JPS60108311A - 炭素リボン上に多結晶ケイ素層を連続的に堆積させるための装置 - Google Patents

炭素リボン上に多結晶ケイ素層を連続的に堆積させるための装置

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JPS60108311A
JPS60108311A JP59178202A JP17820284A JPS60108311A JP S60108311 A JPS60108311 A JP S60108311A JP 59178202 A JP59178202 A JP 59178202A JP 17820284 A JP17820284 A JP 17820284A JP S60108311 A JPS60108311 A JP S60108311A
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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】 本発明は、炭素リボン上に多結晶ケイ素層を連続的に堆
積させるための装置に係り、前記装置は、−坩堝と、 一坩堝にケイ素を供給するための電気システムと、−坩
堝内に溶融ケイ素浴を形成するための坩堝加熱手段と、 一前記層を堆積させるべく、炭素リボンか浴の平衡表面
を鉛直方向に通過するよう前記リボンを下から上に一定
速度で移動させるための手段とから構成される。
この種の装置は仏国特許公開明細書第２３８６３５９号
中に開示されている。
この装置により得られるケイ素被覆炭素リボンは、太陽
電池製造に使用され得る。使用者にとっては、リボン上
に堆積されるケイ素の膜厚を一定にすることが重要であ
る。しかしながら、所与のリボン引抜き速度の場合、膜
厚は溶融ケイ素浴の温度に依存し、この温度は浴の平衡
表面のレベルと共に迅速に変化する。従って、一定の堆
積ケイ素膜厚を得るためには、浴のレベルを安定させる
必要がある。
本発明の目的は、上記型の装置の溶融ケイ素浴のレベル
を時間の関数として安定させることにある。更に本発明
の目的は、前記装置により堆積されたケイ素層の膜厚を
所定の一定値に調節することにある。
本発明の目的は、上述の型の炭素リボン上に多結晶ケイ
素層を連続的に堆積させるための装置において、 一坩堝に対する固定軸上に中心を有しており、液体ケイ
素とリボンに堆積された固体ケイ素との連結線の両側の
ケイ素表面ゾーンの像を形成すべく配置された光学シス
テムと、 一前記像を受容すべく配置されており、これに応答して
坩堝内の浴のレベルを示す測定電気信号を発生し得る光
電検出器と、 一検出器の電気出力に連結されており、誤差信号を形成
すべく、測定信号を浴の所定のレベルを示す参照信号と
比較することが可能であり、且つ前記誤差信号を減少さ
せるよう坩堝への供給を命令ｊ−べく、坩堝にケイ素を
供給するための電気システムに連結されている制御シス
テムとを備えていることを特徴とする前記装置を提供す
ることにある。
本発明の装置の一具体例におル）で、前記装置は更に、 一炭素リボン上に堆積されたケイ素層の膜厚の測定装置
と、 一測定装置に連結されており、測定された膜厚と所定の
参照膜厚との差を決定することが可能であり、且つ前記
差を減少するよう加熱を調節すべく坩堝の加熱手段に連
′結されている第２の制御システムと を更に備えている。
本発明の装置の別の具体例において、光電検出器は、 一分離線の両側の共平面上に並置された感光表面を有し
ており、分離線が連結線の像と９０°以外の角度で交わ
るように配置された２個の光電セルと、 一セルの出力から分岐されており、２個のセルの　−出
力信号の和及び差を形成するための手段と、前記差を前
記和で割った商を形成し、前記ゾーンから送出された光
出力の時変化から独立した測定電気信号を発生するため
の手段とから成る処理システムと を備えている。
以下、添付図面を参考に本発明の具体例について記載す
る。
第１図中、ケイ素坩堝１は例えば誘導型の炉２に外壁を
囲繞されている。坩堝１は、坩堝内の平衡表面がレベル
１１に達する溶融ケイ素浴３を収容している。坩堝１の
底部には、平衡表面を鉛直方向に通る炭素リボン５を鉛
直方向に通過せしめる較正溝部４が形成されている。リ
ボン５を矢印８の方向に下から上に移動させるために機
械的手段６及び７が備えられる。・ 坩堝１の縁部に配置された電気機械システム９は、坩堝
に固体ケイ素を供給し得る。システム９は本質的に、較
正ケイ素粒子槽１０と、坩堝の内側に向かって傾斜した
導管１■と、槽１０と導管１１とを機械的に連結する電
気機械的分配手段１２とから構成されている。
ダイヤフラム１４と組合わせられた単純な収束レンズ１
３から成る光学システムは、坩堝に対して固定されてお
り且つ浴１３のレベルよりやや上方に配置された軸１５
上に中心を有している。軸１５上に配置された光電検出
器１６の電気出力は、制御システム１７を介して分配手
段１２の電気命令手段に連結されている。検出器１６は
例えば太陽電池から構成され得る。
膜厚測定装置１８は浴３の出口でリボンを包囲する。前
記装置１８は、第２の制御回路１９と命令回路２０とを
介して炉２の電気入力に連結されている。
第１図の装置は以下のように作動する。
リボン５が浴内を一定の速度で流通するようにリボン５
の移動手段６，７を始動させると、浴の平衡レベルは２
個のメニスカスレンズ２１及び２２を：Ｖ、繍するよう
にリボンの各面の近傍に上昇し、他方、２個の多結晶ケ
イ素層は浴３の出口でリボン５の面に堆積する。浴３の
液体ケイ素と層２３の固体ケイ素との間には、第１図で
は端面として示した連結線２５が形成される。この線は
メニスカスレンズ２Ｉの上端部に浴のレベルより上方の
高さｈに位置する。レベルの上昇りは毛管現象のためで
ある。レベル上昇は実際に浴のレベル及び温度から独立
しているので、従ってこの高さは一定であると考えられ
る。
炭素リボン上に多結晶ケイ素層が堆積すると、浴の材料
損失が生じ、浴レベルが低下し得る。この材料損失を相
殺するために、供給システム９は、制御システム１７か
ら電気機械的分配手段１２に供給された電気信号により
命令された速度で導管１１を介して浴に向かってケイ素
粒子を徐々に滑り込ませる。
光学システム１３．１４は、浴が安定させたいレベル１
１にある時、軸１５が連結線２５と交わるように、坩堝
ｌの近傍に固定されている。レンズ１３は、連結線２５
の両側のケイ素表面の小ゾーンの像を検出器Ｉ６の感光
表面に形成し、前記ゾーンはダイヤフラム１４により規
定される。光学システムの軸１５は第１図に示すように
水平であるか、又は坩堝の縁部が検出器１６に形成され
た小ゾーンの像を遮蔽しないように水平からやや傾斜し
て配置され得る。
液体ケイ素の光度は融点付近の固体ケイ素より著しく小
さいので、液体ケイ素に対応するこの像部分は固体ケイ
素に対応する像部分よりも著しく暗い。検出器１６はこ
の検出器が受取る照度に正比例する振幅の信号を発生す
る。従って、像の２部分の分離線が検出器の感光表面上
を移動すると、この信号は変化する。
従って、ｈの値が一定ならば、浴のレベルの全変化は連
結線２５のレベルの同−量及び同一方向の変化をもたら
′し、線２５のレベ・ルの変化は、受容部１６から送出
′される電気信号の対応する変化を生じる。制御システ
ム１７は誤差信号を形成すべく、前記電気信号を参照信
号と比較する。システム１７は誤差信号を減少させるよ
うにケイ素粒子の分配速度を制御する。従って、第１図
の装置は浴のレベルを所定の値に安定させることが可能
である。
リボン５上に堆積される多結晶ケイ素層の膜厚は、浴の
温度に伴ない約１℃当たり数マイクロメートルの割合で
変化する。同様に、浴の温度は浴のレベルの関数として
１ミリメートル当たりほぼ３℃の割合で変化する。上記
装置は、浴レベルの変動により生じる浴温度の変化を回
避することができる。従って、炉２により供給される熱
を調節することにより浴の温度を変化させるなら、炭素
リボン上に堆積されるケイ素層の膜厚を調節することが
できる。
従って、例えばＸ線又はガクマ線ゾンデ、ピックアップ
ゾンデから構成され得る測定装置１８は、堆積され、ｌ
コケイ素層の膜厚を示す測定電気信号を発生ずる。制御
システム１９はこの信号を参照信号と比較し、回路２０
を介して測定信号と参照信号との差を減少させるように
炉２の出力を制御する。
制御システムは、堆積されるケイ素の膜厚の対応する変
化を命令すべく、参照信号を変化させるための手段を備
え得る。
第２図は、連結線２５の照準用光学システムの素子を示
している。図中のシステムは、軸１５上を線２５から検
出器１６に向かって順にフィルタ２６、対物レンズ２７
、集束用光学システム２８、接眼レンズ２９及びダイヤ
フラム１４を備えている。
光学システム２８と接眼レンズ２９との間には、線２５
」置こ形成されたゾーンから発生される光の一部を軸３
１に従い反射させるべく、軸１５上に４５°の傾斜角で
部分反射性の光学板が配置されている。十字線３３を備
える接眼レンズ３２は、作業者の目３４がする。
第１図の装置において、光電検出器の電気出力は制御シ
ステムの入力に直接連結されて０る。検出器の出力の電
気信号は、照準ゾーンから発生され且つ検出器の感光表
面を照射する光エネルギＺこ比例する。このエネルギは
坩堝内のケイ素浴のレベルを示している。
しかしながら照準ゾーンの光出力は、特に前記ゾーン内
のケイ素の温度が変化するとき、種々の理由により浴の
レベルとは無関係に時間と共に変化し得る。従って、光
出力が変化すると、ケイ素浴のレベルが調節範囲内で変
動する。
第３図の装置は、ケイ素浴のレベル調節力く照準ゾーン
から発生される光出力の変化により変動しないようにさ
せることが可能である。
第３図のソリカ坩堝１は、例えば誘導型の炉２１こ囲繞
された外壁を備えている。坩堝１ζよ、坩堝内の平衡表
面がレベルＨに達する溶融ケイ素浴３を収容している。
坩堝１の底部には、浴３の平衡表面を鉛直方向に通過す
る炭素リボン５を鉛直方向に通過せしめる較正溝部４が
形成されている。リボン５はローラ６及び７を介して矢
印８の方向に下から上に移動し得る。
坩堝１の縁部には、坩堝に固体ケイ素を供給するべく電
気機械的システム９が配置されている。
システム９は、本質的にケイ素粒子槽１ｏと、坩堝の内
側に向かって傾斜した導管１１と、槽１ｏと導管１１と
を機械的に連結する電気機械的分配手段１２とを備えて
いる。
ダイヤフラム１４に組合わせられた単純なレンズにより
構成されている光学システム１３は、坩堝に対して固定
されており且つ浴のやや上方に位置する軸１５上に中心
を有する。軸１５上には、２個の光電セルアセンブリ３
５とセルの電気出力に連結されシー人力を有する処理シ
ステム３６とから構成されるＬ電検出器が配置されてい
る。処理システム３６の出力は、制御システム１７を介
して分配手段１２の、電気制御手段に連結されている。
膜厚測定装置１８は浴３の出口でリボン５を包囲する。
装置１８は、第２の制御システム１９と命令回路２０と
を介して炉２の電気入力に連結されている。
第４図は、２個のセルから成るアセンブリ３５とこのア
センブリに組合わせられる処理システム３６七から形成
された光電検出器を示している。セルは光電池３７及び
３８であり得る。光電池３７の入力は電流−電圧コンバ
ータ３９の入力に連結されており、同様に光電池３８の
電気出力はコンバータ３９に類似のコンバータ４０の入
力に連結されており、これらのコンバータはシステム３
６の一部を構成している。
２個のコンバータ３９及び４０の出力はそれぞれ減算回
路４１の２個の入力と加算回路４２の２個の入力とに連
結されている。減算回路及び加算回路は、それぞれ除算
回路４３の２個の入力に連結されており、この除算回路
の出力が処理システム３６の出力となる。
第５図はアセンブリ３５を形成する２個の光電池３７及
び３８の感光表面４４及び４５を示している。表面４４
及び４５は二等辺三角形であり、各三角形の底辺に平行
であり且つこれらの辺のごく近傍に位置する分離線４６
の両側の同一面内に並置されている。
２個のセルから成るアセンブリは、正方形状太陽電池の
接合ゾーンに、写真製版法を用いて正方形の対角線に沿
って狭あいな溝部を形成することにより得られる。
第３．４及び５図の装置は、以下のよう７こ作動する。
リボン５が浴内を一定の速度で流通するように前記リボ
ンの移動手段６，７を始動させると、浴の平衡レベルは
２個のメニスカスレンズ２１及び２２を形成すべくリボ
ンの各面の近傍に上昇し、他方、浴３の出口でリボン５
の面には２個の多結晶ケイ素層２３及び２４が堆積する
。浴３の液体ケイ素と層２３の固体ケイ素との間には、
第１図に端面で示したような連結線２５が形成される。
前記線は、メニスカスレンズ２１の上端部で、浴のレベ
ルより上方の高さｈに位置する。レベルｈの上昇は毛管
現象による。この高さは実際に浴のレベル及び温度から
独立しており、従って、一定であると見なされる。
従って、固体−液体連結線２５の斜面は浴のレベルＨに
正比例する。
炭素リボン上に多結晶ケイ素層が堆積すると浴の材料損
失が生じ、浴レベルが低下する。材料損失を相殺するた
めに、供給システム９は、制御システム１７から電気機
械的分配手段１２に供給された電気信号により制御され
た速度で、導管１１を介してケイ素粒子を浴に向かって
徐々に滑り込ませる。
光学：／　スフ”’　Ａ　Ｉ　３　、１４は、浴が安定
させたいレベルＩＩの時に軸１５が連結線２５と交イっ
るように坩堝１の近傍に固定されている。レンズ１３は
、連結線２５の両側に配置され且つダイヤフラム１４に
より規定されるケイ素表面の小ゾーンの像を、アセンブ
リ３５の受容表面上に形成する。光学システムの軸１５
は、第３図に示すように水平であり得るが、あるいは坩
堝の縁部が小ゾーンの像を遮蔽しないように水平からや
や傾斜するよう配置してもよい。
感光表面４４及び４５の面は、第３図の面に垂直であり
、アセンブリ３５の受容表面を形成する正方形の中心は
、軸１５上に配置される。この正方形は、受容表面上の
連結線２５の像が９０°以外の角度、好ましくは４５°
（この角度はシステムの最大感度に対応する）の角度で
分離線４６と交イっる。軸１５は連結線２５と交わる（
第３図）ので、第５図では像４７は受容表面上で軸１５
の跡を通る。
光学システム■３が像の正立手段を備えていると仮定す
るなら、線４７より下側の受容表面部分は小ゾーンの液
体ケイ素に対応する。液体ケイ素の光度は融点（マ１近
の固体ケイ素より著しく小さいので、第５図の陰影部分
である前記部分は一線４７の下側の部分に較べて照射量
が著しく少ない。
ケイ素浴のレベルが増減すると、連結線の像は線４７に
対して鉛直方向に上方又は下方に向かって移動する。各
セル３７．３８は、当該セルが受取る全流量に比例する
電流を発生し、この電流はセルの出力から分岐されたコ
ンバータにより電圧信号Ａ。
Ｂに変換させられる。アセンブリ３５の受容表面は、液
体ケイ素の輻射を受取る第１の面と、出力Ｐて固体ケイ
素により照射される第２の面とから構成される２個の面
を備えており、前記２個の面の輝度間の比は１／２０の
オーダである。従って、各セルについて、第１の面に対
応する発生電流は第２の面に対応する発生電流に較へて
無視できると考えられる。従って、各信号Ａ又はＢは、
Ｐ及びセルの第２の面の面積にほぼ比例する。従って、
処理回路おり、即ちｈの値は一定なので溶融ケイ素浴の
レベルを示している。制御システム１７は、誤差信号を
形成すべく、処理回路３６から送出された電気信号を参
照信号に比較し、誤差信号を減少させるようケイ素粒子
分配速度を制御する。従って、第３図の装置は浴のレベ
ルを所定の値に安定させることが可能である。
リボン５上に堆積される多結晶ケイ素層の膜厚は浴の温
度に伴ない、約１℃当たり数マイクロメートルの割合で
変化する。同様に、浴の温度は浴のレベルの関数として
ミリメートル当たりほぼ３℃の割合で変化する。」二記
装置は浴レベルの変動により生じる浴の温度変化を回避
することが可能である。従って、炉２により供給される
熱を調節することにより浴の温度を変化させるなら、炭
素リボン上に堆積されるケイ素層の膜厚を調節すること
ができる。
従って、例えばＸ線又はガンマ線ゾンデ、ピックアップ
ゾンデ、又は機械的差動式探触システムであり得る測定
装置１８は、堆積されるケイ素層の膜厚を示す測定電気
信号を発生する。制御システム１９はこの信号を参照信
号と比較し、回路２０を介して、測定信号と参照信号と
の差を減少させるように炉２の出力を制御する。制御シ
ステム１９は、堆積されるケイ素の膜厚を対応して変化
させるべく、参照信号を変化させるための手段を備え得
る。
処理システム３６の出力電気信号はケイ素の輻射出力Ｐ
から独立しており、従って、時間に関して前記出力Ｐの
変化から独立している。因みに出力Ｐは、ケイ素の温度
変化により、ケイ素の均等性の変化により、あるいは炭
素リボンの変形により生じるケイ素の発光ローブの変化
により、時間と共に変化し得る。従って、本発明の装置
は光出力Ｐの変化に妨げられることなく溶融ケイ素浴の
レベルの調節が可能である。
上述の装置は太陽電池の連続製造に適用し得る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の装置の一具体例を示す概略説明図、第
２図は第１図の装置の浴レベル調節システムの作動をよ
り詳細に示した説明図、第３図は本発明の装置の他の具
体例を示す概略説明図、第４図は第３図の装置の一部を
構成する検出器の詳細説明図、及び第５図は第４図の検
出器の一部を構成する２個の光電セルの感光表面の説明
図である。 １・・・坩堝、２・・・・炉、３・・・・・浴、５・・
・・・・炭素リボン、１０　・・槽、１１・　・導管、
１３．１４・・・・・・光学システム、１６・・・光電
検出器、１７．１９・・・・・・制御システム、１８・
　・ル（す定装置、３６・・・処理システム、３７　、
３８・・・・セル、３９．４０・・・・コンバータ、４
１・・・・・・減算回路、４２・・・加算回路、４３・
・・除算回路。 代理人弁理士今　村　元

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）　坩堝と、坩堝にケイ素を供給するための電気シ
    ステムと、坩堝内に溶融ケイ素浴を形成するための坩堝
    加熱手段と、多結晶ケイ素層を堆積させるべく、炭素リ
    ボンが浴の平衡表面を鉛直方向に通過するように前記リ
    ボンを下から上に向かって一定の速度で移動させるため
    の手段とを備える炭素リボン上に多結晶ケイ素層を連続
    的に堆積さＵるための装置において、前記装置は、坩堝
    に対する固定軸上に中心を有しており、液体ケイ素とリ
    ボンに堆積された固体ケイ素との連結線の両側のケイ素
    表面ゾーンの像を形成すべく配置された光学システムと
    、前記像を受容すべく配置されており、これに応答して
    坩堝内の浴のレベルを示す測定電気信号を発生出来る光
    電検出器と、検出器の電気出力に連結されており、誤差
    信号を形成すべく、測定信号を浴の所定のレベルを示す
    参照信号と比較することが可能であり、且つ前記誤差信
    号を減少させるよう坩堝への供給を命令すべく、坩堝に
    ケイ素を供給するための電気システムに連結されている
    制御システムとを更に備えているこ七を特徴とする装置
    。 （２）炭素リボン上に堆積されたケイ素層の膜厚の測定
    装置と、測定装置に連結されており、測定された膜厚と
    所定の参照膜厚との差を決定することが可能であり、且
    つ前記差を減少させるように加熱を調節すべく坩堝の加
    熱手段に連結されている第２の制御システムとを更に備
    えていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
    の装置。 （３）光学システムが前記ゾールを規定するためのダイ
    ヤフラムを備えていることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項に記載の装置。 （４）光電検出器が、分離線の両側の共平面上に並置さ
    れた感光表面を有しており、分離線が連結線の像と９０
    °以外の角度で交わるように配置された２個の光電セル
    と、セルの出力から分岐されており、２個のセルの出力
    信号の和及び差を形成するための手段と、前記差を前記
    和で割った商を形成し、前記ゾーンから送出された光出
    力の時変化から独立した測定電気信号を発生するための
    手段とを備える処理システムとから構成されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 （５）処理システムが、２個のセルの出力に連結された
    ２個の電流−電圧コンバータと、それぞれ２個のコンバ
    ータの出力に連結された２個の入力をそれぞれ有する加
    算回路及び減算回路と、それぞれ加算回路の出力と減算
    回路の出力とに連結された２個の入ツノを有する除算回
    路とから構成されていることを特徴とする特許請求の範
    囲第４項に記（６）連結線の像と分離線との間の角度が
    ４５°であることを特徴とする特許請求の範囲第４項に
    記載の装置。 （７）２個の光電セルの感光表面が太陽電池の感光表面
    から構成されており、前記表面が分離線に沿って配置さ
    れた溝部により２部分に分割されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第４項に記載の装置。
JP59178202A 1983-08-29 1984-08-27 炭素リボン上に多結晶ケイ素層を連続的に堆積させるための装置 Granted JPS60108311A (ja)

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FR8319212 1983-12-01

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