JPH05254817A - 多結晶シリコン鋳塊の製造方法 - Google Patents
多結晶シリコン鋳塊の製造方法Info
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- JPH05254817A JPH05254817A JP4087569A JP8756992A JPH05254817A JP H05254817 A JPH05254817 A JP H05254817A JP 4087569 A JP4087569 A JP 4087569A JP 8756992 A JP8756992 A JP 8756992A JP H05254817 A JPH05254817 A JP H05254817A
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- silicon
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- C01—INORGANIC CHEMISTRY
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 原料純度の低いシリコンを用いて、安価に太
陽電池のシリコン基板用シリコン鋳塊を製造する方法を
提供する。 【構成】 溶融シリコンを保持した鋳型内において、鋳
型下部から上方へシリコンを一方向に凝固させる際に、
鋳型側面あるいは上面に設置したコイルによって発生す
る磁界により鋳型内のシリコン溶解部を攪拌することを
特徴とする多結晶シリコン鋳塊の製造方法。
陽電池のシリコン基板用シリコン鋳塊を製造する方法を
提供する。 【構成】 溶融シリコンを保持した鋳型内において、鋳
型下部から上方へシリコンを一方向に凝固させる際に、
鋳型側面あるいは上面に設置したコイルによって発生す
る磁界により鋳型内のシリコン溶解部を攪拌することを
特徴とする多結晶シリコン鋳塊の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池用シリコン基
板を製造する多結晶シリコン鋳塊の製造方法に関する。
板を製造する多結晶シリコン鋳塊の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、太陽電池用シリコン基板を製造す
るための高純度多結晶シリコン鋳塊の研究が種々行われ
てきたが、いずれも鋳型内のシリコンを鋳型底部から上
方へ一方向に凝固させることにより、シリコンが凝固す
る際に生ずる膨張による応力を緩和している。これらの
方法は、 17th IEEE (1986) p.296、15th IEEE (1981) p.576
に記載されている、鋳型底から冷却して一方向に凝固さ
せる方法。 2nd PV -SEC (1986) p.199、9th European PSEC (1
989) p.13 、日本金属学会報28 (1989) p.664 に記載さ
れている、鋳型を加熱部分から下げて鋳型底部より一方
向に凝固させる方法。の２つの方法に分類される。しか
しながら上記に掲げた方法では凝固に際して不純物の
精製効果に着目せず、鋳塊製造の原料は高価な高純度シ
リコン（純度８−Ｎ以上）を原料としている。に掲げ
た方法ではと同様に、シリコンの凝固時の精製効果を
利用せずに高価な高純度シリコンを用いていた。一方、
特開昭61-141612 号公報に開示されているように、鋳型
を水平方向に間歇的に回転させ、シリコンの凝固時の結
晶組織と析出物の制御を行っているが、鋳型を回転する
だけでは溶融シリコンに対する攪拌力が不足であった。
るための高純度多結晶シリコン鋳塊の研究が種々行われ
てきたが、いずれも鋳型内のシリコンを鋳型底部から上
方へ一方向に凝固させることにより、シリコンが凝固す
る際に生ずる膨張による応力を緩和している。これらの
方法は、 17th IEEE (1986) p.296、15th IEEE (1981) p.576
に記載されている、鋳型底から冷却して一方向に凝固さ
せる方法。 2nd PV -SEC (1986) p.199、9th European PSEC (1
989) p.13 、日本金属学会報28 (1989) p.664 に記載さ
れている、鋳型を加熱部分から下げて鋳型底部より一方
向に凝固させる方法。の２つの方法に分類される。しか
しながら上記に掲げた方法では凝固に際して不純物の
精製効果に着目せず、鋳塊製造の原料は高価な高純度シ
リコン（純度８−Ｎ以上）を原料としている。に掲げ
た方法ではと同様に、シリコンの凝固時の精製効果を
利用せずに高価な高純度シリコンを用いていた。一方、
特開昭61-141612 号公報に開示されているように、鋳型
を水平方向に間歇的に回転させ、シリコンの凝固時の結
晶組織と析出物の制御を行っているが、鋳型を回転する
だけでは溶融シリコンに対する攪拌力が不足であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、原料純度の
低いシリコンを用いて、精製効果を積極的に利用するこ
とで安価にシリコン鋳塊を製造する方法を提供するもの
である。
低いシリコンを用いて、精製効果を積極的に利用するこ
とで安価にシリコン鋳塊を製造する方法を提供するもの
である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、溶融シリコン
を保持した鋳型内において、鋳型下部から上方へシリコ
ンを一方向に凝固させる際に、鋳型側面あるいは上面に
設置した磁界を加えるコイルによって発生する磁界によ
り、鋳型内のシリコン溶解部を攪拌することを特徴とす
る多結晶シリコン鋳塊の製造方法である。
を保持した鋳型内において、鋳型下部から上方へシリコ
ンを一方向に凝固させる際に、鋳型側面あるいは上面に
設置した磁界を加えるコイルによって発生する磁界によ
り、鋳型内のシリコン溶解部を攪拌することを特徴とす
る多結晶シリコン鋳塊の製造方法である。
【０００５】
【作用】太陽電池用の多結晶シリコン基板を製造するに
は、現在多結晶シリコン鋳塊を製造し、その後鋳塊から
基板を切り出す方法が主流である。鋳塊製造時には、溶
融状態のシリコンの密度２．５ｇ／ｃｍ3 が固体状態の
シリコンの密度２．３ｇ／ｃｍ3 より大きいためシリコ
ンの凝固時に約１０％の体積膨張が発生し、シリコン鋳
塊内に生ずる応力でシリコン鋳塊にクラックが入る場合
がある。通常は、上記の状況を勘案して鋳型壁からシリ
コン浴表面に凝固進行方向を調整し、応力を緩和してシ
リコン鋳塊に対するクラックの発生を防止している。こ
の場合、溶融シリコンを攪拌しながら凝固させると、不
純物の殆どは液体と固体の溶解度の差によって溶融シリ
コン中に濃縮され、凝固完了後の鋳塊の大部分は精製さ
れる。この時不純物の濃度分布は一般に次式に従うと
いわれている。 Ｃ＝ｋ・Ｃｏ（１−ｆ）k-1 ─── Ｃ ：凝固相中の不純物濃度 Ｃｏ：凝固前の初期不純物濃度 ｋ ：分配係数 ｆ ：凝固相の割合 分配係数ｋは、不純物元素の種類、溶融シリコンの攪拌
状態、および凝固速度などの要因で変化する。このうち
凝固中に残存する溶融シリコンの攪拌状態が充分でない
と、ｋの値が大きくなるため凝固相（鋳塊）中の不純物
濃度Ｃが大きくなって精製効率が低下する。 これを回
避するためには操業上凝固速度と攪拌状態を調整する必
要がある。 例えば凝固速度が０．３ｍｍ／ｍｉｎまで
は熱対流による攪拌でよいが、０．３ｍｍ／ｍｉｎ以上
では熱対流以上に溶融シリコンの攪拌を強化する必要が
ある。これに対し特開昭61-141612 号公報に開示されて
いる方法によれば、鋳塊の組織を制御するために鋳型を
回転させることによって溶融シリコンを攪拌することが
できるが、この場合装置の設備コストやメインテナンス
などに問題があった。また凝固末期には溶融シリコンに
濃縮される不純物に起因すると推定される粘性の増加が
あり、回転のみでは攪拌力が不足し、したがって精製純
度が低下する。この現象は低品位のシリコンを融解した
後、鋳塊を製造する場合に特に顕著になる。
は、現在多結晶シリコン鋳塊を製造し、その後鋳塊から
基板を切り出す方法が主流である。鋳塊製造時には、溶
融状態のシリコンの密度２．５ｇ／ｃｍ3 が固体状態の
シリコンの密度２．３ｇ／ｃｍ3 より大きいためシリコ
ンの凝固時に約１０％の体積膨張が発生し、シリコン鋳
塊内に生ずる応力でシリコン鋳塊にクラックが入る場合
がある。通常は、上記の状況を勘案して鋳型壁からシリ
コン浴表面に凝固進行方向を調整し、応力を緩和してシ
リコン鋳塊に対するクラックの発生を防止している。こ
の場合、溶融シリコンを攪拌しながら凝固させると、不
純物の殆どは液体と固体の溶解度の差によって溶融シリ
コン中に濃縮され、凝固完了後の鋳塊の大部分は精製さ
れる。この時不純物の濃度分布は一般に次式に従うと
いわれている。 Ｃ＝ｋ・Ｃｏ（１−ｆ）k-1 ─── Ｃ ：凝固相中の不純物濃度 Ｃｏ：凝固前の初期不純物濃度 ｋ ：分配係数 ｆ ：凝固相の割合 分配係数ｋは、不純物元素の種類、溶融シリコンの攪拌
状態、および凝固速度などの要因で変化する。このうち
凝固中に残存する溶融シリコンの攪拌状態が充分でない
と、ｋの値が大きくなるため凝固相（鋳塊）中の不純物
濃度Ｃが大きくなって精製効率が低下する。 これを回
避するためには操業上凝固速度と攪拌状態を調整する必
要がある。 例えば凝固速度が０．３ｍｍ／ｍｉｎまで
は熱対流による攪拌でよいが、０．３ｍｍ／ｍｉｎ以上
では熱対流以上に溶融シリコンの攪拌を強化する必要が
ある。これに対し特開昭61-141612 号公報に開示されて
いる方法によれば、鋳塊の組織を制御するために鋳型を
回転させることによって溶融シリコンを攪拌することが
できるが、この場合装置の設備コストやメインテナンス
などに問題があった。また凝固末期には溶融シリコンに
濃縮される不純物に起因すると推定される粘性の増加が
あり、回転のみでは攪拌力が不足し、したがって精製純
度が低下する。この現象は低品位のシリコンを融解した
後、鋳塊を製造する場合に特に顕著になる。
【０００６】本発明は前述の問題を解決するためのもの
であり、溶融シリコンを攪拌する方法として、磁界によ
る方法を採用するものである。溶融シリコンに印加する
磁界として、進行磁界は容易に磁界の制御ができるため
シリコンの攪拌状態を制御し易い。溶融シリコンの攪拌
は、凝固相から排出される不純物を液相内に積極的に排
出することが目的であるため、磁界によるシリコンの流
れは主たる凝固進行方向と一致しない方が攪拌の効果が
大きい。このため主たる凝固進行方向に直角な面と一致
するように磁界を印加することにより溶融シリコンの流
れが乱され、効率良く攪拌されることになる。また磁界
によって生ずる溶融シリコンの流速は、不純物の排出を
充分に行うために、熱対流以上の流速が要求される。溶
融シリコンの熱対流は一般に５〜２５ｍｍ／ｓといわれ
ており、磁界印加時もこれと同等あるいはこれ以上の流
速が要求され、磁界の密度として１〜５ガウスが要求さ
れる。更により大きな精製効果を得るためにはこれ以上
の磁界を印加すればよい。以上、本発明の製造方法によ
り、精製された多結晶シリコン鋳塊を安価に製造でき
た。
であり、溶融シリコンを攪拌する方法として、磁界によ
る方法を採用するものである。溶融シリコンに印加する
磁界として、進行磁界は容易に磁界の制御ができるため
シリコンの攪拌状態を制御し易い。溶融シリコンの攪拌
は、凝固相から排出される不純物を液相内に積極的に排
出することが目的であるため、磁界によるシリコンの流
れは主たる凝固進行方向と一致しない方が攪拌の効果が
大きい。このため主たる凝固進行方向に直角な面と一致
するように磁界を印加することにより溶融シリコンの流
れが乱され、効率良く攪拌されることになる。また磁界
によって生ずる溶融シリコンの流速は、不純物の排出を
充分に行うために、熱対流以上の流速が要求される。溶
融シリコンの熱対流は一般に５〜２５ｍｍ／ｓといわれ
ており、磁界印加時もこれと同等あるいはこれ以上の流
速が要求され、磁界の密度として１〜５ガウスが要求さ
れる。更により大きな精製効果を得るためにはこれ以上
の磁界を印加すればよい。以上、本発明の製造方法によ
り、精製された多結晶シリコン鋳塊を安価に製造でき
た。
【０００７】
【実施例】以下に本発明による実施例と従来方法による
比較例について述べる。まず、実施例１について述べ
る。一辺の内寸が２２ｃｍで深さが２５ｃｍの角型鋳型
に高純度シリコン（純度９−Ｎ以上）２０ｋｇを溶解
し、それにＡｌを０．２ｇ添加した溶融シリコンを鋳型
底からガス冷却によって抜熱し、底部から一方向に凝固
を進行させ、凝固中、磁束密度は１０ガウスの進行磁場
をシリコンに印加した。この時の凝固速度と磁束密度お
よび鋳塊内のＡｌ濃度、すなわち得られたシリコン鋳塊
の、下から高さ２０、５０、８０％の位置からシリコン
を切り出し、分析をした結果を表１の実施例１に示す。
次に比較例１について述べる。同じく、一辺の内寸が２
２ｃｍで深さが２５ｃｍの角型鋳型に高純度シリコン
（純度９−Ｎ以上）２０ｋｇを溶解し、それにＡｌを
０．２ｇ添加した溶融シリコンを鋳型底部からガス冷却
によって抜熱し、底から一方向に凝固を進行させた。こ
の時の凝固速度は０．７ｍｍ／ｍｉｎであった。 この
時の凝固速度と鋳塊内のＡｌ濃度、すなわち得られたシ
リコン鋳塊の、下から高さ２０、５０、８０％の位置か
らシリコンを切り出し、分析をした結果を表１の比較例
１に示す。
比較例について述べる。まず、実施例１について述べ
る。一辺の内寸が２２ｃｍで深さが２５ｃｍの角型鋳型
に高純度シリコン（純度９−Ｎ以上）２０ｋｇを溶解
し、それにＡｌを０．２ｇ添加した溶融シリコンを鋳型
底からガス冷却によって抜熱し、底部から一方向に凝固
を進行させ、凝固中、磁束密度は１０ガウスの進行磁場
をシリコンに印加した。この時の凝固速度と磁束密度お
よび鋳塊内のＡｌ濃度、すなわち得られたシリコン鋳塊
の、下から高さ２０、５０、８０％の位置からシリコン
を切り出し、分析をした結果を表１の実施例１に示す。
次に比較例１について述べる。同じく、一辺の内寸が２
２ｃｍで深さが２５ｃｍの角型鋳型に高純度シリコン
（純度９−Ｎ以上）２０ｋｇを溶解し、それにＡｌを
０．２ｇ添加した溶融シリコンを鋳型底部からガス冷却
によって抜熱し、底から一方向に凝固を進行させた。こ
の時の凝固速度は０．７ｍｍ／ｍｉｎであった。 この
時の凝固速度と鋳塊内のＡｌ濃度、すなわち得られたシ
リコン鋳塊の、下から高さ２０、５０、８０％の位置か
らシリコンを切り出し、分析をした結果を表１の比較例
１に示す。
【０００８】実施例２について述べる。一辺の内寸が２
２ｃｍで深さが２５ｃｍの角型鋳型に高純度シリコン
（純度９−Ｎ以上）２０ｋｇを溶解し、それにＡｌを
０．２ｇ添加した溶融シリコンを鋳型底部から水冷却し
て底から一方向に凝固を進行させ、凝固中、磁束密度は
２０ガウスの進行磁場をシリコンに印加した。この時の
凝固速度と磁束密度および鋳塊内のＡｌ濃度、すなわち
得られたシリコン鋳塊の、下から高さ２０、５０、８０
％の位置からシリコンを切り出し、分析をした結果を表
１の実施例２に示す。比較例２について述べる。 一辺
の内寸が２２ｃｍで深さが２５ｃｍの角型鋳型に高純度
シリコン（純度９−Ｎ以上）２０ｋｇを溶解し、それに
Ａｌを０．２ｇ添加した溶融シリコンを鋳型底部から水
冷却して底から一方向に凝固を進行させたが、磁界は印
加しなかった。この時の凝固速度と鋳塊内のＡｌ濃度、
すなわち得られたシリコン鋳塊の、下から高さ２０、５
０、８０％の位置からシリコンを切り出し、分析をした
結果を表１の比較例２に示す。
２ｃｍで深さが２５ｃｍの角型鋳型に高純度シリコン
（純度９−Ｎ以上）２０ｋｇを溶解し、それにＡｌを
０．２ｇ添加した溶融シリコンを鋳型底部から水冷却し
て底から一方向に凝固を進行させ、凝固中、磁束密度は
２０ガウスの進行磁場をシリコンに印加した。この時の
凝固速度と磁束密度および鋳塊内のＡｌ濃度、すなわち
得られたシリコン鋳塊の、下から高さ２０、５０、８０
％の位置からシリコンを切り出し、分析をした結果を表
１の実施例２に示す。比較例２について述べる。 一辺
の内寸が２２ｃｍで深さが２５ｃｍの角型鋳型に高純度
シリコン（純度９−Ｎ以上）２０ｋｇを溶解し、それに
Ａｌを０．２ｇ添加した溶融シリコンを鋳型底部から水
冷却して底から一方向に凝固を進行させたが、磁界は印
加しなかった。この時の凝固速度と鋳塊内のＡｌ濃度、
すなわち得られたシリコン鋳塊の、下から高さ２０、５
０、８０％の位置からシリコンを切り出し、分析をした
結果を表１の比較例２に示す。
【０００９】実施例３について述べる。一辺の内寸が２
２ｃｍで深さが２５ｃｍの角型鋳型に高純度シリコン
（純度９−Ｎ以上）２０ｋｇを溶解し、それにＡｌを
０．２ｇ添加した溶融シリコンを鋳型底部から水冷却し
て底から一方向に凝固を進行させ、この際の冷却水量
は、他の実施例の３倍とした。凝固中、磁束密度は２５
ガウスの進行磁場をシリコンに印加し、この時の凝固速
度と鋳塊内のＡｌ濃度、すなわち得られたシリコン鋳塊
の、下から高さ２０、５０、８０％の位置からシリコン
を切り出し、分析をした結果を表１の実施例３に示す。
比較例３について述べる。 一辺の内寸が２２ｃｍで深
さが２５ｃｍの角型鋳型に高純度シリコン（純度９−Ｎ
以上）２０ｋｇを溶解し、それにＡｌを０．２ｇ添加し
た溶融シリコンを鋳型底部から水冷却して底から一方向
に凝固を進行させ、この際の冷却水量は、他の比較例の
３倍とした。磁界は印加しなかった。この時の凝固速度
と鋳塊内のＡｌ濃度、すなわち得られたシリコン鋳塊
の、下から高さ２０、５０、８０％の位置からシリコン
を切り出し、分析をした結果を表１の比較例３に示す。
２ｃｍで深さが２５ｃｍの角型鋳型に高純度シリコン
（純度９−Ｎ以上）２０ｋｇを溶解し、それにＡｌを
０．２ｇ添加した溶融シリコンを鋳型底部から水冷却し
て底から一方向に凝固を進行させ、この際の冷却水量
は、他の実施例の３倍とした。凝固中、磁束密度は２５
ガウスの進行磁場をシリコンに印加し、この時の凝固速
度と鋳塊内のＡｌ濃度、すなわち得られたシリコン鋳塊
の、下から高さ２０、５０、８０％の位置からシリコン
を切り出し、分析をした結果を表１の実施例３に示す。
比較例３について述べる。 一辺の内寸が２２ｃｍで深
さが２５ｃｍの角型鋳型に高純度シリコン（純度９−Ｎ
以上）２０ｋｇを溶解し、それにＡｌを０．２ｇ添加し
た溶融シリコンを鋳型底部から水冷却して底から一方向
に凝固を進行させ、この際の冷却水量は、他の比較例の
３倍とした。磁界は印加しなかった。この時の凝固速度
と鋳塊内のＡｌ濃度、すなわち得られたシリコン鋳塊
の、下から高さ２０、５０、８０％の位置からシリコン
を切り出し、分析をした結果を表１の比較例３に示す。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【発明の効果】本発明により、原料純度の低いシリコン
を用いて、安価に太陽電池のシリコン基板用シリコン鋳
塊を製造する方法を提供することができた。
を用いて、安価に太陽電池のシリコン基板用シリコン鋳
塊を製造する方法を提供することができた。
Claims (1)
- 【請求項１】 溶融シリコンを保持した鋳型内におい
て、鋳型下部から上方へシリコンを一方向に凝固させる
際に、鋳型側面あるいは上面に設置した磁界を加えるコ
イルによって発生する磁界により、鋳型内のシリコン溶
解部を攪拌することを特徴とする多結晶シリコン鋳塊の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4087569A JPH05254817A (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 多結晶シリコン鋳塊の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4087569A JPH05254817A (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 多結晶シリコン鋳塊の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05254817A true JPH05254817A (ja) | 1993-10-05 |
Family
ID=13918636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4087569A Pending JPH05254817A (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 多結晶シリコン鋳塊の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05254817A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1992
- 1992-03-12 JP JP4087569A patent/JPH05254817A/ja active Pending
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