JPH0559042B2 - - Google Patents

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JPH0559042B2
JPH0559042B2 JP1142303A JP14230389A JPH0559042B2 JP H0559042 B2 JPH0559042 B2 JP H0559042B2 JP 1142303 A JP1142303 A JP 1142303A JP 14230389 A JP14230389 A JP 14230389A JP H0559042 B2 JPH0559042 B2 JP H0559042B2
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crucible
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Shubirutoritsuhi Ingo
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Bayer AG
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • HELECTRICITY
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    • H01L31/0288Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table characterised by the doping material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は改善された光電池特性を持つたシリコ
ン、その製造方法及び太陽電池の製造にそれを使
用する方法に関する。 本発明に従えば、酸素及び炭素の合計含有率が
3−200ppmであり、赤外線分析により決定した
酸素:炭素の比が2以下であるシリコンが提供さ
れる。このシリコンは、太陽光から電流を発生さ
せるのに高度に効率が良く、従つて太陽電池に有
用な材料である。 シリコンは、多様な用途に使用されている。電
子工業においては、目的に合うように調整された
電子工学的性質を持つた高純度シリコン結晶が使
用される。これらの結晶の製造に伴う高いコスト
は、それから製造される個々の電子工学的部品の
低面積要求のために、個々の部品の全体のコスト
に僅かに寄与するだけである。光電池工学におけ
るシリコンの用途として、ハイパワーの濃縮電池
(concentrator cell)の製造にやはり高純度シリ
コンが使用される。この場合に、純度は、金属異
物原子、アルカリ土金属元素、ホウ素及びリンに
関係するのみならず、炭素及び酸素にも関係す
る。広範な文献があるにもかかわらず、太陽電池
の電気的性質に対する酸素及び炭素の作用に関し
ては余り詳細には知られていない。かくしてこれ
らの2つの元素は著名なトラブルメーカーとして
知られている。[デイ・ヘルムライヒ、エイチ・
ザイテルのデイ・フバー及びアール・ワーリツ
ヒ、“太陽光利用”シリコンにおける欠陥相互作
用、アイ・イー・イー・イー1982、405ff頁(D.
Hermreich,H.Seiter,D.Huber and R.
Wahlich,Defect Interaction in“Solar”
Silicon,IEEE1982,pages 405ff)参照]。 大規模光電池工業技術に対する経済的要求を満
足させることを目的とする地上太陽電池用の多結
晶シリコンにおいては、電子工業用の高純度単結
晶よりもいくらか高い酸素及び炭素含有率が許容
されなければならない。しかしながら、経済的に
製造することができるこれらの材料は、比較的効
率が低いという欠点を有する。 故に、本発明の目的は、効率の改良を達成する
ことができると共に経済的に得ることができる、
光電池工業に適したシリコンを提供することであ
る。 驚くべきことに、シリコンの効率に不利な影響
を与えるのは酸素及び炭素の絶対濃度のみではな
く、それらの相互の割合も又重要であることが見
出だされた。驚くべきことに、酸素:炭素濃度比
が2以下であれば、2つの元素の濃度が比較的高
くても高い効率が得られる。本発明で使用する濃
度は赤外線吸収により決定された値である。 添付図面は、太陽電池中の種々のシリコン材料
の酸素対炭素の比に対する百分率効率をグラフで
示す。 故に、本発明は、IRにより決定した酸素及び
炭素含有率の濃度比が2以下であり、酸素及び炭
素不純物の合計濃度が3−200ppmであるシリコ
ンに関する。特に好ましい本発明に従うシリコン
は、酸素及び炭素不純物の合計濃度が5−
100ppmであるシリコンである。前記濃度比が約
1であり、元素酸素及び炭素の絶対濃度が約
20ppmであるシリコンを使用すると、特に良好な
結果が得られる。 本発明は、本発明に従うシリコンの製造方法に
も関する。本発明に従うシリコンは、好ましく
は、最初にシリコンの炭素含有率を減少させ、次
いで酸素ガスを除去することにより酸素含有率を
調節する方法により製造される。炭素含有率は、
西ドイツ公告公報第3627624号に記載の方法によ
り有利に減少させることができる。この方法に対
応して、溶融シリコンが入つているるつぼにおい
て底部側と上部側の間に温度こう配を生じさせ
る。溶融物中に存在する炭素は、低温側に析出す
る。他の可能な方法としては、西ドイツ公告公報
第3635064号、第3727646号及び第3727647号に記
載の如く、シリコン溶融物に反応性ガスを通すこ
とである。 酸素含有率は、溶融物から約1ミリバールの圧
力で脱ガスすることにより対応して調節すること
ができる。[アイ・エー・アミツク、ジエー・ピ
ー・デイスムケス、アール・ダブリユ・フランシ
ス、エル・ピー・フント等、光電池のための材料
及び新規な加工技術に関する談話会議事録1983
年、83−11巻、ザ・エレクトロケミカル・ソサイ
エテイ・インコーポレーテツド、ニユージヤーシ
ー州、ペニントン、サウス・メイン・ストリート
10、67頁(I.A.Amick,J.P.Dismukes,R.W.
Francis,L.P.Hunt et al.Proc.of the Symp.on
Materials and New Orocessing Technologies
for Photovoltaics 1983,Vo.83−11,The
Electrochemical Society Inc.,10 South Main
St.,Pennington,N.J.,pp.67)]。 本発明に従う好ましい態様においては、シリコ
ンは、固体アルミニウムを使用してガス状四塩化
ケイ素を還元することにより製造される。この種
の方法はEP−B 123100に開示されている。 第1図から分かるとおり、本発明に従うシリコ
ン材料は、非常に良好な効率を示す。効率は、酸
素:炭素比が2より大きくなると有意に減少す
る。 第1図には、多数の試料の平均効率と表1に示
された値が酸素:炭素比の関数としてプロツトさ
れている。平均効率の増加は2で始まり、1で最
大値に達する。 これらの良好な効率により、本発明に従うシリ
コンは、太陽電池の製造に非常に好適である。故
に、本発明は、太陽電池を製造するためのシリコ
ンの使用に関する。 本発明を実施例により以下に説明するが、これ
は本発明を限定することを示すものではない。 実施例 1 下記表1に、10%及びそれ以上の効率を有する
太陽電池を製造した3つのシリコン試料の分析デ
ータを示す。酸素及び炭素の値はppmaで与えら
れたIRデータであり、他の元素の濃度は原子発
光線(atomic emission lines)により決定され
た。これらの値の濃度はppmgで与えられてい
る。黒丸は表1からのデータであり、白丸は平均
値により得られた結果である。
【表】 実施例 2 この実施例は、炭素含有率を低下させることに
よつて本発明のシリコンを製造する方法を例示す
る(前記実施例1のシリコンはこれに倣つて製造
されたものである)。 炭素含有率が1500ppmaのシリコンを、減圧装
置を備えた収容能力2Kgのグラフアイトるつぼの
中で溶融させた。該るつぼは厚さ10mmのグラフア
イトフエルト絶縁マツトで囲まれているが、該マ
ツトはるつぼの底の中央において直径40mmの円形
に取除かれていて、るつぼの底の熱が水冷壁を有
する減圧装置へ発散されるようになつている。る
つぼの中程度の振動数における放射によつて加熱
し、るつぼの底の冷却区域の温度を1420℃に、る
つぼの上縁部の温度を1600℃に、それぞれ維持し
た。この温度で減圧下に2時間保つたのち、溶融
物をるつぼから注ぎ出した。 装置を冷却後に開いたところ、るつぼの底の円
形の冷却区域に微小な結晶が堆積していた。分析
によれば、この結晶はシリコンカーバイドであつ
た。 また、注ぎ出されたシリコンは、分析により、
93ppmaの炭素を含有するものであることが確認
された。 本発明の主なる特徴及び態様は以下のとおりで
ある。 1 酸素及び炭素含有率の合計が3−200ppmで
あり、赤外線分析で決定した酸素:炭素の比が
2以下であるシリコン。 2 酸素及び炭素不純物の合計濃度が5−
100ppmである、上記1に記載のシリコン。 3 酸素:炭素比が約1であり、元素炭素及び酸
素の絶対濃度が約20ppmである、上記1に記載
のシリコン。 4 最初にシリコンの炭素含有率を減少させ、次
いで酸素ガスを除去することにより酸素含有率
を調節する上記1に記載のシリコンを製造する
方法。 5 溶融したシリコンが入つているるつぼ中の2
つの点の間に温度勾配を生じさせ、そして溶融
シリコンの温度を調節し、それにより存在する
炭素を前記温度勾配の低温側に析出させること
により、シリコンの炭素含有率を減少させる、
上記4に記載の方法。 6 シリコン溶融物を炭素と反応性のガスと接触
させることにより、シリコンの炭素含有率を減
少させる、上記4に記載の方法。 7 溶融したシリコンを減圧下に脱ガスすること
により酸素を除去する、上記4に記載の方法。 8 前記減圧が約1ミリバールである、上記7に
記載の方法。 9 シリコンが、固体アルミニウムを使用してガ
ス状四塩化ケイ素を還元することにより製造さ
れたものである上記4に記載の方法。 10 電流を発生するための光電池手段としてシリ
コンを含む太陽電池において、該シリコンが上
記1に記載のシリコンであることを特徴とする
改良された太陽電池。
【図面の簡単な説明】
第1図は多数のシリコン試料の平均効率及び表
1に示された効率の値を酸素:炭素比の関数とし
てプロツトしたグラフ図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 酸素及び炭素の合計含有率が3−200ppmで
    あり、赤外線分析で決定した酸素:炭素の比が2
    以下であるシリコン。 2 最初にシリコンの炭素含有率を減少させ、次
    いで酸素ガスを除去することにより酸素含有率を
    調節する特許請求の範囲第1項記載のシリコンを
    製造する方法。 3 電流の発生するための光電池手段としてシリ
    コンを含む太陽電池において、該シリコンが特許
    請求の範囲第1項記載のシリコンであることを特
    徴とする改良された太陽電池。
JP1142303A 1988-06-10 1989-06-06 太陽電池用のシリコン、その製造方法及びその使用 Granted JPH0238305A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3819778.2 1988-06-10
DE3819778A DE3819778A1 (de) 1988-06-10 1988-06-10 Silicium fuer solarzellen, verfahren zu seiner herstellung sowie dessen verwendung

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JPH0238305A JPH0238305A (ja) 1990-02-07
JPH0559042B2 true JPH0559042B2 (ja) 1993-08-30

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