JP5141020B2 - 多結晶シリコンの鋳造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電磁誘導による多結晶シリコンの連続鋳造方法に関し、さらに詳しくは、溶融シリコンを凝固させインゴットを製造する際に、インゴット表面の急冷を緩和するとともに、ルツボ内の溶融シリコンの撹拌を抑制して、粒径の大きな結晶の成長を促進することにより、太陽電池として用いた場合に変換効率を高めることができる多結晶シリコンの鋳造方法に関する。

現在製造されている太陽電池の大半は、シリコン結晶が基板材として用いられている。シリコン結晶は単結晶と多結晶に区分されるが、一般に基板として単結晶を用いた方が、入射した光エネルギーを電気エネルギーにする際の変換効率の高い太陽電池を得ることができる。

単結晶シリコンは、高品質な無転位の結晶が要求されることから、溶融シリコンから単結晶を引き上げ育成するチョクラルスキー法により製造される。しかし、チョクラルスキー法で育成される単結晶シリコンは、後述する多結晶シリコンに比べ製造コストが上昇するという欠点があるため、太陽電池の基板として単結晶シリコンを用いる場合には、太陽電池の製造コストが高くなるという問題を生じる。

一方、多結晶シリコンは、溶融シリコンを鋳型で凝固させる鋳造法(以下、「キャスト法」ともいう)、または電磁誘導による連続鋳造法(以下、「電磁鋳造法」ともいう)で製造されるのが一般的であり、チョクラルスキー法で製造される単結晶シリコン基板よりも低コストで基板材料を製造することができる。

キャスト法による多結晶シリコンの鋳造では、ルツボ内で原料である高純度シリコンを加熱溶解し、ドープ材である微量のボロン等を均一添加したのち、そのままルツボの中で凝固させるか、または鋳型に流し込んで凝固させる。キャスト法に用いられるルツボや鋳型は、耐熱性および形状安定性に優れ、不純物含有量が少ないことが求められるので、ルツボには石英が用いられ、また鋳型には黒鉛が用いられる。

このキャスト法に一方向性凝固法を適用することにより、結晶粒の大きい多結晶シリコンを得ることが可能となるが、キャスト法は溶融シリコンを鋳型で凝固させる造塊法であることから種々の問題がある。例えば、溶融したシリコンと容器壁とが接触することによって不純物汚染が生じることや、インゴットと鋳型との融着を防止するために用いられる離型剤が溶融したシリコンに混入することがある。

上述のとおり、キャスト法では、石英ルツボや黒鉛製の鋳型といった高純度材料を使用するとともに、これらの交換を行う必要があることから、製造コストが上昇する。さらに、キャスト法は造塊法であり、連続した鋳造が困難であることから、生産効率の低下を招くという問題を生じる。

これらの問題を解決する方法として、溶融シリコンがルツボや鋳型にほとんど接触することなく、シリコン結晶を鋳造することのできる電磁鋳造法が開発されている。

図1は、電磁鋳造法に用いる電磁鋳造炉の一例を模式的に示す図である。チャンバー1は、内部の発熱から保護されるように二重壁構造の水冷容器になっており、上部に遮断手段2によって仕切られた原料装入装置と連結され、底部にインゴット3を抜き出すための引出し口4を有している。チャンバー1には上部側壁に不活性ガス導入口5および下部側壁に真空吸引口6が設けられている。

チャンバー1の中央部には電磁鋳造手段としての冷却ルツボ7、誘導コイル8およびアフターヒーター9が設けられている。冷却ルツボ7は銅製の水冷角筒体で、上部を残して周方向に複数分割された無底ルツボである。誘導コイル8は、冷却ルツボ7の外周側に同芯に周設され、図示されていない同軸ケーブルにて電源に接続される。アフターヒーター9は、冷却ルツボ7の下方に同芯に連設され、冷却ルツボ7から引き下げられるインゴット3を加熱して、その軸方向に所定の温度勾配を与える。

チャンバー1内に設けられた遮蔽手段2の下方には原料導入管10が設けられ、原料導入管10内に装入された粒状、塊状のシリコン材料11が冷却ルツボ7内の溶融シリコン12に供給されるようになっている。冷却ルツボ7の真上にはグラファイト等からなる補助ヒーター13が昇降可能に設けられ、下降した状態で冷却ルツボ7内に装入されるようになっている。

アフターヒーター9の下方には、ガスシール部14が設けられるとともに、インゴット3を支えながら下方へ引き出す引き抜き装置15が設けられている。ガスシール部14の下方でチャンバー1の外部には、機械的切断手段としてのダイヤモンド切断機16が設けられている。ダイヤモンド切断機16はインゴット3の引き抜き速度に同期して下降できるようになっており、前記引出し口4よりチャンバー1外に引き出されてくるインゴット3をその移動に追随しながら切断する。

上記の電磁鋳造炉を用いた電磁鋳造法では、溶解容器として構成された冷却ルツボ7にシリコン材料11を装入し、誘導コイル8に交流電流を通じると、冷却ルツボ7を構成する短冊状の各素片は互いに電気的に分割されていることから、各素片内で電流がループを作り、冷却ルツボ7の内壁側の電流が冷却ルツボ7内に磁界を形成することにより、シリコン材料11を加熱溶解することができる。

冷却ルツボ7内のシリコン材料11は、冷却ルツボ7内壁の電流がつくる磁界と溶融シリコン12表面の電流の相互作用によって、溶融シリコン12表面の内側法線方向の力(ピンチ力)を受けることから、冷却ルツボ7と非接触の状態で溶解される。これにより、インゴット3の引き抜きが容易となり、かつ、冷却ルツボ7との接触によるインゴット3の汚染が防止される。

この電磁鋳造法では、凝固に対し溶解に用いた冷却ルツボを利用する。具体的には、冷却ルツボ内7のシリコン材料11を溶解させながら、溶融シリコン12とインゴット3を下部で保持する引き抜き装置15を下方へ移動させると、誘導コイル8の下端から遠ざかるにつれて誘導磁界が小さくなることから、発熱量およびピンチ力が減少し、冷却ルツボ7からの冷却にて、溶融シリコン12の外周部から凝固が進行する。引き抜き装置15の下方への移動に合わせて、冷却ルツボ7の上方からシリコン材料11を連続的に投入して溶解および凝固を継続することにより、シリコンの溶融液はルツボ壁と接することなく、ルツボ下部から凝固させながらシリコン多結晶を連続して鋳造することができる。

上述のとおり、電磁鋳造法では、溶融シリコンがルツボにほとんど接触しないという利点や、ルツボに高純度材料を使用する必要がないという利点、また、冷却面積が広く鋳造速度を速くすることが可能である利点があることから、多結晶シリコンを基板として用いる太陽電池の品質を高めるため、従来から、種々の検討が行われている。

例えば、特許文献1では、導電性の無底ルツボの上部を水冷部とし、下部を無水冷部とするとともに、水冷部および無水冷部の両方で縦方向の少なくとも一部分を縦方向のスリットにより周方向で複数に分割された電磁誘導鋳造装置が提案されている。このような装置構成とすることにより、無底ルツボの上部では、溶融シリコンの凝固を開始するために十分な冷却能力が確保できるとともに、無底ルツボの下部内での水冷による急激な冷却を緩和できることから、温度変化に起因する温度勾配の増大を防止することが可能となる。

このように、溶融シリコンを凝固させインゴットを製造する際に急激な冷却を緩和するのは、太陽電池としての性能を高めるために重要であることから、従来から種々の技術開発が行われている。

特開昭63−192543号公報

図2は、電磁鋳造法を用いて鋳造されたインゴットの縦断面の結晶模様を模式的に示す図である。インゴットの縦断面の結晶模様は、インゴットの表面から結晶粒径の微細なチル層17が表面部に対して垂直に成長し、中心部に向かうにつれて、上部の熱源方向へ向けて柱状晶18a、18bが成長、肥大化する。

インゴット内部では、大きな結晶粒径を成長させた柱状晶18a、18bが存在することから半導体特性は良好であるが、チル層17では、結晶粒径が小さく、結晶欠陥が多いことから半導体特性は良好とはいえない。このため、鋳造される多結晶シリコンの太陽電池としての変換効率を高めるには、チル層17の成長を抑制する必要がある。このチル層17は凝固速度が速いインゴット表面に生じることから、チル層17の成長は、溶融シリコンを凝固させインゴットを製造する際に、インゴット表面の急冷を緩和することにより、すなわち、インゴット表面からの冷却による凝固開始を遅らせるために表面温度を高温に維持することにより、抑制することができる。

インゴットの表面温度を高温に維持する方法としては、溶融シリコンの発熱量を増大させることにより、溶融シリコン全体の温度を高めることが考えられる。ここで溶融シリコンの発熱量は、誘導コイルによって形成される磁界の強さによって決定され、さらに、この磁界の強さは誘導コイルに供給される交流電流の電流値によって決定される。すなわち、インゴットの表面温度は、誘導コイルに供給される交流電流の電流値を高くすることにより、溶融シリコン全体の温度が上昇するのに伴って高温に維持される。このため、従来の電磁鋳造法では、例えば、一辺350mmの正方形断面のインゴットに対し、6000Aという電流値の高い交流電流が誘導コイルに供給される。

一方、電磁鋳造法では、誘導コイルを流れる交流電流がルツボ分割片に電流を生じさせ、さらに、ルツボ分割片に生じた電流が溶融シリコンに電流Jを生じさせる。したがって、溶融シリコンに生じる電流Jは、誘導コイルを流れる交流電流の電流値Iに比例する。また、磁界の強さBは、誘導コイルに供給される交流電流の電流値Iに比例する。溶融シリコンに作用する電磁力Fは、磁界の強さBと、溶融シリコンに流れる電流Jの積で表されることから、下記(1)式で与えられる。

F=J×B=(α1×I)×(α2×I)=α×I2・・・(1)
ここで、α、α1およびα2は係数である。

図3は、電磁鋳造法を用いてシリコンインゴットを鋳造する際の溶融シリコンの撹拌状況を模式的に説明する図である。溶融シリコン12は、誘導コイル8内に設置された冷却ルツボ7の内側に、インゴット3の上に載置された状態で保持されている。電磁力は、上記(1)式に示すように、誘導コイルに供給される交流電流の電流値の2乗に比例して、冷却ルツボ内の溶融シリコンを内側に締め付けるピンチ力として作用する(図中の斜線矢印Aの方向)。溶融シリコン12には、ピンチ力の締め付け効果によって、図中の黒抜き矢印Bの方向に撹拌力(以下、「電磁撹拌力」という)が生じる。

電磁撹拌力は、ピンチ力すなわち電磁力の大きさに比例することから、誘導コイルに供給される交流電流の電流値が高くなると、その2乗に比例して大きくなる。この電磁撹拌力が大きくなると、溶融シリコン12が、インゴット3と溶融シリコン12の間の固液界面19に沿って流動し(図中の白抜き矢印Cの方向)、一方向性凝固が安定せず、粒径の大きな結晶の成長が阻害される。このため、鋳造されたインゴット3内部の結晶粒に乱れが生じることから、粒径が小さくなり、太陽電池として変換効率が低下するという問題がある。

電磁撹拌力がさらに大きくなり、溶融シリコン12が激しく撹拌されると、凝固シリコンの表皮が破れ、溶融シリコン12の一部が流れ出ると同時に急冷されて凝固する現象(以下、「湯ダレ」という)が発生し、インゴット3の鋳肌に細かい凹凸が形成される。このような湯ダレが発生すると、インゴット3の鋳肌が損傷し、表面部の結晶欠陥が多くなることから、太陽電池としての変換効率の低下を招くことになる。

また、溶融シリコン12の湯面に、電磁撹拌力が作用すると、図3に示すように、溶融シリコン12の上部が盛り上がった状態で、インゴット3の鋳造が行われる。電磁鋳造法では、溶融シリコン12と冷却ルツボ7内壁との間隔が狭いほど、溶融シリコン12の表面への電流の流れが安定するので、電力効率に優れた電磁鋳造を行うことができる。しかし、電磁撹拌力によって溶融シリコン12の上部が盛り上がった状態では、溶融シリコン12と冷却ルツボ7内壁との間隔が広くなることから、電磁鋳造における電力効率が低下する。

上述のとおり、電流値の高い交流電流を誘導コイルに供給することは、インゴット表面温度の高温化や、チル層の成長抑制には有効であるが、その一方で、溶融シリコンに作用する電磁撹拌力を増大させ、インゴット内部の粒径の大きな結晶の成長を阻害するとともに、湯ダレ発生や電力効率低下の原因となる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、溶融シリコンを凝固させインゴットを製造する際に、インゴット表面の急冷を緩和するとともに、ルツボ内の溶融シリコンの撹拌を抑制して、粒径の大きな結晶の成長を促進することにより、変換効率の高い太陽電池を得ることができる多結晶シリコンの鋳造方法を提供することを目的としている。

本発明者らは、溶融シリコンを凝固させインゴットを製造する際に、インゴット表面の急冷を緩和するとともに、ルツボ内の溶融シリコンの撹拌を抑制できる電磁鋳造法について種々の検討を行った。その結果、誘導コイルに供給される交流電流の周波数を上昇させることにより、溶融シリコンに表皮効果を生じさせ、その表面に電流を集中させて、溶融シリコン表面の電流密度を高め、それに伴ってインゴットの表面温度を高温に維持でき、その表面からの冷却による凝固開始を遅らせることに着目した。

また、誘導コイルに供給される交流電流の周波数を上昇させることにより、溶融シリコンに表皮効果による電流密度を高め、なおかつコイル電流値を低くすることができる。溶融シリコンに作用する電磁撹拌力は、電流値の2乗に比例することから、周波数を上昇させてコイル電流値を低くすることによって、溶解能力を維持しつつ溶融シリコンの撹拌を抑制でき、その結果として安定した一方向性凝固にともなってシリコン多結晶を鋳造できることを知得した。

さらに、溶融シリコンの撹拌を抑制できることから、溶融シリコンの形状を安定させることが可能となるので、電力効率の高い電磁鋳造を行える。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記(1)〜(3)の多結晶シリコンの鋳造方法を要旨としている。
(1)軸方向の一部が周方向で複数に分割された無底の冷却ルツボを誘導コイル内に配置し、前記誘導コイルによる電磁誘導加熱により、前記冷却ルツボ内にシリコン融液を形成し、前記シリコン融液を凝固させつつ下方へ引き抜く多結晶シリコンの連続鋳造方法において、前記誘導コイルに供給される交流電流の周波数を25〜35kHz、電流値を4000〜4500Aとすることを特徴とする多結晶シリコンの鋳造方法。
(2)上記(1)に記載の多結晶シリコンの鋳造方法では、鋳造されるシリコンインゴットの断面形状が一辺300〜450mmの正方形であることが望ましい。
(3)上記(1)または(2)に記載の多結晶シリコンの鋳造方法では、鋳造される前記多結晶シリコンを太陽電池用基板に用いることにより、太陽電池の変換効率を高めることができるので望ましい。

本発明の鋳造方法では、誘導コイルに供給される交流電流の周波数が25〜35kHzと高周波の範囲で多結晶シリコンを鋳造することから、交流電流の電流値を低くでき、高周波による表皮効果によって、溶融シリコンを凝固させインゴットを製造する際に、表面温度を高温に維持でき、インゴット表面からの凝固開始を遅らせることができる。これにより、チル層の成長を相対的に抑制できる。

さらに、誘導コイルに供給される交流電流の電流値を低くすることにより、溶融シリコンに作用する電磁撹拌力を低減させ、溶融シリコンの撹拌を抑制できることから、インゴット内部における粒径の大きな結晶の成長を促進できる。また、溶融シリコンの撹拌を抑制することにより、湯ダレの発生を防止できるので、インゴット表面における半導体特性の低下を抑制できるとともに、溶融シリコンの形状を安定させることができるので、電力効率の高い電磁鋳造を行うことが可能となる。

このように、本発明の多結晶シリコンの鋳造方法によれば、インゴットの内部および表面の半導体特性の低下を抑制できることから、太陽電池としての変換効率を高めることができる。

本発明の鋳造方法は、誘導コイルに供給される交流電流の周波数を25〜35kHzとすることを特徴としている。従来の電磁鋳造法における交流電流の周波数が10kHz前後であるのに対し、25〜35kHzという高周波数の交流電流を用いるのは、通電対象である溶融シリコンに表皮効果が生じさせ、溶融シリコンの表面で電流密度を高めることによる。

表皮効果による表皮深さdは、透磁率がμ、および導電率がσの導体においては、下記(2)式で与えられる。

d=1/(π×f×μ×σ)1/2・・・(2)
ここで、fは導体に流れる交流電流の周波数である。

表皮効果による表皮深さは、上記(2)式に示すように、交流電流の周波数と溶融シリコンの導電率によって決定される。したがって、溶融シリコンの導電率が一定の場合には、交流電流の周波数が高くなるほど表皮深さは浅くなるので、溶融シリコンの表面で電流密度が高くなる。すなわち、本発明の鋳造方法は、誘導コイルに供給される交流電流の周波数を上昇させるほど、溶融シリコンの表面で電流密度を高めることができるので、溶融シリコンを凝固させインゴットを製造する際に、表面温度を高温に維持でき、インゴット表面からの冷却による凝固開始を遅らせることができる。これにより、チル層の成長を相対的に抑制できる。

しかし、周波数が35kHzを超えると、電流が溶融シリコンの表面部分に過度に集中するので、溶融シリコンと冷却ルツボの内壁の間で放電が生じ、冷却ルツボが損傷するおそれがある。このため、誘導コイルに供給される交流電流の周波数の上限を35kHzとした。さらに望ましい上限は32kHzである。

上述のとおり、本発明の鋳造方法では、誘導コイルに供給される交流電流の周波数を上昇させることから、交流電流の電流値を低くでき、高周波による表皮効果によって、溶融シリコンを凝固させインゴットを製造する際に、表面温度を高温に維持でき、インゴット表面からの冷却による凝固開始を遅らせることができる。さらに、誘導コイルに供給される交流電流の電流値を低くすることにより、溶融シリコンに作用する電磁撹拌力を低減できる。

電磁撹拌力は溶融シリコンに作用する電磁力に比例し、さらに電磁力は電流値の2乗に比例することから、例えば、電流値を1/2に低減すれば、電磁撹拌力は1/4に低減される。このように、本発明の鋳造方法は、電磁撹拌力を大幅に低減できるので、溶融シリコンの撹拌を抑制できるとともに、それに伴う湯ダレの発生を確実に防止できる。

これにより、粒径の大きな結晶の成長を促進させ、安定的に一方向性凝固させながらシリコン多結晶を鋳造することが可能となる。しかし、これらの優れた効果は、周波数が25kHz未満では達成されないことから、交流電流の周波数の下限を25kHzとした。

さらに、本発明の鋳造方法は、鋳造されるシリコンインゴットの断面形状が一辺300〜450mmの正方形であることを特徴としている。本発明の鋳造方法では、周波数の高い交流電流を誘導コイルに供給することにより、溶融シリコンの表面で電流密度を高めることから、交流電流の電流値を低くすることが可能となる。すなわち、本発明の鋳造方法では、誘導コイルに高周波の交流電流を供給することにより、高電圧かつ低電流で多結晶シリコンを鋳造することが可能となる。したがって、本発明の鋳造方法によれば、電力を増大させる必要がある場合にも、電流を低く維持することによって電磁撹拌力の増大を抑制しつつ、電圧を高めることによって必要電力を供給することができる。

一方、冷却ルツボに装入されるシリコン材料の融解および凝固に必要な電力は、鋳造しようとするインゴットの一辺の長さに比例する。すなわち、鋳造されるインゴットの一辺が長くなると、ルツボ内のシリコン材料を融解および凝固するために必要な電力も増大することから、誘導コイルに印加される電圧を高めることが必要となる。しかし、印加する電圧が限界を超えて上昇すると、溶融シリコンと冷却ルツボの内壁の間で放電が生じ、冷却ルツボが損傷するおそれがあることから、鋳造される正方形断面のインゴットの一辺の長さの上限を450mmとした。

また、鋳造されるインゴットの一辺の長さを短縮すると、ルツボ内のシリコン材料を融解および凝固するために必要な電力も減少することから、低電圧かつ低電流で鋳造を行うことが可能となる。すなわち、鋳造されるインゴットの一辺が短い場合には、溶融シリコンと冷却ルツボの内壁の間で放電を生じる危険性が低いので、誘導コイルに供給される交流電流の周波数を35kHzを超えて上昇させることも可能となる。

このように、本発明の鋳造方法では、鋳造されるインゴットの一辺の長さを短縮することにより、誘導コイルに供給される交流電流の周波数をさらに上昇させることができ、それに伴って交流電流の電流値をさらに低くできるので、溶融シリコンの撹拌を抑制でき、その結果として多結晶シリコンの品質向上を図れる。しかし、本発明の鋳造方法では、インゴットの一辺の長さを短縮すれば、インゴット単位長さ当りの重量が低減することから、生産効率は低下する。

このため、本発明の鋳造方法では、多結晶シリコンの品質向上を図るとともに、従来の鋳造方法と同程度の生産効率を確保するため、鋳造される正方形断面のインゴットの一辺の長さの下限を300mmとした。

前述のとおり、正方形断面のインゴットの一辺の長さは、インゴットの周長の増大に伴う放電の発生を防止するために、450mm以下に制限される。また、表皮効果は、鋳造されるシリコンインゴットの断面形状に関係なく発生する。このことから、本発明の鋳造方法は、鋳造されるシリコンインゴットの周長が、一辺450mmの正方形の周長以下である矩形断面にも適用できる。例えば、長辺500mm、短辺350mmの矩形断面のシリコンインゴットがこれに相当する。

本発明の効果を確認するため、多結晶シリコンを鋳造し、太陽電池としての変換効率を評価した。

太陽電池用基板の素材となるシリコンインゴットは、一辺350mmの正方形断面とし、前記図1に示す電磁鋳造炉を用いて鋳造した。

比較例の試験番号T1〜T4は、鋳造時に誘導コイルに供給される交流電流の周波数を12kHz、電流値を6000Aとした。また、本発明例の試験番号T5は鋳造時に誘導コイルに供給される交流電流の周波数を25kHz、電流値を4500Aとし、本発明例の試験番号T6〜T8は交流電流の周波数を30kHz、電流値を4000Aとした。供給される交流電流の周波数および電流値以外は、比較例も本発明例も同じ試験条件とした。

得られたシリコンインゴットを切断して厚さ220μmの基板とし、この基板から太陽電池セルを作製した。試験番号T1〜T8の全ての実施例について、それぞれ100000枚以上の太陽電池セルを対象とし、太陽電池としての変換効率を測定した。測定結果に基づき、太陽電池としての変換効率の百分率分布を表1に示した。

図4は、実施例における太陽電池としての変換効率の加重平均値を示す図である。図4に示すように、比較例のT1、T3およびT4では、変換効率の加重平均値が14.8%を下回ったのに対し、本発明例のT5〜T8では、変換効率の加重平均値がすべて14.8%を超えた。

また、表1に示すように、比較例のT1〜T4では、太陽電池としての変換効率が15.0%を超える基板の比率が9%を下回った。これに対し、本発明例のT5〜T8では、太陽電池としての変換効率が15.0%を超える基板の比率が16%以上であった。

上述のとおり、本発明の鋳造方法によれば、変換効率の高い太陽電池用基板が安定して得られるとともに、変換効率の良好な太陽電池用基板が高比率で得られることが確認された。さらに、鋳造されたインゴットを視認したところ、比較例のT1〜T4では、インゴットの頂部が円錐状に盛り上がっていたのに対し、本発明例のT5〜T8では、インゴットの頂部がほぼ水平であった。このことから、本発明の多結晶シリコンの鋳造方法では、溶融シリコンの撹拌が抑制され、電力効率の高い電磁鋳造を行えることが確認された。

本発明の鋳造方法では、誘導コイルに供給される交流電流の周波数が25〜35kHzと高周波の範囲で多結晶シリコンを鋳造することから、交流電流の電流値を低くでき、高周波による表皮効果によって、溶融シリコンを凝固させインゴットを製造する際に、表面温度を高温に維持でき、インゴット表面からの凝固開始を遅らせることができる。これにより、チル層の成長を相対的に抑制できる。

さらに、誘導コイルに供給される交流電流の電流値を低くすることにより、溶融シリコンに作用する電磁撹拌力を低減させ、溶融シリコンの撹拌を抑制できることから、インゴット内部における粒径の大きな結晶の成長を促進できる。また、溶融シリコンの撹拌を抑制することにより、湯ダレの発生を防止できるので、インゴット表面における半導体特性の低下を抑制できるとともに、溶融シリコンの形状を安定させることができるので、電力効率の高い電磁鋳造を行うことが可能となる。

このように、本発明の多結晶シリコンの鋳造方法によれば、インゴットの内部および表面の半導体特性の低下を抑制できることから、太陽電池としての変換効率を高めることができる。これにより、低製造コストかつ高品質な太陽電池の生産を可能とする多結晶シリコンの鋳造方法として広く適用できる。

電磁鋳造法に用いる電磁鋳造炉の一例を模式的に示す図である。 電磁鋳造法を用いて鋳造されたインゴットの縦断面の結晶模様を模式的に示す図である。 電磁鋳造法を用いてシリコンインゴットを鋳造する際の溶融シリコンの撹拌状況を模式的に説明する図である。 実施例における太陽電池としての変換効率の加重平均値を示す図である。

符号の説明

1.チャンバー 2.遮断手段
3.インゴット 4.引出し口
5.不活性ガス導入口 6.真空吸引口
7.冷却ルツボ 8.誘導コイル
9.アフターヒーター 10.原料導入管
11.シリコン材料 12.溶融シリコン
13.補助ヒーター 14.ガスシール部
15.引き抜き装置 16.ダイヤモンド切断機
17.チル層 18a、18b.柱状晶
19.固液界面

Claims (3)

  1. 軸方向の一部が周方向で複数に分割された無底の冷却ルツボを誘導コイル内に配置し、前記誘導コイルによる電磁誘導加熱により、前記冷却ルツボ内にシリコン融液を形成し、前記シリコン融液を凝固させつつ下方へ引き抜く多結晶シリコンの連続鋳造方法において、前記誘導コイルに供給される交流電流の周波数を25〜35kHz、電流値を4000〜4500Aとすることを特徴とする多結晶シリコンの鋳造方法。
  2. 鋳造されるシリコンインゴットの断面形状が一辺300〜450mmの正方形であることを特徴とする請求項1に記載の多結晶シリコンの鋳造方法。
  3. 鋳造される前記多結晶シリコンを太陽電池用基板に用いることを特徴とする請求項1または2に記載の多結晶シリコンの鋳造方法。
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