JPH06191820A - Production of silicon thin plate - Google Patents

Production of silicon thin plate

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JPH06191820A
JPH06191820A JP4347767A JP34776792A JPH06191820A JP H06191820 A JPH06191820 A JP H06191820A JP 4347767 A JP4347767 A JP 4347767A JP 34776792 A JP34776792 A JP 34776792A JP H06191820 A JPH06191820 A JP H06191820A
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JP
Japan
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silicon
thin plate
melt
interface
crucible
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JP4347767A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Nakamura
修 中村
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Tonen General Sekiyu KK
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Tonen Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

PURPOSE:To provide a production method of a silicon thin plate with good productivity and lower production cost. CONSTITUTION:A crystalline silicon thin plate 80 is produced by cooling the interface of a silicon liquid in a crucible 40 and a gas phase to precipitate silicon in the interface. The silicon liquid is obtd. by melting a silicon plate 80 in a flux selected from indium, tin and gallium. Compared to the conventional method using a silicon liquid obtd. by melting silicon, it is not necessary for this method to maintain the silicon higher than its melting point so that the process temp. during the production of silicon thin plate can be decreased. Thereby, inexpensive constitutional parts can be used and the energy used for the production can be decreased.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池用基板等に適
用できる結晶性シリコン薄板の製造方法に係り、特に、
生産性が良好でしかも製造コストの低減が図れるシリコ
ン薄板の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a crystalline silicon thin plate applicable to a substrate for solar cells, etc.
The present invention relates to a method for manufacturing a silicon thin plate which has good productivity and can reduce manufacturing cost.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、地球環境保護の見地から、火力発
電、原子力発電等に代わる発電手段として太陽電池が注
目されている。すなわち、この太陽電池は太陽光さえ当
たれば発電を行い、しかも二酸化炭素、放射性廃棄物等
を一切排出しないためクリーンなエネルギー源として期
待されている。
2. Description of the Related Art In recent years, from the viewpoint of protecting the global environment, a solar cell has been attracting attention as a power generation means replacing thermal power generation, nuclear power generation and the like. In other words, this solar cell is expected to be a clean energy source because it generates power when exposed to sunlight and does not emit carbon dioxide or radioactive waste at all.

【0003】しかしながら、太陽電池による発電はその
コストが未だ高く、太陽電池が広く一般に普及されるた
めには製造コストの大幅な低減を図ることが必要とな
る。
However, the cost of power generation by a solar cell is still high, and it is necessary to significantly reduce the manufacturing cost in order for the solar cell to be widely popularized.

【0004】ところで、この太陽電池の代表例として、
単結晶シリコン基板又は多結晶シリコン基板を加工して
製造される結晶シリコン系太陽電池が挙げられる。そし
て、前者においては、チョクラルスキー法等でシリコン
融液より引上げられて求められた単結晶シリコンのイン
ゴットから、ダイヤモンド・ソーにより単結晶シリコン
ウェーハを切出して太陽電池用基板としており、また、
後者においてはキャスト法等で多結晶シリコンのインゴ
ットを作製し、同じくダイヤモンド・ソーによりキャス
ト・シリコン・ウェーハを切出して太陽電池用基板とし
ている。
By the way, as a typical example of this solar cell,
An example is a crystalline silicon solar cell manufactured by processing a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate. And, in the former, from a single crystal silicon ingot obtained by pulling from the silicon melt by the Czochralski method, etc., a single crystal silicon wafer is cut out with a diamond saw as a solar cell substrate, and,
In the latter case, a polycrystalline silicon ingot is produced by a casting method or the like, and a cast silicon wafer is cut out with a diamond saw to obtain a solar cell substrate.

【0005】しかし、これ等の方法では、結晶性シリコ
ン・インゴットの成長速度が遅いためその生産性が悪
く、しかも、ダイヤモンド・ソーによる切断工程が必要
になるため、その分、製造コストが上昇してしまう欠点
があった。
However, in these methods, since the growth rate of the crystalline silicon ingot is slow, the productivity thereof is poor, and a cutting step with a diamond saw is required, which increases the manufacturing cost accordingly. There was a drawback that

【0006】尚、これ等結晶シリコン系太陽電池の製造
に伴う上述した弊害を解消するものとして、アモルファ
スシリコンに代表される薄膜太陽電池も熱心に研究され
ている。しかし、コスト的にも性能的にも、電力用太陽
電池の材料として上記結晶シリコン系太陽電池を凌ぐに
は至っていない。
As a solution to the above-mentioned problems associated with the production of crystalline silicon solar cells, thin-film solar cells typified by amorphous silicon have been eagerly studied. However, in terms of cost and performance, the crystalline silicon-based solar cell has not been surpassed as a material for a solar cell for electric power.

【0007】そこで、ダイヤモンド・ソーによる上記切
断工程を必要としない多結晶シリコン薄板の製造方法が
いくつか提案されている。
Therefore, some methods of manufacturing a polycrystalline silicon thin plate have been proposed which do not require the above cutting step with a diamond saw.

【0008】その一例として、シリコン融液からリボン
状のシリコン薄板を引上げるEFG(Edge-defined Fil
m-fed Growth)法が挙げられる[例えば、“EFG cry
stalgrowth technology for low cost terrestrial pho
tovoltaics:review andoutlook”,F.V.Wald et al.,Sol
ar Energy Materials and Solar Cells,vol.23,p.175(1
992),参照]。この方法においては、図7に示すように
溶融したシリコンaのバスbより、結晶性のシリコン薄
板cをシリコン融液面に対し垂直方向へ引上げて製造し
ている。尚、図7中、dはリボン、eはダイを示してい
る。
As an example, an EFG (Edge-defined Fil) is used to pull up a ribbon-shaped silicon thin plate from a silicon melt.
m-fed Growth) method [eg, “EFG cry
stalgrowth technology for low cost terrestrial pho
tovoltaics: review andoutlook ”, FVWald et al., Sol
ar Energy Materials and Solar Cells, vol.23, p.175 (1
992), see]. In this method, as shown in FIG. 7, a crystalline silicon thin plate c is pulled up from a bath b of molten silicon a in a direction perpendicular to the silicon melt surface to manufacture. In FIG. 7, d is a ribbon and e is a die.

【0009】しかし、この製造方法においてはシリコン
の結晶成長がシリコン融液とシリコン薄板の界面でのみ
しか起こらないため、太陽電池として使用可能な品質の
結晶性シリコンを得るには成長速度として高々数センチ
/分程度に制限しなければならず、従って、生産性に劣
り、太陽電池の低コスト化、大量生産には対応し難い欠
点があった。
However, in this manufacturing method, the crystal growth of silicon occurs only at the interface between the silicon melt and the silicon thin plate, and therefore, in order to obtain crystalline silicon of a quality usable as a solar cell, the growth rate is at most several. It has to be limited to about centimeters / minute, and therefore has the drawbacks of poor productivity, low cost of solar cells, and difficulty in mass production.

【0010】また、他の例として、カーボン・ファイバ
ー・クロス、グラファイト・シート等の耐熱性材料で作
られたテープを溶融シリコン・バス中を通過させて上記
テープ上に結晶性シリコンを析出させる方法も開発され
ている[例えば、“ Growthof polysilicon sheets on
a carbon shaper by the RAD process”,C.Belouetet a
l.,Journal of Crystal Growth,vol.61,p.615(1983),参
照]。この方法では、溶融したシリコン中あるいは溶融
シリコンの表面に耐熱性テープを通過させ、テープに付
着したシリコン融液を固化させて多結晶シリコンを求め
る方法である。そして、この方法においてはシリコンの
結晶化は必ずしもシリコン融液界面で生じさせる必要は
なく、テープに付着した後の熱処理過程で結晶化させる
ことができるため、上述したリボン状シリコンの作製方
法に較べて成長速度を速められる利点を有している。
As another example, a method in which a tape made of a heat resistant material such as carbon fiber cloth or graphite sheet is passed through a molten silicon bath to deposit crystalline silicon on the tape. Have also been developed [eg, “Growth of Poly sheets on
a carbon shaper by the RAD process ”, C.Belouetet a
l., Journal of Crystal Growth, vol.61, p.615 (1983), see]. In this method, a heat-resistant tape is passed through the surface of molten silicon or the surface of molten silicon, and the silicon melt adhering to the tape is solidified to obtain polycrystalline silicon. In this method, the crystallization of silicon does not necessarily have to occur at the silicon melt interface and can be performed in the heat treatment process after attaching to the tape. Has the advantage that the growth rate can be increased.

【0011】しかし、この方法においても以下のような
欠点を有していた。
However, this method also has the following drawbacks.

【0012】まず、この方法においてシリコンはカーボ
ン等の耐熱性テープ上で結晶成長する。このとき、成長
温度(シリコンの融点である1410℃以上)から室温
までの冷却中に、シリコンと耐熱性テープとの熱膨張係
数の違いに起因してシリコン内にクラックあるいは各種
の結晶欠陥が発生し易い。そして、シリコン内のこれ等
クラックや結晶欠陥は、太陽電池に適用された場合にそ
の特性を大きく低下させる原因となる。
First, in this method, silicon crystallizes on a heat resistant tape such as carbon. At this time, during cooling from the growth temperature (1410 ° C. or higher which is the melting point of silicon) to room temperature, cracks or various crystal defects occur in the silicon due to the difference in thermal expansion coefficient between the silicon and the heat resistant tape. Easy to do. Then, these cracks and crystal defects in the silicon cause the characteristics to be greatly deteriorated when applied to the solar cell.

【0013】また、上記カーボン等の耐熱性テープは高
純度のものを使用しなければならない。耐熱性テープ内
に不純物が含まれているとこの不純物がシリコンの成
長、結晶化の過程においてシリコン中に拡散され、太陽
電池に適用された場合にその特性を大きく低下させる原
因になるからである。
The heat resistant tape such as carbon must be of high purity. This is because if the heat-resistant tape contains impurities, these impurities will be diffused into the silicon during the growth and crystallization process of silicon and will cause a significant deterioration in its characteristics when applied to solar cells. .

【0014】このようにリボン状のシリコン薄板を引上
げるEFG法においては生産性に難があり、また、耐熱
性テープ上にシリコンを成長させる製造方法においては
太陽電池の特性を低下させてしまう欠点があった。
As described above, the EFG method of pulling up the ribbon-shaped silicon thin plate has a difficulty in productivity, and the manufacturing method of growing silicon on the heat-resistant tape deteriorates the characteristics of the solar cell. was there.

【0015】このような技術的背景の下、上記耐熱性テ
ープのような支持基材を必要とせず、しかも高速に結晶
性シリコン薄板が求められる新たな製造方法が提案され
ている。例えば、特開昭57−205395号公報にお
いては、るつぼ内のシリコン融液に対しこのシリコン融
液上の近傍に冷却板を配置してシリコン融液と気相との
界面を冷却し、固相シリコンを析出させる方法が開示さ
れており、また、特開昭55−140791号公報にお
いては上記シリコン融液面へ冷却ガスを吹付けて固相シ
リコンを析出させる方法が記載されている。
Under such a technical background, a new manufacturing method has been proposed in which a supporting base material such as the above heat-resistant tape is not required and a crystalline silicon thin plate is required at high speed. For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-205395, a cooling plate is arranged near the silicon melt in the crucible to cool the interface between the silicon melt and the vapor phase, and to cool the solid phase. A method for depositing silicon is disclosed, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-140791 discloses a method for spraying a cooling gas onto the surface of the silicon melt to deposit solid phase silicon.

【0016】そして、シリコン融液と気相との界面を冷
却させて固相シリコンを析出させるこれ等の方法は1段
階プロセスでシリコン薄板が求められ、かつ、原料利用
率が高いと共に、上記切断工程も必要ない等上述した他
の製造方法に較べて優れた利点を有する方法であった。
These methods of cooling the interface between the silicon melt and the vapor phase to precipitate solid phase silicon require a silicon thin plate in a one-step process, have a high raw material utilization rate, and have the above-mentioned cutting. It was a method having excellent advantages as compared with the other manufacturing methods described above, such as no steps required.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記シリコ
ン融液上の近傍に冷却板を配置したり、冷却ガスを吹付
けてシリコン融液と気相との界面を冷却させる上記公報
に開示された従来法においてはシリコンを融解して求め
たシリコン融液が適用されていた。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention By the way, it has been disclosed in the above publication that a cooling plate is arranged in the vicinity of the above-mentioned silicon melt or a cooling gas is sprayed to cool the interface between the silicon melt and the vapor phase. In the conventional method, a silicon melt obtained by melting silicon has been applied.

【0018】このため、シリコン薄板を製造するに際し
シリコンの融点(約1410℃)以上にその系を保つ必
要があることから、電気炉等の構成部品に高耐熱性の高
価なものが要求され、かつ、投入するエネルギーも多く
なりエネルギー原単位が高いものとなる問題点があっ
た。
For this reason, when manufacturing a silicon thin plate, it is necessary to maintain the system above the melting point of silicon (about 1410 ° C.), so that expensive components having high heat resistance are required for components such as an electric furnace. Moreover, there was a problem that the amount of energy input was large and the energy intensity was high.

【0019】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、生産性が良好で
しかも製造コストの低減が図れるシリコン薄板の製造方
法を提供することにある。
The present invention has been made by paying attention to such a problem, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a silicon thin plate which has good productivity and can reduce the manufacturing cost. .

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項1に係
る発明は、るつぼ内のシリコン融液と気相との界面を冷
却し、この界面でシリコンを析出させて結晶性シリコン
の薄板を製造するシリコン薄板の製造方法を前提とし、
上記シリコン融液が、インジウム、スズ、及び、ガリウ
ムから選択された融剤にシリコンを溶解させた融液によ
り構成されていることを特徴とするものである。
[Means for Solving the Problems] That is, according to the first aspect of the present invention, an interface between a silicon melt and a vapor phase in a crucible is cooled, and silicon is deposited at the interface to produce a thin plate of crystalline silicon. Based on the method of manufacturing a silicon thin plate to
It is characterized in that the silicon melt is composed of a melt of silicon dissolved in a flux selected from indium, tin, and gallium.

【0021】このような技術的手段によれば、インジウ
ム(融点:156℃)、スズ(融点:232℃)、及
び、ガリウム(融点:30℃)から選択された融剤にシ
リコンを溶解して求めたシリコン融液が適用されてお
り、従来法のようにその系をシリコンの融点以上に保つ
必要がなくなるためシリコン薄板製造時における温度の
低減が図れ、従って、安価な構成部品の適用が可能にな
ると共に投入するエネルギーの低減も図れる利点を有し
ている。
According to such technical means, silicon is dissolved in a flux selected from indium (melting point: 156 ° C.), tin (melting point: 232 ° C.), and gallium (melting point: 30 ° C.). Since the obtained silicon melt is applied, it is not necessary to keep the system above the melting point of silicon as in the conventional method, so the temperature can be reduced during the production of silicon thin plates, and therefore inexpensive components can be applied. As a result, the energy input can be reduced.

【0022】尚、請求項1に係る発明においては上記融
剤に溶解されたシリコンが消費されるとその後のシリコ
ン薄板の製造が困難になるため、連続して多数枚の薄板
を製造する際にその原料管理が若干繁雑になる場合があ
る。請求項2に係る発明はこの点を改善した方法に関す
る。
In the invention according to claim 1, when the silicon melted in the flux is consumed, it becomes difficult to manufacture a silicon thin plate thereafter. Therefore, when a large number of thin plates are continuously manufactured. The raw material management may be a little complicated. The invention according to claim 2 relates to a method for improving this point.

【0023】すなわち、請求項2に係る発明は請求項1
に係るシリコン薄板の製造方法を前提とし、上記るつぼ
内に固体状のシリコンを投入し、シリコン薄板の製造
中、シリコン融液内のシリコン濃度が過飽和状態になる
よう保持することを特徴とする。
That is, the invention according to claim 2 is claim 1
Based on the method for manufacturing a silicon thin plate according to the above, solid silicon is put into the crucible, and the silicon concentration in the silicon melt is maintained in a supersaturated state during the manufacturing of the silicon thin plate.

【0024】そして、この請求項2に係る発明において
は、投入する固体状のシリコンとして、例えば、その内
部にp型若しくはn型ドーパントが混入されたp型若し
くはn型の単結晶シリコン板(多結晶シリコン板)を適
用することにより、製造されるシリコン薄板についても
p型若しくはn型のシリコン薄板に調整できる利点を有
している。特に、融剤としてインジウム又はガリウムが
適用された場合、高純度シリコン板を投入しても製造さ
れるシリコン薄板は弱いp型になってしまうことから、
上記p型若しくはn型の単結晶シリコン板(多結晶シリ
コン板)を投入することによりシリコン薄板をいずれか
の型に調整できる利点を有している。
In the second aspect of the present invention, as the solid silicon to be introduced, for example, a p-type or n-type single crystal silicon plate having a p-type or n-type dopant mixed therein (a By applying a crystalline silicon plate, it is possible to adjust the manufactured silicon thin plate to a p-type or n-type silicon thin plate. In particular, when indium or gallium is applied as the flux, the silicon thin plate produced becomes a weak p-type even if a high-purity silicon plate is added,
By inserting the p-type or n-type single crystal silicon plate (polycrystalline silicon plate), there is an advantage that the silicon thin plate can be adjusted to any type.

【0025】尚、上記固体状のシリコンをるつぼ内に投
入する際、適用される融剤との比重の関係で投入された
固体状シリコンが融液から浮上してしまうことがある。
このような場合には、上記るつぼ内に固体状シリコンを
固定する固定手段を設けることを要する。
When the solid silicon is charged into the crucible, the charged solid silicon may float from the melt due to the specific gravity of the applied flux.
In such a case, it is necessary to provide a fixing means for fixing the solid silicon in the crucible.

【0026】次に、上記シリコン融液と気相との界面を
冷却する際、シリコン融液面を均等に冷却するとシリコ
ン融液面の全体に亘り微小な結晶粒が瞬時にかつ多量に
発生してしまうことから、シリコン融液面の面方向に沿
ったシリコンの結晶成長が妨げられて結晶粒径の大きい
シリコン薄板が求め難いことがある。請求項3に係る発
明はこのような技術的観点からなされた発明に関する。
Next, when cooling the interface between the silicon melt and the vapor phase, if the surface of the silicon melt is cooled uniformly, a large amount of fine crystal grains are generated instantaneously over the entire surface of the silicon melt. Therefore, it may be difficult to obtain a silicon thin plate having a large crystal grain size because crystal growth of silicon along the surface direction of the silicon melt surface is hindered. The invention according to claim 3 relates to the invention made from such a technical point of view.

【0027】すなわち、請求項3に係る発明は請求項1
又は2に係るシリコン薄板の製造方法を前提とし、上記
界面の面方向に沿って温度勾配を有する冷却器をシリコ
ン融液上の近傍に配置して上記シリコン融液と気相との
界面を冷却することを特徴とするものである。
That is, the invention according to claim 3 is claim 1
Alternatively, on the premise of the method for manufacturing a silicon thin plate according to the second aspect, a cooler having a temperature gradient along the surface direction of the interface is arranged near the silicon melt to cool the interface between the silicon melt and the vapor phase. It is characterized by doing.

【0028】そして、この請求項3に係る発明によれ
ば、シリコン融液と気相との界面の面方向に沿って温度
勾配を有する冷却器を用いてシリコン融液と気相との界
面を冷却していることから、シリコン融液における冷却
温度の高い部位には微小な結晶粒が発生し難く冷却温度
の低い部位にのみ微小な結晶粒がまず発生し、その後、
この結晶粒がシリコン融液面の面方向に沿ってその冷却
温度の低い部位から高い部位へ順次成長することになる
ため、平均粒径が大きい結晶性良好な多結晶シリコン等
の薄板を確実に製造できる利点を有している。
According to the third aspect of the present invention, the interface between the silicon melt and the vapor phase is formed by using a cooler having a temperature gradient along the surface direction of the interface between the silicon melt and the vapor phase. Since it is cooled, it is difficult to generate fine crystal grains in the high cooling temperature portion of the silicon melt, and fine crystal grains are first generated only in the low cooling temperature portion.
Since these crystal grains will grow in sequence from the low cooling temperature region to the high cooling temperature region along the surface direction of the silicon melt surface, a thin plate such as polycrystalline silicon with a large average grain size and good crystallinity can be secured. It has the advantage of being manufacturable.

【0029】尚、温度勾配を有する上記冷却器の具体例
としては、その底面形状が求めるシリコン薄板と略同一
形状の中空体で構成され、この中空体内には冷媒が循環
されると共に、上記中空体のシリコン融体と対向する側
の一面に勾配を備えたもの等が例示できる。
A specific example of the cooler having a temperature gradient is a hollow body whose bottom shape is substantially the same as the desired shape of the silicon thin plate. The hollow body circulates the refrigerant and the hollow body. One having a gradient on one surface of the body facing the silicon melt can be exemplified.

【0030】[0030]

【作用】請求項1に係る発明によれば、インジウム、ス
ズ、及び、ガリウムから選択された融剤にシリコンを溶
解して求めたシリコン融液が適用されており、従来法の
ようにその系をシリコンの融点以上に保つ必要がなくな
るため、シリコン薄板製造時における温度の低減が図
れ、従って、安価な構成部品の適用が可能になると共に
投入するエネルギーの低減も図れる。
According to the invention of claim 1, a silicon melt obtained by dissolving silicon in a flux selected from indium, tin, and gallium is applied. Since it is not necessary to keep the temperature above the melting point of silicon, it is possible to reduce the temperature at the time of manufacturing the silicon thin plate, and therefore, it is possible to apply inexpensive components and reduce the input energy.

【0031】また、請求項2に係る発明によれば、るつ
ぼ内に固体状のシリコンを投入し、シリコン薄板の製造
中、シリコン融液内のシリコン濃度が過飽和状態になる
よう保持しており、投入された上記固体状シリコンが消
費されるまで連続してシリコン薄板を製造することが可
能になるためその生産性の向上が図れる。
According to the second aspect of the present invention, solid silicon is charged into the crucible and the silicon concentration in the silicon melt is maintained in a supersaturated state during the production of the silicon thin plate. Since it becomes possible to continuously manufacture a silicon thin plate until the charged solid silicon is consumed, the productivity can be improved.

【0032】更に、請求項3に係る発明によれば、シリ
コン融液と気相との界面の面方向に沿って温度勾配を有
する冷却器を上記シリコン融液上の近傍に配置して上記
界面を冷却しており、上記シリコン融液における冷却温
度の高い部位には微小な結晶粒は発生し難く冷却温度の
低い部位にのみ微小な結晶粒がまず発生し、その後、こ
の結晶粒がシリコン融液面の面方向に沿ってその冷却温
度の低い部位から高い部位へ順次成長することになるた
め、平均粒径が大きい結晶性良好な多結晶シリコン等の
薄板を確実に製造することが可能となる。
Further, according to the third aspect of the present invention, a cooler having a temperature gradient along the surface direction of the interface between the silicon melt and the vapor phase is arranged near the silicon melt and the interface is provided. Is being cooled, fine crystal grains are less likely to be generated in a portion of the silicon melt having a high cooling temperature, and fine crystal grains are first generated only in a portion of a low cooling temperature. Since it grows in sequence from the low cooling temperature region to the high cooling temperature region along the surface direction of the liquid surface, it is possible to reliably manufacture thin plates such as polycrystalline silicon with a large average grain size and good crystallinity. Become.

【0033】[0033]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0034】[実施例1]この実施例に用いられた製造
装置は、図1に示すように電気炉10と、この電気炉1
0内に支持台100に固定されて配置された長さ40c
m、直径10cmの石英製反応管20と、この反応管2
0内に黒鉛製のるつぼ台30を介して配置された石英製
のるつぼ40と、上記反応管20内に配置され上記るつ
ぼ40内にフォーク状の先端部位が収納されかつその基
端側がレバーとして機能する石英製の薄板取出し用部材
50と、同じく反応管20内のるつぼ40の近傍に配置
され給気管61と排気管62を備えるグラッシー・カー
ボン製の冷却器60とでその主要部が構成されており、
上記給気管61の基端側と排気管62の先端側は反応管
20の開放部に設けられた蓋部21の開口部(図示せ
ず)を介して摺動自在に取付けられ、また、上記薄板取
出し用部材50の基端側も上記蓋部21の開口部(図示
せず)に摺動自在に取付けられており、これ等の取付け
により冷却器60と薄板取出し用部材50のフォーク状
先端部位が上下方向へ移動操作可能になっている。更
に、反応管20の上方側にはこの反応管20内を排気し
かつこの反応管20内に高純度アルゴンガスを導入する
ための導入口22と排気口23がそれぞれ取付けられて
いる。尚、図1中90は断熱材を示す。
[Embodiment 1] The manufacturing apparatus used in this embodiment includes an electric furnace 10 and an electric furnace 1 as shown in FIG.
Length 40c fixedly mounted on the support base 100 within 0
and a reaction tube 20 made of quartz and having a diameter of 10 cm
A crucible 40 made of quartz, which is arranged in the inner part of the crucible via a crucible base 30 made of graphite, and a fork-shaped tip portion is housed in the crucible 40 arranged in the reaction tube 20 and a base end side thereof serves as a lever. A main part is constituted by a functioning member 50 for taking out a thin plate made of quartz, and a cooler 60 made of glassy carbon, which is also arranged in the reaction tube 20 in the vicinity of the crucible 40 and is provided with an air supply pipe 61 and an exhaust pipe 62. And
The base end side of the air supply pipe 61 and the tip end side of the exhaust pipe 62 are slidably attached through an opening (not shown) of a lid portion 21 provided in the open portion of the reaction tube 20, and The base end side of the thin plate taking-out member 50 is also slidably attached to the opening (not shown) of the lid portion 21. By attaching these, the cooler 60 and the fork-shaped tip of the thin plate taking-out member 50 are attached. The part can be moved up and down. Further, an inlet 22 and an outlet 23 for exhausting the inside of the reaction tube 20 and introducing high-purity argon gas into the reaction tube 20 are attached to the upper side of the reaction tube 20. In addition, 90 in FIG. 1 shows a heat insulating material.

【0035】また、上記冷却器60は、図2〜図3に示
すように底面形状が45mm×45mmの四角の中空体
63にて構成され、この中空体63内に上記給気管61
と排気管62を介して冷媒(常温に設定された窒素ガ
ス)が循環されるようになっている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the cooler 60 is composed of a rectangular hollow body 63 having a bottom shape of 45 mm × 45 mm, and the air supply pipe 61 is provided in the hollow body 63.
The refrigerant (nitrogen gas set to normal temperature) is circulated through the exhaust pipe 62.

【0036】一方、上記石英製のるつぼ40は、図4
(A)〜(B)に示すように底面が閉塞された直径80
mm、高さ72mmの円筒体で構成されており、その内
壁面の下方側に2つの突起で構成された固定部材42が
付設されている。
On the other hand, the quartz crucible 40 is shown in FIG.
As shown in (A) to (B), the bottom surface has a closed diameter of 80.
It is composed of a cylindrical body having a height of 72 mm and a height of 72 mm, and a fixing member 42 composed of two protrusions is attached to the lower side of the inner wall surface thereof.

【0037】また、このるつぼ40内に投入される固体
状のシリコン板70は、図5(A)〜(B)に示すよう
に円盤形状をしており、上記るつぼ40の内壁面に付設
された固定部材42に対応した部位に帯状の切欠き部7
1が形成されており、この切欠き部71を上記固定部材
42の位置に合わせてるつぼ40内に押し込み、かつ、
この円盤状シリコン板70をいずれかの方向へ回転させ
て上記切欠き部71と固定部材42の位置をずらすこと
により円盤状シリコン板70の浮上を防止するようにな
っている。
The solid silicon plate 70 put into the crucible 40 has a disk shape as shown in FIGS. 5A to 5B, and is attached to the inner wall surface of the crucible 40. The strip-shaped notch 7 is provided at a portion corresponding to the fixing member 42.
1 is formed, the notch 71 is pushed into the crucible 40 aligned with the position of the fixing member 42, and
The disc-shaped silicon plate 70 is rotated in any direction to shift the positions of the notch 71 and the fixing member 42, thereby preventing the disc-shaped silicon plate 70 from floating.

【0038】そして、上記るつぼ40内に原料供給用の
円盤状シリコン板70(比抵抗1Ω・cmのp型単結晶
シリコン板)を上述した手順にしたがって設置した後、
このるつぼ40内に約1500g(グラム)の高純度ス
ズ(99.9999%)を投入した。そして、上記排気
口23より排気して反応管20内の系を10-6Torr
にした後、精製カラムを通過させ酸素、水分等を除いた
高純度アルゴンを導入口22より200cc/分で導入
して系内の圧力を常圧(1気圧)にした。
After the disk-shaped silicon plate 70 (p-type single crystal silicon plate having a specific resistance of 1 Ω · cm) for supplying the raw material is placed in the crucible 40 according to the above-mentioned procedure,
Into the crucible 40, about 1500 g (gram) of high-purity tin (99.9999%) was charged. Then, the system inside the reaction tube 20 is evacuated through the exhaust port 23 to 10 −6 Torr.
After that, high-purity argon from which oxygen and water were removed by passing through the purification column was introduced from the inlet 22 at 200 cc / min to bring the pressure in the system to normal pressure (1 atm).

【0039】次に、電気炉10で系全体の温度を950
℃まで昇温し、この温度で1時間保って溶融したスズ中
にシリコンを飽和に達するまで溶解させた。
Next, the temperature of the entire system is set to 950 in the electric furnace 10.
The temperature was raised to 0 ° C., and this temperature was maintained for 1 hour to dissolve silicon in the molten tin until saturation was reached.

【0040】次いで、シリコンが溶解されたスズ融液の
液面より5mmの位置に上記冷却器60を配置し、この
冷却器60内に1000cc/分の条件で上記冷媒を導
入して上記スズ融液と気相との界面を冷却し、その界面
においてシリコンを析出させた。
Next, the cooler 60 is arranged at a position 5 mm from the liquid surface of the tin melt in which silicon is dissolved, and the refrigerant is introduced into the cooler 60 under the condition of 1000 cc / min to introduce the tin melt. The interface between the liquid and the gas phase was cooled, and silicon was deposited at the interface.

【0041】30分後に上記冷却器60と薄板取出し用
部材50を引上げ(この操作により析出されたシリコン
はスズ融液から引上げられる)、電気炉10の電源を切
って反応管20内を室温まで冷却した後、析出されたシ
リコン薄板80を上記薄板取出し用部材50を使って外
部に取出した。
After 30 minutes, the cooler 60 and the thin plate removing member 50 are pulled up (silicon deposited by this operation is pulled up from the tin melt), the electric furnace 10 is turned off, and the inside of the reaction tube 20 is brought to room temperature. After cooling, the deposited silicon thin plate 80 was taken out to the outside using the above-mentioned thin plate taking-out member 50.

【0042】製造された薄板80は、外寸はほぼ40m
m×40mmで厚さが約0.5mmの多結晶シリコン板
で、比抵抗は約2Ω・cmのp型シリコンであった。ま
た、この平均粒径は約300μmであった。
The thin plate 80 produced has an outer dimension of approximately 40 m.
The polycrystalline silicon plate was m × 40 mm and had a thickness of about 0.5 mm, and the specific resistance was p-type silicon having a resistivity of about 2 Ω · cm. The average particle size was about 300 μm.

【0043】尚、スズ融剤を用いたこの実施例において
は電気炉10で系全体の温度を950℃に設定している
が、この設定温度はこの温度に限る必要がなく800〜
1000℃の範囲で適宜変更可能である。
In this embodiment using the tin flux, the temperature of the entire system is set to 950 ° C. in the electric furnace 10, but the set temperature does not need to be limited to this temperature and is 800 to
The temperature can be appropriately changed within the range of 1000 ° C.

【0044】但し、これより低い温度に設定するとシリ
コン薄板の結晶性が低下すると共にシリコンの溶解度が
下がって生産性が低下するため好ましくない。
However, if the temperature is set lower than this, the crystallinity of the silicon thin plate is lowered and the solubility of silicon is lowered to lower the productivity, which is not preferable.

【0045】[実施例2]この実施例は、上記冷却器6
0として図6に示すように中空体63の底面に水平面を
基準にして約10度の勾配が設けられた構造のものを適
用した点を除き実施例1と略同一である。
[Embodiment 2] In this embodiment, the cooler 6 is used.
6 is substantially the same as that of the first embodiment except that the hollow body 63 has a structure in which the bottom surface of the hollow body 63 has a gradient of about 10 degrees with respect to the horizontal plane as shown in FIG.

【0046】そして、この冷却器60をスズ融液上の近
傍に配置した場合、スズ融液と気相との界面の面方向に
沿って温度勾配が形成されるため、上記スズ融液面の面
方向に沿ってその冷却温度の低い部位から高い部位へシ
リコンが順次成長することになり、実施例1に較べて結
晶粒径の大きい(平均粒径600μm)多結晶シリコン
の薄板が得られた。
When this cooler 60 is arranged in the vicinity of the tin melt, a temperature gradient is formed along the surface direction of the interface between the tin melt and the vapor phase, so that the surface of the tin melt is As a result, silicon was sequentially grown along the surface direction from a region having a low cooling temperature to a region having a high cooling temperature, and a thin plate of polycrystalline silicon having a larger crystal grain size (average grain size 600 μm) than that in Example 1 was obtained. .

【0047】[0047]

【発明の効果】請求項1に係る発明によれば、従来法の
ようにその系をシリコンの融点以上に保つ必要がなくな
るためシリコン薄板製造時におけるプロセス温度の低減
が図れる。
According to the first aspect of the present invention, it is not necessary to keep the system above the melting point of silicon as in the conventional method, so that the process temperature at the time of manufacturing a silicon thin plate can be reduced.

【0048】従って、安価な構成部品の適用が可能にな
ると共に投入するエネルギーの低減も図れるため、製造
コストの低減が図れる効果を有している。
Therefore, inexpensive components can be applied and the energy input can be reduced, so that the manufacturing cost can be reduced.

【0049】また、請求項2に係る発明によれば、るつ
ぼ内に固体状のシリコンを投入し、シリコン薄板の製造
中、シリコン融液内のシリコン濃度が過飽和状態になる
よう保持しており、投入された固体状シリコンが消費さ
れるまで連続してシリコン薄板を製造することが可能に
なるためその生産効率の飛躍的向上が図れる効果を有し
ている。
According to the second aspect of the present invention, solid silicon is put into the crucible and the silicon concentration in the silicon melt is maintained in a supersaturated state during the production of the silicon thin plate. Since the silicon thin plate can be continuously manufactured until the charged solid silicon is consumed, the production efficiency can be dramatically improved.

【0050】更に、請求項3に係る発明によれば、シリ
コン融液と気相との界面の面方向に沿って温度勾配を有
する冷却器を上記シリコン融液上の近傍に配置して上記
界面を冷却しており、上記シリコン融液における冷却温
度の高い部位には微小な結晶粒は発生し難く冷却温度の
低い部位にのみ微小な結晶粒がまず発生し、その後、こ
の結晶粒がシリコン融液面の面方向に沿ってその冷却温
度の低い部位から高い部位へ順次成長することになるた
め、平均粒径が大きい結晶性良好な多結晶シリコン等の
薄板を簡便かつ確実に製造できる効果を有している。
Further, according to the third aspect of the present invention, a cooler having a temperature gradient along the surface direction of the interface between the silicon melt and the vapor phase is arranged near the silicon melt and the interface is provided. Is being cooled, fine crystal grains are less likely to be generated in a portion of the silicon melt having a high cooling temperature, and fine crystal grains are first generated only in a portion of a low cooling temperature. Since it grows in order from the part with low cooling temperature to the part with high cooling temperature along the surface direction of the liquid surface, it is possible to easily and reliably manufacture thin plates such as polycrystalline silicon with large average grain size and good crystallinity. Have

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例において使用された製造装置の構成概略
図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a manufacturing apparatus used in an example.

【図2】図1の一部拡大図。FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG.

【図3】図3(A)は冷却器の平面図、図3(B)は図
3(A)のB−B面断面図。
3 (A) is a plan view of the cooler, and FIG. 3 (B) is a sectional view taken along the line BB of FIG. 3 (A).

【図4】図4(A)はるつぼの断面図、図4(B)はる
つぼの平面図。
4A is a cross-sectional view of the crucible, and FIG. 4B is a plan view of the crucible.

【図5】図5(A)はシリコン板の平面図、図5(B)
はこの断面図。
FIG. 5 (A) is a plan view of a silicon plate, and FIG. 5 (B).
Is this cross section.

【図6】他の実施例に係る冷却器の構成断面図。FIG. 6 is a sectional view showing the configuration of a cooler according to another embodiment.

【図7】シリコン薄板を製造する従来例に係る斜視図。FIG. 7 is a perspective view according to a conventional example of manufacturing a silicon thin plate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

40 るつぼ 60 冷却器 61 給気管 62 排気管 70 シリコン板 80 薄板 40 Crucible 60 Cooler 61 Air Supply Pipe 62 Exhaust Pipe 70 Silicon Plate 80 Thin Plate

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】るつぼ内のシリコン融液と気相との界面を
冷却し、この界面でシリコンを析出させて結晶性シリコ
ンの薄板を製造するシリコン薄板の製造方法において、 上記シリコン融液が、インジウム、スズ、及び、ガリウ
ムから選択された融剤にシリコンを溶解させた融液によ
り構成されていることを特徴とするシリコン薄板の製造
方法。
1. A method for producing a thin silicon plate, comprising: cooling an interface between a silicon melt in a crucible and a gas phase; and depositing silicon at the interface to produce a thin plate of crystalline silicon. A method for manufacturing a silicon thin plate, comprising a melt obtained by dissolving silicon in a flux selected from indium, tin, and gallium.
【請求項2】上記るつぼ内に固体状のシリコンを投入
し、シリコン薄板の製造中、シリコン融液内のシリコン
濃度が過飽和状態になるよう保持することを特徴とする
請求項1記載のシリコン薄板の製造方法。
2. The silicon thin plate according to claim 1, wherein solid silicon is charged into the crucible and the silicon concentration in the silicon melt is maintained in a supersaturated state during the production of the silicon thin plate. Manufacturing method.
【請求項3】上記界面の面方向に沿って温度勾配を有す
る冷却器をシリコン融液上の近傍に配置してシリコン融
液と気相との界面を冷却することを特徴とする請求項1
又は2記載のシリコン薄板の製造方法。
3. A cooler having a temperature gradient along the surface direction of the interface is arranged near the silicon melt to cool the interface between the silicon melt and the vapor phase.
Alternatively, the method for manufacturing a silicon thin plate according to the above item 2.
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