまたはnの導電型のシリコンシートを形成する場合には、原料シリコンの溶融時にボロン(B)またはリン(P)のようなドーパントを混入することが望ましい。得られるシリコンシートにおいては、その両主面に現れる平均結晶粒径が互いに異なるので作製すべき太陽電池の受光面をどちらの主面にするかを最初に決める必要がある。これは、シリコンシートの表面状態や半導体特性と太陽電池プロセスとの適合性を考慮して決定する。この実施例1では、表面に現れた平均結晶粒径が大きい方の主面が受光面として選択された。
【0039】
図5のフロー図では、まずステップSlとS2において、硝酸とフッ酸との混合液を用いてシリコンシートの洗浄と表面エッチングを行った。その後のステップS3において、水酸化ナトリウムを用いて、シートの光入射側主面にテクスチヤエッチングを行った。このエッチングとしてはプラズマ放電によるドライエッチング法なども可能であるが、ウエットエッチング法を用いることで、より低コストで表面テクスチャの形成が可能となる。ステップS4では、PSG拡散(リンシリケートガラス膜を用いた拡散方法)によりn型拡散層を形成した。ステップS5においては、表面に形成されているPSG膜をフッ酸で除去した後に、受光面側主面に反射防止膜としてシリコン窒化膜を形成した。次にステップS6において、裏面側に形成された拡散層を硝酸とフッ酸の混合液を用いて除去した。ステップS7では、Alペーストを用いて裏面側に合金層と裏面電極を同時に形成した。最後にステップS8において、受光面側の電極が銀ペースト材料のスクリーン印刷により形成された。
【0040】
このようにして、図6の模式的断面図に示されているような太陽電池セルが5つ作製された。図6の太陽電池セルは、シリコンシート50、拡散層51、光電変換層52、合金層53、表面電極54、および裏面電極55を含んでいる。
【0041】
実施例1で作製したシリコンシートの構造とこのシートを用いて作製した太陽電池の光電変換効率が表1に示されている。
【0042】
(実施例2)
実施例2においては、基体74の表面全面に厚さ100μmのSiC層をコーティングした状態で、シリコンシートの製造を行った。実施例2において使用した製造装置と製造方法に関する他の条件は、実施例1の場合と同様である。したがって、実施例2のシリコン融液と基体の温度は、実施例1と同様に、それぞれ1450℃と1200℃である。
【0043】
シリコンシートが凝固成長する際に、基体74の表面状態は結晶成長に大きな影響を与える。シリコン融液に対してグラファイトより濡れ性が高いSiC層を基体表面にコーティングすることによって、融液から基体への熱流が大きくなってシリコン融液の過冷却度がより小さくなることで、巨大なデンドライト成長を抑制しつつより迅速な結晶核生成と結晶成長が可能となる。また、本実施例2において、シリコン融液に対する濡れ性を向上させるためには、SiCに代えて緻密なハイドロカーボンをコートしてもよい。
【0044】
実施例2では実施例1に比べてシリコンシートの結晶粒の大きさが全面でより均一化し、またシリコン融液に接していた側の主面において表面平滑度が向上した。表面凹凸の高低差の最大値は、基体に接していた主面側で30μmであり、シリコン融液に接していた主面側で50μmであった。なお、実施例2における表面コーティングにより、基体とシリコンシートとの剥離が実施例1の場合と同様に容易であった。より表面平滑度の高いシリコンシートを用いて太陽電池を作製すれば、その電極形成が容易となった。
【0045】
実施例2で作製したシリコンシートの構造とこのシートを用いて作製した太陽電池の光電変換効率も、実施例1の場合と同様に表1に示されている。
【0046】
(実施例3)
実施例3においては、図7(a)に示すように表面に溝加工を施した付加基体78が用いられた。溝の幅と段差の双方を約1mmとし、その付加基体78は回転軸75の回転方向と溝方向が一致するようにして冷却回転体74に取付けられた。また、図7(b)に示すように全面に規則的な間隔でピラミッド状の小突起が形成されるように凹凸加工を施した付加基体78も用いられた。それらの凹凸の間隔と段差の双方が、約1mmにされた。実施例3において図7(a)と(b)に示す付加基体を用いたことを除けば、使用した製造装置と製造方法に関する他の条件は、実施例1の場合と同様である。
【0047】
図7(a)と(b)に示されているような付加基体の溝や凹凸は、シリコン結晶成長の起点となりやすい。したがって、それらの溝や凹凸の分布を決めることによって結晶成長の起点を決めることができる。すなわち、溝間隔や凹凸間隔を規則的に形成することにより、シリコン結晶粒の大きさや均一性が改善されると共に、広い領域に渡るシート厚さの均一性を改善することもできる。なお、個々の溝や凹凸の配置が不規則である場合にも結晶粒の大きさやシート厚さの若干の変化は認められるが、シートを得ることは可能である。
【0048】
実施例3で得られたシリコンシートにおける表面凹凸の高低差の最大値は、付加基体に接していた主面側で40μmであり、シリコン融液に接していた主面側で80μmである。なお、シリコンシート成長の間において、シリコン融液は付加基体の溝または凹凸(いずれも約1mmの段差)の頂点部のみに接して、底部には接触しない。また、本実施例3においては、溝間隔または凹凸間隔を大きめに設定することにより、シリコン結晶粒を大きくすることができた。
【0049】
図8は、図7(a)に示されているような溝付の付加基体を用いて作製されたシリコンシートの一例の断面写真を示している。この断面写真において、シリコンシートの下方の主面が付加基体と接していた面であり、上方の主面はシリコン融液に接していた面である。
【0050】
図8の断面写真に見られるように、そのシートの厚さは、溝幅の周期に対応して周期的に変動している。すなわち、シート厚さの極大値と極小値が周期的に現れている。そして、その厚さの極小値領域の各々には、厚さ方向に実質的に平行な結晶粒界が形成されている。
【0051】
実施例3において図7(a)および(b)の付加基体を用いて作製したシリコンシートの構造とこのシートを用いて作製した太陽電池の光電変換効率も、表1においてそれぞれ実施例3(a)および(b)として示されている。
【0052】
【表1】
【0053】
【発明の効果】
以上のように、本発明のシリコンシートは高速成長が可能であって多結晶状態で良好な半導体特性を有しているので、太陽電池用基板として用いればその大幅な低コスト化を可能にし、その他の各種半導体デバイスの低コスト化をも可能にし得る。
【0054】
また、本発明によるシリコンシートを用いる太陽電池の構造と作製プロセスをそのシートの結晶粒構造と半導体特性の特徴に適合させることにより、良好な特性の太陽電池を安価に大量生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるシリコンシートの製造方法を概略的に示す模式的断面図であり、(a)はシリコンシートの成長段階を示し、(b)は基体からシリコンシートが剥離される状態を示している。
【図2】 本発明によるシリコンシートの一例の厚さ方向に平行な模式的断面図である。
【図3】 本発明によるシリコンシートを製造するための装置の一例を示す模式的断面図である。
【図4】 本発明によるシリコンシートの一例を示す断面写真図である。
【図5】 本発明によるシリコンシートを用いて太陽電池を作製する工程の一例を示すフロー図である。
【図6】 本発明によるシリコンシートを用いて作製した太陽電池の一例を模式的に示す断面図である。
【図7】 本発明発明によるシリコンシートを作製するために用い得る付加基体の表面形状を示す模式的な斜視図であり、(a)は表面に周期的溝が形成された付加基体を示し、(b)は表面に周期的なピラミッド状凹凸が形成された付加基体を示している。
【図8】 図7(a)の付加基体を用いて作製されたシリコンシートの一例を示す断面写真図である。
【図9】 従来のキャスト法によるインゴットから切り出されたシリコン基板の一例を示す厚さ方向に平行な模式的断面図である。
【符号の説明】
1 基体に接していた主面、2 シリコン融液に接していた主面、3 基体、4 坩堝、5 シリコン融液、6 冷却手段。
Claims (13)
- シリコン融液に基体を接触させることによって液相シリコンからの凝固により直接的に形成されたシリコンシートであって、このシートが前記融液に接していた第1主面と前記基体に接していた第2主面に現れた平均結晶粒径はそれら両面のいずれにおいても10mm未満であり、前記第1主面に現れた平均結晶粒径は前記第2主面に現れた平均結晶粒径より大きく、前記シートは周期的でなだらかな厚さ変化を有していることを特徴とするシリコンシート。
- 前記第1主面と前記第2主面に現れた平均結晶粒径はそれら両面のいずれにおいても3mm以下であることを特徴とする請求項1に記載のシリコンシート。
- 前記第1主面と前記第2主面に現れた平均結晶粒径の大きさの差が10μm以上5mm以下であることを特徴とする請求項1に記載のシリコンシート。
- 前記平均結晶粒径は、前記第1主面上または前記第2主面上の任意の直線と結晶粒界との交点の平均間隔として規定されたものであることを特徴とする請求項1から3のいずれかの項に記載のシリコンシート。
- 前記厚さ変化において周期的に現れる厚さの極小値領域にはその厚さ方向に実質的に平行な結晶粒界が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のシリコンシート。
- 前記厚さ変化の周期は10mm以下であることを特徴とする請求項1または5に記載のシリコンシート。
- 前記厚さ変化における凹凸の高低差は前記第2主面側に比べて前記第1主面側において大きいことを特徴とする請求項1、5および6のいずれかの項に記載のシリコンシート。
- 100μmから1mmの範囲内の平均厚さを有することを特徴とする請求項1から7のいずれかの項に記載のシリコンシート。
- 5ナイン以上の純度を有することを特徴とする請求項1から8のいずれかの項に記載のシリコンシート。
- 前記シートに含まれる表面凹凸の高低差は200μm以下であることを特徴とする請求項1から9のいずれかの項に記載のシリコンシート。
- 30μm以上のキャリヤ拡散長を有することを特徴とする請求項1から10のいずれかの項に記載のシリコンシート。
- 請求項1から11のいずれかの項に記載されたシリコンシートを含むことを特徴とする太陽電池。
- 光電変換されるべき光は前記シリコンシートの前記第1主面側から入射させられることを特徴とする請求項12に記載の太陽電池。
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