JPH04338195A - シリコン鋳造方法 - Google Patents
シリコン鋳造方法Info
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- JPH04338195A JPH04338195A JP13818191A JP13818191A JPH04338195A JP H04338195 A JPH04338195 A JP H04338195A JP 13818191 A JP13818191 A JP 13818191A JP 13818191 A JP13818191 A JP 13818191A JP H04338195 A JPH04338195 A JP H04338195A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電磁溶解を用いてシリ
コンの方向性凝固鋳塊を連続的に製造するシリコン鋳造
方法に関する。
コンの方向性凝固鋳塊を連続的に製造するシリコン鋳造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池等の素材として使用されるシリ
コンの方向性凝固鋳塊の製造方法として、電磁溶解によ
る連続鋳造方法が、例えば特開平２−３０６９８号公報
により提案されている。電磁溶解によるシリコンの連続
鋳造方法は、図２に示すように、導電性の無底るつぼ１
と、その外側に配設された誘導コイル２とを使用する。 無底るつぼ１は、軸方向の少なくとも一部が周方向に複
数分割されている。無底るつぼ１内に装入された原料シ
リコンは、誘導コイル２による電磁誘導を受けて、るつ
ぼ内面に非接触の状態で溶融する。そして、無底るつぼ
１内に原料シリコンを供給しながら、無底るつぼ１内の
溶湯３を下方へ除々に引き下げて凝固させることにより
、シリコンの方向性凝固鋳塊４が連続的に製造される。
コンの方向性凝固鋳塊の製造方法として、電磁溶解によ
る連続鋳造方法が、例えば特開平２−３０６９８号公報
により提案されている。電磁溶解によるシリコンの連続
鋳造方法は、図２に示すように、導電性の無底るつぼ１
と、その外側に配設された誘導コイル２とを使用する。 無底るつぼ１は、軸方向の少なくとも一部が周方向に複
数分割されている。無底るつぼ１内に装入された原料シ
リコンは、誘導コイル２による電磁誘導を受けて、るつ
ぼ内面に非接触の状態で溶融する。そして、無底るつぼ
１内に原料シリコンを供給しながら、無底るつぼ１内の
溶湯３を下方へ除々に引き下げて凝固させることにより
、シリコンの方向性凝固鋳塊４が連続的に製造される。
【０００３】電磁溶解によるシリコンの連続鋳造方法に
よれば、るつぼに対するシリコン融液の接触がなく、る
つぼからシリコンへの汚染が完全に防止される。るつぼ
からの汚染がなければ、るつぼの材質を低級化でき、鋳
型を必要としないこととあいまって設備コストが著しく
低下し、大容量の電源装置と組合せることによって大型
で高品質のシリコン鋳塊が連続的に低コストで製造でき
る。また、結晶学上も、るつぼ側壁からの結晶化が抑制
されるので非常に好ましいものとなる。
よれば、るつぼに対するシリコン融液の接触がなく、る
つぼからシリコンへの汚染が完全に防止される。るつぼ
からの汚染がなければ、るつぼの材質を低級化でき、鋳
型を必要としないこととあいまって設備コストが著しく
低下し、大容量の電源装置と組合せることによって大型
で高品質のシリコン鋳塊が連続的に低コストで製造でき
る。また、結晶学上も、るつぼ側壁からの結晶化が抑制
されるので非常に好ましいものとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、この電
磁溶解によるシリコン連続鋳造方法の工業化に向けての
研究を以前より続けている。その結果、この方法が太陽
電池用のシリコン鋳塊の量産に、品質面でも生産性の面
でも優れた適正を示すことが一層明確になってきた。し
かし、その一方では、従来の鋳型流し込み法では生じな
かった新しい問題も明らかになってきた。その新しく分
かった問題とは、無底るつぼ内に保持される溶湯の撹拌
に伴う結晶成長不良である。電磁溶解によるシリコン鋳
造方法での溶湯撹拌現象を図２により説明する。
磁溶解によるシリコン連続鋳造方法の工業化に向けての
研究を以前より続けている。その結果、この方法が太陽
電池用のシリコン鋳塊の量産に、品質面でも生産性の面
でも優れた適正を示すことが一層明確になってきた。し
かし、その一方では、従来の鋳型流し込み法では生じな
かった新しい問題も明らかになってきた。その新しく分
かった問題とは、無底るつぼ内に保持される溶湯の撹拌
に伴う結晶成長不良である。電磁溶解によるシリコン鋳
造方法での溶湯撹拌現象を図２により説明する。
【０００５】誘導コイル２内に設置された無底るつぼ１
の内側に、シリコンの溶湯３が凝固鋳塊４の上に乗った
状態で保持されている。そして、誘導コイル２を流れる
交流電流により、溶湯３に縦軸方向の磁界が印加され、
これにより溶湯３に周方向の電流が流れてジュール熱を
発生させる。ところが、溶湯３に印加される磁界は、誘
導コイル２の構造上、上下に向かうに連れて弱くなるの
を避け得ず、この磁界の不均一分布に基づくローレンツ
力の差により、溶湯３に攪拌力が付加される。そして、
この攪拌力に基づく液流動は、次の３つの不都合が重な
って非常に激しいものとなる。
の内側に、シリコンの溶湯３が凝固鋳塊４の上に乗った
状態で保持されている。そして、誘導コイル２を流れる
交流電流により、溶湯３に縦軸方向の磁界が印加され、
これにより溶湯３に周方向の電流が流れてジュール熱を
発生させる。ところが、溶湯３に印加される磁界は、誘
導コイル２の構造上、上下に向かうに連れて弱くなるの
を避け得ず、この磁界の不均一分布に基づくローレンツ
力の差により、溶湯３に攪拌力が付加される。そして、
この攪拌力に基づく液流動は、次の３つの不都合が重な
って非常に激しいものとなる。
【０００６】１つは、誘導コイル２に投入されるパワー
に比例した強力な撹拌力がシリコン融液３に加えられる
ことである。２つ目は、低周波域ほど撹拌力が大きくな
ることである。すなわち、シリコンの電磁溶解では、誘
導周波数が高いと、電流効率は上昇するが、表皮効果が
顕著になるため、無底るつぼ２内の中心部までうず電流
が到達せず、中心部での溶解が不足する。そのため、大
型の凝固鋳塊にあっては、誘導周波数の低下が不可避で
あり、例えば２〜３ｋＨｚの低周波数域が選択される。 ところが、このような低周波数域では、電流が溶湯３の
深層まで達し、溶湯３に強い撹拌力が生じる。これは、
凝固鋳塊４の大型化が不可欠な現状を考えると、極めて
不都合なことと言える。３つ目の不都合は、溶湯３が無
底るつぼ１の内面に接触せず、本質的に流動しやすい状
態にあることである。そして、これらの不都合が重なっ
て溶湯３にその中心部から上下に向かう激しい撹拌が生
じる。
に比例した強力な撹拌力がシリコン融液３に加えられる
ことである。２つ目は、低周波域ほど撹拌力が大きくな
ることである。すなわち、シリコンの電磁溶解では、誘
導周波数が高いと、電流効率は上昇するが、表皮効果が
顕著になるため、無底るつぼ２内の中心部までうず電流
が到達せず、中心部での溶解が不足する。そのため、大
型の凝固鋳塊にあっては、誘導周波数の低下が不可避で
あり、例えば２〜３ｋＨｚの低周波数域が選択される。 ところが、このような低周波数域では、電流が溶湯３の
深層まで達し、溶湯３に強い撹拌力が生じる。これは、
凝固鋳塊４の大型化が不可欠な現状を考えると、極めて
不都合なことと言える。３つ目の不都合は、溶湯３が無
底るつぼ１の内面に接触せず、本質的に流動しやすい状
態にあることである。そして、これらの不都合が重なっ
て溶湯３にその中心部から上下に向かう激しい撹拌が生
じる。
【０００７】電磁溶解によるシリコン鋳造方法で、溶湯
３にこのような激しい撹拌が生じると、溶湯３とその下
方の凝固鋳塊４との間の凝固界面が下方に深く窪み、上
下方向の温度勾配のコントロールが難しくなるために、
凝固鋳塊４における結晶粒径が小さくなる。また、固液
界面近傍での溶湯３の流動により結晶の成長が阻げられ
、これも結晶粒径を小さくする原因になる。その結果、
凝固鋳塊４が太陽電池基板として使用された場合は、変
換効率が充分に上がらないことになる。
３にこのような激しい撹拌が生じると、溶湯３とその下
方の凝固鋳塊４との間の凝固界面が下方に深く窪み、上
下方向の温度勾配のコントロールが難しくなるために、
凝固鋳塊４における結晶粒径が小さくなる。また、固液
界面近傍での溶湯３の流動により結晶の成長が阻げられ
、これも結晶粒径を小さくする原因になる。その結果、
凝固鋳塊４が太陽電池基板として使用された場合は、変
換効率が充分に上がらないことになる。
【０００８】本発明の目的は、結晶粒径の大きい凝固鋳
塊を製造する電磁溶解によるシリコン鋳塊方法を提供す
ることにある。
塊を製造する電磁溶解によるシリコン鋳塊方法を提供す
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のシリコン鋳造方
法は、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導電性の無底るつぼを設置し、該
無底るつぼ内でシリコンをるつぼ内面に対して非接触の
状態で電磁溶解し、そのシリコン融液を下方へ引き下げ
て方向性凝固鋳塊となすシリコンの連続鋳造方法におい
て、無底るつぼ内のシリコン融液に、その撹拌を打ち消
す方向のローレンツ力が生じる磁界を印加することを特
徴とする。
法は、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導電性の無底るつぼを設置し、該
無底るつぼ内でシリコンをるつぼ内面に対して非接触の
状態で電磁溶解し、そのシリコン融液を下方へ引き下げ
て方向性凝固鋳塊となすシリコンの連続鋳造方法におい
て、無底るつぼ内のシリコン融液に、その撹拌を打ち消
す方向のローレンツ力が生じる磁界を印加することを特
徴とする。
【００１０】
【作用】本発明者らは、先に述べたように、電磁溶解に
よるシリコン鋳造方法では、溶湯に激しい撹拌が起こり
、これが結晶の成長を阻害することを突き止めた。本発
明のシリコン鋳造方法は、シリコン加熱用の磁界とは別
の磁界を溶湯に印加することにより、溶湯の撹拌を抑え
、これにより結晶粒径を大きくする。
よるシリコン鋳造方法では、溶湯に激しい撹拌が起こり
、これが結晶の成長を阻害することを突き止めた。本発
明のシリコン鋳造方法は、シリコン加熱用の磁界とは別
の磁界を溶湯に印加することにより、溶湯の撹拌を抑え
、これにより結晶粒径を大きくする。
【００１１】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明を実施するに適した装置の一例を模
式的に示す縦断面図である。
する。図１は本発明を実施するに適した装置の一例を模
式的に示す縦断面図である。
【００１２】無底るつぼ１は、気密容器５内に設置され
、上端部以外の部分が周方向に複数分割されている。 この無底るつぼ１は、銅からなり、内部を流通する冷却
水により強制冷却される。誘導コイル２は、無底るつぼ
１の分割部の外側に配設されており、その更に外側には
、一対の磁極６，６が対向配置されている。磁極６，６
は、無底るつぼ１内の溶湯３を真横から見たときの投影
面積よりも広く、コイル７，７に供給される直流電流に
より、溶湯３を水平方向に横切る直流磁界を発生させる
。磁極６，６の背面同志は、図示されないヨークにより
連結されている。
、上端部以外の部分が周方向に複数分割されている。 この無底るつぼ１は、銅からなり、内部を流通する冷却
水により強制冷却される。誘導コイル２は、無底るつぼ
１の分割部の外側に配設されており、その更に外側には
、一対の磁極６，６が対向配置されている。磁極６，６
は、無底るつぼ１内の溶湯３を真横から見たときの投影
面積よりも広く、コイル７，７に供給される直流電流に
より、溶湯３を水平方向に横切る直流磁界を発生させる
。磁極６，６の背面同志は、図示されないヨークにより
連結されている。
【００１３】凝固鋳塊４を製造するには、まず、気密容
器５内を吸引口５ａから真空引きした後、気密容器５内
へガス口５ｂから不活性ガスを封入する。これと並行し
て、無底るつぼ１の底を種鋳塊で閉塞して、原料装入器
９から無底るつぼ１内へ粒塊状の原料シリコン１０を装
入する。
器５内を吸引口５ａから真空引きした後、気密容器５内
へガス口５ｂから不活性ガスを封入する。これと並行し
て、無底るつぼ１の底を種鋳塊で閉塞して、原料装入器
９から無底るつぼ１内へ粒塊状の原料シリコン１０を装
入する。
【００１４】誘導コイル２に所定周波数の交流電流を供
給し、無底るつぼ１内の原料シリコン１０が溶解される
と、磁極６，６間に直流磁界を発生させる。この状態で
、無底るつぼ１内へ原料シリコン１０を補充しながら、
搬送機１１により種鋳塊を引き下げる。これにより、無
底るつぼ１内の溶湯３が無底るつぼ１内面に非接触の状
態のまま順次下方へ引き抜かれてシリコンの方向性凝固
鋳塊４とされる。無底るつぼ１内の溶湯３からその下方
の凝固鋳塊４にかけて好ましい温度勾配となるように、
凝固直後の凝固鋳塊４が、無底るつぼ１の下方に連設さ
れた保温炉８により加熱される。
給し、無底るつぼ１内の原料シリコン１０が溶解される
と、磁極６，６間に直流磁界を発生させる。この状態で
、無底るつぼ１内へ原料シリコン１０を補充しながら、
搬送機１１により種鋳塊を引き下げる。これにより、無
底るつぼ１内の溶湯３が無底るつぼ１内面に非接触の状
態のまま順次下方へ引き抜かれてシリコンの方向性凝固
鋳塊４とされる。無底るつぼ１内の溶湯３からその下方
の凝固鋳塊４にかけて好ましい温度勾配となるように、
凝固直後の凝固鋳塊４が、無底るつぼ１の下方に連設さ
れた保温炉８により加熱される。
【００１５】このとき、無底るつぼ１内の溶湯３に印加
される加熱用の交流磁界の不均一分布に基づき、溶湯３
に強い撹拌力が作用する（図２参照）。しかし、溶湯３
には、加熱用の交流磁界とは別に、磁極６，６によって
水平方向の直流磁界が印加されている。そのため、溶湯
３が撹拌力によって流動を始めると、その流動を阻止す
る方向のローレンツ力が溶湯３に作用し、溶湯３の撹拌
流動が抑えられる。これにより、溶湯３とその下方の凝
固鋳塊４との間の固液界面が下方に窪むことがなくなっ
て水平に近づく。その結果、溶湯３から凝固鋳塊４にか
けての部分が、その全断面にわたって均等な勾配で温度
コントロールされる。また、固液界面近傍での液流動が
抑えられることにより、全断面で結晶の成長が促進され
る。従って、粒径の大きい結晶が安定に得られ、太陽電
池基板として望ましい凝固鋳塊４が製造される。
される加熱用の交流磁界の不均一分布に基づき、溶湯３
に強い撹拌力が作用する（図２参照）。しかし、溶湯３
には、加熱用の交流磁界とは別に、磁極６，６によって
水平方向の直流磁界が印加されている。そのため、溶湯
３が撹拌力によって流動を始めると、その流動を阻止す
る方向のローレンツ力が溶湯３に作用し、溶湯３の撹拌
流動が抑えられる。これにより、溶湯３とその下方の凝
固鋳塊４との間の固液界面が下方に窪むことがなくなっ
て水平に近づく。その結果、溶湯３から凝固鋳塊４にか
けての部分が、その全断面にわたって均等な勾配で温度
コントロールされる。また、固液界面近傍での液流動が
抑えられることにより、全断面で結晶の成長が促進され
る。従って、粒径の大きい結晶が安定に得られ、太陽電
池基板として望ましい凝固鋳塊４が製造される。
【００１６】このような方法で外径１２０ｍｍ四方のシ
リコン方向性凝固鋳塊を製造した。無底るつぼ内の溶湯
に印加する水平方向の直流磁界は、０，０．０５，０．
１，０．１５テスラの４段階に調節した。製造条件を表
１に、また製造された鋳塊の品質と磁界強さとの関係を
表２に示す。これらの条件で鋳造した鋳塊のうち、直流
磁界０，０．１および０．１５テスラの条件下で製造し
た結晶を太陽電池に作製して比較した結果は、直流磁界
０テスラ、すなわち、直流磁界の印加されないときの結
晶の太陽電池変換効率が１２．４〜１３．０％であった
のに対して、０．１テスラの印加磁界では１２．８〜１
３．９％，０．１５テスラの印加磁界では１３．０〜１
３．９％の変換効率が得られた。
リコン方向性凝固鋳塊を製造した。無底るつぼ内の溶湯
に印加する水平方向の直流磁界は、０，０．０５，０．
１，０．１５テスラの４段階に調節した。製造条件を表
１に、また製造された鋳塊の品質と磁界強さとの関係を
表２に示す。これらの条件で鋳造した鋳塊のうち、直流
磁界０，０．１および０．１５テスラの条件下で製造し
た結晶を太陽電池に作製して比較した結果は、直流磁界
０テスラ、すなわち、直流磁界の印加されないときの結
晶の太陽電池変換効率が１２．４〜１３．０％であった
のに対して、０．１テスラの印加磁界では１２．８〜１
３．９％，０．１５テスラの印加磁界では１３．０〜１
３．９％の変換効率が得られた。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のシリコン鋳塊方法は、無底るつぼ内に保持された溶湯
の撹拌を抑え、その溶湯より製造される凝固鋳塊の品質
を高める。
のシリコン鋳塊方法は、無底るつぼ内に保持された溶湯
の撹拌を抑え、その溶湯より製造される凝固鋳塊の品質
を高める。
【図１】本発明のシリコン鋳造方法に使用される装置を
模式図に示す縦断面図である。
模式図に示す縦断面図である。
【図２】従来のシリコン鋳造方法において問題となる溶
湯の撹拌現象を説明するための模式図である。
湯の撹拌現象を説明するための模式図である。
１ 無底るつぼ
２ 誘導コイル
３ 溶湯
４ 凝固鋳塊
６ 磁極
Claims (2)
- 【請求項１】 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導電性の無底るつぼを
設置し、該無底るつぼ内でシリコンをるつぼ内面に対し
て非接触の状態で電磁溶解し、そのシリコン融液を下方
へ引き下げて方向性凝固鋳塊となすシリコンの連続鋳造
方法において、無底るつぼ内のシリコン融液に、その撹
拌に伴って撹拌を打ち消す方向のローレンツ力が生じる
磁界を印加することを特徴とするシリコン鋳造方法。 - 【請求項２】 前記磁界が直流磁界である請求項１の
シリコン鋳造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13818191A JPH04338195A (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | シリコン鋳造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13818191A JPH04338195A (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | シリコン鋳造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04338195A true JPH04338195A (ja) | 1992-11-25 |
Family
ID=15215950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13818191A Pending JPH04338195A (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | シリコン鋳造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04338195A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013503100A (ja) * | 2009-08-25 | 2013-01-31 | ピラー エルティーディー． | 誘導法により多結晶シリコンインゴットを製造する方法 |
-
1991
- 1991-05-13 JP JP13818191A patent/JPH04338195A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013503100A (ja) * | 2009-08-25 | 2013-01-31 | ピラー エルティーディー． | 誘導法により多結晶シリコンインゴットを製造する方法 |
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