JPH05117091A - 太陽電池用粒状シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
太陽電池用粒状シリコン単結晶の製造方法Info
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- JPH05117091A JPH05117091A JP3309995A JP30999591A JPH05117091A JP H05117091 A JPH05117091 A JP H05117091A JP 3309995 A JP3309995 A JP 3309995A JP 30999591 A JP30999591 A JP 30999591A JP H05117091 A JPH05117091 A JP H05117091A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 太陽電池に使用する粒状のシリコン単結晶を
低コストで製造する。 【構成】 チャンバー１内を減圧状態のアルゴン系不活
性ガス雰囲気とし、複数の種結晶５をシリコン融液３に
同時に接触させ、各種結晶５の下方にシリコン単結晶を
100μｍ乃至10ｍｍの粒径まで成長させる。その後、種
結晶と粒状のシリコン単結晶とを分離する。
低コストで製造する。 【構成】 チャンバー１内を減圧状態のアルゴン系不活
性ガス雰囲気とし、複数の種結晶５をシリコン融液３に
同時に接触させ、各種結晶５の下方にシリコン単結晶を
100μｍ乃至10ｍｍの粒径まで成長させる。その後、種
結晶と粒状のシリコン単結晶とを分離する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はシリコン太陽電池に使用
される粒状シリコン単結晶の大量生産に好適の太陽電池
用粒状シリコン単結晶の製造方法に関する。
される粒状シリコン単結晶の大量生産に好適の太陽電池
用粒状シリコン単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、太陽電池は、ＬＳＩ（大規模集積
回路）等に使用するのと同様の高純度シリコン単結晶か
らなるウェハを使用して製造されている。従来の太陽電
池の製造方法を以下に説明する。
回路）等に使用するのと同様の高純度シリコン単結晶か
らなるウェハを使用して製造されている。従来の太陽電
池の製造方法を以下に説明する。
【０００３】先ず、珪砂（ＳｉＯ2 ）を還元処理して粗
製金属シリコンを得る。次に、この粗製金属シリコンを
塩化水素（ＨＣｌ）と反応させてトリクロルシラン（Ｓ
ｉＨＣｌ3 ）を得る。その後、このトリクロルシランを
高純度に精製する。
製金属シリコンを得る。次に、この粗製金属シリコンを
塩化水素（ＨＣｌ）と反応させてトリクロルシラン（Ｓ
ｉＨＣｌ3 ）を得る。その後、このトリクロルシランを
高純度に精製する。
【０００４】次に、この高純度トリクロルシランを原料
として、気相成長法により、棒状の多結晶シリコン部材
を製造する。その後、この棒状の多結晶シリコン部材を
ＦＺ法（浮融帯域法）又はＣＺ法（引き上げ法）により
処理して、棒状の単結晶シリコン部材を得る。
として、気相成長法により、棒状の多結晶シリコン部材
を製造する。その後、この棒状の多結晶シリコン部材を
ＦＺ法（浮融帯域法）又はＣＺ法（引き上げ法）により
処理して、棒状の単結晶シリコン部材を得る。
【０００５】次いで、この棒状の単結晶シリコン部材を
所望の厚さに切断し、その表面を研磨してシリコンウェ
ハを得る。なお、ここまでのシリコンウェハの製造工程
は、ＬＳＩ等に使用されるシリコンウェハの製造工程と
全く同一である。
所望の厚さに切断し、その表面を研磨してシリコンウェ
ハを得る。なお、ここまでのシリコンウェハの製造工程
は、ＬＳＩ等に使用されるシリコンウェハの製造工程と
全く同一である。
【０００６】次に、拡散法等を使用して、シリコンウェ
ハに不純物を導入し、ｐｎ接合を形成する。その後、ｐ
型領域及びｎ型領域に夫々電気的に接続した電極を形成
した後に、全面に反射防止膜を形成する。次いで、素子
間をリード線で接続し、パッケージに封入する。これに
より、太陽電池が完成する。
ハに不純物を導入し、ｐｎ接合を形成する。その後、ｐ
型領域及びｎ型領域に夫々電気的に接続した電極を形成
した後に、全面に反射防止膜を形成する。次いで、素子
間をリード線で接続し、パッケージに封入する。これに
より、太陽電池が完成する。
【０００７】しかしながら、従来の太陽電池の製造方法
においては、ＬＳＩに使用するのと同様の高純度シリコ
ン単結晶からなるシリコンウェハを使用しているため、
製造工程が極めて複雑であり、高価な製造装置と多大の
労力とを必要とする。また、高純度多結晶シリコン部材
をＦＺ法又はＣＺ法で処理して棒状の単結晶シリコン部
材を製作するのに全工程の７０％程度の電力量を消費し
ていることと、次工程の切断及び研磨工程で材料の利用
効率が低下し素材の約５０％が失われていることから、
ウェハのコストが極めて高いという欠点がある。
においては、ＬＳＩに使用するのと同様の高純度シリコ
ン単結晶からなるシリコンウェハを使用しているため、
製造工程が極めて複雑であり、高価な製造装置と多大の
労力とを必要とする。また、高純度多結晶シリコン部材
をＦＺ法又はＣＺ法で処理して棒状の単結晶シリコン部
材を製作するのに全工程の７０％程度の電力量を消費し
ていることと、次工程の切断及び研磨工程で材料の利用
効率が低下し素材の約５０％が失われていることから、
ウェハのコストが極めて高いという欠点がある。
【０００８】更に、従来は、大型のシリコン単結晶を使
用しているために、固化後の冷却過程でシリコン単結晶
内に大きな熱応力が生じ、結晶内転移の増殖や歪み等の
欠陥が発生しやすいと共に、クラックの発生や劣化を招
来する虞れがある。
用しているために、固化後の冷却過程でシリコン単結晶
内に大きな熱応力が生じ、結晶内転移の増殖や歪み等の
欠陥が発生しやすいと共に、クラックの発生や劣化を招
来する虞れがある。
【０００９】即ち、従来の太陽電池においては、大型の
シリコン単結晶を使用しているため、量産効果はあるも
のの、材料のロスが多く、長期間に亘る性能の信頼性も
十分とはいえない。
シリコン単結晶を使用しているため、量産効果はあるも
のの、材料のロスが多く、長期間に亘る性能の信頼性も
十分とはいえない。
【００１０】なお、太陽電池に使用するシリコン単結晶
としては、ＬＳＩに使用されるシリコン単結晶ほど高純
度である必要はないとされている。しかし、従来は、一
般的に、ＬＳＩ用のシリコンウェハを使用して太陽電池
を製造しているため、シリコンウェハは必然的に高純度
のものが使用される。
としては、ＬＳＩに使用されるシリコン単結晶ほど高純
度である必要はないとされている。しかし、従来は、一
般的に、ＬＳＩ用のシリコンウェハを使用して太陽電池
を製造しているため、シリコンウェハは必然的に高純度
のものが使用される。
【００１１】上述の問題点を解決する方法として、シリ
コンの微結晶を用いた太陽電池の製造方法が提案されて
いる（特開昭51-27077号、特開昭51-1299192号）。この
方法によれば、大型のシリコン単結晶を使用しないた
め、太陽電池を低コストで製造できるという利点があ
る。この場合に、シリコンの微結晶は、例えば棒状の多
結晶シリコン部材を破砕することにより得ることができ
る。また、特開昭51-27077号には、シラン類を原料とし
て、気相からシリコンの微結晶を形成する方法が開示さ
れている。
コンの微結晶を用いた太陽電池の製造方法が提案されて
いる（特開昭51-27077号、特開昭51-1299192号）。この
方法によれば、大型のシリコン単結晶を使用しないた
め、太陽電池を低コストで製造できるという利点があ
る。この場合に、シリコンの微結晶は、例えば棒状の多
結晶シリコン部材を破砕することにより得ることができ
る。また、特開昭51-27077号には、シラン類を原料とし
て、気相からシリコンの微結晶を形成する方法が開示さ
れている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、棒状の
多結晶シリコンを粉砕して得られるシリコンの微結晶
は、極めて鋭利な破断面を有すると共に、表面に無数の
傷を有するという欠点がある。また、破砕工程において
汚染されやすく、材料の利用率も低い。このため、太陽
電池用として適したものとはいえない。一方、特開昭51
-27077号に開示された方法においては、数段の反応塔を
設け、モノシラン、ジクロルシラン及びトリクロルシラ
ン等の原料気体を用いて熱分解又は還元反応によりシリ
コン超微粒子を析出させるので、装置が大がかりであ
り、製造コストが高くなるという欠点がある。また、こ
の方法では、粒径が大きい球状のシリコン単結晶を得る
ことが困難であるという欠点もある。
多結晶シリコンを粉砕して得られるシリコンの微結晶
は、極めて鋭利な破断面を有すると共に、表面に無数の
傷を有するという欠点がある。また、破砕工程において
汚染されやすく、材料の利用率も低い。このため、太陽
電池用として適したものとはいえない。一方、特開昭51
-27077号に開示された方法においては、数段の反応塔を
設け、モノシラン、ジクロルシラン及びトリクロルシラ
ン等の原料気体を用いて熱分解又は還元反応によりシリ
コン超微粒子を析出させるので、装置が大がかりであ
り、製造コストが高くなるという欠点がある。また、こ
の方法では、粒径が大きい球状のシリコン単結晶を得る
ことが困難であるという欠点もある。
【００１３】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、高価な製造装置を必要とせず、太陽電池に
好適の粒状シリコン単結晶を大量生産することができ
て、太陽電池の製品コストを低減することができる太陽
電池用粒状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。
のであって、高価な製造装置を必要とせず、太陽電池に
好適の粒状シリコン単結晶を大量生産することができ
て、太陽電池の製品コストを低減することができる太陽
電池用粒状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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明に係る太陽電池用
粒状シリコン単結晶の製造方法は、複数の種結晶をシリ
コン融液に同時に接触させた後これらを引き上げて各種
結晶の下方にシリコン単結晶を 100μｍ乃至10ｍｍの粒
径まで成長させる工程と、前記種結晶と前記シリコン単
結晶とを分離する工程とを有することを特徴とする。
粒状シリコン単結晶の製造方法は、複数の種結晶をシリ
コン融液に同時に接触させた後これらを引き上げて各種
結晶の下方にシリコン単結晶を 100μｍ乃至10ｍｍの粒
径まで成長させる工程と、前記種結晶と前記シリコン単
結晶とを分離する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
【作用】本発明においては、シリコン融液に種結晶を接
触させ、この種結晶を引き上げることにより、種結晶の
下方にシリコン単結晶を成長させる。この場合に、複数
の種結晶を同時にシリコン融液に接触させる。従って、
複数個の粒状のシリコン単結晶を同時に製造することが
できる。
触させ、この種結晶を引き上げることにより、種結晶の
下方にシリコン単結晶を成長させる。この場合に、複数
の種結晶を同時にシリコン融液に接触させる。従って、
複数個の粒状のシリコン単結晶を同時に製造することが
できる。
【００１６】シリコン単結晶の粒径が 100μｍ未満の場
合は、太陽電池としたときに受光面積が小さすぎて、セ
ル１個当りの出力が十分でない。また、シリコン単結晶
の粒径が10ｍｍを超えると、製造に要する時間が長くな
ると共に結晶内に歪みが蓄積され、結晶転移やクラック
等の欠陥が発生しやすくなる。従って、シリコン単結晶
の粒径は 100μｍ乃至10ｍｍとする。
合は、太陽電池としたときに受光面積が小さすぎて、セ
ル１個当りの出力が十分でない。また、シリコン単結晶
の粒径が10ｍｍを超えると、製造に要する時間が長くな
ると共に結晶内に歪みが蓄積され、結晶転移やクラック
等の欠陥が発生しやすくなる。従って、シリコン単結晶
の粒径は 100μｍ乃至10ｍｍとする。
【００１７】なお、シリコン単結晶成長時の雰囲気をア
ルゴン（Ａｒ）系不活性ガス雰囲気とし、減圧状態に維
持することにより、シリコン単結晶への不純物の混入を
防止することができる。従って、シリコン単結晶成長時
の雰囲気は、アルゴン系不活性ガス雰囲気とすることが
好ましい。
ルゴン（Ａｒ）系不活性ガス雰囲気とし、減圧状態に維
持することにより、シリコン単結晶への不純物の混入を
防止することができる。従って、シリコン単結晶成長時
の雰囲気は、アルゴン系不活性ガス雰囲気とすることが
好ましい。
【００１８】本発明においては、ウェハの切断及び研磨
工程がないため、材料の利用効率が高い。また、種結晶
の下方に粒状のシリコン単結晶を成長させるため、太陽
電池に使用するのに十分な純度の粒状のシリコン単結晶
を短時間で得ることができる。更に、製造された粒状の
シリコン単結晶は、粒径が小さいため、内在歪み、結晶
転移及びクラック等の欠陥を回避することができる。従
って、長期間に亘って使用しても性能が劣化せず、信頼
性が高い太陽電池を得ることができる。更に、比較的簡
単な装置で粒状のシリコン単結晶を大量生産することが
できるため、太陽電池のコストを低減することができ
る。
工程がないため、材料の利用効率が高い。また、種結晶
の下方に粒状のシリコン単結晶を成長させるため、太陽
電池に使用するのに十分な純度の粒状のシリコン単結晶
を短時間で得ることができる。更に、製造された粒状の
シリコン単結晶は、粒径が小さいため、内在歪み、結晶
転移及びクラック等の欠陥を回避することができる。従
って、長期間に亘って使用しても性能が劣化せず、信頼
性が高い太陽電池を得ることができる。更に、比較的簡
単な装置で粒状のシリコン単結晶を大量生産することが
できるため、太陽電池のコストを低減することができ
る。
【００１９】
【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００２０】図１は本発明の実施例方法において使用す
る粒状シリコン単結晶製造装置を示す模式図である。
る粒状シリコン単結晶製造装置を示す模式図である。
【００２１】シリコン融液３はヒータ及び温度制御手段
が設けられた定温加熱槽２に装入される。この定温加熱
槽２は、不純物混入防止のため、減圧状態の不活性ガス
（Ａｒガス等）雰囲気に維持されたチャンバー１内に載
置される。また、例えば原料を補充する等の方法によ
り、定温加熱槽２に装入されたシリコン融液３の液面は
常に一定に維持されるようになっている。
が設けられた定温加熱槽２に装入される。この定温加熱
槽２は、不純物混入防止のため、減圧状態の不活性ガス
（Ａｒガス等）雰囲気に維持されたチャンバー１内に載
置される。また、例えば原料を補充する等の方法によ
り、定温加熱槽２に装入されたシリコン融液３の液面は
常に一定に維持されるようになっている。
【００２２】定温加熱槽２上方には上下方向に移動可能
な昇降装置６が設けられており、この昇降装置６には複
数本の棒状の支持体４がその軸を鉛直にして設けられて
いる。そして、各支持体４の下端部には種結晶５が取り
付けられている。
な昇降装置６が設けられており、この昇降装置６には複
数本の棒状の支持体４がその軸を鉛直にして設けられて
いる。そして、各支持体４の下端部には種結晶５が取り
付けられている。
【００２３】以下に、上述の装置を使用した粒状シリコ
ン単結晶の製造方法を説明する。
ン単結晶の製造方法を説明する。
【００２４】先ず、定温加熱槽２内に多結晶シリコンを
装入し、この多結晶シリコンを溶融してシリコン融液３
を得る。この場合に、チャンバー１内は減圧状態のアル
ゴン系不活性ガス雰囲気とする。次に、昇降装置６を下
降させて、種結晶５の下端部をシリコン融液３に接触さ
せ、その後所定の速度で上昇させる。これにより、図２
に示すように、種結晶５の下方に粒状のシリコン単結晶
７を、粒径が 100μｍ乃至10ｍｍになるまで成長させ
る。この場合に、例えば定温加熱槽２内に原料を補充す
る等の方法により、結晶の成長によるシリコン融液３の
液面の低下を防止する。
装入し、この多結晶シリコンを溶融してシリコン融液３
を得る。この場合に、チャンバー１内は減圧状態のアル
ゴン系不活性ガス雰囲気とする。次に、昇降装置６を下
降させて、種結晶５の下端部をシリコン融液３に接触さ
せ、その後所定の速度で上昇させる。これにより、図２
に示すように、種結晶５の下方に粒状のシリコン単結晶
７を、粒径が 100μｍ乃至10ｍｍになるまで成長させ
る。この場合に、例えば定温加熱槽２内に原料を補充す
る等の方法により、結晶の成長によるシリコン融液３の
液面の低下を防止する。
【００２５】次いで、種結晶５の下方にシリコン単結晶
が 100μｍ乃至10ｍｍの粒径まで成長した後、支持体４
を引き上げ、図２に破線で示すように、種結晶５から粒
状のシリコン単結晶７を切断する。これにより、太陽電
池に好適の粒状のシリコン単結晶を得ることができる。
なお、支持体４及び種結晶５は、繰り返し使用すること
ができる。
が 100μｍ乃至10ｍｍの粒径まで成長した後、支持体４
を引き上げ、図２に破線で示すように、種結晶５から粒
状のシリコン単結晶７を切断する。これにより、太陽電
池に好適の粒状のシリコン単結晶を得ることができる。
なお、支持体４及び種結晶５は、繰り返し使用すること
ができる。
【００２６】本実施例においては、大型のシリコン単結
晶を形成するのではなく、粒径が 100μｍ乃至10ｍｍの
粒状のシリコン単結晶を製造するため、製造に要する時
間は僅かであり、支持体の本数を増やすことにより、太
陽電池用に好適の粒状のシリコン単結晶を高速で量産す
ることが可能である。
晶を形成するのではなく、粒径が 100μｍ乃至10ｍｍの
粒状のシリコン単結晶を製造するため、製造に要する時
間は僅かであり、支持体の本数を増やすことにより、太
陽電池用に好適の粒状のシリコン単結晶を高速で量産す
ることが可能である。
【００２７】また、ＬＳＩ用ウェハ製造装置のように大
型で高度の制御を必要とする製造装置を使用しないた
め、初期投資が少なくてすむという利点もある。更に、
シリコンウェハを用いた従来の方法に比して、ウェハの
切断及び研磨工程がないため、材料利用率が著しく向上
するという効果もある。更にまた、シリコン単結晶を半
導体級の純度にしなくてもよいため、製造工程管理が容
易であり、従来に比して労力及び設備コストを低減する
ことができる。
型で高度の制御を必要とする製造装置を使用しないた
め、初期投資が少なくてすむという利点もある。更に、
シリコンウェハを用いた従来の方法に比して、ウェハの
切断及び研磨工程がないため、材料利用率が著しく向上
するという効果もある。更にまた、シリコン単結晶を半
導体級の純度にしなくてもよいため、製造工程管理が容
易であり、従来に比して労力及び設備コストを低減する
ことができる。
【００２８】更にまた、本実施例方法により製造する結
晶は小粒結晶のため、結晶内の内在歪みがなく、結晶転
移及びクラック等の欠陥を回避できる。従って、長期間
使用しても性能が劣化せず、信頼性が高い太陽電池を得
ることができる。
晶は小粒結晶のため、結晶内の内在歪みがなく、結晶転
移及びクラック等の欠陥を回避できる。従って、長期間
使用しても性能が劣化せず、信頼性が高い太陽電池を得
ることができる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
シリコン融液に種結晶を接触させてこの種結晶の下方に
シリコン単結晶を所定の粒径まで成長させるから、内在
歪み、結晶転移及びクラック等の欠陥がなく太陽電池に
好適の粒状のシリコン単結晶を大量生産することができ
る。また、大型で高価な製造装置を必要とせず、材料利
用効率が高いため、太陽電池のコストを低減することが
可能である。
シリコン融液に種結晶を接触させてこの種結晶の下方に
シリコン単結晶を所定の粒径まで成長させるから、内在
歪み、結晶転移及びクラック等の欠陥がなく太陽電池に
好適の粒状のシリコン単結晶を大量生産することができ
る。また、大型で高価な製造装置を必要とせず、材料利
用効率が高いため、太陽電池のコストを低減することが
可能である。
【図１】本発明の実施例方法において使用する粒状シリ
コン単結晶製造装置を示す模式図である。
コン単結晶製造装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例方法において製造した粒状のシ
リコン単結晶を示す平面図である。
リコン単結晶を示す平面図である。
【符号の説明】 １；チャンバー ２：定温加熱槽 ３；シリコン融液 ４；支持体 ５；種結晶 ６；昇降装置 ７；シリコン単結晶
Claims (2)
- 【請求項１】 複数の種結晶をシリコン融液に同時に接
触させた後これらを引き上げて各種結晶の下方にシリコ
ン単結晶を 100μｍ乃至10ｍｍの粒径まで成長させる工
程と、前記種結晶と前記シリコン単結晶とを分離する工
程とを有することを特徴とする太陽電池用粒状シリコン
単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 前記シリコン単結晶を成長させる工程は
アルゴン系不活性ガス雰囲気中で実施することを特徴と
する請求項１に記載の太陽電池用粒状シリコン単結晶の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3309995A JPH05117091A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 太陽電池用粒状シリコン単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3309995A JPH05117091A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 太陽電池用粒状シリコン単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05117091A true JPH05117091A (ja) | 1993-05-14 |
Family
ID=17999874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3309995A Pending JPH05117091A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 太陽電池用粒状シリコン単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05117091A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8048221B2 (en) * | 2006-01-20 | 2011-11-01 | Stoddard Nathan G | Methods and apparatuses for manufacturing monocrystalline cast silicon and monocrystalline cast silicon bodies for photovoltaics |
| US20120304916A1 (en) * | 2010-02-18 | 2012-12-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of producing silicon carbide single crystal |
-
1991
- 1991-10-29 JP JP3309995A patent/JPH05117091A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8048221B2 (en) * | 2006-01-20 | 2011-11-01 | Stoddard Nathan G | Methods and apparatuses for manufacturing monocrystalline cast silicon and monocrystalline cast silicon bodies for photovoltaics |
| US8951344B2 (en) * | 2006-01-20 | 2015-02-10 | Amg Idealcast Solar Corporation | Methods and apparatuses for manufacturing geometric multicrystalline cast silicon and geometric multicrystalline cast silicon bodies for photovoltaics |
| US20120304916A1 (en) * | 2010-02-18 | 2012-12-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of producing silicon carbide single crystal |
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