JPH1192284A - 一方向凝固多結晶組織を有するシリコンインゴットの製造方法 - Google Patents
一方向凝固多結晶組織を有するシリコンインゴットの製造方法Info
- Publication number
- JPH1192284A JPH1192284A JP9245309A JP24530997A JPH1192284A JP H1192284 A JPH1192284 A JP H1192284A JP 9245309 A JP9245309 A JP 9245309A JP 24530997 A JP24530997 A JP 24530997A JP H1192284 A JPH1192284 A JP H1192284A
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- Japan
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- silicon
- crucible
- raw material
- chill plate
- silicon ingot
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-
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- 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
Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶解と一方向凝固を一つのルツボで行うこと
により不純物の少ない一方向凝固多結晶組織を有するシ
リコンインゴットを製造する方法を提供する。 【解決手段】 ルツボ１２とチルプレート７の間に断熱
材１３を設置してルツボ１２にシリコン原料を充填し加
熱することによりシリコン原料を溶解し、ついで前記断
熱材１３を取り去ってルツボ１２をチルプレート７に接
触させ、ルツボ１２の底部から溶融シリコンを冷却す
る。
により不純物の少ない一方向凝固多結晶組織を有するシ
リコンインゴットを製造する方法を提供する。 【解決手段】 ルツボ１２とチルプレート７の間に断熱
材１３を設置してルツボ１２にシリコン原料を充填し加
熱することによりシリコン原料を溶解し、ついで前記断
熱材１３を取り去ってルツボ１２をチルプレート７に接
触させ、ルツボ１２の底部から溶融シリコンを冷却す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽光発電用電
池のシリコン基板を製造するための不純物の少ない一方
向凝固多結晶組織を有するシリコンインゴットを製造す
る方法に関するものであり、特に溶解と一方向凝固を一
つのルツボで行うシリコンインゴットの製造方法に関す
るものである。
池のシリコン基板を製造するための不純物の少ない一方
向凝固多結晶組織を有するシリコンインゴットを製造す
る方法に関するものであり、特に溶解と一方向凝固を一
つのルツボで行うシリコンインゴットの製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、太陽光発電用電池のシリコン基板
として、単結晶シリコンからなるシリコン基板、多結晶
シリコンからなるシリコン基板などが知られており、多
結晶シリコンからなるシリコン基板は一方向凝固多結晶
組織を有するシリコンインゴットをスライスして製造し
ている。太陽光発電用電池のシリコン基板は、単結晶シ
リコン基板の方が光電変換効率が高いが価格も高く、一
方、多結晶シリコン基板は光電変換効率が低いが価格も
安いと言われている。しかし、近年、太陽光発電用電池
のシリコン基板は、光電変換効率が高くかつ価格の安い
ものが求められており、かかる要求を満たすべく、価格
の安い太陽光発電用電池の多結晶シリコン基板の光電変
換効率を高める研究が頻繁に行われている。
として、単結晶シリコンからなるシリコン基板、多結晶
シリコンからなるシリコン基板などが知られており、多
結晶シリコンからなるシリコン基板は一方向凝固多結晶
組織を有するシリコンインゴットをスライスして製造し
ている。太陽光発電用電池のシリコン基板は、単結晶シ
リコン基板の方が光電変換効率が高いが価格も高く、一
方、多結晶シリコン基板は光電変換効率が低いが価格も
安いと言われている。しかし、近年、太陽光発電用電池
のシリコン基板は、光電変換効率が高くかつ価格の安い
ものが求められており、かかる要求を満たすべく、価格
の安い太陽光発電用電池の多結晶シリコン基板の光電変
換効率を高める研究が頻繁に行われている。
【０００３】図３は、従来の一方向凝固多結晶組織を有
するシリコンインゴットの製造方法を説明するための断
面説明図である。図３（ａ）に示されるように、溶解用
ルツボ１にシリコン原料２を充填し、誘導コイル３によ
り溶解用ルツボ１を加熱してシリコン原料２を溶解し、
ついで、得られたシリコン溶湯を、図３（ｂ）に示され
るように、凝固用ルツボ４に注入する。凝固用ルツボ４
の周囲にはヒータ５が設けられており、さらにヒータ５
の下端にはヒータ５の熱を遮るためのバッフル６が設け
られている。凝固用ルツボ４の底部にチルプレート７が
接触しており、注入されたシリコン溶湯８は凝固用ルツ
ボ４の底部がチルプレート７により冷却されているた
め、凝固用ルツボ４内のシリコン溶湯８は底部から上に
向かって凝固し始める。さらにチルプレート７の下面に
はエレベータシャフト９が設けられており、エレベータ
シャフト９の周囲には冷却リング１０が設けられてお
り、シリコン溶湯を底部から凝固させると同時にチルプ
レート７をエレベータシャフト１０によりシリコン溶湯
の結晶成長速度と同期する速度で降下させ、冷却リング
１０により一方向凝固組織１１をシリコン溶湯全域に亘
って成長させる。このようにして得られた一方向凝固多
結晶組織を有するシリコンインゴットをスライスして太
陽光発電用電池の多結晶シリコン基板を作製している。
するシリコンインゴットの製造方法を説明するための断
面説明図である。図３（ａ）に示されるように、溶解用
ルツボ１にシリコン原料２を充填し、誘導コイル３によ
り溶解用ルツボ１を加熱してシリコン原料２を溶解し、
ついで、得られたシリコン溶湯を、図３（ｂ）に示され
るように、凝固用ルツボ４に注入する。凝固用ルツボ４
の周囲にはヒータ５が設けられており、さらにヒータ５
の下端にはヒータ５の熱を遮るためのバッフル６が設け
られている。凝固用ルツボ４の底部にチルプレート７が
接触しており、注入されたシリコン溶湯８は凝固用ルツ
ボ４の底部がチルプレート７により冷却されているた
め、凝固用ルツボ４内のシリコン溶湯８は底部から上に
向かって凝固し始める。さらにチルプレート７の下面に
はエレベータシャフト９が設けられており、エレベータ
シャフト９の周囲には冷却リング１０が設けられてお
り、シリコン溶湯を底部から凝固させると同時にチルプ
レート７をエレベータシャフト１０によりシリコン溶湯
の結晶成長速度と同期する速度で降下させ、冷却リング
１０により一方向凝固組織１１をシリコン溶湯全域に亘
って成長させる。このようにして得られた一方向凝固多
結晶組織を有するシリコンインゴットをスライスして太
陽光発電用電池の多結晶シリコン基板を作製している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、溶解用ルツボ
１でシリコン原料２を溶解し、得られたシリコン溶湯を
凝固用ルツボ４に注入して一方向凝固させる従来法によ
りシリコンインゴットを作製すると、溶解したシリコン
原料を凝固用ルツボ４に移し換える際にシリコン溶湯の
激しい乱流が発生し、その際、凝固用ルツボの壁面の一
部を削り取って一部を巻き込み、得られたシリコンイン
ゴットは不純物が多く含まれ、この不純物が多いシリコ
ンインゴットをスライスして得られた太陽光発電用電池
のシリコン基板の光電変換効率は低いという課題があっ
た。
１でシリコン原料２を溶解し、得られたシリコン溶湯を
凝固用ルツボ４に注入して一方向凝固させる従来法によ
りシリコンインゴットを作製すると、溶解したシリコン
原料を凝固用ルツボ４に移し換える際にシリコン溶湯の
激しい乱流が発生し、その際、凝固用ルツボの壁面の一
部を削り取って一部を巻き込み、得られたシリコンイン
ゴットは不純物が多く含まれ、この不純物が多いシリコ
ンインゴットをスライスして得られた太陽光発電用電池
のシリコン基板の光電変換効率は低いという課題があっ
た。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
従来よりも不純物含有量の少ない一方向凝固多結晶組織
を有するシリコンインゴットを得るべく研究を行った結
果、シリコン原料の溶解とシリコン溶湯の一方向凝固を
１個のルツボで行うと、シリコン溶湯を別のルツボへの
注入する操作を省略することができ、したがって、シリ
コン溶湯の激しい乱流による凝固用ルツボの壁面の削り
取もなく、不純物の巻き込みがなくなり、したがって、
得られたシリコンインゴットに含まれる不純物量を少な
くすることができるという研究結果が得られたのであ
る。
従来よりも不純物含有量の少ない一方向凝固多結晶組織
を有するシリコンインゴットを得るべく研究を行った結
果、シリコン原料の溶解とシリコン溶湯の一方向凝固を
１個のルツボで行うと、シリコン溶湯を別のルツボへの
注入する操作を省略することができ、したがって、シリ
コン溶湯の激しい乱流による凝固用ルツボの壁面の削り
取もなく、不純物の巻き込みがなくなり、したがって、
得られたシリコンインゴットに含まれる不純物量を少な
くすることができるという研究結果が得られたのであ
る。
【０００６】すなわち、図１に示されるように、ルツボ
１２とチルプレート７の間に断熱材１３を挿入し、この
状態でルツボ１２にシリコン原料を充填し加熱すること
によりシリコン原料を溶解する。この断熱材１３はルツ
ボ１２をヒータ５で加熱しシリコン原料を溶解する際
に、チルプレート７により熱が奪われないように遮断す
る作用がある。シリコン原料の溶解が終了した時点で、
図２に示されるように、前記断熱材１３を取り去ってル
ツボ１２の底部をチルプレート７に接触させ、ルツボ１
２の底部のシリコン溶湯を冷却し、ついでチルプレート
７をエレベータシャフト１０によりシリコン溶湯の結晶
成長速度と同期する速度で降下させ、冷却リング１０に
より一方向凝固組織１１をシリコン溶湯全域に亘って成
長させる。
１２とチルプレート７の間に断熱材１３を挿入し、この
状態でルツボ１２にシリコン原料を充填し加熱すること
によりシリコン原料を溶解する。この断熱材１３はルツ
ボ１２をヒータ５で加熱しシリコン原料を溶解する際
に、チルプレート７により熱が奪われないように遮断す
る作用がある。シリコン原料の溶解が終了した時点で、
図２に示されるように、前記断熱材１３を取り去ってル
ツボ１２の底部をチルプレート７に接触させ、ルツボ１
２の底部のシリコン溶湯を冷却し、ついでチルプレート
７をエレベータシャフト１０によりシリコン溶湯の結晶
成長速度と同期する速度で降下させ、冷却リング１０に
より一方向凝固組織１１をシリコン溶湯全域に亘って成
長させる。
【０００７】この様にしてシリコンインゴットを製造す
ると、１個のルツボでシリコン原料の溶解と一方向凝固
を行うことができ、従来のような溶解用ルツボから一方
向凝固用ルツボに溶融シリコンを注入する操作を行う必
要がなく、したがって溶融シリコンを注入する際に凝固
用黒鉛ルツボの一部を削り取って巻き込むことがなく、
従来よりも不純物含有量の少ない一方向凝固多結晶組織
を有するシリコンインゴットを製造することができ、こ
のシリコンインゴットをスライスして得られた太陽光発
電用電池の多結晶シリコン基板の光電変換効率は従来よ
りも向上する、という研究結果が得られたのである。
ると、１個のルツボでシリコン原料の溶解と一方向凝固
を行うことができ、従来のような溶解用ルツボから一方
向凝固用ルツボに溶融シリコンを注入する操作を行う必
要がなく、したがって溶融シリコンを注入する際に凝固
用黒鉛ルツボの一部を削り取って巻き込むことがなく、
従来よりも不純物含有量の少ない一方向凝固多結晶組織
を有するシリコンインゴットを製造することができ、こ
のシリコンインゴットをスライスして得られた太陽光発
電用電池の多結晶シリコン基板の光電変換効率は従来よ
りも向上する、という研究結果が得られたのである。
【０００８】この発明は、かかる研究結果に基づいて成
されたものであって、ルツボとチルプレートの間に断熱
材を設置してルツボにシリコン原料を充填し加熱するこ
とによりシリコン原料を溶解し、ついで前記断熱材を取
り去ってルツボをチルプレートに接触させ、ルツボの底
部からシリコン溶湯を冷却する一方向凝固多結晶組織を
有するシリコンインゴットの製造方法、に特徴を有する
ものである。
されたものであって、ルツボとチルプレートの間に断熱
材を設置してルツボにシリコン原料を充填し加熱するこ
とによりシリコン原料を溶解し、ついで前記断熱材を取
り去ってルツボをチルプレートに接触させ、ルツボの底
部からシリコン溶湯を冷却する一方向凝固多結晶組織を
有するシリコンインゴットの製造方法、に特徴を有する
ものである。
【０００９】この発明で、シリコン原料を溶解する時
に、図１に示されるように、ルツボ１２とチルプレート
７の間に断熱材１３を挿入するのは、溶解時にルツボ１
２の底から熱が逃げないようにして効率よくルツボ１２
内のシリコン原料を溶解するためであり、この断熱材１
３はアルミナからなるフェルトなどで作製することが好
ましい。ルツボ１２でシリコン原料を溶解する時はチル
プレート７を断熱材１３から離しておくことが一層好ま
しい。シリコン原料の溶解終了後、断熱材１３を除去
し、ルツボ１２の底とチルプレート７を接触させ、一方
向凝固多結晶組織を成長させシリコンインゴットを製造
する。
に、図１に示されるように、ルツボ１２とチルプレート
７の間に断熱材１３を挿入するのは、溶解時にルツボ１
２の底から熱が逃げないようにして効率よくルツボ１２
内のシリコン原料を溶解するためであり、この断熱材１
３はアルミナからなるフェルトなどで作製することが好
ましい。ルツボ１２でシリコン原料を溶解する時はチル
プレート７を断熱材１３から離しておくことが一層好ま
しい。シリコン原料の溶解終了後、断熱材１３を除去
し、ルツボ１２の底とチルプレート７を接触させ、一方
向凝固多結晶組織を成長させシリコンインゴットを製造
する。
【００１０】この発明の方法で使用するルツボ１２は、
シリカ（ＳｉＯ2 ）、窒化珪素、黒鉛などのルツボが使
用される、この発明の方法により一方向凝固多結晶組織
を成長させるには、断熱材１３を除去した後、ルツボ１
２の底にチルプレート７を接触させ、ルツボ１２内の底
部のシリコン溶湯を凝固させる。その際、ルツボ１２が
冷却リング１０の中を降下する速度は、シリコン溶湯の
結晶成長速度と同期する速度で降下させ、冷却リング１
０によりシリコン溶湯を冷却させながら一方向凝固組織
１１を成長させる。
シリカ（ＳｉＯ2 ）、窒化珪素、黒鉛などのルツボが使
用される、この発明の方法により一方向凝固多結晶組織
を成長させるには、断熱材１３を除去した後、ルツボ１
２の底にチルプレート７を接触させ、ルツボ１２内の底
部のシリコン溶湯を凝固させる。その際、ルツボ１２が
冷却リング１０の中を降下する速度は、シリコン溶湯の
結晶成長速度と同期する速度で降下させ、冷却リング１
０によりシリコン溶湯を冷却させながら一方向凝固組織
１１を成長させる。
【００１１】
実施例１ シリコン原料を内径：１５０ｍｍ、厚さ：１０ｍｍ、高
さ：２００ｍｍの寸法を有するシリカ製ルツボ１２に装
入し、このシリカ製ルツボ１２を図１に示されるように
底に断熱材１３を当てた状態でヒータ５により加熱し、
シリコン原料を溶解することによりシリコン溶湯８を作
製した。次にシリカ製ルツボ１２の底に接触している断
熱材１３を除去し、シリカ製ルツボ１２の底にチルプレ
ート７を接触させ、シリカ製ルツボ１２内の底部のシリ
コン溶湯８を凝固させた後ただちにシリカ製ルツボの底
にチルプレート７を接触させた状態で冷却リング１０の
中を降下させ、一方向凝固多結晶組織を有するシリコン
インゴットを作製した。得られた一方向凝固多結晶組織
を有するシリコンインゴットに含まれる金属の不純物含
有量を測定し、その結果を表１に示し、さらに得られた
一方向凝固多結晶シリコンインゴットをスライスして太
陽電池に組み込み、光電変換効率を測定し、その結果を
表１に示した。
さ：２００ｍｍの寸法を有するシリカ製ルツボ１２に装
入し、このシリカ製ルツボ１２を図１に示されるように
底に断熱材１３を当てた状態でヒータ５により加熱し、
シリコン原料を溶解することによりシリコン溶湯８を作
製した。次にシリカ製ルツボ１２の底に接触している断
熱材１３を除去し、シリカ製ルツボ１２の底にチルプレ
ート７を接触させ、シリカ製ルツボ１２内の底部のシリ
コン溶湯８を凝固させた後ただちにシリカ製ルツボの底
にチルプレート７を接触させた状態で冷却リング１０の
中を降下させ、一方向凝固多結晶組織を有するシリコン
インゴットを作製した。得られた一方向凝固多結晶組織
を有するシリコンインゴットに含まれる金属の不純物含
有量を測定し、その結果を表１に示し、さらに得られた
一方向凝固多結晶シリコンインゴットをスライスして太
陽電池に組み込み、光電変換効率を測定し、その結果を
表１に示した。
【００１２】従来例１ 図３（ａ）に示されるようにシリコン原料をシリカ製溶
解用ルツボ１に装入し、誘導コイル３によりシリカ製溶
解用ルツボ１を加熱してシリコン原料を溶解し、つい
で、得られたシリコン溶湯を、図３（ｂ）に示されるよ
うに、ヒータ５により加熱されているシリカ製凝固用ル
ツボ４に注入し、シリカ製凝固用ルツボ４の底部をチル
プレート７に接触させて凝固用ルツボ４の底部からシリ
コン溶湯を凝固させ、さらにシリカ製凝固用ルツボ４を
冷却リング１０の中をシリコン溶湯の結晶成長速度と同
期する速度で降下させ、一方向凝固多結晶組織を有する
シリコンインゴットを作製した。得られた一方向凝固多
結晶組織を有するシリコンインゴットに含まれる金属の
不純物含有量を測定した結果を表１に示した。さらに得
られた一方向凝固多結晶シリコンインゴットをスライス
して作製した多結晶シリコン基板を太陽電池に組み込
み、光電変換効率を測定し、その結果を表１に示した。
解用ルツボ１に装入し、誘導コイル３によりシリカ製溶
解用ルツボ１を加熱してシリコン原料を溶解し、つい
で、得られたシリコン溶湯を、図３（ｂ）に示されるよ
うに、ヒータ５により加熱されているシリカ製凝固用ル
ツボ４に注入し、シリカ製凝固用ルツボ４の底部をチル
プレート７に接触させて凝固用ルツボ４の底部からシリ
コン溶湯を凝固させ、さらにシリカ製凝固用ルツボ４を
冷却リング１０の中をシリコン溶湯の結晶成長速度と同
期する速度で降下させ、一方向凝固多結晶組織を有する
シリコンインゴットを作製した。得られた一方向凝固多
結晶組織を有するシリコンインゴットに含まれる金属の
不純物含有量を測定した結果を表１に示した。さらに得
られた一方向凝固多結晶シリコンインゴットをスライス
して作製した多結晶シリコン基板を太陽電池に組み込
み、光電変換効率を測定し、その結果を表１に示した。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【発明の効果】表１に示される結果から、実施例１で得
られたシリコンインゴットは従来例１で得られたシリコ
ンインゴットに比べて金属不純物含有量が少ないところ
から、シリコンインゴット製造中にシリカ製ルツボから
入る金属不純物量が少なく、したがって、この発明の製
造方法は従来の製造方法よりも不純物による汚染が少な
いことが分かる。また、実施例１で得られたシリコンイ
ンゴットで作製した多結晶シリコン基板の光電変換効率
は、従来例１で得られたシリコンインゴットで作製した
多結晶シリコン基板の光電変換効率よりも優れていると
ころから、この発明は従来よりも優れた光電変換効率の
太陽電池のシリコン基板を提供できることが分かる。
られたシリコンインゴットは従来例１で得られたシリコ
ンインゴットに比べて金属不純物含有量が少ないところ
から、シリコンインゴット製造中にシリカ製ルツボから
入る金属不純物量が少なく、したがって、この発明の製
造方法は従来の製造方法よりも不純物による汚染が少な
いことが分かる。また、実施例１で得られたシリコンイ
ンゴットで作製した多結晶シリコン基板の光電変換効率
は、従来例１で得られたシリコンインゴットで作製した
多結晶シリコン基板の光電変換効率よりも優れていると
ころから、この発明は従来よりも優れた光電変換効率の
太陽電池のシリコン基板を提供できることが分かる。
【図１】この発明のシリコン原料の溶解方法を示す断面
図である。
図である。
【図２】この発明のシリコン原料の凝固方法を示す断面
図である。
図である。
【図３】従来のシリコン原料の溶解および凝固方法を示
す断面図である。
す断面図である。
１ 溶解用ルツボ ２ シリコン原料 ３ 誘導コイル ４ 凝固用ルツボ ５ ヒータ ６ バッフル ７ チルプレート ８ シリコン溶湯 ９ エレベータシャフト １０ 冷却リング １１ 一方向凝固組織 １２ ルツボ １３ 断熱材
Claims (1)
- 【請求項１】 ルツボとチルプレートの間に断熱材を設
置してルツボにシリコン原料を充填し加熱することによ
りシリコン原料を溶解し、ついで前記断熱材を取り去っ
てルツボをチルプレートに接触させ、ルツボの底部から
シリコン溶湯を冷却することを特徴とする一方向凝固多
結晶組織を有するシリコンインゴットの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9245309A JPH1192284A (ja) | 1997-09-10 | 1997-09-10 | 一方向凝固多結晶組織を有するシリコンインゴットの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9245309A JPH1192284A (ja) | 1997-09-10 | 1997-09-10 | 一方向凝固多結晶組織を有するシリコンインゴットの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1192284A true JPH1192284A (ja) | 1999-04-06 |
Family
ID=17131767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9245309A Pending JPH1192284A (ja) | 1997-09-10 | 1997-09-10 | 一方向凝固多結晶組織を有するシリコンインゴットの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1192284A (ja) |
Cited By (7)
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|---|---|---|---|---|
| WO2003073441A1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-09-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Process of producing multicrystalline silicon substrate and solar cell |
| EP1867759A1 (en) * | 2006-06-13 | 2007-12-19 | Young Sang Cho | Manufacturing equipment for polysilicon ingot |
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-
1997
- 1997-09-10 JP JP9245309A patent/JPH1192284A/ja active Pending
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