JPH10251010A - 太陽電池用シリコン - Google Patents

太陽電池用シリコン

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JPH10251010A
JPH10251010A JP9061130A JP6113097A JPH10251010A JP H10251010 A JPH10251010 A JP H10251010A JP 9061130 A JP9061130 A JP 9061130A JP 6113097 A JP6113097 A JP 6113097A JP H10251010 A JPH10251010 A JP H10251010A
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JP
Japan
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silicon
ppm
concentration
solar cell
conversion efficiency
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9061130A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihide Kato
嘉英 加藤
Masamichi Abe
正道 阿部
Kazuhiro Hanazawa
和浩 花澤
Hiroyuki Baba
裕幸 馬場
Naomichi Nakamura
尚道 中村
Kenkichi Yushimo
憲吉 湯下
Yasuhiko Sakaguchi
泰彦 阪口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

(57)【要約】 【課題】各不純物成分間の相互作用を考慮し、従来の成
分限定を外れる場合においてもすぐれた変換効率を有す
る太陽電池用シリコンを提供する。 【解決手段】C≦10ppm、O≦10ppmを含有
し、[P]/[B]< 1.0、0.06ppm≦
[B]≦0.3ppm、[Mi]/[C+O]< 0.
2、([P]/[B])([Mi]/[C+O])<
0.05とする。ただし、[P]:シリコン中のPの濃
度、[B]:シリコン中のBの濃度、[Mi]:シリコ
ン中のFe+Al+Ti+Caの濃度、[C+O]:シ
リコン中のC+Oの濃度である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に太陽電池に用
いる不純物含有量の低い高純度太陽電池用シリコンに関
し、さらに詳しくは太陽電池用シリコンの中に含まれる
不純物元素の相互関係を規制した太陽電池用シリコンに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、太陽電池用の高純度シリコンは、
所要の交換効率を確保するために、P,B,C,Fe,
Al,Ti,Ca,Oなどの不純物の少ないものが要求
され、その純度はC,Oを除きSi:99.9999%
(6N)以上が必要とされている。そして例えば P<0.1ppm B<0.1±0.05ppm Fe<0.1ppm Al<0.1ppm Ti<0.1ppm Ca<0.1ppm を充足する仕様とすることが知られている。しかし、こ
れらの各不純物成分は、他の条件を一定として当該成分
濃度を変化させた特性を調べ、その結果によって、各成
分の限界をそれぞれ単独に定めたもので、各成分間の相
互作用はなんら考慮されていない。また、太陽電池が広
く利用されるためには、このシリコンを安価に量産する
必要がある。
【0003】太陽電池に用いられるシリコンの純度は
C,Oを除き99.9999%以上が必要とされてい
る。従来、市販の金属シリコンの純度は99.5%程度
であり、これから上記高純度のシリコンを製造するに
は、Pはその蒸気圧の高いことを利用して減圧除去し、
BについてはH2 O、CO2 あるいはO2 を添加した酸
化精製により除去し、CについてはSiCは凝固の際に
表面に析出させ、また固溶しているCをCOとして除去
し、Al、Fe、Ti等の金属不純物元素については固
液分配係数の小さいことを利用した一方向凝固精製によ
り除去している。これらの不純物除去工程は複雑であ
り、コスト高である。従って、これらの工程を簡略化す
ることが要望されている。そのためには、上記従来の成
分限定を検討する必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記事
情に鑑み、各成分間の相互作用を考慮に入れた場合には
上記従来の成分仕様でなくても優れた変換効率を得られ
ることを知見し、これに基いて種々実験を重ね、本発明
を完成した。つまり本発明は、上記従来の成分限定を外
れる場合においてもすぐれた特性を発揮する条件が成立
する普偏的な成分関係を確立し、これを提供するもので
ある。
【0005】本発明は上記問題点を解決した太陽電池用
シリコンを開発し、これを提供することを目的とするも
のである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために種々研究の結果、太陽電池用シリコンの
含有不純物の相互関係により特性が規定されることを知
見し、完成されたものである。すなわち、本発明は、C
≦10ppm、O≦10ppmを含有し、かつ下記
(1)〜(4)式を充足し、残部が実質的にSiからな
ることを特徴とする太陽電池用シリコンである。
【0007】 [P]/[B]< 1.0 ………(1) 0.06ppm≦[B]≦0.3ppm ………(2) [Mi]/[C+O]< 0.2 ………(3) ([P]/[B])([Mi]/[C+O]) < 0.05 ………(4) ただし、 [P]:シリコン中のPの濃度 [B]:シリコン中のBの濃度 [Mi]:シリコン中のFe+Al+Ti+Caの濃度 [C+O]:シリコン中の、C+Oの濃度 である。
【0008】上記太陽電池用シリコンの成分限定理由は
次のとおりである。図2に、シリコン中のPの濃度とB
の濃度との比[P]/[B]を横軸に、変換効率を縦軸
に取りグラフで示した。この高純度シリコンは[Mi]
/[C+O]が0.1のものである。変換効率は[P]
/[B]が0.5以上となれば低下し好ましくない。そ
して変換効率が高値を維持するのは図示していないがB
の濃度の上限は0.3ppmであり、かかる条件下で高
変換効率を維持するのに[C],[O]は上限値がそれ
ぞれ10ppmであった。下限は0.06ppmである
ことがわかった。
【0009】次に図3は[P]/[B]が0.8の高純
度シリコンについて、[Mi]/[C+O]を変化させ
た時の変換効率を示すグラフである。C≦10ppm、
O≦10ppmの範囲においては、[Mi]/[C+
O]と変換効率との間にほとんど一義的な関係が見ら
れ、[Mi]/[C+O]が0.06未満で変換効率は
ほぼ一定値となり、[Mi]/[C+O]が0.06以
上では低下する。したがって図2、図3から高変換効率
を得るには[P]/[B]、[Mi]/[C+O]とも
に低値である必要があることがわかった。
【0010】[Mi]/[C+O]と[P]/[B]と
の積を横軸に取って変換効率の変化をプロットすると図
4のようになる。図4から、([P]/[B])([M
i]/[C+O])の値が0.05未満の時変換効率が
高いことが知られるので、([P]/[B])([M
i]/[C+O])の値を0.05未満に限定した。さ
らにかかる条件においても、[P]/[B]の上限は
0.1,[Mi]/[C+O]の上限は0.2であるこ
とがわかった。
【0011】すなわち、これらをまとめると図1のよう
になる。図中に付した番号は後述の実施例の番号と符合
するものである。図中斜線を施した領域が今回見出した
適合範囲である。
【0012】
【発明の実施の形態】金属シリコンを精製して太陽電池
用シリコンを製造する方法は、減圧精製(脱P)工程の
後、一方向凝固(凝固粗精製工程)による金属不純物の
除去を行い、再び溶解して酸化精練(脱B工程)を行
い、次いで、凝固仕上精製を行い、高純度シリコンを得
るものである。これをさらに詳しく説明すると、まず、
金属シリコンを溶解・脱P工程で溶解し、脱Pを行う。
この工程は例えば真空精練とし、例えば10-4torr
より高真空で真空精練する。次いで、溶解シリコンを凝
固させて例えば一方向凝固による金属不純物除去工程に
移行する。一方向凝固では金属不純物を偏析させてこれ
を除去する。次いで脱B,C,O工程を実行する。この
工程は例えば空気中又は減圧下で、酸化性雰囲気でB,
Cを酸化除去し、次いでAr等によって減圧下又は大気
中で脱酸しOを除去する。この時不活性ガス(Ar,N
2 等)に10%程度のH2 O、CO2 などを加え600
〜1000℃で脱B、Cを行い、1400〜1500℃
で脱Oを行う。次いで金属シリコンを一方向凝固させ、
金属不純物除去を行う。
【0013】以上のようにして精整されたシリコンは切
断工程を経てウエハとすることにより太陽電池の部材と
なる。また、切断前の太陽電池用シリコンを必要に応じ
再溶解工程、凝固工程による精整を行ってウエハを得
る。本発明ではこれらの工程のうち、非常に困難性をと
もなう脱P、脱B工程において、上記(1)〜(4)式
に規定される成分の相互関係を利用して、必要かつ十分
な処理にとどめることができる。従って、太陽電池用シ
リコンを安価に製造することが可能となる。
【0014】
【実施例】金属シリコンを溶解し、10-4torrより
高真空で脱Pを行い、次いで、凝固させ、次に、酸化性
雰囲気で不活性ガスに10%程度のH2 O、CO2 を加
え600〜1000℃で脱B、Cを行い、1400〜1
500℃で脱Oを行い、その後、一方向凝固させ、金属
不純物除去を行い、表1に示す種々の不純物組成の高純
度シリコンを精製し、p型半導体ウエハとし、これにガ
ス拡散処理によりpn型半導体を形成し、エネルギー変
換効率を測定した。結果を表1に示した。なお、エネル
ギー変換効率は自然太陽光を人工的に模擬したりソーラ
ーシミュレーターを用い、太陽電池温度28±2℃、光
源放射照度100±1mw/cm2 のもとで測定した。
【0015】
【表1】
【0016】表1から次のことが結論付けられる。 (a)従来、太陽電池用高純度シリコンの要求仕様であ
ったP<0.1ppm、B<0.1±0.05ppmが
充足されない場合であっても、 [P]/[B]< 1.0 ………(1) 0.06ppm≦[B]≦0.3ppm ………(2) の条件下において、エネルギー変換効率が高いものが得
られる。 (b)また、Fe<0.1ppm、Al<0.1pp
m、Ti<0.1ppm、Ca<0.1ppmの個々の
要件が充足されなくても、C≦10ppm、O≦10p
pmの条件の下で、 [Mi]/[C+O]< 0.2 ………(3) ([P]/[B])([Mi]/[C+O]) < 0.05 ………(4) が充足されれば、問題がない。 (c)結局、C≦10ppm、O≦10ppm及び上記
(1)〜(4)式を充足する高純度シリコンは高い変換
効率を得ることができ、従来より安価に製造することが
できる。
【0017】
【発明の効果】本発明の太陽電池用シリコンは以上のよ
うに構成されているので、従来の高価な半導体用シリコ
ンを用いていた太陽電池の低コスト化が可能となる。こ
れによって太陽電池の利用を大きく進展させることがで
き、社会的にも寄与するところが大である
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の適合範囲を示すグラフである。
【図2】[P]/[B]と変換効率との関係を示すグラ
フである。
【図3】[Mi]/[C+O]と変換効率との関係を示
すグラフである。
【図4】([P]/[B])([Mi]/[C+O])
と変換効率との関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花澤 和浩 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 馬場 裕幸 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 中村 尚道 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 湯下 憲吉 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 阪口 泰彦 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C≦10ppm、O≦10ppmを含有
    し、かつ下記(1)〜(4)式を充足し、残部が実質的
    にSiからなることを特徴とする太陽電池用シリコン。 [P]/[B]< 1.0 ………(1) 0.06ppm≦[B]≦0.3ppm ………(2) [Mi]/[C+O]< 0.2 ………(3) ([P]/[B])([Mi]/[C+O]) < 0.05 ………(4) ただし、 [P]:シリコン中のPの濃度 [B]:シリコン中のBの濃度 [Mi]:シリコン中のFe+Al+Ti+Caの濃度 [C+O]:シリコン中の、C+Oの濃度
JP9061130A 1997-03-14 1997-03-14 太陽電池用シリコン Withdrawn JPH10251010A (ja)

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