WO2013080624A1 - 多結晶シリコンインゴット、その製造装置、その製造方法およびその用途 - Google Patents

多結晶シリコンインゴット、その製造装置、その製造方法およびその用途 Download PDF

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WO2013080624A1
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polycrystalline silicon
crucible
inert gas
silicon ingot
gas introduction
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PCT/JP2012/072931
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大石　隆一
梶本　公彦
和也 上野
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シャープ株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C01B33/02—Silicon
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a polycrystalline silicon ingot suitably used for a solar cell, a manufacturing apparatus thereof, a manufacturing method thereof, and an application thereof.
  • a pn junction type having a pn junction is most common.
  • the pn junction is formed by forming an n-type layer by a method such as diffusion on the surface of a p-type silicon substrate to which a small amount of a group III element such as B (boron) or Ga (gallium) is added.
  • There are silicon crystal solar cells having various structures such as structures or structures in which n + and p + regions are formed on the back side of an n-type silicon substrate and electrodes are collected on the back side.
  • Polycrystalline silicon used for solar cells can be obtained by manufacturing a silicon ribbon or spherical silicon, but is generally manufactured by a manufacturing method called a casting method.
  • a casting method for example, molten silicon is held in a crucible made of silica, and then the molten silicon is unidirectionally solidified from the bottom side to the liquid surface side of the crucible, thereby producing a polycrystalline silicon ingot.
  • the polycrystalline silicon ingot is processed into a prismatic block of an appropriate size by a band saw, and the block is sliced by a wire saw to obtain a wafer.
  • a polycrystalline silicon solar cell is manufactured using the polycrystalline silicon wafer thus obtained, and a solar cell module is manufactured by modularizing a plurality of solar cells.
  • the silicon carbide foreign matter (SiC foreign matter) present in the polycrystalline silicon ingot causes various processing defects during the block processing and block slicing processing of the polycrystalline silicon ingot. Since SiC is harder than silicon, the wire saw breaks during slicing. Alternatively, a defective wafer is generated due to a problem such as a step in the wafer or an increase in the in-plane thickness distribution of the wafer. Moreover, in order to prevent the wire saw from being disconnected in the slicing process, when SiC foreign matter is confirmed on the block surface, it is necessary to excise a portion where the SiC foreign matter is confirmed in advance, but this significantly reduces the yield. .
  • the Id defect is defined as a defect in which the reverse current that flows when an appropriate reverse voltage is applied to the solar cell in the non-irradiation state exceeds the reference value.
  • the reference value of the reverse voltage or reverse current to be applied is determined by the structure of the solar cell module, the number of solar cells in series, etc., when some of the solar cells connected in series are shaded, etc. It is determined for the purpose of suppressing the heat generation at.
  • SiC foreign matter in the polycrystalline silicon ingot is required. Need to be reduced.
  • SiC foreign matter is that carbon impurities are originally contained in the silicon raw material, and that carbon impurities are mixed into the molten silicon during casting. Even when a polysilicon raw material having a low carbon concentration is used, SiC foreign matter is generated in the ingot. Therefore, it is essential to reduce carbon impurities mixed during casting.
  • SiO gas evaporated from molten silicon reacts with a graphite member (for example, a graphite heating part, a carbon-based heat insulating material, etc.) heated to a high temperature in the furnace to generate CO gas.
  • a graphite member for example, a graphite heating part, a carbon-based heat insulating material, etc.
  • a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for reducing the carbon impurity concentration, a crucible, an upper heating unit and a lower heating unit disposed above and below the crucible, and a gas pipe for supplying an inert gas toward the molten silicon And a plate-like lid provided between the molten silicon and the upper heating part, and a through hole for inserting a gas pipe is formed in the vicinity of the center of the lid, and gas is passed through the peripheral part of the lid.
  • An apparatus in which a gap is formed has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and mainly provides a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus that can manufacture a high-quality and large-sized polycrystalline silicon ingot with few SiC foreign substances. Objective.
  • the crucible having the upper opening, the heating unit that is provided on the outer periphery of the crucible and heats and melts the silicon raw material housed in the crucible, and the crucible and the heating unit are relative to each other.
  • a vertical movement mechanism, a cover having an inert gas introduction hole and covering the upper opening of the crucible so as to be openable and closable, and introducing an inert gas into the inert gas introduction hole An apparatus for producing a polycrystalline silicon ingot comprising a tube is provided.
  • a polycrystalline silicon ingot manufacturing method in which a polycrystalline silicon ingot is grown while introducing an inert gas using the above-described polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus.
  • a polycrystalline silicon ingot produced by the polycrystalline silicon ingot producing method a polycrystalline silicon block obtained by processing the polycrystalline silicon ingot, and the polycrystalline silicon A polycrystalline silicon wafer obtained by processing a block and a polycrystalline silicon solar cell manufactured using the polycrystalline silicon wafer are provided.
  • silicon material the concept including “silicon block” and “silicon wafer” is referred to as “silicon material”.
  • polycrystalline silicon material is meant to include “polycrystalline silicon block” and “polycrystalline silicon wafer”.
  • the polycrystalline silicon ingot producing apparatus of the present invention it is possible to produce a polycrystalline silicon ingot with few SiC foreign substances at low cost. As a result, it is possible to reduce the cost of silicon materials and solar cells manufactured from polycrystalline silicon ingots, and the spread of polycrystalline silicon solar cells can be accelerated.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a crucible in the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus of Embodiment 1. It is a front view which shows the 1st board
  • FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a part of a cover and an inert gas introduction pipe in the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus of the first embodiment. It is a partial expanded sectional view which shows the inert gas introducing
  • FIG. 1 is a first diagram illustrating a solar cell forming step in Example 1.
  • FIG. 3 is a second diagram showing a solar battery cell forming step in Example 1.
  • FIG. 5 is a third diagram illustrating a solar cell formation step in Example 1.
  • FIG. 6 is a fourth diagram showing a solar cell formation step in Example 1.
  • FIG. 10 is a fifth diagram illustrating a solar cell formation step in Example 1;
  • FIG. 10 is a sixth diagram illustrating a solar cell formation step in Example 1.
  • FIG. 10 is a seventh diagram illustrating a solar battery cell formation step in Example 1; It is an 8th figure which shows the photovoltaic cell formation process in Example 1.
  • FIG. FIG. 10 is a ninth diagram illustrating the solar cell formation step in Example 1.
  • 2 is a partial cross-sectional view showing a polycrystalline silicon solar cell module manufactured in Example 1.
  • the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus of the present invention includes a crucible having an upper opening, a heating unit that is provided on the outer periphery of the crucible and heats and melts the silicon raw material housed in the crucible, the crucible and the heating unit And a cover that has an inert gas introduction hole and that covers the upper opening of the crucible so as to be openable and closable, and an inert gas that is introduced into the inert gas introduction hole.
  • An active gas introduction pipe and is configured to produce a high-quality polycrystalline silicon ingot by unidirectionally solidifying molten silicon.
  • a generally used crucible made of graphite or quartz (SiO 2 ) can be used as the crucible.
  • a resistance heating type heater can be used as the heating unit.
  • a heating element made of a highly conductive material such as graphite or carbon is provided on the outer periphery of the crucible, and the crucible is heated by heating the heating element with an induction heating coil. May be.
  • the moving mechanism may be configured to move the crucible relative to the heating unit, or may be configured to move the heating unit relative to the crucible.
  • a moving mechanism that moves the crucible relative to the heating unit.
  • the crucible can be raised and lowered by a pneumatic or hydraulic cylinder mechanism, a link mechanism, a ball screw mechanism or the like.
  • the material of the cover is not particularly limited as long as it is a material excellent in heat resistance and strength, and examples thereof include graphite, SiO 2 , silicon carbide (SiC) and the like. Among these, SiC is preferable from the viewpoint of oxidation resistance, durability, and impurity incorporation into Si.
  • the cover and the inert gas introduction pipe will be described later in detail.
  • the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus of the present invention may be configured as follows.
  • the inert gas introduction pipe may be extendable or retractable. If it does in this way, even if a crucible and a heating part move to an up-and-down direction relatively, it can continue introducing an inert gas into the space of the upper part of a crucible covered with a cover. Therefore, the CO gas partial pressure in the crucible can be kept low until the ingot solidification is completed. Further, even if the silicon raw material is charged up to a position higher than the upper opening of the crucible, the inert gas introduction tube does not get in the way.
  • the inert gas introduction pipe can be specifically configured as the following (2) or (3).
  • the inert gas introduction pipe is configured to introduce the inert gas into the first pipe into which the inert gas supplied from the inert gas supply source is introduced, and the inert gas introduction hole of the cover. It has 1 pipe
  • the first tube may be slidably inserted into the second tube, and conversely, the second tube may be slidably inserted into the first tube.
  • the material for the first and second tubes is not particularly limited as long as the material is excellent in heat resistance and strength, and examples thereof include SiC, Al 2 O 3 , SiO 2 , and graphite. Of these, SiC is particularly preferable from the viewpoints of oxidation resistance, durability, and impurity incorporation into Si.
  • a part or all of the inert gas introduction pipe may be a flexible pipe, and may be configured to be able to follow the relative vertical movement of the crucible and the heating unit.
  • the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus of the present invention may further include a support member that is provided on the outer periphery of the crucible and supports the lower end of the cover.
  • the material of the support member is not particularly limited as long as it is a material excellent in heat resistance and strength, and the same material as that of the crucible can be used.
  • the support member may be an outer crucible that houses the crucible. By supporting the cover with the support member, it is possible to avoid the problem that when the cover is installed on the crucible, the deformation of the crucible is promoted by the weight of the cover.
  • the cover may include a peripheral wall that rises along an edge of the upper opening of the crucible, and a lid that has an inert gas introduction hole and is detachably attached to the peripheral wall.
  • the lid can be removed from the peripheral wall, and the silicon raw material can be easily loaded into the crucible up to a position higher than the upper opening of the crucible, and the silicon raw material loading amount is increased. be able to.
  • the upper opening of the peripheral wall is covered with the lid, the silicon raw material is melted while introducing an inert gas into the crucible, and the molten silicon is unidirectionally solidified to produce a polycrystalline silicon ingot. it can. Therefore, a high-quality and large-sized polycrystalline silicon ingot in which almost no SiC foreign matter is mixed can be obtained.
  • the cost per unit weight of the high-quality polycrystalline silicon ingot can be reduced. Therefore, the polycrystalline silicon material obtained by processing the polycrystalline silicon ingot, that is, the polycrystalline silicon block obtained by processing the polycrystalline silicon ingot and the polycrystalline silicon material obtained by processing the polycrystalline silicon inblock.
  • a crystalline silicon wafer can be manufactured at low cost while maintaining high quality.
  • the polycrystalline silicon solar cell manufactured using the polycrystalline silicon material that is, the polycrystalline silicon solar cell manufactured using the polycrystalline silicon material and the polycrystalline silicon solar cell manufactured using the polycrystalline silicon solar cell
  • the produced polycrystalline silicon solar cell module can be manufactured at low cost while maintaining high quality.
  • the peripheral wall may be configured such that the inner surface thereof is disposed on the inner side of the inner surface of the upper opening edge of the crucible. If it does in this way, even if molten silicon adheres to a surrounding wall, it will flow down in a crucible. It is also possible to prevent the silicon raw material from collapsing and the molten silicon from splashing out of the crucible when the silicon raw material is melted in the crucible. Therefore, it is possible to avoid an apparatus trouble and the amount of silicon in the crucible is not reduced.
  • the upper opening edge of the crucible may be square.
  • the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus of the present invention may further have the following configuration. That is, the peripheral wall of the cover rises along two opposing sides of the quadrangular upper opening edge of the crucible, and the other two opposing confronting quadrangular upper opening edges of the crucible. It is composed of a pair of second plate members that rise along the side, and the pair of first plate members has upper opening-shaped notches on both ends in the longitudinal direction, and the pair of second plates on both ends in the longitudinal direction.
  • a notch having a lower opening shape may be provided, and the peripheral wall may be configured so as to be assembled in a lattice shape by fitting the notches of the pair of second plate members into the notches of the pair of first plate members. If it does in this way, a peripheral wall can be produced easily.
  • the cover body of the cover member may be composed of a plurality of plate members that can be divided. If it does in this way, manufacture of a lid will become easy, and handling of a lid at the time of loading a silicon raw material in a crucible will become easy.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing when the raw material is melted in the first embodiment of the polycrystalline silicon ingot production apparatus of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing when the solidification is completed in the polycrystalline silicon ingot production apparatus of the first embodiment.
  • . 3 is a perspective view showing a crucible in the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus of the first embodiment
  • FIG. 4A is a front view showing a first plate member of a cover in the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 4B is a front view showing a second plate member of the cover in the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a cover body in the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus of the first embodiment
  • FIG. 6 shows one of the cover and the inert gas introduction pipe in the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus of the first embodiment. It is a perspective view which shows a part.
  • This polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus F1 includes a crucible 1, an outer crucible 2, a heater (heating unit) 3, a hydraulic cylinder mechanism (moving mechanism) 4, a cover 5, an inert gas introduction pipe 6, A heat insulating case 7 is provided, and at least the crucible 1, the outer crucible 2 and the heater 3 are accommodated in the heat insulating case 7.
  • the crucible 1 has an upper opening.
  • the outer crucible 2 has an upper opening and accommodates the crucible 1.
  • the heater 3 is provided on the outer periphery of the crucible 1 and the outer crucible 2, and heats and melts the silicon raw material Ms accommodated in the crucible 1.
  • the hydraulic cylinder mechanism 4 raises and lowers the crucible 1 and the outer crucible 2 with respect to the heater 3.
  • the cover 5 has an inert gas introduction hole 5Ba 1 and covers the upper opening of the crucible 1 so that it can be opened and closed.
  • the introduction pipe 6 introduces an inert gas into the inert gas introduction hole 5Ba 1 .
  • the crucible 1 is formed in a cubic shape having an upper opening 1a (see FIG. 3). Further, the outer crucible 2 is formed in a cubic shape having a size larger than that of the crucible 1.
  • the height of the upper opening edge 2 b of the outer crucible 2 is slightly higher than the height of the upper opening edge 1 b of the crucible 1.
  • Cylinder mechanism 4 includes a hydraulic cylinder body 4a having a rod 4a 1, and a lifting table 4b which is connected to the distal end of the rod 4a 1 (upper).
  • An outer crucible 2 containing the crucible 1 is installed on the lifting platform 4b.
  • a recess 4b 1 is provided at the lower end of the lift 4b so that the lowered lift 4b does not collide with the hydraulic cylinder body 4a (see FIG. 2).
  • the heat insulating case 7 is made of, for example, a carbon-based heat insulating material and is supported above the hydraulic cylinder body 4a in the chamber by a support member (not shown).
  • a hole 7 a through which the lifting platform 4 b is inserted and an inert gas exhaust port 7 b are formed in the bottom wall at the lower end.
  • the inert gas exhaust port 7b may be omitted, and the exhaust gas may be exhausted from the gap of the hole 7a.
  • the upper part of the heat insulation case 7 is a cylindrical space portion 7c in which a second pipe 6b of an inert gas introduction pipe 6 to be described later can be moved up and down.
  • the heat insulating case 7 and the chamber are provided with doors for loading the silicon raw material Ms into the crucible 1 and taking out the polycrystalline silicon ingot Mi manufactured from the crucible 1.
  • thermocouple is disposed in the vicinity of the center of the upper surface of the lifting platform 4b.
  • the lifting platform 4 b includes a position detector that detects the vertical position of the crucible 1.
  • a control thermocouple is disposed to detect the temperature of the heater 3. The outputs of these thermocouples and position detectors are input to a control device (not shown), whereby the heating state by the heater 3 is controlled.
  • Cover 5 includes a peripheral wall 5A which rises along the upper opening edge 1b of the crucible 1, and a lid 5B releasably attached to on the peripheral wall 5A which has the inert gas introduction hole 5Ba 1. More specifically, as shown in FIGS. 4A, 4B, and 6, the peripheral wall 5A of the cover 5 extends along two opposing sides of the square upper opening edge 1b of the crucible 1. It consists of a pair of first plate members 5Aa that rises and a pair of second plate members 5Ab that rises along the other two opposite sides of the square upper opening edge 1b of the crucible 1.
  • plate material 5Aa and 5Ab are the members which formed the notch mentioned later in the rectangular board material of the same size.
  • the first plate member 5Aa The pair of the longitudinal ends on the side edge which has a notch 5Aa 1 of the upper opening shape, and has a notch 5Aa 2 rectangles the lower edge of the longitudinal ends.
  • the notch 5Aa 1 is formed from the upper edge of the first plate 5Aa to the middle position in the width direction (perpendicular to the longitudinal direction), and the notch 5Aa 2 is predetermined in the width direction from the lower edge of the first plate 5Aa. It is formed by the dimension L 1.
  • the predetermined dimension L 1 is larger than the difference between the height of the upper opening edge 2 b of the outer crucible 2 and the height of the upper opening edge 1 b of the crucible 1 in a state where the crucible 1 is housed in the outer crucible 2. Small dimensions.
  • the pair of second plate members 5Ab has a notch 5Ab 1 having a downward opening at the lower edge on both ends in the longitudinal direction, and a rectangular notch 5Ab 2 on the lower edge at both ends in the longitudinal direction.
  • the notch 5Ab 1 is formed from the lower edge of the second plate member 5Ab to an intermediate position in the width direction, and the notch 5Ab 2 is formed with a predetermined dimension L 2 in the width direction from the lower edge of the second plate member 5Ab.
  • the predetermined dimension L 2 is the same as the dimension L 1 with the notch 5Aa 2 of the first plate member 5Aa.
  • Wall 5A is assembled in a lattice shape by fitting the 5Ab 1-out each notch of the pair of second plate members 5Ab to 5Aa 1-out each notch of the pair of first plate 5Aa, square frame portion of the peripheral wall 5A is substantially It is an important part.
  • the peripheral wall 5 ⁇ / b> A configured in this way is installed on the upper opening edge 1 b of the outer crucible 2 that houses the crucible 1. At this time, the rectangular cutouts 5Aa 2 and 5Ab 2 (a total of 8 places) of the peripheral wall 5A are placed on the upper opening edge 1b of the outer crucible 2.
  • the peripheral wall 5 ⁇ / b> A is supported by the outer crucible 2, so that the peripheral wall 5 ⁇ / b> A floats from the crucible 1. Thereby, a gap is formed between the crucible 1 and the peripheral wall 5A. Further, the inner surface 5Af of the peripheral wall 5A is disposed on the inner side of the inner surface 1f of the upper opening edge 1b of the crucible 1. Therefore, the lengths of the first and second plate members 5Aa and 5Ab of the peripheral wall 5A, the formation positions and dimensions of the notches 5Aa 1 , 5Aa 2 , 5Ab 1 , and 5Ab 2 are determined so as to obtain such an installation state do it.
  • the square frame portion of the peripheral wall 5 ⁇ / b> A is a storage space for the silicon raw material Ms loaded up to a position higher than the upper opening 1 a of the crucible 1.
  • the silicon raw material Ms can be loaded into the crucible 1 to such an extent that molten silicon in which the entire amount of the silicon raw material Ms is dissolved in the crucible 1 does not overflow from the crucible 1. Therefore, the volume of the accommodation space of the peripheral wall 5A, that is, the height H of the peripheral wall 5A may be determined in consideration of the loading amount of the silicon raw material Ms.
  • it is necessary to consider the restrictions on the apparatus the size of the inside of the chamber, the amount of crucible lowering during ingot unidirectional solidification, etc.).
  • the cover 5 ⁇ / b> B of the cover member 5 is composed of three rectangular plate members 5 ⁇ / b> Ba, 5 ⁇ / b> Bb, 5 ⁇ / b> Bc that can be divided.
  • a square lid body 5B larger than the peripheral wall 5A square frame portion
  • the inert gas introduction hole 5Ba 1 is formed at the center position of the middle plate member 5Ba.
  • the inert gas introduction pipe 6 includes a first pipe 6a and a second pipe 6b.
  • An inert gas supplied from an inert gas supply source (not shown) is introduced into the first pipe 6a.
  • the second pipe 6b is a first pipe 6a to introduce an inert gas into the inert gas introduction hole 5Ba 1 of the cover 5 vertically slidably connected.
  • the inert gas introduction pipe 6 has a double pipe structure that can be expanded and contracted so as to follow the relative vertical movement of the crucible 1 and the heater 3.
  • the first pipe 6 a passes through the upper part of the chamber and the upper part of the heat insulating case 7 and is arranged in the vertical direction, and its tip (lower end) is located near the height of the heater 3.
  • the second tube 6 b is a tube having an inner diameter into which the first tube 6 a can be inserted, and is placed on the lid 5 ⁇ / b> B of the cover 5.
  • the outer flange 6b 1 is provided at the lower end of the second pipe 6b so that the second pipe 6b is stabilized on the lid 5B.
  • the outer flange 6b 1 may be omitted, by providing the outer flange 6b 1 at the lower end of the second pipe 6b, the lower end opening of the second pipe 6b is made an inert gas of the lid 5B (plate material 5Ba). easily positioned to the position of the introduction hole 5Ba 1. In this case, for example, a recess having a shape matching the outer shape of the outer flange 6b 1 is formed on the upper surface of the lid 5B.
  • the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus F1 of Embodiment 1 is configured as follows in order to always arrange the inert gas introduction hole 5Ba 1 of the lid 5B on the axial center of the first pipe 6a. It is configured. That is, a notch into which the outer peripheral portion of the lid 5B fits tightly is formed at the lattice-like upper edge of the peripheral wall 5A of the cover 5. Further, the outer crucible 2 is installed in a manner to be fitted into the lifting platform 4b. In addition, the crucible 1 is installed at substantially the same position in the outer crucible 2.
  • the new crucible 1 and the outer crucible 2 are used every time the ingot is manufactured, the peripheral wall 5A of the cover 5 is set on the outer crucible 2, and the lid 5B is placed on the peripheral wall 5A after the raw materials are charged. Even when placed, the inert gas introduction hole 5Ba 1 of the lid 5B is always arranged on the axis of the first tube 6a.
  • the second tube 6b is lowered and placed on the lid 5B, and the chamber is sealed. And the crucible 1 is raised to a manufacture start position with the cylinder mechanism 4 (refer FIG. 1).
  • the inside of the chamber is evacuated (evacuated), and an inert gas is introduced into the chamber to perform gas replacement.
  • the inert gas introduced into the cover 5 from the first pipe 6a of the inert gas introduction pipe 6 flows out of the cover 5 through the gap between the cover 5 and the crucible 1, and enters the heat insulating case 7 and the chamber. It is filled and discharged to the outside from the inert gas exhaust port 7b.
  • the heater 3 heats the crucible 1 through the outer crucible 2 and the cover 5, thereby heating and melting the silicon raw material Ms.
  • the crucible 1 is slowly lowered by the cylinder mechanism 4 at a constant speed (for example, about 30 mm / hour). Start directional solidification.
  • the inert gas introduction pipe 6 gradually extends to introduce the inert gas into the cover 5. Then, the crucible 1 is lowered to the lowest position (see FIG.
  • the crucible 1 is raised and an annealing process is performed. Then, the crucible 1 is taken out from the chamber by the ingot taking-out step, and the polycrystalline silicon ingot Mi manufactured from the crucible 1 is taken out.
  • the polycrystalline silicon block of the present invention can be obtained by processing the polycrystalline silicon ingot of the present invention into a desired size.
  • the polycrystalline silicon block can be obtained, for example, by cutting a surface portion where impurities such as a crucible material may be diffused in the polycrystalline silicon ingot of the present invention using a known apparatus such as a band saw. it can. Moreover, you may grind
  • the polycrystalline silicon wafer of the present invention can be obtained by processing the polycrystalline silicon block of the present invention.
  • the polycrystalline silicon wafer can be obtained, for example, by slicing the polycrystalline silicon block of the present invention to a desired thickness using a known apparatus such as a multi-wire saw. Currently, it is often processed to a thickness of 170 ⁇ m to 200 ⁇ m. Further, if necessary, the surface of the polycrystalline silicon wafer may be polished.
  • the polycrystalline silicon solar battery cell of the present invention is manufactured using the polycrystalline silicon wafer of the present invention.
  • a polycrystalline silicon solar cell can be manufactured, for example, by a known solar cell process using the polycrystalline silicon wafer of the present invention. That is, in the case of a silicon wafer doped with p-type impurities, an n-type impurity is doped to form an n-type layer to form a pn junction, and a surface electrode is formed by a known method using a known material. And a back surface electrode is formed and a polycrystalline silicon solar cell is obtained.
  • the polycrystalline silicon solar cell module of the present invention is formed by electrically connecting a plurality of polycrystalline silicon solar cells of the present invention.
  • the polycrystalline silicon solar battery module uses the polycrystalline silicon solar battery cell of the present invention to electrically connect a plurality of solar battery cells with an interconnector (conductive member) by a known solar battery module process. And it can be manufactured by sealing it.
  • FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view showing an inert gas introducing portion in Embodiment 2 of the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus of the present invention.
  • the second embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the inert gas introduction pipe, and the other configurations in the second embodiment are the same as those in the first embodiment. Therefore, only different points will be described below.
  • the inert gas introduction pipe 16 in the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus includes a first pipe 16a into which an inert gas supplied from an inert gas supply source (not shown) is introduced, and an inert gas introduction to the cover. It has the 1st pipe
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the start of production in the third embodiment of the polycrystalline silicon ingot production apparatus of the present invention
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the end of production in the polycrystalline silicon ingot production apparatus of the third embodiment.
  • the same elements as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. 8 and 9, the silicon raw material and the manufactured polycrystalline silicon ingot are not shown.
  • a part or all of the inert gas introduction pipe 26 is formed of a flexible pipe and is configured to be able to follow the relative vertical movement of the crucible 1 and the heater 3. ing.
  • the upper part of the heat insulation case 27 is a space in which the inert gas introduction pipe 26 can be bent.
  • the distal end of the flexible inert gas introduction pipe 26 does not deviate from the inert gas introduction hole 5Ba 1 of the lid 5B of the cover 5.
  • a connecting pipe 27 is inserted.
  • the connecting pipe 27 has an outer flange 27a at the lower end, and as described above, the outer flange 27a is positioned in a recess formed on the upper surface of the lid 5B. Or you may employ
  • one or more protrusions are provided on the inner peripheral surface of the inert gas introduction hole 5Ba 1 of the lid 5B.
  • a connecting pipe not having the outer flange 27a is inserted into the distal end of the flexible inert gas introduction pipe 26, and an inverted L-shaped groove for inserting the protrusion is formed on the outer peripheral surface of the connecting pipe. To do. In this way, when the tip of the connection pipe is inserted into the inert gas introduction hole 5Ba 1 , the protrusion is inserted into the groove, and if the connection pipe is turned a little, the protrusion enters the depth of the groove. The active gas introduction pipe 26 is prevented from coming off from the inert gas introduction hole 5Ba 1 .
  • Other configurations in the third embodiment are substantially the same as those in the first and second embodiments.
  • the height of the upper opening edge 1 b of the crucible 1 may be slightly higher than the height of the upper opening edge 2 b of the outer crucible 2.
  • first and second plate members 5Aa and 5Ab constituting the peripheral wall of the cover
  • notches in the first and second plate members 5Aa and 5Ab are provided. This can be dealt with by forming the peripheral wall using the first and second plate members having the protruding pieces projecting 5Aa 2 and 5Ab 2 downward from the lower edge by dimensions L 1 and L 2 .
  • the inert gas introduction pipe 6 does not necessarily have a double structure. In a limited apparatus, in order to increase the loading amount of the silicon raw material as much as possible, it is necessary to attach a cover having a high height. For this purpose, it is preferable to use a triple or more multiple structure. However, since the structure becomes complicated, for example, troubles such as SiO powder generated from molten silicon accumulating on the movable part and becoming unable to move can be considered, which involves a risk.
  • the inert gas introduction pipe 6 can be a single pipe. However, in order to increase the loading amount of the silicon raw material, depending on the shape of the apparatus, it is necessary to take measures such as melting silicon with the crucible position lowered.
  • the inert gas introduction pipe 6 is preferably double or more.
  • Example 1 Manufacture of polycrystalline silicon ingot>
  • a p-type polycrystalline silicon ingot was manufactured using the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus F1 of Embodiment 1 described with reference to FIGS.
  • a crucible 1 having an internal volume of 830 mm in length, 830 mm in width, and 420 mm in height was used.
  • the distance from the upper opening edge 1b of the crucible 1 to the lower surface of the lid 5B is 200 mm, and the distance between the first plate members 5Aa facing each other and the distance between the second plate members 5Ab facing each other.
  • the plate thickness of the lid 5B was 15 mm.
  • tube 6 the thing of length 180mm was used.
  • the outer crucible 2 was 15 mm higher than the upper opening edge 1b of the crucible 1 in the outer crucible 2.
  • the crucible 1, the cover 5 and the like were all set at predetermined positions in the apparatus, and then the silicon raw material Ms was loaded into the crucible 1.
  • the loading amount was 565 kg.
  • the chamber door was closed, the crucible 1 was raised to the initial position shown in FIG. 1, evacuation was performed, and the silicon raw material Ms was heated to 800 ° C. by the heater 3.
  • the mixture was heated to 1550 ° C. and waited until all of the silicon raw material Ms was melted.
  • Example 1 the tip of the first tube 6a of the inert gas introduction tube 6 is inserted into the cover 5 up to a position 10 mm from the lower surface of the lid 5B, and the crucible 1 is maximized from the initial position during unidirectional solidification. It was lowered 200 mm. Therefore, in Example 1, the state where the first pipe 6a of the inert gas introduction pipe 6 was inserted into the second pipe 6b was maintained until the solidification of the upper surface of the ingot was completed. After confirming that solidification was completed up to the upper surface of the ingot from the output tendency of the heater 3, annealing was performed at 1200 ° C. for 2 hours, cooled, and the ingot was taken out. When the upper surface of the ingot was visually confirmed, the ingot of Example 1 showed a metallic luster on the entire surface.
  • the polycrystalline silicon block obtained by the block processing was sliced to a thickness of 180 ⁇ m with a wire saw. After processing, the surface was washed to remove dirt and visually inspected. A wafer in which a step defect considered to be caused by a SiC foreign material and a foreign material were confirmed was regarded as a wafer foreign material defect, and the results are shown in Table 1.
  • FIG. 10 (A) a p-type polycrystalline silicon wafer 11 having a thickness of about 170 ⁇ m is prepared.
  • FIG. 10 (B) PSG (phosphorus silicate) is formed on the surface of the polycrystalline silicon wafer 11. Glass) liquid 41 was applied.
  • phosphorus was diffused from the PSG liquid 41 to the polycrystalline silicon wafer 11 by heating the polycrystalline silicon wafer 11 after the application of the PSG liquid 41.
  • an n + layer 42 having a thickness of 0.3 ⁇ m was formed on the surface of the polycrystalline silicon wafer 11 on the light receiving surface side.
  • a PSG film 41 a having a thickness of about 1 ⁇ m was formed on the n + layer 42.
  • the PSG film 41a formed during the diffusion of phosphorus was removed.
  • an antireflection film 43 made of a silicon nitride film was formed on the n + layer 42 of the polycrystalline silicon wafer 11 to a thickness of 0.08 ⁇ m.
  • an aluminum paste 44a was applied to the back surface (non-light-receiving surface) of the polycrystalline silicon wafer 11.
  • the polycrystalline silicon wafer 11 after the application of the aluminum paste 44a is baked at 770 ° C. to diffuse aluminum from the aluminum paste 44a to the back surface of the polycrystalline silicon wafer 11, and as shown in FIG.
  • the aluminum electrode 44 and the p + layer 45 were simultaneously formed on the back surface of the polycrystalline silicon wafer 11.
  • a silver paste 46a is applied on the surface of the antireflection film 43, and a silver paste 47a is applied on the back surface of the polycrystalline silicon wafer 11, and then fired at 700 ° C. did.
  • a silver electrode 46 as a front electrode electrically connected to the n + layer 42 is formed, and a silver electrode electrically connected to the back surface of the polycrystalline silicon wafer 11. 47 was formed, and a polycrystalline silicon solar battery cell 40 was manufactured.
  • the polycrystalline silicon solar battery module 50 shown in FIG. 11 was manufactured by electrically connecting a plurality of polycrystalline silicon solar battery cells 40 of Example 1 in series. That is, the silver electrode 46 which is a surface electrode on the light receiving surface side of one polycrystalline silicon solar cell 40 and the silver electrode 47 on the back surface side of the other polycrystalline silicon solar cell 40 which are arranged adjacent to each other. Were electrically connected by a conductive member 51 called an interconnector. Thereby, a solar cell string in which these polycrystalline silicon solar cells 40 were electrically connected in series was manufactured.
  • the solar cell string was sealed in a sealing material 54 installed between the transparent substrate 52 and the protective sheet 53 to manufacture a polycrystalline silicon solar cell module.
  • a glass substrate was used as the transparent substrate 52.
  • a PET (polyethylene terephthalate) film was used as the protective sheet 53.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • Example 2 a polycrystalline silicon ingot was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the length of the second pipe 6b of the inert gas introduction pipe 6 was 130 mm.
  • the length of the second pipe 6b of the inert gas introduction pipe 6 used in the second embodiment is shorter than the length of the second pipe 6b of the inert gas introduction pipe 6 used in the first embodiment.
  • Example 2 Using the polycrystalline silicon ingot of Example 2, block processing and polishing were performed in the same manner as in Example 1. Further, in Example 2, similarly to Example 1, determination was made regarding block foreign body defects on the side surfaces of the blocks, and the results are shown in Table 1. Next, the block of Example 2 was sliced and washed in the same manner as in Example 1, and the wafer foreign matter failure was determined by visual inspection. The results are shown in Table 1. Using the wafer of Example 2, a polycrystalline silicon solar cell was formed in the same manner as in Example 1, and Id defect inspection was performed. The results are shown in Table 1. Thereafter, using the solar battery cell of Example 2, a polycrystalline silicon solar battery module was produced in the same manner as in Example 1.
  • Comparative Example 1 As Comparative Example 1, a polycrystalline silicon ingot was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus without the cover 5 and the second tube 6b was used. In Comparative Example 1, the loading amount of the silicon raw material Ms into the crucible 1 was 450 kg. When the upper surface of the ingot of Comparative Example 1 was visually confirmed, cloudiness was observed, and a green foreign substance thought to be SiC was found on a part of the upper surface.
  • Example 1 Using the polycrystalline silicon ingot of Comparative Example 1, block processing and polishing were performed in the same manner as in Example 1. Further, in Comparative Example 1 as well as in Example 1, determination was made regarding block foreign body defects on the side surfaces of the blocks, and the results are shown in Table 1. Next, the block of Comparative Example 1 was sliced and washed in the same manner as in Example 1, and the wafer foreign matter failure was determined by visual observation. The results are shown in Table 1. Using the wafer of Comparative Example 1, a polycrystalline silicon solar battery cell was subjected to Id defect inspection in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1. Thereafter, using the solar battery cell of Comparative Example 1, a polycrystalline silicon solar battery module was produced in the same manner as in Example 1.

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Abstract

ＳｉＣ異物が少なく、高品質かつ大きなサイズの多結晶シリコンインゴットを製造することができる、多結晶シリコンインゴット製造装置を提供すること。 上方開口部を有する坩堝と、前記坩堝の外周に設けられて坩堝内に収容されたシリコン原料を加熱し溶融する加熱部と、前記坩堝と前記加熱部とを相対的に上下方向に移動させる移動機構と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記坩堝の上方開口部を開閉可能に覆うカバーと、前記不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入管とを備えた、多結晶シリコンインゴット製造装置。

Description

多結晶シリコンインゴット、その製造装置、その製造方法およびその用途
　本発明は、太陽電池に好適に用いられる多結晶シリコンインゴット、その製造装置、その製造方法およびその用途に関する。
　昨今、地球規模での環境問題に対して、再生可能エネルギーが注目されており、その中でも太陽電池は大きな注目を集めている。太陽電池には、バルク系、薄膜系、色素増感など幾つかの種類が存在する。これらの中でも、多結晶シリコンウェハを用いた多結晶シリコン太陽電池が最もコストパフォーマンスが高く、一番大きな市場を占めている。よって、多結晶シリコン太陽電池の更なる普及を促進するために、多結晶シリコン太陽電池の低価格化が求められている。
　シリコン結晶系太陽電池としては、ｐｎ接合を有するｐｎ接合タイプが最も一般的である。ｐｎ接合は、Ｂ（ホウ素）、Ｇａ（ガリウム）などのＩＩＩ族元素が少量添加されたｐ型シリコン基板の表面に拡散といった方法によってｎ型層を形成することにより形成される。その他にも、Ｐ（リン）といったＶ族元素が少量添加されたｎ型シリコン基板の表面にｐ型層を形成した構造、ｐまたはｎ基板上に薄膜成長によりｎまたはｐ型層を成長させた構造、あるいはｎ型シリコン基板の裏面側にｎ+、ｐ+領域を形成し、電極を裏面側に集めた構造のものなど、さまざまな構造のシリコン結晶系太陽電池が存在する。
　太陽電池に用いられる多結晶シリコンは、シリコンリボンや球状シリコンを製造することにより得ることができるが、一般的にはキャスト法と呼ばれる製造方法によって製造されている。キャスト法では、例えば、シリカ製の坩堝中で溶融シリコンを保持し、その後、溶融シリコンを坩堝の底側から液面側に一方向凝固させることで、多結晶シリコンインゴットを製造する。その後、一般的に、バンドソーによって多結晶シリコンインゴットを適当なサイズの角柱形状のブロックに加工し、ワイヤーソーによってブロックをスライスしてウェハを得る。このようにして得られた多結晶シリコンウェハを用いて多結晶シリコン太陽電池セルが製造され、複数の太陽電池セルをモジュール化することで太陽電池モジュールが製造される。
　ここで、本明細書の以下においては、「太陽電池セル」と「太陽電池モジュール」とを含む概念として、単に「太陽電池」と称する。したがって、例えば、「多結晶シリコン太陽電池」と記載されたものがあれば、それは「多結晶シリコン太陽電池セル」および「多結晶シリコン太陽電池モジュール」を含む意味となる。
　多結晶シリコンインゴット中に存在する炭化珪素異物（ＳｉＣ異物）は、多結晶シリコンインゴットのブロック加工およびブロックのスライス加工の際、様々な加工不良を引き起こす。ＳｉＣはシリコンより硬いため、スライス加工では、ワイヤーソーが断線する。あるいは、ウェハに段差を生じたり、ウェハの面内板厚分布が大きくなるといった不具合によって、形状不良ウェハが発生する。また、スライス工程でのワイヤーソーの断線を防ぐには、ブロック表面にＳｉＣ異物が確認されると、ＳｉＣ異物が確認された部分を予め切除する必要があるが、そうすると大幅に歩留が低下する。
　また、太陽電池セルの製造工程においても、多結晶シリコンウェハ内にＳｉＣ異物が存在すると、Ｉｄ不良と呼ばれる特性不良を引き起こし、歩留が低下する。ここで、Ｉｄ不良とは、光非照射状態で適当な逆方向電圧を太陽電池セルに印加した際に流れる逆方向電流が基準値を超える不良と定義する。印加する逆方向電圧や逆方向電流の基準値としては、太陽電池モジュールの構造、太陽電池セルの直列数などによって決定され、直列に接続された太陽電池セルの一部が陰になった場合などでの発熱を抑える目的で決定される。
　多結晶シリコン太陽電池を低コスト化するためには、上述のような加工歩留低下、太陽電池の特性歩留低下を回避することが必要であり、そのためには多結晶シリコンインゴット中のＳｉＣ異物を低減する必要がある。
　ＳｉＣ異物発生の原因は、シリコン原料に元々炭素不純物が含まれていることや、キャスト時に炭素不純物が溶融シリコン中に混入することが考えられる。炭素濃度が低いポリシリコン原料を用いた場合でも、インゴット中にＳｉＣ異物が発生するため、キャスト時に混入する炭素不純物を低減することは必須である。キャスト時の炭素不純物の混入経路としては、溶融シリコンから蒸発したＳｉＯが、炉内で高温になった黒鉛部材（例えば、黒鉛加熱部、炭素系断熱材など）と反応してＣＯガスが発生し、そのＣＯガスが溶融シリコン中に取り込まれるという経路が考えられる。
　炭素不純物濃度を低減するための多結晶シリコンインゴット製造装置として、坩堝と、坩堝の上方と下方に配置された上部加熱部および下部加熱部と、溶融シリコンに向かって不活性ガスを供給するガス管と、溶融シリコンと上部加熱部との間に設けられた板状の蓋とを備え、蓋の中心近傍にガス管を挿通させるための貫通孔を形成すると共に、蓋の周縁部にガス通過用間隙を形成した装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第４０９９８８４号公報
　一般に、高出力の太陽電池を得るために、溶融シリコンを一方向凝固させて高品質の多結晶シリコンインゴットを製造し広く利用している。
　しかしながら、特許文献１に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置では、結晶成長条件の最適化に向けた自由度が低く、高品質な多結晶シリコンインゴットを製造することができない。また、蓋が坩堝の上方開口部の高さに固定されているため、坩堝内へのシリコン原料の装填量が制限されるという問題もある。
　本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、ＳｉＣ異物が少なく、高品質かつ大きなサイズの多結晶シリコンインゴットを製造することができる、多結晶シリコンインゴット製造装置を提供することを主たる目的とする。
　かくして、本発明によれば、上方開口部を有する坩堝と、前記坩堝の外周に設けられて坩堝内に収容されたシリコン原料を加熱し溶融する加熱部と、前記坩堝と前記加熱部とを相対的に上下方向に移動させる移動機構と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記坩堝の上方開口部を開閉可能に覆うカバーと、前記不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入管とを備えた、多結晶シリコンインゴット製造装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記の多結晶シリコンインゴット製造装置を用い、不活性ガスを導入しながら多結晶シリコンインゴットを成長させる、多結晶シリコンインゴット製造方法が提供される。
　また、本発明のさらに別の観点によれば、前記多結晶シリコンインゴット製造方法で製造された多結晶シリコンインゴット、その多結晶シリコンインゴットを加工して得られた多結晶シリコンブロック、その多結晶シリコンブロックを加工して得られた多結晶シリコンウェハ、その多結晶シリコンウェハを用いて製造された多結晶シリコン太陽電池が提供される。
　ここで、本明細書においては、「シリコンブロック」と「シリコンウェハ」とを含む概念として、「シリコン材料」と称する。したがって、例えば、「多結晶シリコン材料」と記載されたものがあれば、それは「多結晶シリコンブロック」および「多結晶シリコンウェハ」を含むことを意味となる。
　本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置によれば、ＳｉＣ異物の少ない多結晶シリコンインゴットを低コストにて製造することが可能となる。この結果、多結晶シリコンインゴットから製造されるシリコン材料、太陽電池を低コスト化することが可能となり、多結晶シリコン太陽電池の普及を加速することができる。
本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態１における原料溶融時を示す断面図である。 実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置における凝固完了時を示す断面図である。 実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置における坩堝を示す斜視図である。 実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの第１板材を示す正面図である。 実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの第２板材を示す正面図である。 実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの蓋体を示す斜視図である。 実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーおよび不活性ガス導入管の一部を示す斜視図である。 本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態２における不活性ガス導入部を示す部分拡大断面図である。 本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態３における原料溶融時を示す断面図である。 実施形態３の多結晶シリコンインゴット製造装置における凝固完了時を示す断面図である。 実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第１の図である。 実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第２の図である。 実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第３の図である。 実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第４の図である。 実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第５の図である。 実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第６の図である。 実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第７の図である。 実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第８の図である。 実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第９の図である。 実施例１で製造した多結晶シリコン太陽電池モジュールを示す部分断面図である。
　本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置は、上方開口部を有する坩堝と、前記坩堝の外周に設けられて坩堝内に収容されたシリコン原料を加熱し溶融する加熱部と、前記坩堝と前記加熱部とを相対的に上下方向に移動させる移動機構と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記坩堝の上方開口部を開閉可能に覆うカバーと、前記不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入管とを備え、溶融シリコンを一方向凝固させて高品質の多結晶シリコンインゴットを製造するように構成されている。
　坩堝としては、一般に用いられている黒鉛製または石英（ＳｉＯ2）製の坩堝等を用いることができる。
　加熱部としては、抵抗発熱式のヒータを用いることができる。このようなヒータの代わりに、坩堝の外周にグラファイトまたはカーボン等の導電率の高い材質からなる発熱体を設け、この発熱体を誘導加熱コイルにて加熱することにより坩堝を加熱するように構成してもよい。
　移動機構は、加熱部に対して坩堝を移動させるように構成されてもよく、坩堝に対して加熱部を移動させるように構成されてもよい。多結晶シリコンインゴット製造装置の構造を簡素化できる上で、加熱部に対して坩堝を移動させる移動機構を採用することが好ましい。例えば、空圧または油圧シリンダ機構、リンク機構、ボールネジ機構等によって坩堝を昇降させることができる。
　カバーの材料としては、耐熱性および強度に優れた材料であれば特に限定されず、例えば、黒鉛、ＳｉＯ2、炭化珪素（ＳｉＣ）等が挙げられる。これらのうち、耐酸化性、耐久性、Ｓｉへの不純物混入の観点からＳｉＣが好ましい。なお、カバーおよび不活性ガス導入管について、詳しくは後述する。
　本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置は、次のように構成されてもよい。
（１）前記不活性ガス導入管が、伸縮可能または屈伸可能であってもよい。このようにすれば、坩堝と加熱部とが相対的に上下方向へ移動しても、カバーにて覆われた坩堝上部の空間内へ不活性ガスを導入し続けることができる。そのため、インゴット固化完了時まで坩堝内のＣＯガス分圧を低く維持することができる。また、坩堝の上方開口部より高い位置までシリコン原料を装填しても不活性ガス導入管が邪魔にならない。
　なお、不活性ガス導入管は、具体的には、次の（２）または（３）のように構成することができる。
（２）前記不活性ガス導入管が、不活性ガス供給源から供給された不活性ガスが導入される第１管と、前記カバーの不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入するよう前記第１管と上下方向スライド可能に配置された第２管とを有し、前記坩堝と前記加熱部との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成されてもよい。この場合、第１管を第２管内へスライド可能に挿入してもよく、これとは反対に第２管を第１管内へスライド可能に挿入してもよい。第１および第２管の材料としては、耐熱性および強度に優れた材料であれば特に限定されず、例えば、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、黒鉛等が挙げられる。これらのうち、耐酸化性、耐久性、Ｓｉへの不純物混入の観点からＳｉＣが特に好ましい。
（３）前記不活性ガス導入管の一部または全部がフレキシブル管からなり、前記坩堝と前記加熱部との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成されてもよい。
（４）本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置は、前記坩堝の外周に設けられて前記カバーの下端を支持する支持部材をさらに備えてもよい。この場合、支持部材の材料としては、耐熱性および強度に優れた材料であれば特に限定されず、坩堝と同じ材料を用いることができる。また、この支持部材は、坩堝を収納する外坩堝であってもよい。支持部材にてカバーを支持することにより、坩堝にカバーを設置した場合にカバーの重みで坩堝の変形が促進されてしまうといった不具合を回避することができる。
（５）前記カバーは、前記坩堝の上方開口部端縁に沿って立ち上がる周壁と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記周壁上に離脱可能に取り付けられる蓋体とを有していてもよい。このようにカバーを構成することによって、蓋体を周壁から取り外し、坩堝の上方開口部よりも高い位置までシリコン原料を坩堝内に容易に装填することができると共に、シリコン原料の装填量を増加させることができる。さらに、この状態で蓋体にて周壁の上方開口部を覆い、坩堝内に不活性ガスを導入しながらシリコン原料を溶融し、溶融シリコンを一方向凝固させて多結晶シリコンインゴットを製造することができる。そのため、ＳｉＣ異物がほとんど混入していない高品質かつ大きなサイズの多結晶シリコンインゴットを得ることができる。
　この結果、高品質な多結晶シリコンインゴットの単位重量当たりのコストを低下することができる。そのため、多結晶シリコンインゴットを加工して得られた多結晶シリコン材料、すなわち、多結晶シリコンインゴットを加工して得られた多結晶シリコンブロックおよびその多結晶シリコンインブロックを加工して得られた多結晶シリコンウェハを、高品質を維持しながら低コストにて製造することができる。さらに、その多結晶シリコン材料を用いて製造された多結晶シリコン太陽電池、すなわち、その多結晶シリコン材料を用いて製造された多結晶シリコン太陽電池セルおよびその多結晶シリコン太陽電池セルを用いて製造された多結晶シリコン太陽電池モジュールを、高品質を維持しながら低コストにて製造することができる。
（６）前記周壁は、その内面が前記坩堝の上方開口部端縁の内面よりも内側に配置されるように構成されてもよい。このようにすれば、溶融シリコンが周壁に付着しても坩堝内に流れ落ちる。また、シリコン原料が坩堝内で溶融していく段階で、シリコン原料が崩れ落ちて溶融シリコンが坩堝の外に飛び散るようなことも防止できる。そのため、装置トラブルを回避できると共に、坩堝内のシリコン量も減少することが無くなる。
（７）前記坩堝の上方開口部端縁が四角形であってもよい。この場合、本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置は、さらに次のような構成であってもよい。すなわち、前記カバーの周壁が、前記坩堝の四角形の上方開口部端縁の対向する２辺に沿って立ち上がる一対の第１板材と、前記坩堝の四角形の上方開口部端縁の対向する他の２辺に沿って立ち上がる一対の第２板材とからなり、一対の第１板材は、長手方向の両端側に上方開口状の切欠きを有し、一対の第２板材は、長手方向の両端側に下方開口状の切欠きを有し、前記周壁が、一対の第１板材の各切欠きに一対の第２板材の各切欠きを嵌め込んで格子状に組み立てるように構成されてもよい。このようにすれば、周壁を容易に作製することができる。
（８）前記カバー部材の蓋体が、分割可能な複数の板材から構成されてもよい。このようにすれば、蓋体の作製が容易となると共に、坩堝内へシリコン原料を装填する際の蓋体の取り扱いが容易となる。
　以下、図面を参照しながら本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態を詳説する。
（実施形態１）
　図１は本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態１における原料溶融時を示す断面図であり、図２は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置における凝固完了時を示す断面図である。また、図３は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置における坩堝を示す斜視図であり、図４（Ａ）は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの第１板材を示す正面図であり、図４（Ｂ）は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの第２板材を示す正面図である。また、図５は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの蓋体を示す斜視図であり、図６は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーおよび不活性ガス導入管の一部を示す斜視図である。
（多結晶シリコンインゴット製造装置）
　この多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ１は、坩堝１と、外坩堝２と、ヒータ（加熱部）３と、油圧式シリンダ機構（移動機構）４と、カバー５と、不活性ガス導入管６と、断熱ケース７とを備え、少なくとも坩堝１、外坩堝２およびヒータ３は断熱ケース７内に収納されている。
　坩堝１は上方開口部を有する。外坩堝２は、上方開口部を有すると共に、坩堝１を収納する。ヒータ３は、坩堝１および外坩堝２の外周に設けられ、坩堝１内に収容されたシリコン原料Ｍｓを加熱し溶融する。油圧式シリンダ機構４は、坩堝１および外坩堝２をヒータ３に対して昇降させる。カバー５は、不活性ガス導入孔５Ｂａ1を有し、坩堝１の上方開口部を開閉可能に覆う。導入管６は、不活性ガス導入孔５Ｂａ1へ不活性ガスを導入する。なお、これらは、密閉かつ真空引き可能な図示しないチャンバーの内部に設置されている。
　坩堝１は、上方開口部１ａを有する立方体形に形成されている（図３参照）。また、外坩堝２は、坩堝１よりも大きいサイズの立方体形に形成されている。外坩堝２内に坩堝１を収納すると、坩堝１の上方開口部端縁１ｂの高さよりも外坩堝２の上方開口部端縁２ｂの高さが僅かに高くなっている。
　シリンダ機構４は、ロッド４ａ1を有する油圧シリンダ本体４ａと、ロッド４ａ1の先端（上端）に連結された昇降台４ｂとを備える。この昇降台４ｂ上に坩堝１を収納した外坩堝２が設置されている。なお、昇降台４ｂの下端には、下降した昇降台４ｂを油圧シリンダ本体４ａと衝突させないようにする凹部４ｂ1が設けられている（図２参照）。
　断熱ケース７は、例えば、炭素系断熱材などから構成されており、図示しない支持部材にてチャンバー内に油圧シリンダ本体４ａよりも上方に支持されている。断熱ケース７において、下端の底壁には昇降台４ｂを挿通させる孔部７ａおよび不活性ガス排気口７ｂが形成されている。なお、不活性ガス排気口７ｂを省略し、孔部７ａの隙間から排気するようにしてもよい。
　また、実施形態１の場合、断熱ケース７の上部は、後述する不活性ガス導入管６の第２管６ｂが上下移動可能な筒状空間部７ｃとなっている。なお、断熱ケース７およびチャンバーは、坩堝１内へのシリコン原料Ｍｓの装填および坩堝１内から製造した多結晶シリコンインゴットＭｉの取出しを行うための扉が設けられているのは言うまでもない。
　また、図示省略するが、坩堝１内のシリコン原料Ｍｓの温度を検出するために、昇降台４ｂの上面中央近傍に熱電対が配置されている。また、昇降台４ｂは坩堝１の上下方向の位置を検出する位置検出器を備える。また、ヒータ３の温度を検出するために制御用熱電対が配置されている。これらの熱電対および位置検出器の出力が図示しない制御装置に入力され、それによってヒータ３による加熱状態が制御される。
　カバー５は、坩堝１の上方開口部端縁１ｂに沿って立ち上がる周壁５Ａと、前記不活性ガス導入孔５Ｂａ1を有すると共に周壁５Ａ上に離脱可能に取り付けられる蓋体５Ｂとを有する。
　さらに詳しく説明すると、図４（Ａ）と図４（Ｂ）と図６に示すように、カバー５の周壁５Ａは、坩堝１の正方形の上方開口部端縁１ｂの対向する２辺に沿って立ち上がる一対の第１板材５Ａａと、坩堝１の正方形の上方開口部端縁１ｂの対向する他の２辺に沿って立ち上がる一対の第２板材５Ａｂとからなる。なお、第１および第２板材５Ａａ、５Ａｂは、同じサイズの長方形板材に後述する切欠きを形成した部材である。
　一対の第１板材５Ａａは、長手方向の両端側の上縁に上方開口状の切欠き５Ａａ1を有すると共に、長手方向の両端の下縁に矩形の切欠き５Ａａ2を有している。なお、切欠き５Ａａ1は第１板材５Ａａの上縁から幅方向（長手方向の直角方向）の中間位置まで形成されると共に、切欠き５Ａａ2は第１板材５Ａａの下縁から幅方向に所定寸法Ｌ1で形成される。この所定寸法Ｌ1とは、外坩堝２内に坩堝１を収納した状態における、外坩堝２の上方開口部端縁２ｂの高さと坩堝１の上方開口部端縁１ｂの高さとの差よりも小さい寸法である。
　一方、一対の第２板材５Ａｂは、長手方向の両端側の下縁に下方開口状の切欠き５Ａｂ1を有すると共に、長手方向の両端の下縁に矩形の切欠き５Ａｂ2を有している。なお、切欠き５Ａｂ1は第２板材５Ａｂの下縁から幅方向の中間位置まで形成されると共に、切欠き５Ａｂ2は第２板材５Ａｂの下縁から幅方向に所定寸法Ｌ2で形成される。この所定寸法Ｌ2は、第１板材５Ａａの切欠き５Ａａ2との前記寸法Ｌ1と同じである。
　周壁５Ａは、一対の第１板材５Ａａの各切欠き５Ａａ1に一対の第２板材５Ａｂの各切欠き５Ａｂ1を嵌め込むことにより格子状に組み立てられ、周壁５Ａの正方形の枠部分が実質的な部分である。
　このように構成された周壁５Ａは、坩堝１を収納した外坩堝２の上方開口部端縁１ｂ上に設置される。このとき、周壁５Ａの矩形の各切欠き５Ａａ2、５Ａｂ2（合計８箇所）を外坩堝２の上方開口部端縁１ｂ上に載せる。
　周壁５Ａが外坩堝２によって支持されることにより、周壁５Ａは坩堝１から浮上した状態となっている。これにより、坩堝１および周壁５Ａとの間には隙間が形成されている。また、周壁５Ａの内面５Ａｆが坩堝１の上方開口部端縁１ｂの内面１ｆよりも内側に配置される。
　よって、このような設置状態となるように、周壁５Ａの第１および第２板材５Ａａ、５Ａｂの長さ、各切欠き５Ａａ1、５Ａａ2、５Ａｂ1、５Ａｂ2の形成位置と寸法等を決定すればよい。
　また、周壁５Ａの正方形の枠部分は、坩堝１の上方開口部１ａよりも高い位置まで装填されたシリコン原料Ｍｓの収容空間である。シリコン原料Ｍｓが坩堝１内で全量溶解した溶融シリコンが坩堝１から溢れ出ない程度までシリコン原料Ｍｓを坩堝１内に装填することができる。よって、シリコン原料Ｍｓの装填量を考慮して周壁５Ａの収容空間の容積、すなわち、周壁５Ａの高さＨを決定すればよい。但し、同時に装置上の制約（チャンバー内部の広さ、インゴット一方向凝固時の坩堝下降量など）も考慮する必要がある。
　図５と図６に示すように、カバー部材５の蓋体５Ｂは、分割可能な３枚の長方形の板材５Ｂａ、５Ｂｂ、５Ｂｃから構成されている。これら３枚の板材５Ｂａ、５Ｂｂ、５Ｂｃの長辺を隣接させて周壁５Ａ上に並べることにより、周壁５Ａ（正方形の枠部分）よりも大きい正方形の蓋体５Ｂが構成される。なお、真ん中の板材５Ｂａの中央位置には、前記の不活性ガス導入孔５Ｂａ1が形成されている。
　図１と図２と図６に示すように、不活性ガス導入管６は、第１管６ａと第２管６ｂとを有してなる。第1管６ａは、図外の不活性ガス供給源から供給された不活性ガスが導入される。第２管６ｂは、カバー５の不活性ガス導入孔５Ｂａ1へ不活性ガスを導入するよう第１管６ａと上下方向スライド可能に接続される。このように、不活性ガス導入管６は、坩堝１とヒータ３との相対的な上下方向の移動に追随できるよう伸縮可能な２重パイプ構造を有している。
　実施形態１の場合、第１管６ａは、チャンバーの上部および断熱ケース７の上部を貫通して垂直方向に配置され、その先端（下端）はヒータ３の高さ付近に位置している。
　第２管６ｂは、第１管６ａを挿入できる内径を有する管であり、カバー５の蓋体５Ｂ上に載置される。また、実施形態１の場合、蓋体５Ｂ上で第２管６ｂが安定するように、第２管６ｂの下端に外フランジ６ｂ1が設けられている。なお、外フランジ６ｂ1は省略してもよいが、第２管６ｂの下端に外フランジ６ｂ1を設けることにより、第２管６ｂの下端開口部を蓋体５Ｂ（板材５Ｂａ）の不活性ガス導入孔５Ｂａ1の位置に位置決めし易くなる。この場合、例えば、蓋体５Ｂの上面に、外フランジ６ｂ1の外形と一致する形状の凹部を形成する。
　さらに、実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ１は、第１管６ａの軸心上に蓋体５Ｂの不活性ガス導入孔５Ｂａ1が常に配置されるようにするために、次のように構成されている。すなわち、カバー５の周壁５Ａの格子状の上縁に、蓋体５Ｂの外周部がきっちりと嵌り込む切欠きを形成する。また、外坩堝２を昇降台４ｂに嵌め込み式に設置する。また、外坩堝２内のほぼ同じ位置に坩堝１を設置する。このように構成することにより、インゴット製造の度に新品の坩堝１および外坩堝２を使用し、外坩堝２上にカバー５の周壁５Ａをセットし、原料投入後に周壁５Ａ上に蓋体５Ｂを載せても、第１管６ａの軸心上に蓋体５Ｂの不活性ガス導入孔５Ｂａ1が常に配置されることとなる。
（多結晶シリコンインゴット製造方法）
　このように構成された実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ１を用いた多結晶シリコンインゴット製造方法では、まず、製造装置Ｆ１外で坩堝１内へシリコン原料Ｍｓを装填する。この際、外坩堝２内に坩堝１を設置し、外坩堝２上にカバー５の周壁５Ａを設置した後、坩堝１内にシリコン原料Ｍｓを投入する。そして、周壁５Ａ上に蓋体５Ｂを設置し、外坩堝２を下降位置（図２参照）にある昇降台４ｂ上に設置する。
　その後、第２管６ｂを降ろして蓋体５Ｂ上に載置し、チャンバーを密閉する。そして、シリンダ機構４にて坩堝１を製造開始位置まで上昇させる（図１参照）。次いで、チャンバー内を脱気（真空化）し、チャンバー内に不活性ガスを導入してガス置換を行う。この際、不活性ガス導入管６の第１管６ａからカバー５内に導入された不活性ガスは、カバー５と坩堝１との隙間からカバー５外に流出し、断熱ケース７およびチャンバー内に充満し、不活性ガス排気口７ｂから外部に排出される。
　その後、カバー５内へ不活性ガスを導入しながら、ヒータ３にて外坩堝２およびカバー５を介して坩堝１を加熱し、それによってシリコン原料Ｍｓを加熱し溶融していく。そして、シリコン原料Ｍｓが全量溶融したことを確認した後、シリンダ機構４にてゆっくりと一定速度（例えば、３０ｍｍ／時程度）で坩堝１を下降させ、これにより溶融シリコンの坩堝底部側からの一方向凝固を開始する。このとき、第２管６ｂが第１管６ａに対して下方へスライドしていくため、不活性ガス導入管６が徐々に伸長しながら不活性ガスをカバー５内へ導入する。
　そして、坩堝１を最下降位置まで下降させ（図２参照）、固化完了を確認した後、坩堝１を上昇させてアニール工程を行う。その後、インゴット取出し工程によりチャンバー内から坩堝１を取り出し、坩堝１内から製造された多結晶シリコンインゴットＭｉを取り出す。
（多結晶シリコンブロック）
　本発明の多結晶シリコンブロックは、本発明の多結晶シリコンインゴットを所望のサイズに加工することにより得られる。
　多結晶シリコンブロックは、例えば、バンドソーなどの公知の装置を用いて、本発明の多結晶シリコンインゴットにおいて坩堝材料などの不純物が拡散されているおそれのある表面部分を切断加工することにより得ることができる。
　また、必要に応じて、多結晶シリコンブロックの表面を研磨加工してもよい。
（多結晶シリコンウェハ）
　本発明の多結晶シリコンウェハは、本発明の多結晶シリコンブロックを加工することにより得られる。
　多結晶シリコンウェハは、例えば、マルチワイヤーソーなどの公知の装置を用いて、本発明の多結晶シリコンブロックを所望の厚さにスライス加工することにより得ることができる。現在では１７０μｍ～２００μｍの厚さに加工されることが多いようである。
　また、必要に応じて、多結晶シリコンウェハの表面を研磨加工してもよい。
（多結晶シリコン太陽電池セル）
　本発明の多結晶シリコン太陽電池セルは、本発明の多結晶シリコンウェハを用いて製造される。
　多結晶シリコン太陽電池セルは、例えば、本発明の多結晶シリコンウェハを用いて、公知の太陽電池セルプロセスにより製造することができる。すなわち、ｐ型の不純物がドープされたシリコンウェハの場合、ｎ型の不純物をドープしてｎ型層を形成してｐｎ接合を形成し、公知の材料を用いて、公知の方法により、表面電極および裏面電極を形成して多結晶シリコン太陽電池セルを得る。
（多結晶シリコン太陽電池モジュール）
　本発明の多結晶シリコン太陽電池モジュールは、本発明の多結晶シリコン太陽電池セルの複数個が電気的に接続されてなる。
　多結晶シリコン太陽電池モジュールは、例えば、本発明の多結晶シリコン太陽電池セルを用いて、公知の太陽電池モジュールプロセスにより、複数個の太陽電池セルをインタコネクタ（導電性部材）で電気的に接続し、それを封止することにより製造することができる。
（実施形態２）
　図７は本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態２における不活性ガス導入部を示す部分拡大断面図である。
　実施形態２が実施形態１と異なる点は、不活性ガス導入管の構成のみであり、実施形態２におけるその他の構成は実施形態１と同様であるため、以下に異なる点のみを説明する。
　実施形態２の多結晶シリコンインゴット製造装置における不活性ガス導入管１６は、図外の不活性ガス供給源から供給された不活性ガスが導入される第１管１６ａと、カバーの不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入するよう第１管１６ａと上下方向スライド可能に接続された第２管１６ｂとを有し、第２管１６ｂが第１管１６ａ内にスライド可能に挿入されている。このように不活性ガス導入管１６を伸縮可能な２重パイプ構造としてもよい。
（実施形態３）
　図８は本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態３における製造開始時を示す断面図であり、図９は実施形態３の多結晶シリコンインゴット製造装置における製造終了時を示す断面図である。なお、図８および図９において、図１および図２中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。また、図８および図９において、シリコン原料および製造された多結晶シリコンインゴットは図示省略されている。
　実施形態３の多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ３において、不活性ガス導入管２６の一部または全部がフレキシブル管からなり、坩堝１とヒータ３との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成されている。この場合、断熱ケース２７の上部は、不活性ガス導入管２６が撓むことができる空間となっている。
　さらに、実施形態３の場合、フレキシブルな不活性ガス導入管２６の先端がカバー５の蓋体５Ｂの不活性ガス導入孔５Ｂａ1からずれないように、例えば、不活性ガス導入管２６の先端に接続用パイプ２７が差し込まれている。この接続用パイプ２７は下端に外フランジ２７ａを有しており、上述のように、この外フランジ２７ａを蓋体５Ｂの上面に形成された凹部に位置決めする。
　あるいは、次のような抜け止め構造を採用してもよい。この場合、例えば、蓋体５Ｂの不活性ガス導入孔５Ｂａ1の内周面に１つ以上の突起部を設ける。また、フレキシブルな不活性ガス導入管２６の先端には、前記外フランジ２７ａを有さない接続用パイプを差し込み、この接続用パイプの外周面に前記突起部を挿入させる倒立Ｌ字形の溝を形成する。このようにすれば、接続用パイプの先端を不活性ガス導入孔５Ｂａ1に差し込む際、溝に突起部を挿入し、接続用パイプを少し回すと溝の奥まで突起部が進入するため、不活性ガス導入管２６が不活性ガス導入孔５Ｂａ1から抜け止めされる。
　実施形態３におけるその他の構成は実施形態１および２と概ね同じである。
（他の実施形態）
１．実施形態１（図１、図２）および図実施形態３（図８、図９）では、移動機構として油圧シリンダ機構を例示したが、例えば、モータ駆動のボールネジ機構を採用してもよい。この場合、ボールネジ機構の回転シャフトが断熱カバーの内部に挿入されないように構成することが好ましい。
２．坩堝１の上方開口部端縁１ｂの高さが外坩堝２の上方開口部端縁２ｂの高さよりも僅かに高くなっていてもよい。この場合、カバーの周壁を構成する第１および第２板材５Ａａ、５Ａｂ（図４（Ａ）、図４（Ｂ）参照）の代わりに、これら第１および第２板材５Ａａ、５Ａｂの各切欠き５Ａａ2、５Ａｂ2の部分を下縁から寸法Ｌ1、Ｌ2分下方へ突出した突出片を有する第１および第２板材を用いて周壁を構成することで対応することができる。
３．不活性ガス導入管６は、必ずしも２重構造である必要はない。限られた装置内において、シリコン原料の装填量を出来る限り増やすためには、高さの高いカバーを装着する必要があり、そのためには３重以上の多重構造にする方が好ましい。但し、構造が複雑になるため、たとえば溶融シリコンから発生するＳｉＯの粉などが可動部分に蓄積し、動かなくなるなどのトラブルも考えられるため、リスクを伴う。
　また、不活性ガス導入管６は１重管とすることも可能である。但し、シリコン原料の装填量を増やすためには、装置の形状にもよるが、たとえば坩堝位置を下げた状態でシリコンの融解を行うなどの対応が必要となる。この場合には、溶融シリコンが温度の低い坩堝底部に流れ落ちるため、坩堝割れの危険性がある。また、原料シリコン上部で溶けたシリコンが、不活性ガス導入管６に接触し、原料を汚染する可能性も考えられるため、不活性ガス導入管６は２重以上の方が好ましい。
（実施例１）
＜多結晶シリコンインゴットの製造＞
　実施例１では、先ず、図１～図６で説明した実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ１を用いてｐ型の多結晶シリコンインゴットを製造した。
　この際、坩堝１としては、縦８３０ｍｍ×横８３０ｍｍ×高さ４２０ｍｍの内部容積を有するものを使用した。
　また、使用したカバー５において、坩堝１の上方開口部端縁１ｂから蓋体５Ｂの下面までの距離は２００ｍｍであり、対向する第１板材５Ａａ間の距離および対向する第２板材５Ａｂ間の距離は８１５ｍｍであり、蓋体５Ｂの板厚は１５ｍｍであった。
　また、不活性ガス導入管６の第２管６ｂとしては、長さ１８０ｍｍのものを使用した。
　また、外坩堝２は、外坩堝２内の坩堝１の上方開口部端縁１ｂよりも１５ｍｍ高いものを使用した。
　次に、坩堝１、カバー５などを全て装置内の所定の位置にセットした後、坩堝１内へシリコン原料Ｍｓを装填した。多結晶シリコンインゴットの低コスト化には、シリコン原料Ｍｓをできるだけ多く坩堝１内に投入することが望ましいため、可能な限りシリコン原料Ｍｓをチャージしたところ、装填量は５６５ｋｇであった。
　次に、チャンバーの扉を閉め、坩堝１を図１に示す初期位置まで上昇させ、真空引きを行い、ヒータ３によりシリコン原料Ｍｓを８００℃まで加熱した。その後、不活性ガス導入管６からアルゴンガスを４０Ｌ／ｍｉｎの流量で導入しながら１５５０℃まで加熱し、シリコン原料Ｍｓが全て融解するまで待った。次に、シリコンの融点＋１５℃で３０分間保持し、その後、所定のレシピにしたがって、温度制御、坩堝位置制御を行った。
　シリコン融解開始時において、不活性ガス導入管６の第１管６ａの先端を、蓋体５Ｂの下面から１０ｍｍの位置までカバー５内に挿入し、一方向凝固時は坩堝１を初期位置から最大２００ｍｍ降下させた。よって、実施例１では、インゴット上面の固化完了まで、不活性ガス導入管６の第１管６ａが第２管６ｂ内に挿入された状態を維持していた。
　ヒータ３の出力傾向から凝固がインゴットの上面まで完了したことを確認した後、１２００℃で２時間アニールを行い、冷却し、インゴットを取り出した。
　インゴット上面を目視で確認したところ、実施例１のインゴットは全面で金属光沢が見られた。
＜ブロック加工＞
　次に、坩堝１を破壊して多結晶シリコンインゴットＭｉを取り出し、ボンドでインゴット底面を固定した上で、バンドソーにより、１５６ｍｍ角のブロックを２５個切り出した。続いて、インゴット上下部分に相当するブロックの端部分はそれぞれ１５ｍｍ程度切断した。その後、各ブロックの側面の研磨を行った。ブロックの側面にＳｉＣ異物が見られる場合、後工程であるスライス工程でワイヤーソーの断線を引き起こす可能性があるため、ブロック異物不良とし、その結果を表１に示した。なお、表１において、実施例１および後述の実施例２の数値は、後述の比較例１の結果を１００とした場合の割合（％）である。
＜スライス加工＞
　次に、前記ブロック加工で得られた多結晶シリコンブロックをワイヤーソーにより１８０μｍ厚にスライスした。加工後、表面の汚れを取るため洗浄し、目視による検査を行った。ＳｉＣ異物によると考えられる段付き不良および異物が確認されたウェハをウェハ異物不良とし、その結果を表１に示した。
　＜太陽電池セルの形成工程＞
　次に、前記スライス加工で得られた多結晶シリコンウェハを以下の太陽電池セル形成工程に投入した。
　まず、図１０（Ａ）に示すように、厚み約１７０μｍのｐ型の多結晶シリコンウェハ１１を準備し、図１０（Ｂ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１の表面にＰＳＧ（リンシリケートガラス）液４１を塗布した。
　次に、ＰＳＧ液４１の塗布後の多結晶シリコンウェハ１１を加熱することによってＰＳＧ液４１から多結晶シリコンウェハ１１にリンを拡散させた。これによって、図１０（Ｃ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１の受光面側となる表面に厚み０．３μｍのｎ+層４２を形成した。このとき、ｎ+層４２上には厚み約１μｍのＰＳＧ膜４１ａが形成された。その後、図１０（Ｄ）に示すように、リンの拡散の際に形成されたＰＳＧ膜４１ａを除去した。
　次に、図１０（Ｅ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１のｎ+層４２上に、窒化シリコン膜からなる反射防止膜４３を膜厚０．０８μｍで形成した。
　次に、図１０（Ｆ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１の裏面（非受光面）にアルミニウムペースト４４ａを塗布した。そして、アルミニウムペースト４４ａの塗布後の多結晶シリコンウェハ１１を７７０℃で焼成することにより、アルミニウムペースト４４ａからアルミニウムを多結晶シリコンウェハ１１の裏面に拡散させて、図１０（Ｇ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１の裏面にアルミニウム電極４４とｐ+層４５とを同時に形成した。
　次に、図１０（Ｈ）に示すように、反射防止膜４３の表面上に銀ペースト４６ａを塗布すると共に、多結晶シリコンウェハ１１の裏面上に銀ペースト４７ａを塗布した後、７００℃で焼成した。これにより、図１０（Ｉ）に示すように、ｎ+層４２と電気的に接続する表面電極としての銀電極４６を形成すると共に、多結晶シリコンウェハ１１の裏面と電気的に接続する銀電極４７を形成し、多結晶シリコン太陽電池セル４０を製造した。
　その後、最終工程にて特性検査を行った。特性検査はソーラーシミュレータ下、光照射を行った状態でのＩ－Ｖ測定、および、光を照射しない状態での逆方向Ｉ－Ｖ測定を行った。特に、ＳｉＣ異物が多結晶シリコンウェハ面内に存在する場合には、光を照射しない状態でのリーク不良（以下、Ｉｄ不良と呼ぶ）が懸念される。これは、ＳｉＣ異物が一般的にｎ型ドーパントである窒素不純物を含んでいるため、低抵抗ｎ型異物となっているためと考えられる。実施例１についてのＩｄ不良率結果を表１に示した。
　＜太陽電池モジュール化工程＞
　実施例１の多結晶シリコン太陽電池セル４０を複数個電気的に直列接続することによって、図１１に示す多結晶シリコン太陽電池モジュール５０を製造した。
　すなわち、隣り合うようにして配置された、一方の多結晶シリコン太陽電池セル４０の受光面側の表面電極である銀電極４６と、他方の多結晶シリコン太陽電池セル４０の裏面側の銀電極４７とを、それぞれ、インターコネクタと言われる導電性部材５１によって電気的に接続した。これにより、これらの多結晶シリコン太陽電池セル４０が電気的に直列に接続された太陽電池ストリングを作製した。
　そして、前記太陽電池ストリングを、透明基板５２と、保護シート５３との間に設置された封止材５４中に封止して多結晶シリコン太陽電池モジュールを製造した。ここで、透明基板５２としてガラス基板を用いた。また、保護シート５３としてＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを用いた。さらに、封止材５４としてはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いた。
（実施例２）
　実施例２では、不活性ガス導入管６の第２管６ｂの長さ１３０ｍｍであったこと以外は、実施例１と同様にして多結晶シリコンインゴットを製造した。
　実施例２で用いた不活性ガス導入管６の第２管６ｂの長さは、実施例１で用いた不活性ガス導入管６の第２管６ｂの長さよりも短かったため、一方向凝固時に坩堝１を最大２００ｍｍ降下させた際に、第１管６ａの先端（下端）と第２管６ｂの上端とが４５ｍｍ離れていた。つまり、第１管６ａが第２管６ｂから抜けた状態となっていた。
　実施例２の多結晶シリコンインゴットを用いて、実施例１と同様に、ブロック加工および研磨を行った。また、実施例２でも実施例１と同様に、ブロック側面のブロック異物不良について判定し、その結果を表１に示した。
　次に、実施例２のブロックを、実施例１と同様に、スライス加工および洗浄し、目視によるウェハ異物不良について判定し、その結果を表１に示した。
　実施例２のウェハを用いて、実施例１と同様に、多結晶シリコン太陽電池セルし、Ｉｄ不良検査を行い、その結果を表１に示した。
　その後、実施例２の太陽電池セルを用いて、実施例１と同様に、多結晶シリコン太陽電池モジュールを製造した。
（比較例１）
　比較例１として、カバー５および第２管６ｂを備えない多結晶シリコンインゴット製造装置を用いたこと以外は、実施例１と同様にして多結晶シリコンインゴットを製造した。
　なお、比較例１では、坩堝１へのシリコン原料Ｍｓの装填量が４５０ｋｇであった。
　比較例１のインゴット上面を目視で確認したところ、曇りが見られ、ＳｉＣと思われる緑色の異物が上面の一部に見られた。
　比較例１の多結晶シリコンインゴットを用いて、実施例１と同様に、ブロック加工および研磨を行った。また、比較例１でも実施例１と同様に、ブロック側面のブロック異物不良について判定し、その結果を表１に示した。
　次に、比較例１のブロックを、実施例１と同様に、スライス加工および洗浄し、目視によるウェハ異物不良について判定し、その結果を表１に示した。
　比較例１のウェハを用いて、実施例１と同様に、多結晶シリコン太陽電池セルし、Ｉｄ不良検査を行い、その結果を表１に示した。
　その後、比較例１の太陽電池セルを用いて、実施例１と同様に、多結晶シリコン太陽電池モジュールを製造した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１の結果から、実施例１および２は、比較例１と比べて、ブロック異物、ウェハ異物およびＩｄ不良について良好な結果が得られ、実施例１が特に良好であることが確認できた。
　また、実施例１、２および比較例１の多結晶シリコン太陽電池セルを用いて多結晶シリコン太陽電池モジュールを製造したことに関しては、特性面、歩留面で、大きな差は見られない。しかしながら、シリコン原料の装填量に差があり、ブロック歩留、スライス歩留、太陽電池検査歩留にＳｉＣ異物起因の差が見られるため、モジュールのコストは、実施例１が最も低く、比較例１が最も高く、実施例２は中間であった（実施例１＜実施例２＜＜比較例１）。よって、本発明により多結晶太陽電池モジュールを低価格で市場に供給することが可能となった。
　本明細書における実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　坩堝
　１ａ　上方開口部
　１ｂ　上方開口部端縁
　１ｆ　坩堝の上方開口部端縁の内面
　２　外坩堝（支持部材）
　３　ヒータ（加熱部）
　４　シリンダ機構（移動機構）
　５　カバー
　５Ａ　周壁
　５Ａｆ　周壁の内面
　５Ａａ　第１板材
　５Ａｂ　第２板材
　５Ａａ1、５Ａａ2、５Ａｂ1、５Ａｂ2、切欠き
　５Ｂ　蓋体
　５Ｂａ、５Ｂｂ、５Ｂｃ　板材
　５Ｂａ1　不活性ガス導入孔
　６、１６、２６　不活性ガス導入管
　６ａ、１６ａ　第１管
　６ｂ、１６ｂ　第２管
　４０　多結晶シリコン太陽電池（太陽電池セル）
　５０　多結晶シリコン太陽電池モジュール
　Ｆ１、Ｆ２　多結晶シリコンインゴット製造装置
　Ｍｉ　多結晶シリコンインゴット
　Ｍｓ　シリコン原料

Claims (14)

  1. 　上方開口部を有する坩堝と、前記坩堝の外周に設けられて坩堝内に収容されたシリコン原料を加熱し溶融する加熱部と、前記坩堝と前記加熱部とを相対的に上下方向に移動させる移動機構と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記坩堝の上方開口部を開閉可能に覆うカバーと、前記不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入管とを備えた、多結晶シリコンインゴット製造装置。
  2. 　前記不活性ガス導入管が、伸縮可能または屈伸可能である、請求項１に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
  3. 　前記不活性ガス導入管が、不活性ガス供給源から供給された不活性ガスが導入される第１管と、前記カバーの不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入するよう前記第１管と上下方向スライド可能に接続された第２管とを有し、前記坩堝と前記加熱部との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成された、請求項１に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
  4. 　前記不活性ガス導入管の一部または全部がフレキシブル管からなり、前記坩堝と前記加熱部との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成された、請求項１に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
  5. 　前記坩堝の外周に設けられて前記カバーの下端を支持する支持部材をさらに備えた、請求項１に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
  6. 　前記カバーは、前記坩堝の上方開口部端縁に沿って立ち上がる周壁と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記周壁上に離脱可能に取り付けられる蓋体とを有する、請求項１に記載の多結晶シリコン製造装置。
  7. 　前記周壁は、その内面が前記坩堝の上方開口部端縁の内面よりも内側に配置されるように構成されている、請求項６に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
  8. 　前記坩堝の上方開口部端縁が四角形であり、
    　前記カバーの周壁が、前記坩堝の四角形の上方開口部端縁の対向する２辺に沿って立ち上がる一対の第１板材と、前記坩堝の四角形の上方開口部端縁の対向する他の２辺に沿って立ち上がる一対の第２板材とからなり、
    　一対の第１板材は、長手方向の両端側に上方開口状の切欠きを有し、
    　一対の第２板材は、長手方向の両端側に下方開口状の切欠きを有し、
    　前記周壁が、一対の第１板材の各切欠きに一対の第２板材の各切欠きを嵌め込んで格子状に組み立てるように構成された、請求項６に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
  9. 　前記カバー部材の蓋体が、分割可能な複数の板材から構成される、請求項６に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
  10. 　請求項１に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置を用い、不活性ガスを導入しながら多結晶シリコンインゴットを成長させる、多結晶シリコンインゴット製造方法。
  11. 　前記坩堝の上方開口部よりも高い位置まで原料シリコンを投入する、請求項１０に記載の多結晶シリコンインゴット製造方法。
  12. 　請求項１０または１１に記載の多結晶シリコンインゴット製造方法で製造された、多結晶シリコンインゴット。
  13. 　請求項１２に記載の多結晶シリコンインゴットを加工して得られた、多結晶シリコン材料。
  14. 　請求項１３に記載の多結晶シリコン材料を用いて製造された、多結晶シリコン太陽電池。
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