JP5861770B2 - 多結晶シリコンおよびその鋳造方法 - Google Patents
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Description
そこで、本発明の目的は、太陽電池の変換効率を高めるのに好適な、多結晶シリコンおよびその鋳造方法を提供することにある。
(1)炭素濃度が4.0×1017atoms/cm3以上6.0×1017atoms/cm3以下かつ酸素濃度が0.3×1017atoms/cm3以上5.0×1017atoms/cm3以下かつ窒素濃度が8.0×1013atoms/cm3以上1.0×1018atoms/cm3以下である多結晶シリコンウェーハ。
本発明の多結晶シリコンは、炭素濃度を4.0×1017atoms/cm3以上6.0×1017atoms/cm3以下かつ酸素濃度を0.3×1017atoms/cm3以上5.0×1017atoms/cm3以下かつ窒素濃度を8.0×1013atoms/cm3以上1.0×1018atoms/cm3以下に調整することが肝要である。
アフターヒータ9は、無底冷却ルツボ7の下方にルツボ7と同心に複数設置されており、ヒータ(図示せず)や保温材(図示せず)から構成されている。このアフターヒータ9は、無底冷却ルツボ7から引き下げられるインゴット3を加熱して、インゴット3の引き下げ軸方向に所定の温度勾配を与え、インゴット3に結晶欠陥が形成されるのを防止する。
均熱筒10は、冷却により残留応力が生じインゴット3にクラックが発生するのを防止するために、インゴット3を所定の温度で所定時間保持して均熱する。
ここで、窒素濃度の調整を窒素ガスの導入により行う場合には、離型材としては、窒素を含まないものを用いる。
以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の方法により、多結晶シリコンインゴットを鋳造した。すなわち、まず、離型材用粉末としての窒化珪素を100g、バインダーとしての珪酸エチルを100ml、溶媒としての純水を400ml、添加剤としての塩酸を0.5mlを混合させてなる離型材を用意し、支持台16の上面に塗布した。インゴット3における窒素濃度の調整は、支持台16の上面に塗布された離型材の面積で調整し、窒素濃度が、8×1013atoms/cm3、1×1015atoms/cm3、1×1018atoms/cm3となるように、支持台16の上面に塗布する離型材の面積を調整し、それぞれ1cm2、50cm2、1300cm2とした。その後、脱バインダー処理として、支持台16を加熱処理し、120℃で1時間保持し、その後室温まで冷却して支持台16上面に離型材層を形成した。
次いで、図1に示すように、シャッタ2を開いて原料導入管11から、シリコン原料12として多結晶シリコンを20kg無底冷却ルツボ7内に装入した。
続いて、誘導コイル8およびプラズマトーチ14により、ルツボ7内のシリコン原料12を1420度まで加熱して溶融させ、溶融シリコン13を得た。さらにシリコン原料12を追加して該シリコン原料12を溶融させつつ、支持台16を引き下げることにより、全長7000mmの多結晶シリコンインゴット3を鋳造した。
その際、ガス導入口5から、チャンバ1内には、アルゴンガスとともに、酸素ガスと一酸化炭素ガスを供給し、インゴット3における炭素濃度は、4.0×1017atoms/cm3、5.0×1017atoms/cm3、6.0×1017atoms/cm3となるように、2.5×10−4倍、3.7×10−4倍、5.0×10−4倍とした。ただし、一酸化炭素ガスをドープしていないと仮定した場合の多結晶中の炭素濃度は、2.0×1017atoms/cm3である。また、酸素濃度は、3.0×1016atoms/cm3、2.0×1017atoms/cm3、5.0×1017atoms/cm3となるように、アルゴンガスに対する酸素ガスの分圧をそれぞれ1.2×10−5倍、6.2×10−5倍、1.9×10−4倍とした。ただし、酸素ガスをドープしていないと仮定した場合の多結晶中の酸素濃度は、1.0×1016atoms/cm3である。
こうして得られた345mm×510mmサイズのインゴットを6分割し、インゴット長手方向の中心(インゴット終端から2000mm)位置から一辺の長さ:156mmの正方形形状、厚み:180μmのウェーハを、発明例1〜4の多結晶シリコンインゴットの各々から1000枚ずつ切り出した。そのうちの10枚に対して、模擬の酸テクスチャー処理(HF:HNO3:H2=1:4:5、室温、5分)を施したあと、気相成長法(CVD法)によりウェーハ上に窒化膜を形成させた。
発明例と同様に、多結晶シリコンを鋳造した。ただし、インゴット3における炭素濃度が3×1017atoms/cm3、7×1017atoms/cm3となるように、アルゴンガスに対する一酸化炭素の分圧をそれぞれ1.9×10−4倍、8.7×10−4倍とした。ただし、一酸化炭素ガスをドープしていないと仮定した場合の多結晶中の炭素濃度は2.0×1017atoms/cm3である。また、酸素濃度が6.0×1017atoms/cm3となるように、アルゴンガスに対する酸素の分圧を2.5×10−4倍とした。ただし、酸素ガスドープしていないと仮定した場合の多結晶中の酸素濃度は1.0×1016atoms/cm3である。さらに窒素濃度が7.0×1013atoms/cm3、2.0×1018atoms/cm3となるように、支持台16の上面に塗布する離型材の面積を0cm2、1700cm2とした。その他の条件は、発明例1と全て同じである。
作製した1000枚のウェーハのうちのウェーハ10枚を用いて評価用の太陽電池セルを作製し、変換効率を測定した。インゴット3における炭素濃度と変換効率との関係を図2および3に示す。ここで、図2は、窒素濃度を1×1015atoms/cm3に固定し、酸素濃度および炭素濃度を変化させた場合、図3は、酸素濃度が2×1017atoms/cm3に固定し、炭素濃度および窒素濃度を変化させた場合についての結果である。また、縦軸の変換効率は、10枚の平均値である。また、変換効率は、太陽電池セルの単位面積当たりに照射した光エネルギーE1に対する、セルの単位面積当たりから取り出される変換後の電気エネルギーE2の値(E2/E1)×100(%)として与えられる。図2および3から明らかなように、炭素濃度が4.0×1017atoms/cm3以上6.0×1017atoms/cm3以下、酸素濃度が0.3×1017atoms/cm3以上5.0×1017atoms/cm3以下かつ窒素濃度が8.0×1013atoms/cm3以上1.0×1018atoms/cm3以下に調整されている場合には、16%を超える高い変換効率が得られていることも分かる。
2 シャッタ
3 インゴット
4 引き出し口
5 ガス導入口
6 排気口
7 無底冷却ルツボ
8 誘導コイル
9 アフターヒータ
10 均熱筒
11 原料導入管
12 シリコン原料
13 溶融シリコン
14 プラズマトーチ
15 支持シャフト
16 支持台
17 還流配管
Claims (8)
- 不活性ガスが導入されたチャンバの誘導コイル内に、軸方向の少なくとも一部が周方向で複数に分割された無底冷却ルツボを配置し、前記誘導コイルによる電磁誘導加熱により、前記無底冷却ルツボ内に装入した多結晶シリコンの原料を溶融し、溶融シリコンを順次冷却して凝固させ、上面に離型材が塗布された支持台に載置しつつ下方へ引き抜く、多結晶シリコンの鋳造方法であって、前記溶融シリコンにおける、炭素濃度を4.0×1017atoms/cm3以上6.0×1017atoms/cm3以下、酸素濃度を0.3×1017atoms/cm3以上5.0×1017atoms/cm3以下および窒素濃度を8.0×1013atoms/cm3以上1.0×1018atoms/cm3以下に調整することを特徴とする多結晶シリコンの鋳造方法。
- 前記炭素濃度の調整は、一酸化炭素ガスを、該一酸化炭素ガスの前記不活性ガスに対する分圧を調整して前記チャンバ内に供給することにより行う、請求項1に記載の多結晶シリコンの鋳造方法。
- 前記炭素濃度の調整は、前記多結晶シリコンの原料に炭素粉を添加することにより行う、請求項1に記載の多結晶シリコンの鋳造方法。
- 前記酸素濃度の調整は、酸素ガスを、該酸素ガスの前記不活性ガスに対する分圧を調整して前記チャンバ内に供給することにより行う、請求項1〜3のいずれか一項に記載の多結晶シリコンの鋳造方法。
- 前記炭素濃度および酸素濃度の調整は、二酸化炭素ガスを、該二酸化炭素ガスの前記不活性ガスに対する分圧を調整して前記チャンバ内に供給することにより行う、請求項1に記載の多結晶シリコンの鋳造方法。
- 前記窒素濃度の調整は、前記離型材として窒素を含む離型材を用い、該窒素を含む離型材の前記支持台の上面への塗布面積を調整することにより行う、請求項1〜5のいずれか一項に記載の多結晶シリコンの鋳造方法。
- 前記窒素を含む離型材は窒化珪素、珪酸エチル、純水および塩酸からなる、請求項6に記載の多結晶シリコンの鋳造方法。
- 前記窒素濃度の調整は、窒素ガスを、該窒素ガスの前記不活性ガスに対する分圧を調整して前記チャンバ内に供給することにより行う、請求項1〜5のいずれか一項に記載の多結晶シリコンの鋳造方法。
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