JP4807914B2 - シリコンシートとそれを含む太陽電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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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