JPS5899115A - 多結晶シリコンインゴツトの鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 大発明は、多結晶シリコンインゴットの製造方法に関す
るものである口 最近、太陽電池による太陽光発電がエネルギー源として
見直され低価格太陽電池の開発が盛んである。そこで単
結晶シリコンに代る低価格太陽電池用＃料として多結晶
の開発が始められるようになりた。多結晶シリコンは例
えば鋳造法によって作ることが行なわれている。このよ
うな鋳造法は単結晶を得る場合のチーク２ルスキー法と
比較して、結晶成長速度が大きいこと、任意の形状のイ
ンゴットが得られることと、熟練を必要とせず操作が容
易なこと等から低価格化の可能性が大きい。

この鋳造方法を改良した方法として本願発明者らは先に
役末離瀧剤法を用いる鋳造法を発明した（％願＠５５−
０３１６７８　）　ｏ粉末離製剤法による多結晶シリコ
ン鋳造法によれば、粉末離雛剤の存在は冷却時における
多結晶シリコンと鋳蓋との熱膨張係数の相違によって生
ずるストレスを緩和し、また鋳蓋との固着が原因で生ず
る多結晶ｙリコンインゴットへのクツツクの発生を防ぐ
。このため多結晶シリコンインゴットを鉤裂から容易に
分離することができ、さらに結晶粒径の比較的大きい多
結晶シリコンインゴットが容易に得られる。したがって
太陽電池用を低コストで製作することができる。

しかし多結晶シリコン基板では粒界に欠陥が存寵するた
めに、単結晶太陽電池と比べると、かなり竜ル脣性が低
下する・その原因は、多結晶粒界〈は結晶性の乱れｋよ
る未結合手（ｄａｕｇｌｉｎｇｂｏｎｄ　）が集中して
いて、それに基づく局在単位が高濃ｊ［Ｋ存在するため
である。このために多結晶粒界ではキャリアのトラップ
が多くライフタイムが短い。その結果キャリアの拡散長
が極端に低下するなど光起電力効果に悪影響を及ぼして
いた。

最近多結晶シリコンを水素ガス中モ熱処理して（１２０
０℃、十数時間）多結晶粒界の欠陥を減少せしめた報告
がある。しかし高温、長時間の熱アニールのため低−コ
スト化につながらない欠点があったＯ 本発明の目的は上記の欠点を抜善し、シリコン融液を冷
却固化させて多結晶シリコンインゴットを形成する際に
水素を多結晶シリコン中に添加する方法を用い、多結晶
粒界の欠陥を着。しく減少せしめた多結晶シリコンイン
ゴットの装造方法を提供することにある・ 本Ｉ＆明によれば水素を含む不活性ガスもしくは水嵩ガ
スｔＳ気中で多結晶シリコンインゴットを形成する方法
が得られる◎ 水素のシリコンに対する拡散係数は、溶融状態から固化
するまでの１５００℃〜１３００℃の領域で５〜８Ｘ　
１０−’（ｊ／ｓ＋・Ｃ）であり、形成装置内に残留し
やすい酸素の拡散係数に比較し、５桁の差があり、極め
て大きい。又、熔融シリコン全体の同化が進行して初期
に固化した下端の温度が５００℃と　なりた時の固体中
での水素の拡散係数は約１Ｏ−５（□ｓ＠ｅ　）であり
、一方不純物としては比較的大きな拡散係数を持つ酸素
でも約１０−”ｔ５ｉ／ｓ＠ｅ　）　ｌｉ度であり、そ
の差は１４桁もある・このよ−うに極めて大赤な拡散係
数を持つ水素はシリコンの固化過程で発生した結晶粒界
まで容易に到達する。この効果により、従来結晶粒界に
発生していた多量の未結合手による欠陥を、水素で補償
することにより、著しく減少させることができる・その
結果、多結晶特有の結晶粒界の悪影響が軽減され、例え
ば太陽電池を作成した場合の光電変換効率は従来方法と
比較し１０←３０９６　向上する＠これらの事業は、結
晶粒界近傍の電子１ＩｌｉＩ起電流像（ＩＢＩＣ）観察
、およびメ、イオード中ヤパシタンスの過渡応答（ＤＬ
ＴＳ）法などの一定から、欠陥に基づく単位の減少とし
て確められた。さらｋ、本発明によれば、水素雰囲気中
でシリコンをＩＩＩ融するため水素の積元作用によりシ
リコン中への不純物の混入を極力抑えることがで舎る・
その結果得られる多結晶シリコンインゴットをより高Ｍ
度化することがで會る。

一般に所望のキャリア濃度を得るために故意にＰ渥又は
ｎｌｌの不純物ドーピングを行なうが、Ｏ１Ｎ％Ｃ％Ａ
Ｉ％Ｆｅ等の予期せざる不純物が混入すると太陽電池の
効率が低下すると云われているＯこれらの混入不義物は
たとえば残留ガスもしくは用いた治具又は原料より混入
する恐れがある。特ＥＣは混入しゃすく熔融シリコン表
面に異愉が浮いた状態で観察されることもしばしばある
。本発明を実施した場合熔融シリコン表面に＾物が浮く
ようなことは全く観察されない。

重置−の実施例を以下に説明するが、そこでは方角性を
持せて固化させるために、縦型ブリッジマン法を用い水
嵩雰囲気中でシリコン融液を加熱領域から移動させて固
化する方法で多結晶シリコンインゴットを形成する。ま
た本発明によれば、前述した水素ガス中での熱アニール
のような粒界改善のための別工程を新たに設ける必要は
ない。

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

実施例　１ 第１図は本発明を実施するための装置の例である０装置
内を水素雰囲気にしておき、さらに装置の中にカーボン
ルツボ（５）をいれ、その中ＩＣ１１車−型剤を塗布し
た鋳１１（６）を挿入する。鉤部の中には３５０ｇのシ
リコン原料を入れ高周波誘導加熱′によって鋳型を１４
５０℃以上に上昇させ融液シリコン（４）を作る・シリ
コン原料を鋳履内で完全に融液にした後、高周波誘導加
熱；イル（３）を５ｉｌｎの速度で矢印の方向１０に移
動することにようてシリコンａｍを加熱領域から移動さ
せて、シリコン融液を鋳臘底部より固化（８）させ、１
時間後に同化を終了させる。こうして得られた多結晶シ
リコンインゴツトは鋳履から容易に分離することができ
、クツツタフリーの多結晶シリコンインゴットとなる。

ざら＆Ｃ結晶粒界は水素によって補償されているため高
晶質な多結晶シリコンインゴットとなる。このよう化し
て粒界改善のための別工程を新たに設けることなしに高
品質な結晶が得られた。ちなみに得られた多結晶シリコ
ンインゴットから切り出された基板を用いて、太陽電池
を作製したところ、その光電変換効率は従来値１０〜１
２−から１２−〜１４％へと向上することが確められた
。

ｌＩ麹飼　２ 第２−は本発明をｍ１するために用いた装置である。

実施例２は加熱方式を抵抗加熱方式とした例である・チ
ャンバー内（１）には、抵抗加熱ヒータを中心にその周
辺部を各種カーボン製、保温筒（３）がいれである。抵
抗加熱ヒーター（５）の中央にカーボンルツボ（６）を
雪合、その中に粉末離型剤（８）を塗布した鋳履け）を
入れる。鉤部の中にはシリコン原料を３陶を挿入し、チ
ャンバー内をロータリポー１て排気した後、８０−アル
ゴンと２０−水素の混合ガス雰囲気（２）にする。鋳型
の温度をシリコン融点（１４３０℃）以上に上昇させ、
シリコン原料が完全に熔融（９）シたのちカーボンルツ
メ支持台（１１）を５　ｗＦ／′ｍｉ　ｎの速度で矢印
の方向１４に移動することによりて装置底部よリーイイ
１０）をはじめる。　このようにして得られた多結晶シ
リコンインゴット（直径１００φで長さ１００■）はク
ラック７リーで装置より容易（分離することができる。

り２ツクフリーの多結晶シリコンインゴットは高品質で
あり、その基板を用いた太陽電池の効率は１２〜１４９
Ｉのものが得られた。

多結晶シリコンインゴット製作中（シリコシ融濠を水素
存在下で冷却固化させる効果は極めて大きいＯ

【図面の簡単な説明】

第１ＩＩ％第２図は本発明の詳細な説明するための図で
、 １１１！ｇｌ＃ｃおいて １・−・−水素、２・−・・−石英管、３・−・・・高
周妓誘導加熱コイル、４・・・−カーボンルツボ、５・
・・・・・鋳１１１゜６−−・粉末離−剤麿布、７・−
・−シリコン融液、８−ｍ−シリコン固化、９・−一カ
ーメンルツボ支持台、１Ｇ・・・・・・移動方向を示す
・ 第＊＊において、 １・−・・・チャンバー、ト・−・水素不活性ガス混合
ガス、３・・・−・・６種保温筒、４・・・・・・保温
筒、５・・・・・・抵抗加熱ヒータ、　６−−−−　カ
ーボンルツボ、７・・・・・・鋳朧、ト・・・・肴末離
置剤、９・・−・・・シリコン融液、１０−・・・・シ
リコンｌｌ化、ｘｔ・・・−カーボンルツボ支持台、１
２−−−ｆｆｉ縁板、ｉ　ｓ−・−電極、１４−・−移
動方向を示す。 ６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ―車離蓋剤を用いて鋳塁に入れたシリコン融箪を冷却同
   化し、多結晶シリプンインゴットを形成する方法におい
   て、水素を含む不活性ガスあるいは水嵩Ｓ＊気気中シリ
   コン融箪を冷却同化せしめることを特徴とする多結晶シ
   リコンインゴットの鋳造方法。