JP5892527B1 - 太陽電池用ｆｚシリコン単結晶の製造方法及び太陽電池の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＣＺ結晶に不可避的に入る酸素を低減させ、太陽電池の特性に対して問題となるＢ−Ｏペアの生成を防止しながらも、フロートゾーン処理中のガリウムドーパントの蒸発量を抑制し、シリコン単結晶が高抵抗化することを防止することができる太陽電池用ＦＺシリコン単結晶製造方法の提供。【解決手段】チョクラルスキー法により、ガリウムがドープされたＣＺシリコン単結晶２３を引き上げる工程と、ＣＺシリコン単結晶２３を原料棒として、該原料棒を１．６気圧以上でフロートゾーン処理することにより、ＦＺシリコン単結晶２３を製造する工程とを含む太陽電池用ＦＺシリコン単結晶２３の製造方法。前記フロートゾーン処理において、ＣＺシリコン単結晶のガリウム濃度の軸方向分布に応じて、軸方向でドーパントガスの流量及び／又は濃度を変化させることにより、ＦＺシリコン単結晶２３のガリウム濃度の軸方向分布を均一化するＣＺシリコン単結晶の製造方。【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法、及びＦＺシリコン単結晶を用いて製造された太陽電池に関する。
単結晶シリコンの製造方法には、石英るつぼ内に高純度ポリシリコンを溶かし、それに種結晶を接触させてゆっくりと成長、引き上げを行うＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｙ）法と、棒状の高純度ポリシリコンの一部を加熱し、種結晶となる下部の単結晶と棒状の原料結晶（ポリシリコン等）との間に溶融部を作り、その融液部を表面張力によって支えながら全体を下方に移動させ、融液部を冷却して単結晶を得るＦＺ（Ｆｌｏａｔ Ｚｏｎｅ）法とがある。
ＣＺ法で製造したシリコン単結晶には石英るつぼからの酸素の混入があり、その濃度が高ければ、酸素欠陥核を多数保有していることになる。一方、上記のＦＺ法で製造したシリコン結晶は、酸素含有量が少ないことから、酸素欠陥核が少ない。
また、ＣＺ法により作製したＣＺシリコン単結晶を原料棒として用いて、ＦＺ法によりＦＺシリコン単結晶を作製することが特許文献１に開示されており、このようにして作製したＦＺシリコン単結晶も酸素含有量が少ないことも特許文献１に開示されている。
また、太陽電池に用いられるシリコン基板として、少数キャリアのライフタイムの低下を抑制するために、ガリウムがドーピングされたｐ型シリコン基板を用いることが知られている（例えば、特許文献２を参照）。
特開２００７−３１４３７４号公報 特許第３６７９３６６号
本発明者は、ＣＺシリコン単結晶を原料棒として用いてＦＺ法で製造したＦＺシリコン単結晶から太陽電池を製造すると、シリコン単結晶中の酸素含有量が少ないことから、酸素欠陥ができにくいため、ＣＺ法で作製したＣＺシリコン結晶から製造する場合とは異なり、全く同一のプロセスを経ても、酸素欠陥に起因する少数キャリアのライフタイムの低下が抑制され、高い変換効率の太陽電池を製造することが可能であることを見出した。本発明者は、さらに、ガリウムがドーピングされたｐ型シリコン基板を用いることにより少数キャリアのライフタイムを向上させることに着目して、太陽電池用シリコン単結晶をガリウムドープさせたＣＺシリコン単結晶を原料棒として用いてＦＺ法で製造することを試みた。
しかしながら、ガリウムドープさせたＣＺシリコン単結晶を原料棒として用いてＦＺ法でガリウムドープのＦＺシリコン単結晶を製造しようとすると、原料棒のフロートゾーンの溶融時にドーパントであるガリウムが蒸発して、非常に高抵抗のガリウムドープＦＺシリコン単結晶しか得られず、このようなシリコン単結晶を用いて太陽電池を製造すると、内部抵抗が高くなりすぎて、変換効率が低下するという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、ＣＺ結晶に不可避的に入る酸素を低減させ、太陽電池の特性に対して問題となるＢ−Ｏペアの生成を防止しながらも、フロートゾーン処理中のガリウムドーパントの蒸発量を抑制し、ＦＺシリコン単結晶が高抵抗化することを防止することができる太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、太陽電池用のＦＺシリコン単結晶の製造方法であって、チョクラルスキー法により、ガリウムがドープされたＣＺシリコン単結晶を引き上げる工程と、前記ＣＺシリコン単結晶を原料棒として、該原料棒を１．６気圧以上でフロートゾーン処理することにより、ＦＺシリコン単結晶を製造する工程とを含むことを特徴とする太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法を提供する。
このように原料棒を１．６気圧以上でフロートゾーン処理することによりＦＺシリコン単結晶を製造することで、フロートゾーン処理中のガリウムドーパントの蒸発量を抑制することができ、それによってＦＺシリコン単結晶が高抵抗化することを抑制することができる。また、ＣＺシリコン単結晶をフロートゾーン処理するので、ＣＺ結晶に不可避的に入る酸素を外方拡散により低減することができる。また、ガリウムドープ基板であるので、ドーパントとしてホウ素を用いない。従って、太陽電池の特性に対して問題となるＢ−Ｏペアの生成を防止できる。このため、このようにして製造された太陽電池用ＦＺシリコン単結晶から作製されたシリコン基板を用いて太陽電池を製造すれば、製造された太陽電池の変換効率を向上させることができる。
このとき、前記フロートゾーン処理において、ドーパントガスを用いて、前記ＦＺシリコン単結晶にガリウムを追加ドープすることが好ましい。
このように、フロートゾーン処理において、ドーパントガスを用いて、ＦＺシリコン単結晶にガリウムを追加ドープすることで、フロートゾーン処理中に蒸発したガリウムを補うことができ、それによりＦＺシリコン単結晶が高抵抗化することをより効果的に抑制することができる。
このとき、前記ガリウムの追加ドープにおいて、前記ＣＺシリコン単結晶のガリウム濃度の軸方向分布に応じて、軸方向で前記ドーパントガスの流量及び／又は濃度を変化させることにより、前記ＦＺシリコン単結晶のガリウム濃度の軸方向分布を均一化することが好ましい。
このようにＦＺシリコン単結晶のガリウム濃度の軸方向分布を均一化することで、ＦＺシリコン単結晶の軸方向の抵抗率のばらつきを抑えることができ、このようにして製造されたＦＺシリコン単結晶の歩留まり（抵抗率が規格内に入る領域の割合）を向上させることができる。
このとき、前記ドーパントガスとして、有機ガリウム化合物、ハロゲン化ガリウム化合物及び水素化ガリウムのいずれかを用いることができる。
ガリウムを追加ドープするためのドーパントガスとして、上記のガスを好適に用いることができる。
このとき、前記フロートゾーン処理を、アルゴン又はヘリウムを含有する雰囲気下で行うことが好ましい。
フロートゾーン処理を上記のような雰囲気下で行うことで、ＦＺシリコン単結晶中に不純物が取り込まれることを防止することができる。
このとき、前記製造するＦＺシリコン単結晶を直径１５０ｍｍ以上とすることが好ましい。
製造するＦＺシリコン単結晶が直径１５０ｍｍ以上である場合に、ドーパントがより蒸発しやすいので、本発明を好適に適用することができる。
上記目的を達成するために、本発明は、上記の太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法により製造したＦＺシリコン単結晶を用いて製造されたものであることを特徴とする太陽電池を提供する。
このような太陽電池であれば、基板として用いるシリコン単結晶基板が高抵抗化することを抑制することができるので、太陽電池の変換効率を向上させることができる。
以上のように、本発明の太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法によれば、原料棒を１．６気圧以上でフロートゾーン処理することによりＦＺシリコン単結晶を製造することで、フロートゾーン処理中のガリウムドーパントの蒸発量を抑制することができる。また、それによってＦＺシリコン単結晶が高抵抗化することを抑制することができ、このようにして製造された太陽電池用ＦＺシリコン単結晶から作製されたシリコン基板を用いて太陽電池を製造すれば、製造された太陽電池の変換効率を向上させることができる。また、本発明の太陽電池であれば、基板として用いるシリコン単結晶基板が高抵抗化することを抑制することができるので、太陽電池の変換効率を向上させることができる。
本発明の太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法を示すフロー図である。 本発明の太陽電池の実施態様の一例を示す断面図である。 本発明の太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法に用いられるＣＺ単結晶製造装置の一例を示す概略図である。 本発明の太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法に用いられるＦＺ単結晶製造装置の一例を示す概略図である。 本発明の太陽電池を製造する製造フローの一例を示す図である。
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
前述のように、本発明者は、基板中の少数キャリアのライフタイムの低下を抑制するために、太陽電池用シリコン単結晶をガリウムドープさせたＣＺシリコン単結晶を原料棒として用いてＦＺ法で製造することを試みたが、原料棒のフロートゾーンの溶融時にドーパントであるガリウムが蒸発して、非常に高抵抗のガリウムドープＦＺシリコン単結晶しか得られず、このようなシリコン単結晶を用いて太陽電池を製造すると、内部抵抗が高くなりすぎて、変換効率が低下するという問題があった。
そこで、発明者は、フロートゾーン処理中のガリウムドーパントの蒸発量を抑制し、ＦＺシリコン単結晶が高抵抗化することを防止することができる太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法について鋭意検討を重ねた。その結果、原料棒を１．６気圧以上でフロートゾーン処理することによりＦＺシリコン単結晶を製造することで、フロートゾーン処理中のガリウムドーパントの蒸発量を抑制することができ、それによってＦＺシリコン単結晶が高抵抗化することを抑制することができることを見出し、本発明をなすに至った。
以下、図１、３−４を参照しながら、本発明の太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法を説明する。
まず、ＣＺ法により、ガリウムがドープされたＣＺシリコン単結晶を引上げる（図１のステップＳ１１を参照）。ＣＺ法としては種々の方法を用いることできる。具体的には、例えば、図３のＣＺ単結晶製造装置２０を用いて、ガリウムがドープされたＣＺシリコン単結晶（単結晶棒）２３を引上げる。図３において、ＣＺ単結晶製造装置２０は、加熱ヒータ２７と原料融液２４を収容する石英ルツボ２５とが配置されたメインチャンバー２１と、メインチャンバー２１上に設けられた引上げチャンバー２２と、メインチャンバー２１の天井部より下方に延設され、原料融液２４の直上に設けられ、引上げられた単結晶棒２３を冷却する冷却筒３１とを有している。メインチャンバー２１の下部にはガス流出口２９を設けることができ、引上げチャンバー２２の上部にはガス導入口３０を設けることができる。石英ルツボ２５は、例えば、黒鉛ルツボ２６によって支持され、黒鉛ルツボ２６は、例えば、ルツボ回転軸３６によって支持される。石英ルツボ２５を加熱する加熱ヒータ２７の外側には、例えば、断熱部材２８が周囲を取り囲むように設けられている。引上げチャンバー２２の上部には、例えば、引上げ機構（不図示）が設けられており、引上げ機構からは、例えば、引上げワイヤ３３が巻出されており、その先端には、例えば、種結晶３４を取り付けるための種ホルダ３５が接続されている。冷却筒３１には、例えば、冷媒導入口３２が設けられている。ステップＳ１１において、例えば、石英ルツボ２５内にガリウムを所定の量だけ投入することにより、育成される単結晶中にガリウムをドープすることができる。
次に、ステップＳ１１で製造したＣＺシリコン単結晶を原料棒として、原料棒を１．６気圧以上でフロートゾーン処理することにより、ＦＺシリコン単結晶を製造する（図１のステップＳ１２を参照）。具体的には、例えば、図４のＦＺ単結晶製造装置４０を用いて、ＣＺ法により製造されたガリウムドープＣＺシリコン単結晶を、ＦＺ単結晶製造装置４０のチャンバー５２内に設置された上軸４３の上部保持冶具４４にネジ等で固定して原料棒４１とし、下軸４５の下部保持冶具４６には直径の小さい種結晶４８を取り付ける。次いで、原料棒４１のコーン部５３（図４中では、ある程度フロートゾーン処理が進んだ状態を示しているため、コーン部５３はＦＺ単結晶棒４２のコーン部として図示している）の下端をカーボンリング（不図示）で予備加熱し、その後、チャンバー５２の下部より窒素ガスを含んだＡｒガスを供給して、チャンバー５２上部より排気して、チャンバー５２内の圧力を１．６気圧以上にする。例えば、Ａｒガスの流量を２０ｌ／ｍｉｎ、チャンバー内窒素濃度を０．５％とすることができる。そして、原料棒４１を誘導加熱コイル（高周波コイル）４７で加熱溶融した後、コーン部５３先端を種結晶４８に融着させ、絞り部４９により無転位化し、上軸４３と下軸４５を回転させながら原料棒４１を例えば２．０ｍｍ／ｍｉｎの成長速度で下降させることで浮遊帯域（フロートゾーン）５０を原料棒４１上端まで移動させてゾーニングし、原料棒４１を再結晶化して単結晶棒４２を成長させる。
ここで、ステップＳ１２のフロートゾーン処理において、ドーパントガス吹き付け用ノズル５１からドーパントガスを浮遊帯域５０に吹き付けて、ＦＺシリコン単結晶にガリウムを追加ドープすることが好ましい。このように、フロートゾーン処理において、ドーパントガスを用いて、FＺシリコン単結晶にガリウムを追加ドープすることで、フロートゾーン処理中に蒸発したガリウムを補うことができ、それによりＦＺシリコン単結晶が高抵抗化することをより効果的に抑制することができる。
ここで、ガリウムの追加ドープにおいて、ＣＺシリコン単結晶のガリウム濃度の軸方向分布に応じて、軸方向でドーパントガスの流量及び／又は濃度を変化させることにより、ＦＺシリコン単結晶のガリウム濃度の軸方向分布を均一化することが好ましい。このようにＦＺシリコン単結晶のガリウム濃度の軸方向分布を均一化することで、ＦＺシリコン単結晶の軸方向の抵抗率のばらつきを抑えることができ、このようにして製造されたＦＺシリコン単結晶の歩留まり（抵抗率が規格内に入る領域の割合）を向上させることができる。
ここで、ドーパントガスとして、有機ガリウム化合物、ハロゲン化ガリウム化合物及び水素化ガリウムのいずれかを用いることができる。ガリウムを追加ドープするためのドーパントガスとして、上記のガスを好適に用いることができる。
ここで、フロートゾーン処理を、アルゴン又はヘリウムを含有する雰囲気下で行うことが好ましい。フロートゾーン処理を上記のような雰囲気下で行うことで、ＦＺシリコン単結晶中に不純物が取り込まれることを防止することができる。
ここで、製造するＦＺシリコン単結晶を直径１５０ｍｍ以上とすることが好ましい。直径１５０ｍｍ以上の太陽電池用ＦＺシリコン単結晶を製造する場合に、フロートゾーンも大きくなり、ガリウムの蒸発も生じやすくなるので、本発明を好適に適用することができる。
上記で説明した太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法であれば、原料棒４１を１．６気圧以上でフロートゾーン処理することによりＦＺシリコン単結晶を製造することで、フロートゾーン処理中のガリウムドーパントの蒸発量を抑制することができ、ＦＺシリコン単結晶の高抵抗化を抑制できる。また、ＣＺシリコン単結晶をフロートゾーン処理するので、ＣＺ結晶に不可避的に入る酸素を外方拡散により低減することができる。また、ガリウムドープ基板であるので、ドーパントとしてホウ素を用いない。従って、太陽電池の特性に対して問題となるＢ−Ｏペアの生成を防止できる。本発明の方法では、これらを同時に達成できる。このため、このようにして製造された太陽電池用ＦＺシリコン単結晶から作製されたシリコン基板を用いて太陽電池を製造すれば、製造された太陽電池の変換効率を向上させることができる。
次に、図２を参照しながら、本発明の太陽電池を説明する。
図２の太陽電池１０は、上記で説明した太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法を用いて製造したＦＺシリコン単結晶を用いて製造されているものである。太陽電池１０は、ＦＺシリコン単結晶から切り出されたガリウムドープシリコン基板１１と、ガリウムドープシリコン基板１１の受光面側に設けられたエミッタ層（リン拡散層）１２と、ガリウムドープシリコン基板１１の裏面側に設けられたＢＳＦ層（アルミニウム拡散層）１３とを有しており、エミッタ層１２の受光面側表面には受光面反射防止膜１４が設けられている。太陽電池１０は、さらに、エミッタ層１２の受光面側表面上に設けられた受光面電極１５と、ＢＳＦ層１３の裏面側表面に設けられた裏面アルミニウム電極１６とを有している。なお、太陽電池１０において、受光面電極１５は受光面反射防止膜１４を貫通してエミッタ層１２と電気的に接続されており、裏面アルミニウム電極１６はＢＳＦ層１３と電気的に接続されている。
このような太陽電池であれば、ＣＺ結晶に不可避的に入る酸素を低減させ、太陽電池の特性に対して問題となるＢ−Ｏペアの生成が防止され、かつ、高抵抗化することが抑制されたＦＺシリコン単結晶を用いて製造されているものであるので、太陽電池の変換効率を向上させることができる。
次に、図５を参照しながら、図２の太陽電池１０の製造方法の一例を具体的に説明する。
まず、シリコン単結晶インゴットから切り出したガリウムドープシリコン基板１１のダメージ層を除去してから洗浄を行う（図５（ａ）を参照）。ダメージ層の除去は、例えば、ガリウムドープシリコン基板１１を熱濃水酸化カリウム水溶液中に浸漬することで行うことができる。
次に、ダメージ層を除去したガリウムドープシリコン基板１１に対してテクスチャエッチングを行ってから洗浄を行う（図５（ｂ）を参照）。テクスチャエッチングは、例えば、水酸化カリウム／２−プロパノールの水溶液中に浸漬することで行うことができる。なお、テクスチャエッチングを行うことでテクスチャと呼ばれる微細な凹凸を形成することができ、受光面の反射率を低減することができる。
次に、テクスチャエッチングを行ったガリウムドープシリコン基板１１に対してエミッタ層（リン拡散層）１２形成用の拡散マスクを形成する（図５（ｃ）を参照）。拡散マスクの形成は、ガリウムドープシリコン基板１１を横型炉に入れ、熱酸化により酸化膜を成長させ、片面をエッチングすることで行うことができる。
次に、拡散マスクを形成したガリウムドープシリコン基板１１に対してリン拡散を行う（図５（ｄ）を参照）。リン拡散は、例えば、ガリウムドープシリコン基板１１を横型炉に入れ、酸素およびＰＯＣｌ３ガス雰囲気の中で熱処理することで行うことができる。製造コストを低減するために、上記の拡散マスクを形成せずに、拡散時にガリウムドープ基板１１を石英ボートの一溝に２枚入れ、片面にＰＯＣｌ３ガスが回り込まないようにして、他方の片面にリン拡散層を形成することも可能である。
次に、ガリウムドープシリコン基板１１の表面に形成されたリンガラスおよび酸化珪素膜をふっ酸で除去する（図５（ｅ）を参照）。
次に、ガリウムドープシリコン基板１１のエミッタ層１２の受光面側表面に受光面反射防止膜１４を形成する（図５（ｆ）を参照）。受光面反射防止膜１４の形成は、例えば、プラズマＣＶＤにより窒化珪素膜を形成することで行うことができる。
次に、ガリウムドープシリコン基板１１の裏面側表面に裏面アルミニウム電極１６を形成する（図５（ｇ）を参照）。裏面アルミニウム電極１６の形成は、例えば、Ａｌペーストをガリウムドープシリコン基板１１の裏面のバスバー電極部以外にスクリーン印刷することで行うことができる。引き続き、ガリウムドープシリコン基板１１の裏面のバスバー電極部に銀ペーストを用いて、スクリーン印刷により銀電極(不図示)を形成する。
次に、受光面反射防止膜１４の受光面側表面に受光面電極１５を形成する（図５（ｈ）を参照）。受光面電極１５の形成は、例えば、銀ペーストを用いて所望のパターンにスクリーン印刷することで行うことができる。
次に、裏面アルミニウム電極１６及び受光面電極１５の形成を行ったガリウムドープシリコン基板１１に対して焼成を行う（図５（ｉ）を参照）。この焼成時に、裏面アルミニウム電極１６からアルミニウムがガリウムドープシリコン基板１１内に拡散し、ＢＳＦ層（アルミニウム拡散層）１３が形成される。なお、受光面反射防止膜１４を開口せずに、焼成時に受光面電極１５にこの膜を貫通させることにより、受光面電極１５とエミッタ層１２を電気的に接続させることができる。
上記のようにして、図２の太陽電池１０を製造することができる。
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１を用いて説明した製造方法でＦＺシリコン単結晶を製造した。ただし、フロートゾーン処理時の圧力は１．６気圧とし、フロートゾーン処理時のドーパントガスによる追加ガリウムドープは行わなかった。製造したＦＺシリコン単結晶から切り出したガリウムドープシリコン基板を用いて、図５を用いて説明した製造方法により、図２の太陽電池１０を製造した。
製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表１に示す。ここで、短絡電流密度は、太陽電池に接続される抵抗器の抵抗が０Ωの時の電流密度値であり、開放電圧は、太陽電池に接続される抵抗器の抵抗が非常に大きい時の電圧値であり、フィルファクタ（形状因子）は、最大発電電力／（短絡電流×開放電圧）であり、変換効率は、（太陽電池からの出力／太陽電池に入った太陽エネルギー）×１００である。
（実施例２）
実施例１と同様にして、ＦＺシリコン単結晶を製造した。ただし、フロートゾーン処理時の圧力は１．８気圧とした。製造したＦＺシリコン単結晶から切り出したガリウムドープシリコン基板を用いて、図５を用いて説明した製造方法により、図２の太陽電池１０を製造した。
製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表１に示す。
（実施例３）
実施例１と同様にして、ＦＺシリコン単結晶を製造した。ただし、フロートゾーン処理時の圧力は２．０気圧とした。製造したＦＺシリコン単結晶から切り出したガリウムドープシリコン基板を用いて、図５を用いて説明した製造方法により、図２の太陽電池１０を製造した。
製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表１に示す。
（実施例４）
実施例１と同様にして、ＦＺシリコン単結晶を製造した。ただし、フロートゾーン処理時にドーパントガスによる追加ガリウムドープを行った。製造したＦＺシリコン単結晶から切り出したガリウムドープシリコン基板を用いて、図５を用いて説明した製造方法により、図２の太陽電池１０を製造した。
製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表１に示す。
（比較例１）
実施例１と同様にして、ＦＺシリコン単結晶を製造した。ただし、フロートゾーン処理時の圧力は１．２気圧とした。製造したＦＺシリコン単結晶から切り出したガリウムドープシリコン基板を用いて、図５を用いて説明した製造方法により、図２の太陽電池１０を製造した。
製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表１に示す。
（比較例２）
実施例１と同様にして、ＦＺシリコン単結晶を製造した。ただし、フロートゾーン処理時の圧力は１．４気圧とした。製造したＦＺシリコン単結晶から切り出したガリウムドープシリコン基板を用いて、図５を用いて説明した製造方法により、図２の太陽電池１０を製造した。
製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表１に示す。
（比較例３）
実施例１と同様にして、ＦＺシリコン単結晶を製造した。ただし、ドーパントとしてボロンを用いた。製造したＦＺシリコン単結晶から切り出したボロンドープシリコン基板を用いて、図５を用いて説明した製造方法により、太陽電池を製造した。
製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表１に示す。
（比較例４）
ＣＺ法により、ガリウムドープされたＣＺシリコン単結晶を製造した。製造したＣＺシリコン単結晶から切り出したガリウムドープシリコン基板を用いて、図５を用いて説明した製造方法により、図２の太陽電池１０を製造した。
製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表１に示す。
Figure 0005892527
表１からわかるように、フロートゾーン処理時の圧力が１．６気圧以上である実施例１−４では、フロートゾーン処理時の圧力が１．６気圧未満である比較例１−２と比較して変換効率が向上している。また、ドーパントをガリウムとした実施例１では、ドーパントをボロンとした比較例３と比較して変換効率が向上している。さらに、ＣＺ結晶を原料棒に用いたＦＺ法によりシリコン単結晶を製造した実施例１では、ＣＺ法によりシリコン単結晶を製造した比較例４と比較して変換効率が向上している。また、ドーパントガスによる追加ガリウムドープを行った実施例４では、ドーパントガスによる追加ガリウムドープを行わなかった実施例１−３と比較して変換効率がさらに向上し、所望抵抗率を有する結晶の割合（歩留まり）が向上した。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１０…太陽電池、 １１…ガリウムドープシリコン基板、
１２…エミッタ層（リン拡散層）、 １３…ＢＳＦ層（アルミニウム拡散層）、
１４…受光面反射防止膜、 １５…受光面電極、 １６…裏面アルミニウム電極、
２０…ＣＺ単結晶製造装置、 ２１…メインチャンバー、 ２２…引上げチャンバー、
２３…ＣＺシリコン単結晶（単結晶棒）、 ２４…原料融液、 ２５…石英ルツボ、
２６…黒鉛ルツボ、 ２７…加熱ヒータ、 ２８…断熱部材、 ２９…ガス流出口、
３０…ガス導入口、 ３１…冷却筒、 ３２…冷媒導入口、 ３３…引上げワイヤ、
３４…種結晶、 ３５…種ホルダ、 ３６…ルツボ回転軸、
４０…ＦＺ単結晶製造装置、 ４１…原料棒（ＣＺシリコン単結晶）、
４２…単結晶棒（ＦＺシリコン単結晶）、 ４３…上軸、 ４４…上部保持治具、
４５…下軸、 ４６…下部保持治具、 ４７…誘導加熱コイル、 ４８…種結晶、
４９…絞り部、 ５０…浮遊帯域（フロートゾーン）、
５１…ドーパントガス吹き付け用ノズル、 ５２…チャンバー、 ５３…コーン部。

Claims (6)

  1. 太陽電池用のＦＺシリコン単結晶の製造方法であって、
    チョクラルスキー法により、ガリウムがドープされたＣＺシリコン単結晶を引き上げる工程と、
    前記ＣＺシリコン単結晶を原料棒として、該原料棒を１．６気圧以上でフロートゾーン処理することにより、ＦＺシリコン単結晶を製造する工程と
    を含み、
    前記フロートゾーン処理において、ドーパントガスを用いて、前記ＦＺシリコン単結晶にガリウムを追加ドープすることを特徴とする太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法。
  2. 前記ガリウムの追加ドープにおいて、前記ＣＺシリコン単結晶のガリウム濃度の軸方向分布に応じて、軸方向で前記ドーパントガスの流量及び／又は濃度を変化させることにより、前記ＦＺシリコン単結晶のガリウム濃度の軸方向分布を均一化することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法。
  3. 前記ドーパントガスとして、有機ガリウム化合物、ハロゲン化ガリウム化合物及び水素化ガリウムのいずれかを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法。
  4. 前記フロートゾーン処理を、アルゴン又はヘリウムを含有する雰囲気下で行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法。
  5. 前記製造するＦＺシリコン単結晶を直径１５０ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法。
  6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の太陽電池用ＦＺシリコン単結晶の製造方法により製造したＦＺシリコン単結晶を用いて太陽電池を製造することを特徴とする太陽電池の製造方法。
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