JP5153636B2 - シリコンインゴット製造用鋳型の形成方法、太陽電池素子用基板の製造方法、および太陽電池素子の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は本発明の実施の形態に係るシリコンインゴット製造(鋳造)用の鋳型10を示す図である。図1(a)は鋳型10の斜視図、図1(b)は鋳型10の断面図である。鋳型10は、上方開放型の形状を有してなる。本実施の形態においては、鋳型10は、シリコン融液を貯留するその内部空間が上面視正方形の直方体状であるように形成されているものとする。
まず、離型層2の構成材料である窒化珪素粉末に対して表面酸化処理を行う。係る表面酸化処理を施した窒化珪素粉末を離型層2の形成に用いるのは、後述する理由によって、シリコンインゴット作製時における離型層2の強度が向上するからである。
次に、上述のようにして表面酸化処理が施された窒化珪素粉末と、バインダーと溶剤とから構成される溶液(バインダー溶液)とを攪拌混合して、離型層2を形成するための離型材スラリーを作製するスラリー作製処理を行う。このように離型材スラリーを作製することをスラリー化とも称する。
離型材スラリーが得られると、次に、離型材スラリー中に存在する表面酸化窒化珪素粒子の凝集状態の解消を目的とする処理(解砕処理)を行う。
上述の解砕処理を経た離型材スラリーによって離型層2を形成することは可能であるが、離型層2の強度をより高めるには、解砕処理が行われた離型材スラリーに対し二酸化珪素粉末を添加しておくことが好ましい。
上述のようにして離型材スラリーが得られると、これを鋳型基体1の内表面に付着させることによって離型層2を形成する。これによって、鋳型10が得られたことになる。
次に、以上のようにして形成された鋳型10を用いてシリコンインゴットを製造し、太陽電池素子用の基板を得る方法について詳細に説明する。
図5は、本発明の実施の形態に係る太陽電池素子100の構成を概略的に示す断面模式図である。太陽電池素子100は、基板101と、拡散層102と、集電電極104と、取出電極105と、表面電極106と、反射防止膜107と主に含んで構成されてなる。
例えば200μm以下の比較的薄型の基板101を用いて、高特性及び高信頼性の太陽電池素子100を作製する場合には、金属不純物濃度を低減させるとともに、赤外吸収測定法において測定される格子間酸素濃度[Oi]が、[Oi]≧2E17[atoms/cm3]であるようにシリコンインゴットを作製することによって、係るシリコンインゴットを切断して得られる基板の強度を高めるようにすることが好ましい。
次に、構成材料として炭素繊維強化材料を使用してなる鋳型基体1を、鋳型10の形成およびその後のシリコンインゴットの製造に繰り返し使用する場合を考える。
図6は、変形例に係る鋳型10の構造を示す断面模式図である。係る鋳型10は、鋳型基体1が炭素繊維強化材料によって形成されてなるものである。
本実施例では、解砕処理の条件が異なる3種のスラリーを作製したうえで、それぞれを用いて離型層を形成することにより3種の鋳型を得た。
本実施例においては、実施例1と同様に作製した離型材スラリーAに、二酸化珪素粉末を相異なる重量比で添加した3種の離型材スラリーE、F、Gを作製した。それぞれの離型材スラリーにおける窒化珪素粉末と二酸化珪素粉末の比は、離型材スラリーEが窒化珪素粉末:二酸化珪素粉末=8:2、離型材スラリーFが窒化珪素粉末:二酸化珪素粉末=6:4、離型材スラリーGが窒化珪素粉末:二酸化珪素粉末=5:5である。
Claims (13)
- シリコンインゴット製造用鋳型の形成方法であって、
表面に酸化膜が形成された多数の窒化珪素粒子を、前記多数の窒化珪素粒子の少なくとも一部が前記酸化膜同士の結合により凝集してなる状態で含有するスラリーを準備するスラリー準備工程と、
前記スラリー内で凝集状態にある窒化珪素粒子に対して外力を加えて、前記窒化珪素粒子表面の酸化膜同士で形成される結合を分断することによって、前記窒化珪素粒子の凝集状態を解消する凝集解消工程と、
前記凝集解消工程を経た前記スラリーを鋳型基体の内表面に付着させることによって離型層を形成する離型層形成工程と、
を備えることを特徴とするシリコンインゴット製造用鋳型の形成方法。 - 請求項1に記載のシリコンインゴット製造用鋳型の形成方法であって、
前記鋳型基体と前記離型層との間に、グラファイト粉末、SiC粉末またはバインダーと溶剤とから構成される溶液を用いて剥離層を形成することを特徴とするシリコンインゴット製造用鋳型の形成方法。 - 請求項1に記載のシリコンインゴット製造用鋳型の形成方法であって、
前記スラリー中に樹脂ビーズを混入させることを特徴とするシリコンインゴット製造用鋳型の形成方法。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のシリコンインゴット製造用鋳型の形成方法であって、
前記凝集解消工程においては、前記スラリー中に存在する前記窒化珪素粒子の粒度分布における累積90%径が10μmよりも小さくなる程度まで前記窒化珪素粒子の凝集状態を解消する、
ことを特徴とするシリコンインゴット製造用鋳型の形成方法。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のシリコンインゴット製造用鋳型の形成方法であって、
前記スラリー準備工程の前に、前記窒化珪素粒子における酸素濃度が6wt%以上となるように前記酸化膜を形成する酸化膜形成工程、
を備えることを特徴とするシリコンインゴット製造用鋳型の形成方法。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のシリコンインゴット製造用鋳型の形成方法であって、
前記スラリー準備工程は、
前記窒化珪素粒子に対してバインダーと溶剤とからなる溶液を加えて攪拌し、粘度300〜600dPa・sとする第一攪拌工程と、
前記溶液をさらに加えて攪拌する第二攪拌工程と、
を含むことを特徴とするシリコンインゴット製造用鋳型の形成方法。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のシリコンインゴット製造用鋳型の形成方法であって、
前記スラリー中に多数の二酸化珪素粒子を添加する添加工程、
をさらに備えることを特徴とするシリコンインゴット製造用鋳型の形成方法。 - 太陽電池素子用の基板を製造する方法であって、
表面に酸化膜が形成された多数の窒化珪素粒子を、前記多数の窒化珪素粒子の少なくとも一部が前記酸化膜同士の結合により凝集してなる状態で含有するスラリーを準備するスラリー準備工程と、
前記スラリー内で凝集状態にある窒化珪素粒子に対して外力を加えて、前記窒化珪素粒子表面の酸化膜同士で形成される結合を分断することによって、前記窒化珪素粒子の凝集状態を解消する凝集解消工程と、
前記凝集解消工程を経た前記スラリーを鋳型基体の内表面に付着させることによって離型層を形成する離型層形成工程と、
前記鋳型基体と前記離型層とからなる鋳型の内部でシリコン融液を凝固させることによってシリコンインゴットを形成するインゴット製造工程と、
前記インゴット製造工程によって製造された前記シリコンインゴットを所定の厚みに切断することによって基板を取得する基板取得工程と、
を備えることを特徴とする太陽電池素子用基板の製造方法。 - 請求項8に記載の太陽電池素子用基板の製造方法であって、
前記鋳型基体と前記離型層との間に、グラファイト粉末、SiC粉末またはバインダーと溶剤とから構成される溶液を用いて剥離層を形成することを特徴とする太陽電池素子用基板の製造方法。 - 請求項9に記載の太陽電池素子用基板の製造方法であって、
前記剥離層は前記シリコン融液の液面よりも高い位置に設けないようにすることを特徴とする太陽電池素子用基板の製造方法。 - 太陽電池素子の製造方法であって、
表面に酸化膜が形成された多数の窒化珪素粒子を、前記多数の窒化珪素粒子の少なくとも一部が前記酸化膜同士の結合により凝集してなる状態で含有するスラリーを準備するスラリー準備工程と、
前記スラリー内で凝集状態にある窒化珪素粒子に対して外力を加えて、前記窒化珪素粒子表面の酸化膜同士で形成される結合を分断することによって、前記窒化珪素粒子の凝集状態を解消する凝集解消工程と、
前記凝集解消工程を経た前記スラリーを鋳型基体の内表面に付着させることによって離型層を形成する離型層形成工程と、
前記鋳型基体と前記離型層とからなる鋳型の内部でシリコン融液を凝固させることによってシリコンインゴットを形成するインゴット製造工程と、
前記インゴット製造工程によって製造された前記シリコンインゴットを所定の厚みに切断することによって基板を取得する基板取得工程と、
前記基板取得工程によって取得された前記基板の第一表面に拡散層を設けたうえで、前記基板の第一表面及び/又は第二表面に金属電極を形成することによって太陽電池素子を形成する素子形成工程と、
を備えることを特徴とする太陽電池素子の製造方法。 - 請求項11に記載の太陽電池素子の製造方法であって、
前記鋳型基体と前記離型層との間に、グラファイト粉末、SiC粉末またはバインダーと溶剤とから構成される溶液を用いて剥離層を形成することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。 - 請求項12に記載の太陽電池素子の製造方法であって、
前記剥離層は前記シリコン融液の液面よりも高い位置に設けないようにすることを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
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