JPH11274537A - 大粒径多結晶シリコンの製造法 - Google Patents
大粒径多結晶シリコンの製造法Info
- Publication number
- JPH11274537A JPH11274537A JP10095381A JP9538198A JPH11274537A JP H11274537 A JPH11274537 A JP H11274537A JP 10095381 A JP10095381 A JP 10095381A JP 9538198 A JP9538198 A JP 9538198A JP H11274537 A JPH11274537 A JP H11274537A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon
- crucible
- molten
- polycrystalline silicon
- grain size
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 粒子の粒径が大きく、太陽電池用として用い
た場合に変換効率が高い多結晶シリコンを製造する方法
を提供すること。 【解決手段】 溶融シリコンに磁界を印加しつつ徐冷し
て、下方より結晶を析出させることを特徴とする大粒径
多結晶シリコンの製造法。
た場合に変換効率が高い多結晶シリコンを製造する方法
を提供すること。 【解決手段】 溶融シリコンに磁界を印加しつつ徐冷し
て、下方より結晶を析出させることを特徴とする大粒径
多結晶シリコンの製造法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池等に使用さ
れる大粒径多結晶シリコンを簡単な設備で製造する方法
に関する。
れる大粒径多結晶シリコンを簡単な設備で製造する方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】多結晶シリコン基板は単結晶シリコン基
板に比べて多くの結晶欠陥を含んでいるため、太陽電池
用としての変換効率が劣っているといわれている。しか
しながら、単結晶シリコンの製造には膨大な設備を要す
るため高コストとなり、太陽電池としての用途は限られ
たものになっている。多結晶シリコンは単結晶シリコン
に比べると格段に低コストで製造可能であるため、その
変換効率を向上させることができれば太陽電池としての
用途が大幅に拡大すると期待される。
板に比べて多くの結晶欠陥を含んでいるため、太陽電池
用としての変換効率が劣っているといわれている。しか
しながら、単結晶シリコンの製造には膨大な設備を要す
るため高コストとなり、太陽電池としての用途は限られ
たものになっている。多結晶シリコンは単結晶シリコン
に比べると格段に低コストで製造可能であるため、その
変換効率を向上させることができれば太陽電池としての
用途が大幅に拡大すると期待される。
【０００３】単結晶シリコンの製造法として代表的なも
のはCzochralski法（ＣＺ法）であるが、この方法は上
記のようにコストが高い。そのため多結晶シリコンの製
造にＣＺ法が用いられることはほとんどなく、多くの場
合はこれよりはるかに低コストで製造可能なキャスティ
ング法が用いられている。この方法は溶融したシリコン
を坩堝の中で底面から徐冷し結晶成長を行わせる方法で
ある。しかしながらこの方法で得られるシリコンの多結
晶はその個々の単結晶粒子であるグレインの大きさが約
１ｍｍ程度と小さく、太陽電池とした場合の変換効率が
低いという欠点がある。
のはCzochralski法（ＣＺ法）であるが、この方法は上
記のようにコストが高い。そのため多結晶シリコンの製
造にＣＺ法が用いられることはほとんどなく、多くの場
合はこれよりはるかに低コストで製造可能なキャスティ
ング法が用いられている。この方法は溶融したシリコン
を坩堝の中で底面から徐冷し結晶成長を行わせる方法で
ある。しかしながらこの方法で得られるシリコンの多結
晶はその個々の単結晶粒子であるグレインの大きさが約
１ｍｍ程度と小さく、太陽電池とした場合の変換効率が
低いという欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は簡単な
設備で粒子の粒径が大きい多結晶シリコンを製造する方
法を提供することである。本発明の他の目的は太陽電池
用として用いた場合に変換効率が高い多結晶シリコンを
製造する方法を提供することである。
設備で粒子の粒径が大きい多結晶シリコンを製造する方
法を提供することである。本発明の他の目的は太陽電池
用として用いた場合に変換効率が高い多結晶シリコンを
製造する方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記本発明は溶融シリコ
ンに磁界を印加しつつ徐冷して、下方より結晶を析出さ
せることを特徴とする大粒径多結晶シリコンの製造法に
より達成される。本発明の一つの実施態様によれば、坩
堝内で溶融シリコン液を析出させることを特徴とする。
また、他の実施態様によれば、円筒状のサセプター内に
おいて下部が結晶シリコンで上部が溶融シリコンとなっ
ている状態で、溶融シリコン上に原料シリコンを供給す
る一方、固体シリコンを下方に引き抜いて徐冷すること
により、連続的に結晶を析出・成長させることを特徴と
する。
ンに磁界を印加しつつ徐冷して、下方より結晶を析出さ
せることを特徴とする大粒径多結晶シリコンの製造法に
より達成される。本発明の一つの実施態様によれば、坩
堝内で溶融シリコン液を析出させることを特徴とする。
また、他の実施態様によれば、円筒状のサセプター内に
おいて下部が結晶シリコンで上部が溶融シリコンとなっ
ている状態で、溶融シリコン上に原料シリコンを供給す
る一方、固体シリコンを下方に引き抜いて徐冷すること
により、連続的に結晶を析出・成長させることを特徴と
する。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に本発明を図面で説明する。
図１は本発明を実施するための装置を模式的に表した図
である。図１において、３はシリコンを溶融する坩堝で
ある。坩堝の材質はシリコンと反応せずかつ溶融シリコ
ンの温度に十分耐えられるようなものである必要があ
り、例えば石英、窒化珪素、炭化珪素等が用いられる。
また黒鉛の内面をシリコンと反応しないように炭化珪素
等でコーティングしたものでもよく、好ましい材質であ
る。坩堝の底部内面は円錐状となっていることが好まし
い。坩堝３の底部には最初に結晶が析出するが、この初
期の結晶は粒径が小さいものが多い。従って、坩堝底部
の面積が大きいほど小粒径のシリコンの生成量が多くな
る。円錐状とすることによりこのような小粒径シリコン
の生成量を少なくすることができる。
図１は本発明を実施するための装置を模式的に表した図
である。図１において、３はシリコンを溶融する坩堝で
ある。坩堝の材質はシリコンと反応せずかつ溶融シリコ
ンの温度に十分耐えられるようなものである必要があ
り、例えば石英、窒化珪素、炭化珪素等が用いられる。
また黒鉛の内面をシリコンと反応しないように炭化珪素
等でコーティングしたものでもよく、好ましい材質であ
る。坩堝の底部内面は円錐状となっていることが好まし
い。坩堝３の底部には最初に結晶が析出するが、この初
期の結晶は粒径が小さいものが多い。従って、坩堝底部
の面積が大きいほど小粒径のシリコンの生成量が多くな
る。円錐状とすることによりこのような小粒径シリコン
の生成量を少なくすることができる。
【０００７】４は加熱のためのヒーターである。ヒータ
ーの種類は特に制限はないが、通常はカーボンヒーター
で直流電流により加熱する。高周波加熱も可能である
が、この場合は磁界を印加すると振動する恐れがあるの
で、振動防止手段を講じる必要がある。
ーの種類は特に制限はないが、通常はカーボンヒーター
で直流電流により加熱する。高周波加熱も可能である
が、この場合は磁界を印加すると振動する恐れがあるの
で、振動防止手段を講じる必要がある。
【０００８】原料のシリコンはアルゴンのような不活性
ガス雰囲気下、坩堝に入れて加熱し、溶融シリコン１と
する。シリコンの溶融温度は１４１４℃なので、これよ
り高い温度に加熱する必要があるが、１５００℃以下で
あることが好ましい。１５００℃越えると得られるシリ
コン結晶中に不純物が多くなる傾向にある。不活性ガス
雰囲気圧は特に制限はなく、減圧でも常圧でも差し支え
ない。
ガス雰囲気下、坩堝に入れて加熱し、溶融シリコン１と
する。シリコンの溶融温度は１４１４℃なので、これよ
り高い温度に加熱する必要があるが、１５００℃以下で
あることが好ましい。１５００℃越えると得られるシリ
コン結晶中に不純物が多くなる傾向にある。不活性ガス
雰囲気圧は特に制限はなく、減圧でも常圧でも差し支え
ない。
【０００９】磁界の印加の方向は特に制限はなく、図１
に示すように水平方向に印加してもよく、また垂直方向
に印加してもよい。磁界の強さは通常約５００〜１００
０ガウスで、好ましくは１０００〜６０００ガウスであ
る。このように溶融シリコンに磁界を印加したした状態
で下方より徐々に冷却すると、坩堝底の最低部からシリ
コン多結晶２が析出し、成長していく。冷却は如何なる
方法によってもよいが、加熱ゾーンから徐々に坩堝を引
き下げていくのが簡単である。冷却速度は遅い方が結晶
の粒子径が大きくなるが、生産性が悪くなるので、通常
は２〜１００℃／Ｈｒで、好ましくは５０〜７０℃／Ｈ
ｒである。
に示すように水平方向に印加してもよく、また垂直方向
に印加してもよい。磁界の強さは通常約５００〜１００
０ガウスで、好ましくは１０００〜６０００ガウスであ
る。このように溶融シリコンに磁界を印加したした状態
で下方より徐々に冷却すると、坩堝底の最低部からシリ
コン多結晶２が析出し、成長していく。冷却は如何なる
方法によってもよいが、加熱ゾーンから徐々に坩堝を引
き下げていくのが簡単である。冷却速度は遅い方が結晶
の粒子径が大きくなるが、生産性が悪くなるので、通常
は２〜１００℃／Ｈｒで、好ましくは５０〜７０℃／Ｈ
ｒである。
【００１０】上記の方法は坩堝毎に多結晶シリコンを製
造するバッチワイズの方法であるが、生産性を向上させ
るためには連続的にシリコン多結晶を製造する方法が好
ましい。図２はそのような大粒径多結晶シリコンを連続
的に製造する装置の１例を模式的に表した図である。５
はサセプターと称する円筒状の坩堝である。サセプター
の材質は図１の坩堝と同様である。先ず、柱状のシリコ
ンをこのサセプターにセットし、上部を加熱して溶融す
る。そして、磁界を印加しつつ結晶の成長速度にあわせ
てシリコン柱を下方に引き抜くとともに、上部より原料
シリコン６を連続的に供給することにより、大粒径多結
晶シリコン２を連続的に製造することができる。磁界の
強さ、冷却速度等の条件は図１の場合と同様である。
造するバッチワイズの方法であるが、生産性を向上させ
るためには連続的にシリコン多結晶を製造する方法が好
ましい。図２はそのような大粒径多結晶シリコンを連続
的に製造する装置の１例を模式的に表した図である。５
はサセプターと称する円筒状の坩堝である。サセプター
の材質は図１の坩堝と同様である。先ず、柱状のシリコ
ンをこのサセプターにセットし、上部を加熱して溶融す
る。そして、磁界を印加しつつ結晶の成長速度にあわせ
てシリコン柱を下方に引き抜くとともに、上部より原料
シリコン６を連続的に供給することにより、大粒径多結
晶シリコン２を連続的に製造することができる。磁界の
強さ、冷却速度等の条件は図１の場合と同様である。
【００１１】図２の場合は最初にサセプターにセットで
きるような柱状のシリコンが必要であるが、例えば図１
における坩堝を円錐状の部分と円筒状部分に２つ割りで
きるような構造とし、円錐状部分が結晶化したら徐々に
円錐状部分を引き下げて多結晶シリコンを取り出すよう
にすれば、柱状シリコンは不要であり、より簡単であ
る。
きるような柱状のシリコンが必要であるが、例えば図１
における坩堝を円錐状の部分と円筒状部分に２つ割りで
きるような構造とし、円錐状部分が結晶化したら徐々に
円錐状部分を引き下げて多結晶シリコンを取り出すよう
にすれば、柱状シリコンは不要であり、より簡単であ
る。
【００１２】本発明の方法においては、不純物は溶融シ
リコンより軽くて表面に浮く一方、結晶化は溶融シリコ
ンの下方から進行するので、引き上げ法に比べて不純物
が混入する確率が低い。本発明の方法により得られる多
結晶シリコンは、グレインの大きさが１〜数ｃｍで、従
来の方法で得られるものの約１０倍以上であり、太陽電
池に用いた場合に変換効率を大幅に向上させることが可
能である。
リコンより軽くて表面に浮く一方、結晶化は溶融シリコ
ンの下方から進行するので、引き上げ法に比べて不純物
が混入する確率が低い。本発明の方法により得られる多
結晶シリコンは、グレインの大きさが１〜数ｃｍで、従
来の方法で得られるものの約１０倍以上であり、太陽電
池に用いた場合に変換効率を大幅に向上させることが可
能である。
【００１３】
【実施例】以下に本発明を実施例で説明するが、本発明
はこれらの実施例によって制限されるものではない。
はこれらの実施例によって制限されるものではない。
【００１４】実施例１ 内面を炭化珪素でコーティングした坩堝に原料のシリコ
ンを入れ、常圧のアルゴン雰囲気下、カーボンヒーター
炉で溶融した。この溶融シリコンに３０００ガウスの磁
界を印加し、約４０℃／Ｈｒの冷却速度になるように坩
堝を炉の下方から徐々に引き抜き、多結晶シリコンのイ
ンゴットを得た。得られたシリコンのグレインの径は最
大で約３ｃｍ、平均で約１．６ｃｍで、粒子の向きが揃
っていた。抵抗率はインゴット測定個所によりバラツキ
はあるものの１０〜３５Ω・ｃｍであり、適当なドープ
材の使用により０．１〜数１０Ω・ｃｍまで抵抗率を変
化させることができ、太陽電池としての使用に好適であ
ることが分かった。
ンを入れ、常圧のアルゴン雰囲気下、カーボンヒーター
炉で溶融した。この溶融シリコンに３０００ガウスの磁
界を印加し、約４０℃／Ｈｒの冷却速度になるように坩
堝を炉の下方から徐々に引き抜き、多結晶シリコンのイ
ンゴットを得た。得られたシリコンのグレインの径は最
大で約３ｃｍ、平均で約１．６ｃｍで、粒子の向きが揃
っていた。抵抗率はインゴット測定個所によりバラツキ
はあるものの１０〜３５Ω・ｃｍであり、適当なドープ
材の使用により０．１〜数１０Ω・ｃｍまで抵抗率を変
化させることができ、太陽電池としての使用に好適であ
ることが分かった。
【００１５】比較例１磁界を印加しない以外は実施例１
と同様にして多結晶シリコンのインゴットを得た。この
インゴットにはクラックが発生しており、グレインの径
は小さかく向きも不揃いであった。
と同様にして多結晶シリコンのインゴットを得た。この
インゴットにはクラックが発生しており、グレインの径
は小さかく向きも不揃いであった。
【００１６】
【発明の効果】本発明の方法により製造した多結晶シリ
コンはグレインの径が大きく、変換効率の優れた太陽電
池の用途に好適である。
コンはグレインの径が大きく、変換効率の優れた太陽電
池の用途に好適である。
【図１】本発明を実施するための装置を模式的に表した
図である。
図である。
【図２】本発明により連続的に多結晶シリコンを製造す
る装置の１例を模式的に表した図である。
る装置の１例を模式的に表した図である。
１ 溶融シリコン ２ 多結晶シリコン ３ 坩堝 ４ ヒーター ５ サセプター ６ 原料シリコン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川崎 宏一 神奈川県横浜市青葉区桜台１−75
Claims (3)
- 【請求項１】 溶融シリコンに磁界を印加しつつ下方か
ら徐冷して、下方より結晶を析出・成長させることを特
徴とする大粒径多結晶シリコンの製造法。 - 【請求項２】 坩堝内で溶融シリコン液を析出させるこ
とを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項３】 円筒状のサセプター内において下部が結
晶シリコンで上部が溶融シリコンとなっている状態で、
溶融シリコン上に原料シリコンを供給する一方、固体シ
リコンを下方に引き抜いて徐冷することにより、連続的
に結晶を析出・成長させることを特徴とする請求項１の
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10095381A JPH11274537A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | 大粒径多結晶シリコンの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10095381A JPH11274537A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | 大粒径多結晶シリコンの製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11274537A true JPH11274537A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=14136078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10095381A Pending JPH11274537A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | 大粒径多結晶シリコンの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11274537A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2147135A2 (en) * | 2007-04-17 | 2010-01-27 | Calisolar, Inc. | Large grain, multi-crystalline semiconductor ingot formation method and system |
| CN103014850A (zh) * | 2012-12-10 | 2013-04-03 | 常州大学 | 一种新型多晶硅铸锭装置及其铸锭方法 |
| WO2019186870A1 (ja) * | 2018-03-29 | 2019-10-03 | 株式会社クリスタルシステム | 単結晶製造装置および単結晶製造方法 |
| WO2019186871A1 (ja) * | 2018-03-29 | 2019-10-03 | 株式会社クリスタルシステム | 単結晶製造装置および単結晶製造方法 |
-
1998
- 1998-03-24 JP JP10095381A patent/JPH11274537A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2147135A2 (en) * | 2007-04-17 | 2010-01-27 | Calisolar, Inc. | Large grain, multi-crystalline semiconductor ingot formation method and system |
| EP2147135A4 (en) * | 2007-04-17 | 2011-06-22 | Calisolar Inc | METHOD AND SYSTEM FOR GENERATING GREEN GRAIN MULTICRYSTALLINE SEMICONDUCTOR INGOTO |
| CN103014850A (zh) * | 2012-12-10 | 2013-04-03 | 常州大学 | 一种新型多晶硅铸锭装置及其铸锭方法 |
| WO2019186870A1 (ja) * | 2018-03-29 | 2019-10-03 | 株式会社クリスタルシステム | 単結晶製造装置および単結晶製造方法 |
| WO2019186871A1 (ja) * | 2018-03-29 | 2019-10-03 | 株式会社クリスタルシステム | 単結晶製造装置および単結晶製造方法 |
| CN110546314A (zh) * | 2018-03-29 | 2019-12-06 | 株式会社水晶系统 | 单晶制造装置和单晶制造方法 |
| US11326270B2 (en) | 2018-03-29 | 2022-05-10 | Crystal Systems Corporation | Single-crystal production equipment and single-crystal production method |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040210 |