KR20130003328A - Silicon continuous casting apparatus and method - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A continuous silicon casting apparatus and a method for the same are provided to continuously cast silicon, especially cast near-monocrystalline silicon. CONSTITUTION: A continuous silicon casting method includes the following: a monocrystalline seed layer with the predetermined crystal orientation which is installed on the upper part of a supporting rod(10); the monocrystalline seed layer is loaded in the lower part of a crucible(3) by using the supporting rod; raw silicon materials are supplied into the crucible to be molten; and the supporting rod descends to cast silicon ingot. The raw silicon material melting process includes a seed layer cooling process. The seed layer cooling process includes a coolant supplying process.

Description

실리콘 연속 주조 장치 및 방법{SILICON CONTINUOUS CASTING APPARATUS AND METHOD}SILICON CONTINUOUS CASTING APPARATUS AND METHOD

본 발명은 광전변환(Photovoltaics) 분야 및 광전변환 소자, 광전변환 전지(photovoltaic cells), 그리고 다른 반도체 디바이스에 적용되는 실리콘을 연속 주조하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단결정 시드를 이용하여 실리콘 잉곳을 제조할 수 있는 실리콘 연속 주조 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for continuous casting of silicon applied in the field of photovoltaics and photovoltaic devices, photovoltaic cells, and other semiconductor devices, and more particularly using single crystal seeds. A silicon continuous casting apparatus and method capable of producing a silicon ingot.

광전변환 전지(photovoltaic cells)는 빛을 전류로 변환시킨다. 광전변환 전지의 가장 중요한 특징 중 하나는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 효율이다. 광전변환 전지가 다양한 반도체 재료로부터 제조될 수 있지만, 합리적인 가격으로 쉽게 입수가능할 수 있을 뿐만 아니라 광전변환 전지를 제조할 때 적당한 전기적 특성, 물리적 특성 및 화학적 특성에 대한 밸런스를 가지는 실리콘이 일반적으로 사용된다.
Photovoltaic cells convert light into electrical current. One of the most important features of photovoltaic cells is the efficiency of converting light energy into electrical energy. Although photoelectric conversion cells can be made from a variety of semiconductor materials, silicones that are not only readily available at reasonable prices but also have a balance of suitable electrical, physical and chemical properties when making photoelectric conversion cells are commonly used. .

광전변환 전지의 기판용으로 사용되는 실리콘 웨이퍼는 실리콘의 일 방향 응고 잉곳을 슬라이싱(slicing) 또는 쏘잉(sawing)을 통해 절단하여 제조된다. 이때, 실리콘 웨이퍼의 품질 및 비용은 실리콘 잉곳의 품질 및 비용에 의해 지배된다. 이와 같은 이유로, 실리콘 웨이퍼의 품질을 높이고 비용을 낮추기 위해서는 고품질인 일방향 응고 실리콘 잉곳을 제조하는 비용을 낮추어야 한다.
Silicon wafers used for substrates of photovoltaic cells are manufactured by slicing or sawing one-way solidified ingots of silicon. At this time, the quality and cost of the silicon wafer are governed by the quality and cost of the silicon ingot. For this reason, in order to increase the quality and lower the cost of silicon wafers, the cost of manufacturing high quality one-way solidified silicon ingots must be lowered.

전자기 연속 주조법(Electro Magnetic Continuous Casting)은 잉곳의 오염을 줄이면서 연속주조가 가능하며, 주형을 소모교체하는 것을 방지할 수 있는 장점을 가진다. 전자기 연속 주조법은 유도코일과 하부 개방형의 연속 주조형 도가니를 사용한다. 도가니는 유도코일 내측에 배치되며, 도전성 소재(예를 들어, 무산소동)로 제작된다. 도가니는 둘레방향을 따라 적어도 일부분이 종 방향의 슬릿에 의해 여러 개의 세그먼트로 분할된 구조를 가지며, 용탕의 응고와 도가니의 보호를 목적으로 내부를 통하여 냉각수가 유동되는 수냉 구조로 이루어진다.
Electromagnetic Continuous Casting (Electro Magnetic Continuous Casting) is capable of continuous casting while reducing the contamination of the ingot, has the advantage of preventing the replacement of the mold consumption. The electromagnetic continuous casting method uses an induction coil and a bottom open continuous casting crucible. The crucible is arranged inside the induction coil and is made of a conductive material (eg oxygen free copper). The crucible has a structure in which at least a portion thereof is divided into several segments by longitudinal slits along the circumferential direction, and has a water cooling structure in which cooling water flows through the inside for the purpose of solidifying the melt and protecting the crucible.

종방향으로 형성된 슬릿은 유도코일에 흐르는 고주파 전류에 의해 발생하는 자기장을 도가니 내부까지 투과시켜 실리콘 원료에 유도 전류를 발생시키며, 이로 인한 주울 가열 효과로 인하여 연속적으로 공급되는 실리콘 원료를 가열 용해시킬 수 있을 뿐만 아니라 도가니의 내부로 전자기력이 발생하여 실리콘 원료와 도가니 내측 벽면의 접촉을 경감시킨다. 이때 용해된 실리콘은 도가니 하방으로 응고되면서 하강하고, 계속적으로 원료를 공급함으로써 실리콘의 일방향 응고 잉곳을 연속적으로 생산할 수 있다. 전자기 연속 주조법은 도가니와의 접촉을 경감할 수 있으므로 원료의 오염을 억제할 수 있고, 실리콘 잉곳 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
The slit formed in the longitudinal direction transmits the magnetic field generated by the high frequency current flowing through the induction coil to the inside of the crucible to generate the induced current in the silicon raw material. In addition, electromagnetic force is generated inside the crucible to reduce contact between the silicon raw material and the crucible inner wall. At this time, the dissolved silicon is lowered while solidifying under the crucible, and by continuously supplying the raw material, the one-way solidification ingot of silicon can be continuously produced. Since the electromagnetic continuous casting method can reduce contact with the crucible, the contamination of the raw material can be suppressed and the quality of the silicon ingot product can be improved.

한편, 실리콘 잉곳이 최상의 품질을 갖기 위해서는 몇 가지 조건을 만족하여야 한다. 먼저, 가능한 많은 양의 잉곳이 원하는 결정성을 가져야 한다. 다음, 실리콘은 가능한 적은 수의 결함을 포함해야 한다. 결함은 별개의 불순물, 불순물의 덩어리, 전위 및 적층 결함과 같은 실리콘 고유의 격자 결함 및 조직 결함을 포함할 수 있다. 결함들은 광전변환 전지 내의 전기 전하 운반체(electrical charge carrier)의 빠른 재결합을 야기할 수 있으며, 이로 인해 전지의 효율을 감소시킬 수 있다.On the other hand, in order for the silicon ingot to have the best quality, several conditions must be satisfied. First, as many ingots as possible should have the desired crystallinity. Next, the silicon should contain as few defects as possible. The defects may include silicon specific lattice defects and tissue defects such as discrete impurities, chunks of impurities, dislocations and stacking defects. Defects can cause rapid recombination of electrical charge carriers in the photovoltaic cell, thereby reducing the cell's efficiency.

본 발명의 목적은 실리콘을 연속 주조할 수 있는 실리콘 연속 주조 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a silicon continuous casting apparatus and method capable of continuously casting silicon.

본 발명의 다른 목적은 준-단결정(near-monocrystal) 실리콘을 주조할 수 있는 실리콘 연속 주조 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a silicon continuous casting apparatus and method capable of casting near-monocrystal silicon.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.Still other objects of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 실리콘 연속 주조 장치는 내부에 실리콘 원료가 공급되며, 하부가 개방된 형상을 가지는 도가니; 상기 도가니 내에 공급된 실리콘 원료를 용융하는 히터; 상기 도가니의 하부를 폐쇄한 상태에서 하강에 의해 용융된 상기 실리콘 원료로부터 실리콘 잉곳을 주조하는 지지로드; 그리고 상기 지지로드의 상부에 설치되며, 기설정된 결정 방위를 가지는 하나 이상의 단결정 시드층을 포함한다.According to one embodiment of the present invention, a silicon continuous casting device is supplied with a silicon raw material therein, the crucible having an open shape of the lower portion; A heater for melting the silicon raw material supplied into the crucible; A support rod for casting a silicon ingot from the silicon raw material melted by the lowering while the lower part of the crucible is closed; And one or more single crystal seed layers disposed on the support rod and having a predetermined crystal orientation.

상기 지지로드는 냉매가 흐르는 냉매라인을 가질 수 있다.The support rod may have a refrigerant line through which the refrigerant flows.

상기 냉매는 물, 오일, 가스 중 어느 하나일 수 있다.The refrigerant may be any one of water, oil, and gas.

상기 단결정 시드층은 결정 방위가 (100), (110), (111) 중 어느 하나일 수 있다.The single crystal seed layer may have a crystal orientation of any one of (100), (110), and (111).

상기 실리콘 연속 주조 장치는 상기 지지로드의 상부에 설치되며 상기 단결정 시드층들이 고정되는 지지 플레이트를 더 포함할 수 있다.The silicon continuous casting apparatus may further include a support plate installed on the support rod and to which the single crystal seed layers are fixed.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 실리콘 연속 주조 방법은 지지로드의 상부에 기설정된 결정 방위를 가지는 단결정 시드층을 설치하는 단계; 상기 지지로드를 이용하여 도가니의 개방된 하부 상에 로딩하는 단계; 상기 도가니 내에 실리콘 원료를 공급하고 상기 실리콘 원료를 용융하는 단계; 그리고 상기 지지로드를 하강하여 실리콘 잉곳을 주조하는 단계를 포함하되, 상기 실리콘 원료를 용융하는 단계는 상기 시드층을 냉각하는 단계를 포함힌디/According to one embodiment of the invention, the silicon continuous casting method comprises the steps of installing a single crystal seed layer having a predetermined crystal orientation on top of the support rod; Loading onto the open bottom of the crucible using the support rod; Supplying a silicon raw material into the crucible and melting the silicon raw material; And casting the silicon ingot by lowering the support rod, wherein melting the silicon raw material comprises cooling the seed layer.

상기 시드층을 냉각하는 단계는 상기 지지로드에 형성된 냉매라인을 통해 냉매를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.Cooling the seed layer may include supplying a coolant through a coolant line formed in the support rod.

본 발명에 의하면 실리콘을 연속 주조할 수 있으며, 특히, 준-단결정(near-monocrystal) 실리콘을 주조할 수 있다.According to the present invention, silicon can be continuously cast, and in particular, near-monocrystal silicon can be cast.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 연속 주조 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 시드층 및 지지로드를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 실리콘 연속 주조 장치의 작동상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시한 시드층 및 지지로드의 변형된 실시예를 나타내는 도면이다.1 is a view schematically showing a silicon continuous casting apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the seed layer and the support rod shown in FIG.
3 is a view showing an operating state of the silicon continuous casting device shown in FIG.
4 is a view showing a modified embodiment of the seed layer and the support rod shown in FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 4를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 4. The embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments are provided to explain the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Accordingly, the shape of each element shown in the drawings may be exaggerated to emphasize a clearer description.

한편, 이하에서 사용하는 '단결정 실리콘'은 전체적으로 일관된 하나의 결정 방위를 가지는 단일 결정 실리콘을 말한다. 또한, '다결정 실리콘'은 다수의 입자 방위가 부여된 결정 실리콘을 말하며, 입자 방위는 전체적으로 무작위로 분포된다. '준-단결정 실리콘(near-mono crystal silicon)'은 전체 체적의 일부 영역에 일관된 결정 방위를 가지는 결정 실리콘을 말한다. 예를 들어, 준-단결정 실리콘은 다결정 영역에 인접한 단결정 실리콘을 포함할 수 있으며, 다른 결정 방위를 가지며 부분적으로 작은 실리콘 결정을 포함하는 크고 연속적으로 일관성 있는 실리콘 결정을 포함할 수 있다.
On the other hand, the term 'monocrystalline silicon' used below refers to monocrystalline silicon having a single crystal orientation as a whole. Also, 'polycrystalline silicon' refers to crystalline silicon given a plurality of particle orientations, and the particle orientations are distributed randomly as a whole. 'Near-mono crystal silicon' refers to crystalline silicon having a consistent crystal orientation in a portion of the total volume. For example, quasi-monocrystalline silicon may include monocrystalline silicon adjacent to a polycrystalline region, and may comprise large, continuous, consistent silicon crystals with different crystal orientations and including partially small silicon crystals.

도 1에 도시한 바와 같이, 실리콘 연속 주조 장치는 챔버(1)와 도가니(crucible)(3), 그리고 히터(2)를 포함한다. 챔버(1)는 가스 유입구(11a) 및 가스 배출구(11b)를 가지며, 챔버(1) 내에는 주조 분위기가 유지된다. 불활성가스는 가스 유입구(11a) 및 가스 배출구(11b)를 통해 순환된다.
As shown in FIG. 1, the silicon continuous casting apparatus includes a chamber 1, a crucible 3, and a heater 2. The chamber 1 has a gas inlet 11a and a gas outlet 11b, and a casting atmosphere is maintained in the chamber 1. The inert gas is circulated through the gas inlet 11a and the gas outlet 11b.

도가니(3)는 챔버(1) 내에 설치되며, 도가니(3)는 하부가 개방된 사각 실린더 형상을 가질 수 있다. 도가니(3)는 도전성 재료(예를 들어, 무산소동)로 제작된다. 도가니(3)는 둘레방향을 따라 적어도 일부분이 종방향의 슬릿에 의해 여러 개의 세그먼트로 분할된 구조를 가지며, 용융된 실리콘 원료(4)의 응고와 도가니(3)의 보호를 목적으로 내부를 통해 냉각수가 흐르는 수냉 구조를 가진다.
The crucible 3 is installed in the chamber 1, and the crucible 3 may have a square cylinder shape with an open bottom. The crucible 3 is made of a conductive material (for example, oxygen free copper). The crucible 3 has a structure in which at least a portion thereof is divided into several segments by longitudinal slits along the circumferential direction and through the inside for the purpose of solidifying the molten silicon raw material 4 and protecting the crucible 3. It has a water cooling structure in which cooling water flows.

실리콘 원료(silicon feedstock)는 도가니(3)의 상부에 설치된 원료 투입기(도시안함)를 통해 도가니(3) 내에 공급되며, 히터(2)에 의해 용융된다. 도가니(3)는 히터(2)를 열원으로 사용하여 실리콘 잉곳이 연속적으로 주조되는 공간을 제공한다.
Silicon feedstock is supplied into the crucible 3 through a raw material injector (not shown) installed on the top of the crucible 3 and melted by the heater 2. The crucible 3 provides a space in which the silicon ingot is continuously cast using the heater 2 as a heat source.

히터(2)는 도가니(3)의 외측에 배치되어 도가니(3) 내부에 공급된 실리콘 원료를 용융하며, 히터(2)는 유도코일일 수 있다. 유도코일에 흐르는 교류 전류에 의해 발생한 자기장은 도가니(3)에 종방향으로 형성된 슬릿을 통해 도가니(3) 내부까지 투과되며, 이로 인해 발생한 유도 전류는 실리콘 원료(4)를 가열(Joule heating)한다. 또한, 유도 전류는 용융된 실리콘 원료(4)에 전자기력(Lorentz force)을 발생시키며, 전자기력은 중심방향으로 향하게 되어 전자기압과 같이 작용하는 효과(pinch effect)가 있어 용융된 실리콘 원료와 도가니(3) 내벽과의 접촉을 방지한다.
The heater 2 is disposed outside the crucible 3 to melt the silicon raw material supplied into the crucible 3, and the heater 2 may be an induction coil. The magnetic field generated by the alternating current flowing through the induction coil is transmitted to the inside of the crucible 3 through slits formed in the crucible 3 in the longitudinal direction, and the induced current generated thereby heats the silicon raw material 4. . In addition, the induced current generates an electromagnetic force (Lorentz force) in the molten silicon raw material 4, the electromagnetic force is directed toward the center direction has a pinch effect acts like an electromagnetic pressure (3) ) Prevent contact with the inner wall.

실리콘 연속 주조 장치는 지지로드(10) 및 시드층(12)을 더 포함한다. 지지로드(10)는 최초 도가니(3)의 개방된 상부를 폐쇄하며, 시드층(12)은 지지로드(10)의 상부에 설치된다. 히터(2)에 의해 용융된 실리콘 원료(4)가 시드층(12)의 상부에 위치하며, 후술하는 바와 같이, 지지로드(10)가 하강함에 따라 실리콘 원료(4)가 함께 하강하면서 응고되고, 실리콘 잉곳(6)이 시드층(12)으로부터 성장한다. 도가니(3) 내에 실리콘 원료(40를 계속적으로 공급함으로써 실리콘 잉곳(6)을 연속적으로 주조할 수 있다. 지지로드(10)는 별도의 승강수단(도시안함)에 의해 승강할 수 있다.
The silicon continuous casting apparatus further includes a support rod 10 and a seed layer 12. The support rod 10 closes the open top of the original crucible 3, and the seed layer 12 is installed on top of the support rod 10. The silicon raw material 4 melted by the heater 2 is located above the seed layer 12, and as described later, the silicon raw material 4 solidifies as the support rod 10 descends and descends together. , Silicon ingot 6 is grown from seed layer 12. The silicon ingot 6 can be cast continuously by continuously supplying the silicon raw material 40 into the crucible 3. The support rod 10 can be elevated by another lifting means (not shown).

시드층(12)은 기설정된 결정 방위를 가지며, (100), (110), (111) 중 어느 하나일 수 있다. 실리콘 잉곳(6)은 시드층(12)으로부터 성장하며, 시드층(12)의 결정 방위와 일치하는 결정 방위를 가진다. 즉, 시드층(12)을 통해 실리콘 잉곳(6)의 결정 방위를 제어할 수 있으며, 실리콘 잉곳(6)은 전체 체적의 일부 영역에 일정한 결정 방위를 가지는 준-단결정 실리콘(near-mono crystal silicon)이 될 수 있다.
The seed layer 12 has a predetermined crystal orientation and may be any one of (100), (110), and (111). The silicon ingot 6 grows from the seed layer 12 and has a crystal orientation that matches the crystal orientation of the seed layer 12. That is, the crystal orientation of the silicon ingot 6 may be controlled through the seed layer 12, and the silicon ingot 6 may have near-mono crystal silicon having a constant crystal orientation in a part of the entire volume. Can be

도 2는 도 1에 도시한 시드층 및 지지로드를 나타내는 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 지지로드(10)는 냉매라인(14)을 더 포함하며, 냉매라인(14)은 공급라인(14a) 및 냉각라인(14b), 그리고 회수라인(14c)을 가진다. 냉각라인(14b)은 시드층(12)과 대체로 나란하게 위치하며, 공급라인(14a) 및 회수라인(14c)은 냉각라인(14b)에 각각 연결된다. 냉매는 공급라인(14a)을 통해 냉각라인(14b)에 공급되어 시드층(12)을 냉각하며, 회수라인(14c)을 통해 회수되어 칠러(chiller)를 통해 냉각된다.
2 is a view showing the seed layer and the support rod shown in FIG. As shown in FIG. 2, the support rod 10 further includes a refrigerant line 14, which has a supply line 14a, a cooling line 14b, and a recovery line 14c. . The cooling line 14b is positioned substantially parallel to the seed layer 12, and the supply line 14a and the recovery line 14c are connected to the cooling line 14b, respectively. The refrigerant is supplied to the cooling line 14b through the supply line 14a to cool the seed layer 12, and is recovered through the recovery line 14c and cooled through the chiller.

앞서 설명한 바와 같이, 히터(2)는 실리콘 원료(4)를 가열하여 용융하며, 이때, 시드층(12)이 실리콘 원료(4)와 함께 완전히 용융될 수 있다. 따라서, 시드층(12)을 일정 온도 이하로 냉각할 필요가 있으며, 시드층(12)은 냉매라인을 흐르는 냉매를 통해 냉각될 수 있다.
As described above, the heater 2 heats and melts the silicon raw material 4, wherein the seed layer 12 may be completely melted together with the silicon raw material 4. Therefore, it is necessary to cool the seed layer 12 below a predetermined temperature, and the seed layer 12 may be cooled through a refrigerant flowing through the refrigerant line.

도 3은 도 1에 도시한 실리콘 연속 주조 장치의 작동상태를 나타내는 도면이다. 이하, 도 3을 참고하여 실리콘 연속 주조 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.
3 is a view showing an operating state of the silicon continuous casting device shown in FIG. Hereinafter, an operation of the silicon continuous casting apparatus will be described with reference to FIG. 3.

시드층(12)은 지지로드(10)의 상부에 설치되며, 시드층(12)은 기설정된 결정 방위(예를 들어, (100), (110), (111) 중 어느 하나)를 가진다. 지지로드(10)는 도가니(3)의 개방된 하부를 폐쇄하도록 설치되면, 실리콘 원료(4)는 도가니(3) 내에 공급된다.
The seed layer 12 is disposed on the support rod 10, and the seed layer 12 has a predetermined crystal orientation (eg, any one of (100), (110), and (111)). When the support rod 10 is installed to close the open lower part of the crucible 3, the silicon raw material 4 is supplied into the crucible 3.

히터(2)는 도가니(3) 내에 채워진 실리콘 원료(4)를 가열하여 실리콘 원료(4)를 용융하며, 이때, 시드층(12)이 실리콘 원료(4)와 함께 완전 용융되는 것을 방지하기 위해 지지로드(10)에 형성된 공급라인(14a)에 냉매를 공급한다. 냉매는 시드층(12)의 하부에 위치한 냉각라인(14b)을 통해 시드층(12)을 일정 온도 이하로 냉각시킨다.
The heater 2 heats the silicon raw material 4 filled in the crucible 3 to melt the silicon raw material 4, where the seed layer 12 is completely melted together with the silicon raw material 4 in order to prevent melting. The refrigerant is supplied to the supply line 14a formed on the support rod 10. The coolant cools the seed layer 12 to a predetermined temperature or lower through a cooling line 14b positioned below the seed layer 12.

실리콘 원료(4)에 대한 용융이 일정 수준으로 진행된 후 지지로드(10)는 승강수단(도시안함)을 통해 하강하며, 용융된 실리콘 원료(4)는 지지로드(10)와 함께 냉각되면서 실리콘 잉곳(6)으로 주조된다. 이와 같은 방법을 통해 실리콘 잉곳(6)은 연속 주조될 수 있다.
After the melting of the silicon raw material 4 proceeds to a certain level, the support rod 10 is lowered through the lifting means (not shown), and the molten silicon raw material 4 is cooled together with the support rod 10 while the silicon ingot 6 is cast. In this way the silicon ingot 6 can be continuously cast.

이때, 실리콘 잉곳(6)은 시드층(12)은 시드층(12)으로부터 성장하여 시드층(12)의 결정 방위와 일치하는 결정 방위를 가진다. 즉, 시드층(12)을 통해 실리콘 잉곳(6)의 결정 방위를 제어할 수 있으며, 실리콘 잉곳(6)은 전체 체적의 일부 영역에 일정한 결정 방위를 가지는 준-단결정 실리콘(near-mono crystal silicon)이 될 수 있다.
At this time, the silicon ingot 6 has a crystal orientation coincident with the crystal orientation of the seed layer 12 by growing from the seed layer 12. That is, the crystal orientation of the silicon ingot 6 may be controlled through the seed layer 12, and the silicon ingot 6 may have near-mono crystal silicon having a constant crystal orientation in a part of the entire volume. Can be

이후, 실리콘 잉곳(6)은 공지된 슬라이싱(slicing) 또는 쏘잉(sawing) 방법에 의해 기재로 절단되어 웨이퍼가 되며, 웨이퍼는 광전변환 전지(photovoltaics cells)로 사용될 수 있다.
Thereafter, the silicon ingot 6 is cut into a substrate by a known slicing or sawing method to be a wafer, and the wafer can be used as photovoltaics cells.

한편, 상술한 바에 의하면, 무작위가 아닌 일정한 결정 방위를 가지는 실리콘 잉곳(6)을 주조할 수 있으며, 시드층(12)의 결정 방위를 통해 실리콘 잉곳(6)의 결정 방위를 제어할 수 있다. 또한, 냉매라인(14)을 통해 시드층(12)을 일정 온도 이하로 냉각함으로써 실리콘 원료(4)의 용융시 시드층(12)이 완전히 용융되는 것을 방지할 수 있다.
On the other hand, according to the above, it is possible to cast a silicon ingot 6 having a predetermined non-random crystal orientation, it is possible to control the crystal orientation of the silicon ingot 6 through the crystal orientation of the seed layer 12. In addition, by cooling the seed layer 12 to a predetermined temperature or less through the refrigerant line 14, it is possible to prevent the seed layer 12 from being completely melted when the silicon raw material 4 is melted.

도 4는 도 2에 도시한 시드층 및 지지로드의 변형된 실시예를 나타내는 도면이다. 실리콘 연속 주조 장치는 복수의 시드층들(12a,12b)을 구비할 수 있으며, 지지 플레이트(13)는 지지로드(10)의 상부면에 설치되어 시드층들(12a,12b)을 고정할 수 있다. 시드층들(12a,12b)은 기설정된 결정 방위를 각각 가지며, (100), (110), (111) 중 어느 하나를 가질 수 있다. 시드층들(12a,12b)은 동일한 결정 방위를 가지거나 서로 다른 결정 방위를 가질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 실리콘 잉곳(6)은 시드층들(12a,12b)로부터 성장하여 인접한 시드층들(12a,12b)의 결정 방위와 일치하는 결정 방위를 가지며, 시드층들(12a,12b)의 결정 방위를 통해 실리콘 잉곳(6)의 결정 방위를 제어할 수 있다.
4 is a view showing a modified embodiment of the seed layer and the support rod shown in FIG. The silicon continuous casting apparatus may include a plurality of seed layers 12a and 12b, and the support plate 13 may be installed on the upper surface of the support rod 10 to fix the seed layers 12a and 12b. have. The seed layers 12a and 12b have predetermined crystal orientations, respectively, and may have any one of (100), (110), and (111). The seed layers 12a and 12b may have the same crystal orientation or different crystal orientations. As described above, the silicon ingot 6 grows from the seed layers 12a, 12b and has a crystal orientation that matches the crystal orientation of the adjacent seed layers 12a, 12b, and the seed layers 12a, 12b. The crystal orientation of the silicon ingot 6 can be controlled through the crystal orientation of.

지지로드(10)는 복수의 냉매라인들(16,18)을 가질 수 있으며, 냉매라인들(16,18)은 시드층들(12a,12b)에 각각 대응되도록 위치한다. 즉, 제1 냉매라인(16)은 제1 시드층(12a)에 대응되며, 제1 시드층(12a)은 제1 냉매라인(16)을 통해 냉각될 수 있다. 제2 냉매라인(18)은 제2 시드층(12b)에 대응되며, 제2 시드층(12b)은 제2 냉매라인(18)을 통해 냉각될 수 있다.
The support rod 10 may have a plurality of refrigerant lines 16 and 18, and the refrigerant lines 16 and 18 are positioned to correspond to the seed layers 12a and 12b, respectively. That is, the first refrigerant line 16 may correspond to the first seed layer 12a, and the first seed layer 12a may be cooled through the first refrigerant line 16. The second refrigerant line 18 may correspond to the second seed layer 12b, and the second seed layer 12b may be cooled through the second refrigerant line 18.

본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.Although the present invention has been described in detail by way of preferred embodiments thereof, other forms of embodiment are possible. Therefore, the technical idea and scope of the claims set forth below are not limited to the preferred embodiments.

1 : 챔버
2 : 히터
3 : 도가니
4 : 실리콘 원료
6 : 실리콘 잉곳
10 : 지지로드
12,12a,12b : 시드층
13 : 지지 플레이트
14,16,18 : 냉매라인1: chamber
2: heater
3: crucible
4: silicon raw material
6: silicon ingot
10: support rod
12,12a, 12b: seed layer
13: support plate
14,16,18: Refrigerant line

Claims (8)

내부에 실리콘 원료가 공급되며, 하부가 개방된 형상을 가지는 도가니;
상기 도가니 내에 공급된 실리콘 원료를 용융하는 히터;
상기 도가니의 하부를 폐쇄한 상태에서 하강에 의해 용융된 상기 실리콘 원료로부터 실리콘 잉곳을 주조하는 지지로드; 및
상기 지지로드의 상부에 설치되며, 기설정된 결정 방위를 가지는 하나 이상의 단결정 시드층을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 연속 주조 장치.A crucible having a silicon raw material supplied therein and having an open bottom;
A heater for melting the silicon raw material supplied into the crucible;
A support rod for casting a silicon ingot from the silicon raw material melted by the lowering while the lower part of the crucible is closed; And
And at least one single crystal seed layer disposed on the support rod and having a predetermined crystal orientation. 제1항에 있어서,
상기 지지로드는 냉매가 흐르는 냉매라인을 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 연속 주조 장치.The method of claim 1,
The support rod is a silicon continuous casting device, characterized in that the refrigerant flows through the line. 제2항에 있어서,
상기 냉매는 물, 오일, 가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실리콘 연속 주조 장치.The method of claim 2,
The refrigerant is silicon continuous casting device, characterized in that any one of water, oil, gas. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 단결정 시드층은 결정 방위가 (100), (110), (111) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실리콘 연속 주조 장치.The method according to claim 1 or 2,
And the single crystal seed layer has a crystal orientation of any one of (100), (110) and (111). 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 실리콘 연속 주조 장치는 상기 지지로드의 상부에 설치되며 상기 단결정 시드층들이 고정되는 지지 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 연속 주조 장치.The method according to claim 1 or 2,
The silicon continuous casting device further comprises a support plate installed on top of the support rod and the single crystal seed layers are fixed. 지지로드의 상부에 기설정된 결정 방위를 가지는 단결정 시드층을 설치하는 단계;
상기 지지로드를 이용하여 도가니의 개방된 하부 상에 로딩하는 단계;
상기 도가니 내에 실리콘 원료를 공급하고 상기 실리콘 원료를 용융하는 단계; 및
상기 지지로드를 하강하여 실리콘 잉곳을 주조하는 단계를 포함하되,
상기 실리콘 원료를 용융하는 단계는 상기 시드층을 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 연속 주조 방법.Providing a single crystal seed layer having a predetermined crystal orientation on top of the support rod;
Loading onto the open bottom of the crucible using the support rod;
Supplying a silicon raw material into the crucible and melting the silicon raw material; And
Casting the silicon ingot by lowering the support rod;
Melting the silicon raw material comprises cooling the seed layer. 제6항에 있어서,
상기 시드층을 냉각하는 단계는 상기 지지로드에 형성된 냉매라인을 통해 냉매를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 연속 주조 방법.The method according to claim 6,
Cooling the seed layer comprises supplying a refrigerant through a refrigerant line formed in the support rod. 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 단결정 시드층은 결정 방위가 (100), (110), (111) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실리콘 연속 주조 방법.8. The method according to claim 6 or 7,
The single crystal seed layer has a crystal orientation of any one of (100), (110), (111) characterized in that the silicon continuous casting method.
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