JPH07120810B2 - 太陽電池用大面積シリコン結晶体の製造方法 - Google Patents

太陽電池用大面積シリコン結晶体の製造方法

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JPH07120810B2
JPH07120810B2 JP61241136A JP24113686A JPH07120810B2 JP H07120810 B2 JPH07120810 B2 JP H07120810B2 JP 61241136 A JP61241136 A JP 61241136A JP 24113686 A JP24113686 A JP 24113686A JP H07120810 B2 JPH07120810 B2 JP H07120810B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は太陽電池用大面積シリコン結晶体の製造方法
に関する。
［従来の技術］ 原料として結晶粒度の小さいシリコン粉末を用い、焼結
プロセスにより箔の形に転換する方法は、ドイツ連邦共
和国特許出願公開第2927086号公報（アメリカ合衆国特
許第4330358号明細書及び特開昭56−15082号公報に同
じ）により知られている。この方法においてはシリコン
粉末を有機結合剤と混合してスリップを作り、このスリ
ップを引き伸ばしシューを用いて下敷き上に引き伸ばし
たシリコン箔をアルゴンガス流中で1350℃で焼結し、そ
の際１μｍの小さい直径のシリコン粒子が箔の厚さの大
きい直径を有する粒子に成長する。焼結温度は溶融温度
にできるだけ近く選ばれ、焼結は十分な粒子成長が行わ
れるまで長く続けられる。
しかし粒子成長と縮化は各シリコン粒子を囲む酸化物被
膜により著しく妨げられる。満足な縮化は溶融プロセス
が行われた所だけで実現できる。しかしこのことは長時
間の焼結の際に下敷きとの反応のために避けなければな
らない。
ドイウ連邦共和国特許出願公開第3017923号公報により
シリコン箔の製造方法が知られており、この方法では焼
結プロセス中にシリコン箔の表面範囲を１回又は複数回
の熱パルスにより短時間溶融する。その際熱放射は高温
空気噴射により作られ、またシリコン焼結箔の溶融され
なかった下面が除去される。この方法は比較的実施が面
倒であり、箔裏面の除去による材料損失及びそれに基づ
く生産量の低下のために、経済的に太陽電気基礎材料を
製造するのにあまり適していない。更に連続的な加工プ
ロセスを実施するのは困難である。
［発明が解決しようとする問題点］ この発明は、かかる欠点を有していない太陽電池用大面
積シリコン結晶体の製造方法を提供することを目的とす
る。特にこの材料から作られた太陽電池の結晶品質と電
気的特性を低下させるおそれのある不純物が、焼結プロ
セス及び溶融プロセス中に結晶体の中に入り込まないこ
とを保証しようとするものである。
［問題点を解決するための手段］ この目的は前記の種類の方法においてこの発明に基づ
き、 ａ）少なくとも表面がシリコン又はシリコン化合物から
成り製造すべき結晶体の大きさに適合した型の中で、シ
リコン粉末をプレスにより粒子直径の複数倍の厚さを有
する層に圧縮し、 ｂ）圧縮した層を第１の熱処理において焼結により自立
性のシリコン焼結箔に転換し、 ｃ）シリコン焼結箔を第２の熱処理において片側からの
エネルギー照射により、シリコン焼結箔の厚さの少なく
とも半分まで溶融して再結晶し、かつ溶融せず再結晶さ
れないシリコン焼結箔の薄い層が残るようにし、 ｄ）シリコン焼結箔の残りの層を第３の熱処理において
溶融して再結晶し、それにより第２の熱処理後に再結晶
して大きくなった結晶粒を更にシリコン体の層厚さ全体
にわたって成長させる ことにより達成される。
その際熱処理を片側からの光学的加熱により、特に順次
投入される集束光源により行うと有利である。
この発明の実施態様は特許請求の範囲第２項以下に記載
されている。
［発明の作用効果］ ドイツ連邦共和国特許出願公開第3338335号公報から太
陽電池用大面積シリコン結晶体の製造方法が知られてお
り、この方法ではシリコン焼結体を自立状態で溶融し、
シリコン結晶体の比較的高い純度と結晶品質とを保証し
ているけれども、ここではシリコン焼結箔を流れ作業原
理に基づき水平な加熱装置を通って、溶融したシリコン
により漏れない又は漏れにくい支持体例えばガラス繊維
織物上に載せて移動し、一回の熱処理で完全に溶融す
る。結晶化の後に支持体を再び取り去る。特別に構成さ
れた加熱器により平面上のシリコン結晶体を中心から外
に向かって凝固するということが達成される。しかしこ
の方法では自立性のシリコン焼結箔が少なくとも一時的
にその機械的安定性を失い、また粒子が付均一に成長す
ることを防止できない。更に支持体から不純物を持ち込
む危険及び箔の溶着が起こる。
これに対してこの発明の理論に基づく方法では、結合剤
を用いないで圧縮を行い、箔の機械的な安定性だけを目
的として同様の材料から成る冷たい下敷き上で焼結を実
施することによるだけでも既に、最初から不純物の持ち
込みが回避される。更に石英から成る反応室を用い、こ
の反応室は熱処理の際にも冷たい状態のままである。こ
の発明の方法では粒子は均一に成長する。なぜならば最
初に層厚さの半分だけを溶融し、この層部分の再結晶の
後に初めて残りの層厚さを溶融し再結晶するからであ
る。両溶融プロセスの際には片側からのエネルギー入射
により下敷きは冷たい状態のままであるので、箔の下敷
きとの接着又は融合が避けられる。
しかしながらこの発明の本質は、自立性のシリコン焼結
箔がまず上側から所望の深さ（少なくとも半分）まで溶
かして作られ、大きい粒子に再結晶され、その際箔の溶
かされなかった層部分が溶融兼再結晶過程のために必要
な機械的安定性を与え、それから箔をいわばその裏面か
ら溶かして作り、その際既に再結晶された上側の層部分
により、後の溶融プロセスの際の安定性が保証されると
いうことにある。その際上側の層部分の既に発生してい
る大きい粒子が、更に成長するための出発点を形成す
る。
この発明の方法により非常に薄いかつ滑らかな任意の大
きさのシリコン結晶板又は帯が容易に流れ作業により製
造できる。効率は少なくとも10％の値に達する。
この発明により作られた平面シリコンは、半導体素子の
製造のための非常に経済的なシリコン基板材料としても
有利に使用できる。
［実施例］ 次のこの発明に基づく方法の一実施例を示す図面により
この発明を詳細に説明する。すべての図面において同じ
部分は同じ符号が付けられている。
第１図においては、石英から成る漏斗形の貯蔵容器１か
ら80μｍないし150μｍの範囲の粒度を有するシリコン
粉末２が、例えばシリコンから成る型３の中に例えば15
00μｍの層厚さで入れられる。粉末層４の面積は例えば
50mm×100mmである。矢印５によりシリコンの型３の運
動方向が示されている。
第２図においては、型３の中に形成された粉末層４がプ
レスにより、シリコンカーバイドで被覆された材料から
成るパンチ23を用いて4kN/cm2の圧力で圧縮される。矢
印７は圧縮方向を示す。符号６により圧縮されたシリコ
ン粉末層を示す。
第３図は1350℃ないし1400℃での焼結により圧縮された
シリコン粉末層６から自立性のシリコン焼結箔８（厚さ
100μｍ）を作る工程を示す。焼結は集束され放射９
（詳細は第６図参照）を用いて行われる。矢印５はここ
でも圧縮されたシリコン粉末層６及び焼結箔８を装入さ
れた型３の運動方向を示す。速度は10mm毎分に設定され
ている。このプロセスと次のプロセスとはアルゴンガス
を充填された反応炉（第３図ないし第５図には示されて
いない）の中で実施される。
第４図においては、第１の表面溶融プロセスが行われ、
このプロセスでは放射源９（第３図）に比べて大きい容
量を有する片側からの光照射線10により、シリコン焼結
箔８が少なくともその厚さの半分まで（望ましくはその
厚さの３分の２まで）溶融され再結晶される。再結晶さ
れたシリコン層は符号11を付けられ、溶融域（幅約8m
m）は符号12を付けられている。再結晶されたシリコン
層11の粒度は約500μｍである。
第５図においては、シリコン焼結箔８、再結晶シリコン
層11の回転（回転矢印13参照）の後に、第２の表面溶融
プロセス焼結が実施され焼結箔８の残りの層が溶融して
再結晶される。その際放射源10（第４図）におけるのと
同一の容量の集束放射線源14を用いて処理される。第４
図に示す再結晶の際に生じた粗粒のシリコン層11は今や
再結晶のための核生成層として役立ち、再結晶の際には
粒子は層厚さ全体にまで成長する。大きいシリコン結晶
体15が完成する。符号16により溶融域（幅約8mm）が示
されている。矢印５はここでも運動方向を示す。速度は
焼結プロセス（第３図）及び第１の溶融プロセス（第４
図）の場合の速度に合わせられる。このようにしてこの
発明に基づく方法は流れ作業による連続処理方法のため
に好適に用いることができる。
放射線源14がシリコン焼結箔８、再結晶されたシリコン
層11の下方に配置されているときには、回転工程（13）
を省略することができる。そのとき特にシリコン焼結箔
８、再結晶されたシリコン層11の縁は（第５図に示され
ているような）開放された型18の中に保持されている。
第６図により例えば第４図に示されたような第１の溶融
兼結晶化プロセスが更に詳細に描かれている。この際簡
単化のためにシリコン焼結箔８及び再結晶されたシリコ
ン層11は保持装置３を省略して描かれている。
図示のようなだ円形の断面を有する筒形の鏡17を用い
て、6kWの最大容量の棒状ハロゲンランプ19の放射10
が、搬送コンベヤ20の上に載せられ石英反応炉21を通っ
て（型３に入れて）送られるシリコン焼結箔８の上に集
束される。反応炉21はプロセスの間アルゴンガスから成
る保護ガスを流し込まれる。用いられた棒状ハロゲンラ
ンプ19は230mmのフィラメント長さを有する。放射10の
最適利用のためにシリコン焼結箔８の幅は約200mmとす
ることができる。
放射線装置17,19の効率を最善に保つために、反射鏡17
はその反射面22に関して、断面だ円が70mmの半軸ａと60
mmの半軸ｂを有するように設計されている。その際反射
面22はできるだけシリコン体表面8,11の端部範囲にまで
達するようにすべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図ないし第５図はそれぞれこの発明に基づく製造方
法の一実施例の各処理段階を示す断面図、第６図はシリ
コン焼結箔を送り込まれた連続処理装置に関して第４図
に示す放射線源装置の一実施例を示す断面略図である。 ２……シリコン粉末、３……型、６……圧縮層、８……
焼結箔、11……再結晶（シリコン体層）、12……溶融
域、15……結晶体（シリコン体）、17,19……集束光源
（反射鏡とハロゲンランプ）、20……搬送コンベヤ、22
……反射面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−81091（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−91519（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−87181（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−96864（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】原料として結晶粒度の小さいシリコン粉末
    を用い、焼結プロセスにより箔の形に転換する太陽電池
    用大面積シリコン結晶体の製造方法において、 ａ） 少なくとも表面がシリコン又はシリコン化合物か
    ら成り製造すべき結晶体の大きさに適合した型の中で、
    シリコン粉末をプレスにより粒子直径の複数倍の厚さを
    有する層に圧縮し、 ｂ） 圧縮した層を第１の熱処理において焼結により自
    立性のシリコン焼結箔に転換し、 ｃ） 前記シリコン焼結箔を第２の熱処理において片側
    からのエネルギー照射により、シリコン焼結箔の厚さの
    少なくとも半分まで溶融して再結晶し、かつ溶融せず再
    結晶されないシリコン焼結箔の薄い層が残るようにし、 ｄ） シリコン焼結箔の残りの層を第３の熱処理におい
    て溶融して再結晶し、それにより第２の熱処理後に再結
    晶して大きくなった結晶粒を更にシリコン体の層厚さ全
    体にわたって成長させることを特徴とする太陽電池用大
    面積のシリコン結晶体の製造方法。
  2. 【請求項２】熱処理を片側からの光学的加熱により行う
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】光学的加熱を順次投入される集束光源によ
    り行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
    項記載の方法。
  4. 【請求項４】原料として最大で200μｍの粒度を有する
    シリコン粉末を用いることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】焼結箔の層厚さを300μｍないし1000μｍ
    の範囲に設定することを特徴とする特許請求の範囲第１
    項ないし第４項のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】第１の熱処理による焼結プロセスを1350℃
    ないし1400℃で約１分間実施することを特徴とする特許
    請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項に記載の
    方法。
  7. 【請求項７】第１、第２及び第３の熱処理を連続して行
    い、圧縮されたシリコン粒子から成り結晶化すべきシリ
    コン体を搬送コンベヤの上に載せて、反射鏡により集束
    され順次投入される三つの光源から成る装置を通して移
    動させ、第１及び第２の光源を上方から、第３の光源を
    下方からシリコン体に作用させるか、又はすべての三つ
    の集束光源を上方から作用させ、第２及び第３の熱処理
    の間でシリコン体を180゜回転させることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に記
    載の方法。
  8. 【請求項８】第１、第２及び第３の熱処理を連続して行
    い、固定配置されたシリコン体上に集束光源を駆動装置
    により導くことを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
    し第６項のいずれか１項に記載の方法。
  9. 【請求項９】光源として少なくとも各6kWの容量を有す
    る棒状ハロゲンランプを用い、その放射を少なくとも85
    ％の反射率を有しだ円形の断面を備えた筒形の鏡により
    集束することを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
    第８項のいずれか１項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】反射面がシリコン体表面の端部範囲にま
    で達する反射鏡を用いることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項ないし第９項のいずれか１項に記載の方法。
JP61241136A 1985-10-15 1986-10-09 太陽電池用大面積シリコン結晶体の製造方法 Expired - Lifetime JPH07120810B2 (ja)

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