JP4956697B2 - 太陽電池用シリコン結晶の製造装置および方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池用キャストシリコンの製造方法に関し、さらに詳しくは原料として多結晶シリコンや単結晶シリコンを溶解しキャスト化して、太陽電池用素子の原料となるキャストシリコンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池用キャストシリコンの製造は、１つの炉で溶解及びキャスト化を行うバッチ式で行われており、大量のシリコンを処理することは難しく効率が悪く高コストであった。又、溶解とキャスト化を分離する方法のなかで、溶解炉からキャスト炉に注入するに際しサイフォン効果を利用する方式もあるが、高温の溶融シリコンの注入制御は極めて難しいが、本発明の如く両炉間の雰囲気ガスの圧力差の制御による注入の調整は容易であり、且つ装置及び機構的にも単純化されており低コストを計ることが出来る。いわんや同一炉で溶解及びキャスト化を行う方式、又は電磁鋳造方式や連続鋳造方式は、機械的にも且つコスト上も問題が多く高コスト化はまぬがれず太陽電池利用の普及・拡大の大きな障害となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、太陽電池用素子の原料であるキャストシリコンを低コストで、量産化できる装置および方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願で特許請求される発明は以下の通りである。
（１）原料シリコンを加熱溶解する溶解炉と、溶融したシリコンを冷却して結晶化するキャスト炉と、前記溶解炉で溶融したシリコンを前記キャスト炉へ供給するための、前記溶融炉と前記キャスト炉を接続する管路からなり、前記溶融炉からキャスト炉への溶融シリコンの供給を、両炉間に印加されたアルゴン若しくはヘリウムの不活性ガス圧を人工的に微細調節することにより、その後の固化・結晶化に最適の条件で溶融シリコンの移動、注入を行うことを特徴とする太陽電池用キャストシリコンの製造装置。
（２）（１）記載の装置を用い、前記溶解炉に原料シリコンを供給して加熱溶解し、次いで前記両炉の雰囲気を真空ポンプにて吸引した後、それぞれの雰囲気を不活性ガスであるアルゴン若しくはヘリウムに置換し、しかる後溶解すべき太陽電池用原料となるシリコンを溶解炉へ更に供給し、加熱溶解を行い、同様に複数のキャスト炉の雰囲気も不活性ガスにより置換を行い、溶解炉雰囲気のガス圧とキャスト炉雰囲気のガス圧との差圧を調節することにより、溶解炉からキャスト炉への溶融シリコンの移動注入を、キャスト炉における固化及びグレン・サイズの最適条件に適合するように行うことにより安定した品質の太陽電池用キャストシリコンの製造方法。
【０００５】
本発明においては、原料シリコンの溶解は専用の溶解炉で行われるために、大量に且つ連続して溶融することが出来る。又、結晶化も専用のキャスト炉で行うためにインゴット長の長い大型のキャストシリコンを安定して製造することが出来る。また、溶解炉からキャスト炉への溶融シリコンの移送を、計画された量を微細に調節しながら圧力差を利用して管路で行うことにより、安定した高品質の製品を量産化することが可能になる。
【０００６】
溶解炉およびキャスト炉は、炉本体を主としたところに限りアルゴンまたはヘリウム等の不活性ガス雰囲気にある。溶融シリコンを製造する管路の内径は、容量にもよるが通常１０〜２０ｍｍで、溶融シリコン（温度１４２０℃以上）を移送中に冷えて流動性を妨げられないようにヒーターおよび保温材で被覆されている。
【０００７】
本発明によれば、溶解炉からキャスト炉への溶融シリコンの移送を、それぞれ独立した炉の間の圧力差により容易に且つ安定して行い、順次キャスト炉を切替えて用いることにより、低コストで安定した高品質且つ大型のキャストシリコンを製造することが出来る。又、溶解炉の周りにキャスト炉を複数個設置することにより、溶融シリコンを連続的に供給し、高品質で低コストのキャストシリコン製造を行うことが出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
【実施例】
図１は、本発明装置の実施例を示す説明図である。るつぼ１、ヒーター２及び保温材３により溶解炉１２を構成し、るつぼ７，多段ヒーター８及び保温材９によりキャスト炉１３を構成する。
原料シリコン１１は、原料投入部１０から溶解炉１２のるつぼ１内に投入されて、連続的に溶解され、所定量貯留された溶融シリコンは、溶解炉１２とキャスト炉１３の間の圧力差により制御された溶融シリコンがキャスト炉１３のるつぼ７に導入される。キャスト炉における溶融シリコンの冷却は、多段ヒーター８の下段から上段にかけて制御された温度により冷却され結晶化が行われる。冷却時間は通常、数時間〜２４時間程度である。得られた溶融シリコンは、るつぼ７を炉外に取り出した後、るつぼ７を破壊して製品のキャストシリコンを得、これをスライスすることによりウエハー製品とすることができる。本発明装置では、アルゴン又はヘリウム等の不活性ガス雰囲気の部分は最小限にすることが出来、インゴット長の長い大きなキャストシリコンを製造することが出来た。
【０００９】
【発明の効果】
本発明により製造されるキャストシリコンは、大型で安定した高品質にも拘わらず、製造が容易な為に低コストで製品を供給することが出来る。このため、本発明は、クリーンエネルギーとしての太陽電池の利用拡大に大きく寄与し、社会に貢献すること大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すシリコン結晶製造装置の説明図。
【符号の説明】
１…るつぼ、２…ヒーター、３…保温材、４…溶解シリコン、５…キャストシリコン、６…圧力調節弁、７…るつぼ、８…ヒーター、９…保温材、１０…原料投入部、１１…原料シリコン、１２…溶解炉、１３…キャスト炉。
Claims (2)
- 原料シリコンを加熱溶解する溶解炉と、溶融したシリコンを冷却して結晶化するキャスト炉と、前記溶解炉で溶融したシリコンを前記キャスト炉へ供給するための、前記溶解炉と前記キャスト炉を接続する管路からなり、前記溶解炉からキャスト炉への溶融シリコンの供給を、両炉間に印加されたアルゴン若しくはヘリウムの不活性ガス圧を人工的に微細制御することにより、その後の固化・結晶化に最適の条件で溶融シリコンの移動、注入を行うことを特徴とする太陽電池用キャストシリコンの製造装置
- 請求項１記載の装置を用い、前記溶解炉に原料シリコンを供給して加熱溶解し、次いで前記両炉の雰囲気を真空ポンプにて吸引した後、それぞれの雰囲気を不活性ガスであるアルゴン若しくはヘリウムに置換し、しかる後溶解すべき太陽電池用原料となるシリコンを溶解炉へ更に供給し、加熱溶解を行い、同様に複数のキャスト炉の雰囲気も不活性ガスにより置換をおこない、溶解炉雰囲気のガス圧とキャスト炉雰囲気のガス圧との差圧を調節することにより、溶解炉からキャスト炉への溶融シリコンの移動注入を、キャスト炉における固化及びグレン・サイズの最適条件に適合するように行うことにより安定した品質の太陽電池用キャストシリコンの製造方法。
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