JPH0873297A - 太陽電池用基板材料の製法とこれを用いた太陽電池 - Google Patents
太陽電池用基板材料の製法とこれを用いた太陽電池Info
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- JPH0873297A JPH0873297A JP6210982A JP21098294A JPH0873297A JP H0873297 A JPH0873297 A JP H0873297A JP 6210982 A JP6210982 A JP 6210982A JP 21098294 A JP21098294 A JP 21098294A JP H0873297 A JPH0873297 A JP H0873297A
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 結晶シリコン半導体の製造工程を簡素化し、
コストの低減を計り、安価な結晶シリコンを供給し、こ
れを用いた太陽電池の価格を低減させる。 【構成】 ケイ石を電気炉で還元して得た金属ケイ素融
液を直ちに一方向凝固させて多結晶シリコン棒とした
後、この多結晶シリコン棒を原料としてＦＺ法により高
純化し、この結晶シリコン棒を、切断、加工して出来た
シリコン結晶基板を用いることを特徴とする太陽電池。
コストの低減を計り、安価な結晶シリコンを供給し、こ
れを用いた太陽電池の価格を低減させる。 【構成】 ケイ石を電気炉で還元して得た金属ケイ素融
液を直ちに一方向凝固させて多結晶シリコン棒とした
後、この多結晶シリコン棒を原料としてＦＺ法により高
純化し、この結晶シリコン棒を、切断、加工して出来た
シリコン結晶基板を用いることを特徴とする太陽電池。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高光電変換効率かつ低
コストの結晶型シリコン太陽電池とその基板材料の製造
方法に関するものである。
コストの結晶型シリコン太陽電池とその基板材料の製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】化石燃料の有限性と、それにも増して人
類によるこれら化石燃料を中心としたエネルギー大量消
費による地球温暖化防止の観点から、太陽電池がクリー
ンエネルギーとして注目され、本格的な実用化が真剣に
検討されている。太陽電池としては、シリコンの単結
晶、多結晶あるいはアモルファスを用いたもの、 III−
Ｖ族、II−VI族、Ｉ−II−VI族の化合物半導体材料を用
いたもの等があるが、いずれも一部用途を除いて本格的
な実用化は進んでいない。その主な原因は、太陽電池に
よる発電コストが、現在の先進諸国における商用電力コ
ストに比較して格段に高いためで、これは従来法による
と太陽電池の製造に大きなコストを費やし、太陽電池そ
のものが高価なものとなるためである。
類によるこれら化石燃料を中心としたエネルギー大量消
費による地球温暖化防止の観点から、太陽電池がクリー
ンエネルギーとして注目され、本格的な実用化が真剣に
検討されている。太陽電池としては、シリコンの単結
晶、多結晶あるいはアモルファスを用いたもの、 III−
Ｖ族、II−VI族、Ｉ−II−VI族の化合物半導体材料を用
いたもの等があるが、いずれも一部用途を除いて本格的
な実用化は進んでいない。その主な原因は、太陽電池に
よる発電コストが、現在の先進諸国における商用電力コ
ストに比較して格段に高いためで、これは従来法による
と太陽電池の製造に大きなコストを費やし、太陽電池そ
のものが高価なものとなるためである。
【０００３】従って、太陽電池の製造コストの低減化
が、普及，実用化へのポイントであり、各国で精力的に
その技術開発が行われているが、十分な成果が挙げられ
ていないのが現状である。例えば、アモルファス状のシ
リコン薄膜を用いる場合は、比較的低コストとなるが、
太陽電池の特性が劣化し耐久性に問題がある上、光電変
換効率が低くなってしまう。一方、ＣＺ法（チョクラル
スキー法）やＦＺ法（浮融帯法）によって育成されたシ
リコン結晶棒をスライスして作成するシリコンウェーハ
から太陽電池を製造する従来の方法では、特性の劣化の
ない耐久性の良好な光電変換効率も高いものが得られる
が、シリコン原料から単結晶棒の製造工程を経てウェー
ハ製造までのコストが高く、かつウェーハを製造するさ
いの材料ロスも多いため、結果として太陽電池のコスト
は実用化には程遠いものとなっているのが現状である。
この点、シリコン結晶棒を多結晶とすれば、結晶棒の製
造コストはある程度低下できるが、スライス時にロスが
生じウェーハの製造に多大なコストがかかる点には変り
がない。従って、光電変換効率が高く、耐久性も良好な
結晶シリコンで、低コストの太陽電池を作ることが出来
れば、普及，実用化に大きく近づくことができる。
が、普及，実用化へのポイントであり、各国で精力的に
その技術開発が行われているが、十分な成果が挙げられ
ていないのが現状である。例えば、アモルファス状のシ
リコン薄膜を用いる場合は、比較的低コストとなるが、
太陽電池の特性が劣化し耐久性に問題がある上、光電変
換効率が低くなってしまう。一方、ＣＺ法（チョクラル
スキー法）やＦＺ法（浮融帯法）によって育成されたシ
リコン結晶棒をスライスして作成するシリコンウェーハ
から太陽電池を製造する従来の方法では、特性の劣化の
ない耐久性の良好な光電変換効率も高いものが得られる
が、シリコン原料から単結晶棒の製造工程を経てウェー
ハ製造までのコストが高く、かつウェーハを製造するさ
いの材料ロスも多いため、結果として太陽電池のコスト
は実用化には程遠いものとなっているのが現状である。
この点、シリコン結晶棒を多結晶とすれば、結晶棒の製
造コストはある程度低下できるが、スライス時にロスが
生じウェーハの製造に多大なコストがかかる点には変り
がない。従って、光電変換効率が高く、耐久性も良好な
結晶シリコンで、低コストの太陽電池を作ることが出来
れば、普及，実用化に大きく近づくことができる。
【０００４】ところで、原料ケイ石より最終的に結晶シ
リコン太陽電池が作成されるまでには、多くの工程を経
るが、一般にその主な工程は図１に示したように、ケ
イ石の炭素還元 金属ケイ素（金属シリコン）の粉
砕、シラン合成 シランの蒸留・精製 シランの熱
分解、析出 多結晶シリコンの単結晶化（ＣＺ法また
はＦＺ法） 単結晶シリコンのスライスと研磨 単
結晶シリコンウェーハ上ｐ−ｎ接合形成による太陽電池
の作成、の７つの工程からなる。従って、これらの工程
をいかに簡略化、低コスト化を計ることが出来るかが、
結晶シリコン太陽電池の価格低下へのポイントとなる。
リコン太陽電池が作成されるまでには、多くの工程を経
るが、一般にその主な工程は図１に示したように、ケ
イ石の炭素還元 金属ケイ素（金属シリコン）の粉
砕、シラン合成 シランの蒸留・精製 シランの熱
分解、析出 多結晶シリコンの単結晶化（ＣＺ法また
はＦＺ法） 単結晶シリコンのスライスと研磨 単
結晶シリコンウェーハ上ｐ−ｎ接合形成による太陽電池
の作成、の７つの工程からなる。従って、これらの工程
をいかに簡略化、低コスト化を計ることが出来るかが、
結晶シリコン太陽電池の価格低下へのポイントとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、前記ケイ石から最終的に結晶シリコン太陽
電池が作成されるまでの工程を根本的に見直し、太陽電
池の品位の低下をもたらすことなしに工程の簡素化を計
り、光電変換効率が高く、耐久性も良好な結晶シリコン
太陽電池を、低コストで提供することにある。
する課題は、前記ケイ石から最終的に結晶シリコン太陽
電池が作成されるまでの工程を根本的に見直し、太陽電
池の品位の低下をもたらすことなしに工程の簡素化を計
り、光電変換効率が高く、耐久性も良好な結晶シリコン
太陽電池を、低コストで提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決することのできる結晶シリコン基板材料および
太陽電池を提供するもので、その主な要旨は、ケイ石を
電気炉で還元して得た金属ケイ素融液を、直ちにシリコ
ンの融点以上の温度に加熱した耐熱性の柱状容器に流し
込み、次に容器下端から上端に向けて徐々に冷却するこ
とによって一方向凝固させて多結晶シリコン棒を製造す
る方法であり、さらにはこの多結晶シリコン棒を原料と
してＦＺ法により高純化および結晶度の向上をはかり、
得られた結晶シリコン棒を、切断、加工して出来たシリ
コン結晶基板を用いることを特徴とする太陽電池に関す
るものである。すなわち、本発明者らは工程の徹底的な
簡素化を計るべく、前記図１の〜の工程を省略し、
原料ケイ石から１工程で直接ＦＺ法の原料となる多結晶
シリコン棒を作成すること（Ｉ→Ｖ）、かつ、その際に
太陽電池の特性を劣化させる不純物を除去すること、を
目的とし本発明を完成させたものである。ケイ石を電気
炉で炭素還元して得た金属ケイ素融液を、直ちにシリコ
ンの融点以上の温度に加熱した耐熱性の柱状容器に流し
込み、次に容器下端から上端に向けて徐々に冷却するこ
とによって一方向凝固させて多結晶シリコン棒とすると
共に、固化最終端に不純物を偏析させることによって多
結晶シリコン棒の高純化をも行うことが出来る。更に、
一方向凝固させる際に金属ケイ素融液に電界を印加する
ことによって、生成多結晶シリコン棒の純度をより向上
させることが出来る。また、ＦＺ法による高純化工程に
おいても、原料多結晶シリコン棒と生成結晶化シリコン
棒の間に電位を印加すれば、更に不純物をはきよせ、高
純度の結晶化シリコン棒の製造が可能となる。この際、
偏析係数が１に近いため一方向凝固では除去が困難であ
るＢ，Ｐについては、ＦＺ法を減圧下又は酸化性雰囲気
又は減圧酸化性雰囲気で行えばＰは揮発し、ＢはB2O3と
して除去することができる。
題を解決することのできる結晶シリコン基板材料および
太陽電池を提供するもので、その主な要旨は、ケイ石を
電気炉で還元して得た金属ケイ素融液を、直ちにシリコ
ンの融点以上の温度に加熱した耐熱性の柱状容器に流し
込み、次に容器下端から上端に向けて徐々に冷却するこ
とによって一方向凝固させて多結晶シリコン棒を製造す
る方法であり、さらにはこの多結晶シリコン棒を原料と
してＦＺ法により高純化および結晶度の向上をはかり、
得られた結晶シリコン棒を、切断、加工して出来たシリ
コン結晶基板を用いることを特徴とする太陽電池に関す
るものである。すなわち、本発明者らは工程の徹底的な
簡素化を計るべく、前記図１の〜の工程を省略し、
原料ケイ石から１工程で直接ＦＺ法の原料となる多結晶
シリコン棒を作成すること（Ｉ→Ｖ）、かつ、その際に
太陽電池の特性を劣化させる不純物を除去すること、を
目的とし本発明を完成させたものである。ケイ石を電気
炉で炭素還元して得た金属ケイ素融液を、直ちにシリコ
ンの融点以上の温度に加熱した耐熱性の柱状容器に流し
込み、次に容器下端から上端に向けて徐々に冷却するこ
とによって一方向凝固させて多結晶シリコン棒とすると
共に、固化最終端に不純物を偏析させることによって多
結晶シリコン棒の高純化をも行うことが出来る。更に、
一方向凝固させる際に金属ケイ素融液に電界を印加する
ことによって、生成多結晶シリコン棒の純度をより向上
させることが出来る。また、ＦＺ法による高純化工程に
おいても、原料多結晶シリコン棒と生成結晶化シリコン
棒の間に電位を印加すれば、更に不純物をはきよせ、高
純度の結晶化シリコン棒の製造が可能となる。この際、
偏析係数が１に近いため一方向凝固では除去が困難であ
るＢ，Ｐについては、ＦＺ法を減圧下又は酸化性雰囲気
又は減圧酸化性雰囲気で行えばＰは揮発し、ＢはB2O3と
して除去することができる。
【０００７】以下、本発明につき更に詳細に説明する。
一般に、工業用金属ケイ素は、ケイ石あるいはケイ砂を
コークスや石炭を混合して、大型アーク炉にて加熱還元
して製造される。この際生成した金属ケイ素は融液とし
て炉床に形成される。これを周期的に炉外の取り鍋中に
流出させ固化させた後、適宜粉砕して次工程の原料とし
て使用される（図１の工程、図２（ａ）参照）。出
来た金属ケイ素中には、原材料たるケイ石や炭素材、そ
の他の炉内部材からの不純物が混入する。不純物の量
は、金属ケイ素メーカーによって値が異なるが、おおむ
ね表１のような分析値が一般的である。
一般に、工業用金属ケイ素は、ケイ石あるいはケイ砂を
コークスや石炭を混合して、大型アーク炉にて加熱還元
して製造される。この際生成した金属ケイ素は融液とし
て炉床に形成される。これを周期的に炉外の取り鍋中に
流出させ固化させた後、適宜粉砕して次工程の原料とし
て使用される（図１の工程、図２（ａ）参照）。出
来た金属ケイ素中には、原材料たるケイ石や炭素材、そ
の他の炉内部材からの不純物が混入する。不純物の量
は、金属ケイ素メーカーによって値が異なるが、おおむ
ね表１のような分析値が一般的である。
【０００８】
【表１】 金属ケイ素中にこのような不純物が含有されていること
から判るように、取り鍋に流出させ固化させたものに
は、取り鍋中の溶湯が急速に固化するため不純物はほと
んど偏析されず、上記分析値とほぼ同様の不純物濃度を
持った金属ケイ素の固体となっている。
から判るように、取り鍋に流出させ固化させたものに
は、取り鍋中の溶湯が急速に固化するため不純物はほと
んど偏析されず、上記分析値とほぼ同様の不純物濃度を
持った金属ケイ素の固体となっている。
【０００９】これに対し、本発明では金属ケイ素の溶湯
を取り鍋ではなく、シリコンの融点以上に加熱した柱状
の容器に流し込む事によって取り出す。この容器は例え
ばグラファイト等の耐熱材から出来ており、溶湯から取
り出した時にすぐに固まらないように、側面より抵抗加
熱またはランプ加熱あるいは高周波加熱等の一般の方式
で直接あるいは間接的に加熱されている。この容器また
は加熱ヒータは上下方向に移動する駆動機構を具備し、
溶湯取り出し後、金属ケイ素溶湯の入った容器を加熱域
より相対的に徐々に下方に移動させれば、容器下端より
加熱域を外れるため、徐々に冷却され金属ケイ素の溶湯
は下端より凝固を開始し、上端に向かって柱状に一方向
に順次冷却され凝固する。この一方向凝固は取り鍋のよ
うに溶湯全体をほとんど同時に固めるのと異なり、溶湯
を下端より徐々に凝固させるので、不純物元素を平衡状
態に近い状態で上端に向けて偏析させることができる
（図２（ｂ）参照）。
を取り鍋ではなく、シリコンの融点以上に加熱した柱状
の容器に流し込む事によって取り出す。この容器は例え
ばグラファイト等の耐熱材から出来ており、溶湯から取
り出した時にすぐに固まらないように、側面より抵抗加
熱またはランプ加熱あるいは高周波加熱等の一般の方式
で直接あるいは間接的に加熱されている。この容器また
は加熱ヒータは上下方向に移動する駆動機構を具備し、
溶湯取り出し後、金属ケイ素溶湯の入った容器を加熱域
より相対的に徐々に下方に移動させれば、容器下端より
加熱域を外れるため、徐々に冷却され金属ケイ素の溶湯
は下端より凝固を開始し、上端に向かって柱状に一方向
に順次冷却され凝固する。この一方向凝固は取り鍋のよ
うに溶湯全体をほとんど同時に固めるのと異なり、溶湯
を下端より徐々に凝固させるので、不純物元素を平衡状
態に近い状態で上端に向けて偏析させることができる
（図２（ｂ）参照）。
【００１０】この場合、この一方向凝固スピードは、容
器の下方移動スピードあるいは、加熱ヒータの上方移動
スピードを変更することによって調整できるが、あまり
凝固スピードを速くすると平衡状態ではなくなり、不純
物が固体に取り込まれ偏析効果が薄れてしまうし、出来
た柱状多結晶シリコン棒の結晶度が低くなる上、緻密度
が低下しクラックが入ったり割れ易くなり、後でＦＺ法
の原料として使用することが不可能となる。従って、一
方向凝固スピードは 1,000mm/h以下、好ましくは 100mm
/h以下とすることが望ましい。さらに、容器に回転機能
を付加しておけば、回転させながら一方向凝固させるこ
とによってより均一な固化が可能となり、より緻密で、
結晶粒のそろった多結晶シリコン棒が得られる。また、
下端より凝固させる方法は、前記容器または加熱ヒータ
を上下方向に移動させる方式に限られず、加熱ヒータを
上下方向に分割配置して、下方のヒータより徐々にパワ
ーを下げていく方法など、種々の置換が可能である。一
方向凝固を、下端から上端に向けて行うのは、不純物を
偏析除去するだけなら上端から下端に向けて行っても効
果は同じであるが、シリコンは液体から固体になるに際
し体積膨張するため、閉鎖系である下端に向けて凝固さ
せると容器を破損するためである。従って、一方向凝固
は開放端（上端）に向けて行うことが望ましい。
器の下方移動スピードあるいは、加熱ヒータの上方移動
スピードを変更することによって調整できるが、あまり
凝固スピードを速くすると平衡状態ではなくなり、不純
物が固体に取り込まれ偏析効果が薄れてしまうし、出来
た柱状多結晶シリコン棒の結晶度が低くなる上、緻密度
が低下しクラックが入ったり割れ易くなり、後でＦＺ法
の原料として使用することが不可能となる。従って、一
方向凝固スピードは 1,000mm/h以下、好ましくは 100mm
/h以下とすることが望ましい。さらに、容器に回転機能
を付加しておけば、回転させながら一方向凝固させるこ
とによってより均一な固化が可能となり、より緻密で、
結晶粒のそろった多結晶シリコン棒が得られる。また、
下端より凝固させる方法は、前記容器または加熱ヒータ
を上下方向に移動させる方式に限られず、加熱ヒータを
上下方向に分割配置して、下方のヒータより徐々にパワ
ーを下げていく方法など、種々の置換が可能である。一
方向凝固を、下端から上端に向けて行うのは、不純物を
偏析除去するだけなら上端から下端に向けて行っても効
果は同じであるが、シリコンは液体から固体になるに際
し体積膨張するため、閉鎖系である下端に向けて凝固さ
せると容器を破損するためである。従って、一方向凝固
は開放端（上端）に向けて行うことが望ましい。
【００１１】さらに、この一方向凝固の工程において柱
状容器の上下端に電位を印加（上端−チャージ、下端＋
チャージ）しておけば、不純物は電界によってさらに上
方にはきよせられ、一方向凝固による偏析効果を促進さ
せることが出来る。この場合、当然ながら容器の上下端
間は絶縁されている必要がある（図２（ｂ）参照）。
状容器の上下端に電位を印加（上端−チャージ、下端＋
チャージ）しておけば、不純物は電界によってさらに上
方にはきよせられ、一方向凝固による偏析効果を促進さ
せることが出来る。この場合、当然ながら容器の上下端
間は絶縁されている必要がある（図２（ｂ）参照）。
【００１２】このようにして得られた多結晶シリコン棒
は、不純物の偏析した上端を切断、除去し、容器内面と
接触汚染した下端面、側面は研削あるいは研磨あるいは
エッチング、あるいはこれらの組み合わせにより除去す
ることによって、従来の工業用金属ケイ素に比し、きわ
めて純度の高い多結晶シリコン棒を得ることが出来る。
は、不純物の偏析した上端を切断、除去し、容器内面と
接触汚染した下端面、側面は研削あるいは研磨あるいは
エッチング、あるいはこれらの組み合わせにより除去す
ることによって、従来の工業用金属ケイ素に比し、きわ
めて純度の高い多結晶シリコン棒を得ることが出来る。
【００１３】こうして多結晶シリコン棒が得られたなら
ば、その後は従来と同様の工程に従い結晶シリコン太陽
電池を作成すればよいのであるが（図１〜）、この
ままでは必ずしも高い効率の太陽電池を得ることができ
ないので、ＦＺ法によりさらに高純化することが望まし
い。特にＢ，Ｐについては偏析係数が１に近いため一方
向凝固工程のみでは大幅な低減が困難である。そこで、
この多結晶シリコン棒をＦＺ法により高純化（多結晶又
は単結晶）する際に、電位を印加すると（図３）、多結
晶シリコン棒中に残存する不純物の除去が促進され、さ
らに雰囲気を減圧又は酸化性、あるいは減圧酸化性とす
ると、高温減圧の下で揮発しやすい例えばＰのような元
素は蒸発し、あるいは酸化物を形成しやすい例えばＢの
ような元素は酸化物として表層に析出あるいは揮発する
ため、シリコン中の濃度を低減するのに有効である。こ
の場合、減圧度は主にＰの揮発を促進するため500Torr
以下とする必要があり、好ましくは50Torr以下であるこ
とが望ましい。また、酸化性雰囲気はＡｒ，Ｎ2 等の不
活性ガスに水蒸気あるいはＯ2 を含有する混合ガスを用
いればよく、その量は20％以下、好ましくは１〜10％の
間が効果的である。
ば、その後は従来と同様の工程に従い結晶シリコン太陽
電池を作成すればよいのであるが（図１〜）、この
ままでは必ずしも高い効率の太陽電池を得ることができ
ないので、ＦＺ法によりさらに高純化することが望まし
い。特にＢ，Ｐについては偏析係数が１に近いため一方
向凝固工程のみでは大幅な低減が困難である。そこで、
この多結晶シリコン棒をＦＺ法により高純化（多結晶又
は単結晶）する際に、電位を印加すると（図３）、多結
晶シリコン棒中に残存する不純物の除去が促進され、さ
らに雰囲気を減圧又は酸化性、あるいは減圧酸化性とす
ると、高温減圧の下で揮発しやすい例えばＰのような元
素は蒸発し、あるいは酸化物を形成しやすい例えばＢの
ような元素は酸化物として表層に析出あるいは揮発する
ため、シリコン中の濃度を低減するのに有効である。こ
の場合、減圧度は主にＰの揮発を促進するため500Torr
以下とする必要があり、好ましくは50Torr以下であるこ
とが望ましい。また、酸化性雰囲気はＡｒ，Ｎ2 等の不
活性ガスに水蒸気あるいはＯ2 を含有する混合ガスを用
いればよく、その量は20％以下、好ましくは１〜10％の
間が効果的である。
【００１４】
【実施例】つぎに本発明の具体的実施例を示すが、本発
明はこれらに限定されるものではない。一方向凝固に用
いる、内径50mmφ、深さ40cmのグラファイト製容器を用
意した。このグラファイト製容器を高周波加熱方式で
1,450℃に保ち、これに金属ケイ素の溶湯を流し込ん
だ。次に、この金属ケイ素溶湯入り容器を10mm/hの速度
で下降させ、容器下端の溶湯から上方に徐々に一方向凝
固させた。出来た多結晶シリコン棒の偏析端10cmを切断
除去し、下端、側面は表面を約５mm研削除去した。次に
これを HF-HNO3溶液にて表層をエッチング除去し、純水
で十分に洗浄した。この多結晶シリコン棒の上下端部の
純度を分析した結果、表２に示したように、不純物元素
の低減が計られていることが判った。
明はこれらに限定されるものではない。一方向凝固に用
いる、内径50mmφ、深さ40cmのグラファイト製容器を用
意した。このグラファイト製容器を高周波加熱方式で
1,450℃に保ち、これに金属ケイ素の溶湯を流し込ん
だ。次に、この金属ケイ素溶湯入り容器を10mm/hの速度
で下降させ、容器下端の溶湯から上方に徐々に一方向凝
固させた。出来た多結晶シリコン棒の偏析端10cmを切断
除去し、下端、側面は表面を約５mm研削除去した。次に
これを HF-HNO3溶液にて表層をエッチング除去し、純水
で十分に洗浄した。この多結晶シリコン棒の上下端部の
純度を分析した結果、表２に示したように、不純物元素
の低減が計られていることが判った。
【００１５】
【表２】
【００１６】さらに一方向凝固のさいにグラファイト製
容器の上下端に10Ｖの電圧を印加した他は、上記と同様
とし、得られた多結晶シリコン棒を分析したところ、一
層の不純物の低減効果が認められた（表３）。
容器の上下端に10Ｖの電圧を印加した他は、上記と同様
とし、得られた多結晶シリコン棒を分析したところ、一
層の不純物の低減効果が認められた（表３）。
【００１７】
【表３】
【００１８】こうして出来た多結晶シリコン棒（電圧を
印加したもの）を、ＦＺ法によってさらに精製した。雰
囲気はＯ2 ：Ａｒ＝１：９９の混合ガス，10Torrとし、
結晶成長速度は 30mm/hrとした。出来た結晶シリコン棒
を HF-HNO3溶液にて表層をエッチング除去し純水で十分
に洗浄した。この結晶シリコン棒の上下端部の純度を分
析した結果、表４に示したように、不純物元素の低減が
計られていることが判った。
印加したもの）を、ＦＺ法によってさらに精製した。雰
囲気はＯ2 ：Ａｒ＝１：９９の混合ガス，10Torrとし、
結晶成長速度は 30mm/hrとした。出来た結晶シリコン棒
を HF-HNO3溶液にて表層をエッチング除去し純水で十分
に洗浄した。この結晶シリコン棒の上下端部の純度を分
析した結果、表４に示したように、不純物元素の低減が
計られていることが判った。
【００１９】
【表４】
【００２０】こうして出来た結晶シリコン棒をスライス
してウェーハとし、常法に従い太陽電池を作成した。電
池構造としては図４に示した一般のものを作成した。こ
の太陽電池にＡＭ 1.5、100mＷ/cm2、28℃の条件で光電
変換効率を測定したところ、12.0％と良好な結果とな
り、使用を継続しても耐久性に全く問題のないものが得
られた。さらに、ＦＺ工程においても多結晶シリコン棒
と育成結晶シリコン棒との間に10Ｖの電圧を印加して作
成した結晶棒を用いた場合には、太陽電池の光電変換効
率は、13.5％となり、きわめて良好な結果が得られた。
してウェーハとし、常法に従い太陽電池を作成した。電
池構造としては図４に示した一般のものを作成した。こ
の太陽電池にＡＭ 1.5、100mＷ/cm2、28℃の条件で光電
変換効率を測定したところ、12.0％と良好な結果とな
り、使用を継続しても耐久性に全く問題のないものが得
られた。さらに、ＦＺ工程においても多結晶シリコン棒
と育成結晶シリコン棒との間に10Ｖの電圧を印加して作
成した結晶棒を用いた場合には、太陽電池の光電変換効
率は、13.5％となり、きわめて良好な結果が得られた。
【００２１】
【発明の効果】本発明により、太陽電池用基板材料たる
結晶シリコン半導体の製造工程を、一般の工程に比し大
巾に簡素化でき、安価で高純度の結晶シリコンを供給す
ることが出来る。従って、これを用いた太陽電池の価格
を低減することができる上、光電変換効率が高く耐久性
も優れているため、太陽電池の普及実用化へ大きく貢献
することができる。
結晶シリコン半導体の製造工程を、一般の工程に比し大
巾に簡素化でき、安価で高純度の結晶シリコンを供給す
ることが出来る。従って、これを用いた太陽電池の価格
を低減することができる上、光電変換効率が高く耐久性
も優れているため、太陽電池の普及実用化へ大きく貢献
することができる。
【図１】ケイ石から最終的に結晶シリコン太陽電池とな
るまでの概略工程図である。
るまでの概略工程図である。
【図２】（ａ）一般の金属ケイ素を製造する場合の概念
図である。 （ｂ）本発明の一方向凝固を表した概念図である。
図である。 （ｂ）本発明の一方向凝固を表した概念図である。
【図３】ＦＺ法において、電圧を印加させる場合の概念
図である。
図である。
【図４】本発明で用いた一般的太陽電池構造の断面図で
ある。
ある。
１…大型ア−ク炉 ２…カ−ボン電極 ３…金属ケイ素溶湯 ４…取り鍋 ５…耐熱性柱状容器 ６…高周波コイル ７…絶縁材 １０…ＦＺ用高周波コイル １１…結晶化シリコン棒 １２…多結晶シリコン棒 ２１…ｐ型シリコン基板 ２２…ｎ+ 層 ２３…反射防止膜 ２４…表面電極 ２５…ｐ+ 層 ２６…裏面電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾崎 純 東京都千代田区大手町２丁目６番１号 信 越化学工業株式会社本社内 (72)発明者 平沢 照彦 神奈川県川崎市高津区坂戸３丁目２番１号 信越化学工業株式会社コーポレートリサ ーチセンター内 (72)発明者 上岡 正嗣 神奈川県川崎市高津区坂戸３丁目２番１号 信越化学工業株式会社コーポレートリサ ーチセンター内
Claims (9)
- 【請求項１】 シリコン融液を一方向凝固させて棒状シ
リコンとした後、ＦＺ法によってシリコン棒を製造する
方法。 - 【請求項２】 ケイ石またはケイ砂を電気炉で還元して
得た金属シリコン融液を、耐熱性柱状容器内にて一方向
凝固させて棒状シリコンとすることを特徴とする請求項
１の方法。 - 【請求項３】 前記シリコン融液は、還元後直ちにシリ
コン融点以上の温度に加熱された前記柱状容器に流し込
まれ、容器下端から上端に向けて徐々に冷却することに
よって一方向凝固されることを特徴とする請求項２の方
法。 - 【請求項４】 前記一方向凝固ののちに前記棒状シリコ
ンの最終凝固端部を除去することを特徴とする請求項２
又は３の方法。 - 【請求項５】 前記一方向凝固ののちに前記棒状シリコ
ンの表面層を除去することを特徴とする請求項２、３又
は４の方法。 - 【請求項６】 前記一方向凝固の際に、融液に電位を印
加することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの方
法。 - 【請求項７】 前記シリコン棒をＦＺ法により処理する
際に、前記シリコン棒に電位を印加することを特徴とす
る請求項１乃至６のいずれかの方法。 - 【請求項８】 前記シリコン棒をＦＺ法により処理する
際の雰囲気を減圧又は酸化性又は減圧酸化性とすること
を特徴とする請求項１乃至７のいずれかの方法。 - 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかの方法で製造
したシリコン棒から得られたシリコン結晶基板を用いて
製造される太陽電池。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6210982A JPH0873297A (ja) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | 太陽電池用基板材料の製法とこれを用いた太陽電池 |
| EP95401887A EP0704559A1 (en) | 1994-09-05 | 1995-08-11 | Method for the preparation of a substrate material for solar cells and a solar cell prepared by using the same |
| NO953464A NO953464L (no) | 1994-09-05 | 1995-09-04 | Fremgangsmåte for fremstilling av et substramateriale for solceller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6210982A JPH0873297A (ja) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | 太陽電池用基板材料の製法とこれを用いた太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0873297A true JPH0873297A (ja) | 1996-03-19 |
Family
ID=16598355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6210982A Pending JPH0873297A (ja) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | 太陽電池用基板材料の製法とこれを用いた太陽電池 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0704559A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0873297A (ja) |
| NO (1) | NO953464L (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002104897A (ja) * | 2000-09-26 | 2002-04-10 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコン結晶及びシリコン結晶ウエーハ並びにその製造方法 |
| JP2009023851A (ja) * | 2007-07-17 | 2009-02-05 | Sumco Corp | シリコン単結晶製造用原料の製造方法およびシリコン単結晶の製造方法 |
| KR101145788B1 (ko) * | 2008-12-11 | 2012-05-16 | 와커 헤미 아게 | 다결정질 게르마늄 합금형 실리콘 및 그의 제조 방법 |
| US8460058B2 (en) | 2010-06-09 | 2013-06-11 | Okamoto Machine Tool Works, Ltd. | Complex apparatus and method for polishing an ingot block |
| WO2014024729A1 (ja) | 2012-08-09 | 2014-02-13 | 信越化学工業株式会社 | 太陽電池の製造方法、及びその製造方法により製造された太陽電池 |
| JP2015107917A (ja) * | 2015-02-20 | 2015-06-11 | 蒲池 豊 | シリコン結晶の製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MX2010002728A (es) | 2007-09-13 | 2010-08-02 | Silicium Becancour Inc | Proceso para la producción de silicio de alta y media pureza a partir de silicio de grado metalurgico. |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3048114A1 (de) * | 1980-12-19 | 1982-07-29 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum tiegelfreien zonenschmelzen |
| DE3220284A1 (de) * | 1982-05-28 | 1983-12-01 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum herstellen polykristalliner, fuer nachfolgendes zonenschmelzen geeigneter siliciumstaebe |
| DE3220343A1 (de) * | 1982-05-28 | 1983-12-01 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum herstellen polykristalliner siliciumstaebe |
| DE3220338A1 (de) * | 1982-05-28 | 1983-12-01 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum herstellen polykristalliner, fuer nachfolgendes zonenschmelzen geeigneter siliciumstaebe |
| DE3220340A1 (de) * | 1982-05-28 | 1983-12-01 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum herstellen polykristalliner, fuer nachfolgendes zonenschmelzen geeigneter siliciumstaebe |
| DE3611950A1 (de) * | 1986-04-09 | 1987-10-22 | Siemens Ag | Verfahren zum abtrennen von festen raktionsprodukten, wie kohlenstoff, aus carbothermisch erzeugtem silizium |
| US4921026A (en) * | 1988-06-01 | 1990-05-01 | Union Carbide Chemicals And Plastics Company Inc. | Polycrystalline silicon capable of yielding long lifetime single crystalline silicon |
| EP0450494B1 (en) * | 1990-03-30 | 1996-06-19 | Sumitomo Sitix Corporation | Manufacturing method for single-crystal silicon |
| US5080726A (en) * | 1990-05-31 | 1992-01-14 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeornautics And Space Administration | Directional solidification processing of alloys using an applied electric field |
-
1994
- 1994-09-05 JP JP6210982A patent/JPH0873297A/ja active Pending
-
1995
- 1995-08-11 EP EP95401887A patent/EP0704559A1/en not_active Withdrawn
- 1995-09-04 NO NO953464A patent/NO953464L/no not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002104897A (ja) * | 2000-09-26 | 2002-04-10 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコン結晶及びシリコン結晶ウエーハ並びにその製造方法 |
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| US8460058B2 (en) | 2010-06-09 | 2013-06-11 | Okamoto Machine Tool Works, Ltd. | Complex apparatus and method for polishing an ingot block |
| WO2014024729A1 (ja) | 2012-08-09 | 2014-02-13 | 信越化学工業株式会社 | 太陽電池の製造方法、及びその製造方法により製造された太陽電池 |
| US9559221B2 (en) | 2012-08-09 | 2017-01-31 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Solar cell production method, and solar cell produced by same production method |
| JP2015107917A (ja) * | 2015-02-20 | 2015-06-11 | 蒲池 豊 | シリコン結晶の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO953464L (no) | 1996-03-06 |
| EP0704559A1 (en) | 1996-04-03 |
| NO953464D0 (no) | 1995-09-04 |
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