JPH0455307A - 薄肉多結晶シリコンシートの製造方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は太陽電池その他の光電変換素子等に用いられて
いる多結晶シリコンシートの製造方法に関する。

（従来の技術） 既に多結晶シリコンシートの製造方法としては各種のも
のが実施されており、その一つであるリボン法は第３図
のように、不活性ガス雰囲気内にあって坩堝ａ内に存す
る溶融シリコンｂにダイＣを浸漬起立させ、ダイＣの上
端口Ｃ°から引き出された溶融シリコンｂを、ダイＣの
外である不活性ガス雰囲気内で冷却固化させるようにし
たもので、このリボン技術では、溶融シリコンｂのメニ
スカス（表面張力）を利用してシートを形成しているた
め、均一な厚さの多結晶シリコンシートを得難く、この
結果太陽電池のデイバイスとして用いようとする際、こ
れに電極を形成しようとしても、スクリーン印刷法を適
用することが困難となってしまう欠陥がある。

また、上記の如く溶融シリコンとの濡れを活用しようと
するのがリボン技術であるため、グイ、フィラメント、
基板など多くの消耗品を要することになるだけでなく、
濡れのよいカーボン、ＳｉＣ等を用いることから、これ
が溶融シリコンへの不純物源となってしまう。

さらに、当該リボン法によるときは、結晶の成長が、多
結晶シリコンシートの引き出し方向への成長であり、当
該結晶の成長速度はあまり大きくできず、品質および生
産能率の点からも満足すべきものとなっていない。

さらに別途別謂キャスティング法（鋳造法）なるものも
実施されているが、同法ではシリコン母材を加熱して融
液となし、これを製品ウェハの寸法に応じた鋳型に流し
込み、さらに当該型の可動部分により融液を抑圧成型し
て固化させるものであるが、同法によるときは、−度に
所定形状のウェハが得られ、量産性の点で望ましい結果
が期待できるものの、上記のように融液は四方から押え
つけられることになる。

このため同法では鋳型の上下面と側面が上記融液の固化
に際し、シリコン結晶粒（グレイン）の成長を抑制して
しまうこととなり、固化製品の前記各面と接する部分近
傍が、非常に細かい結晶粒となって大きな結晶粒が得ら
れず、太陽電池用シリコンウェハ等にあって望ましいと
されている大結晶粒生成の要請を満足させることができ
ないため、当該ウェハによって得られた太陽電池の光電
変換効率も２〜３％と極度に悪くなってしまう欠陥をも
っている。

そこで、上記従来法の欠陥に鑑み、本願人は既に、前記
キャスティング法の利点を活用した新規な多結晶シリコ
ンシートの製造方法（特願昭６３−１８９５７３号）を
提案（キャストリボン法）した。

この製造方法は、溶融シリコンをモールドノズルに供給
するが、不連続ではなく連続して供給すると共に、これ
をモールドノズル内にて固化してしまい、この固化シリ
コンシートを連続的に引き出すようにすることで、均一
厚の多結晶シリコンシートを、不純物による汚染の心配
なしに量産可能とすると共に、各種の厚さ寸法のものを
容易に得られるようにし、デイバイス加工の工程でも、
厚さの均一化処理などを不安となし、歩留りの向上をも
図ろうとするだけでなく、上記の固化シリコンシート引
出手段を、モールドノズルに内装した引出用基板の移送
に委ねるようにし、固化シリコンシートをこの引出用基
板と共に引出することで、さらに結晶の厚さを薄肉化を
可能とし、単位面積当りの価格低下を可能とすると共に
、薄い製品の製造に際しても引出用基板の存在により、
割れが生ずるといったことのないようにしたものである
。

（発明が解決しようとする課題） しかし１上記のキャストリボン法によるときは、もちろ
ん可成り薄肉の多結晶シリコンシートを製造し得ること
になるのであるが、太陽電池の低コスト化、高効率化を
考える上で、その材料である多結晶シリコンシートを薄
くすることは、益々その重要度を高めており、最近では
、当該シートへの入射光がこれを透過し、その裏面で反
射させるといった光のとじ込め手段を上手に採択すると
いったことも実施されようとしていることから、多結晶
シリコンシート薄肉化の要請は一層強いものとなってい
る。

そこで、より薄肉の製品を得ようとすれば、′溶融シリ
コンが流下してくるモールドノズルの製品用スリット巾
を小さくしなければ、良好な固化シリコンシートの引き
出しができなくなるが、当該スリット巾はできるだけ大
きくして、その薄肉化を実現しようとすると、どうして
も溶融シリコンに対して大きな注入圧を加えなければな
らないこととなり１　このような心象性は、多結晶シリ
コンシートの厚さが０．３鵬腸以下となった場合、特に
顕在化されてくる。

しかし１上記の如く注入圧を大にしてモールドノズルの
製品用スリットに溶融シリコンを圧入させると、モール
ドノズルの型合せ面や、モールドノズルと溶融シリコン
を供給するための溶融槽下端に形成された供給口とのジ
璽インド部分から、溶融シリコンが漏出してしまうこと
となり、この結果満足すべき多結晶シリコンシートが得
られないこととなる。

本願は上記の諸問題に鑑み、請求項（１）にあっては前
記の引出用基板における上面に凹溝条を形成しておき、
これを引出操作することにより、モールドノズルに供与
された溶融シリコンが、この凹溝条に先ず流れ込み、当
該溶融シリコンが周辺の多結晶シリコンシートを形成す
べき極めて薄い製品用スリット部分にまで流入して行く
ようになし、このことにより、溶融シリコンの注入圧を
、それほど大きくしなくとも、充分に薄肉の製品シート
が得られるようにすると共に５固化したシリコンシート
の引き出しによる製品の生産に際し、当該凹溝条によっ
て形成されることとなる突起条が補強材としての役割を
果し薄肉の当該シートを破損することなしに、引き出し
得るようにしようとするのが、その目的である。

さらに、請求項（２）にあっては、上記凹溝条の深さを
、多結晶シリコンシートを得るため形成されたＬ配装品
用スリット部分の離間肉厚長よりも大きくすることによ
り、請求項（１）による作用効果を、より向上させよう
としている。

（課題を解決するための手段） 本願は上記の目的を達成するために、請求項（１）では
不活性雰囲気内にあって、シリコン母材を溶融した後、
当該溶融シリコンに圧力をかけることで、これを加温さ
れたモールドノズル内へ連続して送出すると共に、この
モールドノズル内にて−Ｆ記溶融シリコンの固化したシ
リコンシートを、所望引出手段によって連続的に引出す
るに際し、上記引出手段が、前記モールドノズルの下面
上に装入載置した引出用基板を、同上溶融シリコンとこ
れが固化したシリコンシートとを載置させたまま、連続
的に当該モールドノズルの長手方向へ移送するものであ
って、上記引出用基板の上面には、その上記移送方向に
添って所要数の凹溝条を形成するようにしたことを特徴
とする薄肉多結晶シリコンシートの製造方法を提供しよ
うとしており、請求項（２）では請求項（１）における
引出用基板と、モールドノズルの上部モールドノズル下
面との間に形成された製品用スリットの離間肉厚長より
も、当該引出用基板に形成された凹溝条の深さが大であ
ることを、その内容としている。

（作　　　用） 本願に係る請求項（１）の製造方法にあっては、モール
ドノズル内に連続的に溶融シリコンが供給され、当該モ
ールドノズル内で、溶融シリコンが固化されて行き、固
化シリコンシートがモールドノズル外へ引き出されて行
くので、モールドノズルの寸法通りの厚さ巾をもった多
結晶シリコンシートが踏切れることなく生産されること
となるが、この際溶融シリコンと固化シリコンシートと
が、これらの載置されている引出用基板と共に引き出さ
れて行くこととなるだけでなく、当該基板に形成の凹溝
条により、製品には薄肉の基板に突起条が一体に形成さ
れた状態にて引き出されるから、当該突起条が補強材と
なり、極めて薄い製品でも割れの入る心配なく能率的に
多結晶シリコンシートを製造できるや しかも、上記凹溝条には溶融シリコンが流れ込み易く、
従って、速やかに流入した当該凹溝条の溶融シリコンが
、その閘辺におけるスリット部分へも流入して行き、こ
れにより溶融シリコンに対する注入圧は小さくとも、極
めて薄肉の製品を確実に生産し得ることとなる。

（実　施　例） 本願に係る方法を詳記するに先立って、以下、同法の実
施に用い得る多結晶シリコンシートの製造装置につき説
示すると、第１図における１はアルゴン等の不活性ガス
か真空による不活性雰囲気１ａをもつ炉体で、この中に
ヒータ２によって加熱される石英製による溶融槽３と、
ヒータ４ａ、４ｂによって加熱されるモールドノズル５
とが設けられている。

ここで、図示されている溶融槽３は、その上槽部３ａに
あって下端結成ノズル３ｂが小径に形成され、これは、
上該上槽部３ａにアルゴン等の不活性ガスによって、注
入圧Ｐを同郡３ａ内の溶融シリコンＳｉに加えない限り
、同上ノズル３ｂからの波山はないようにしである。

さらに、上槽部３ａには、これに連設された溶融槽３の
下槽部３ｃが下部され、その下端に開口されたスリット
状の下端連結通過ノズル３ｄが、前記モールドノズル５
の注入口５゛に連着されており、もちろん、下端連結通
過ノズル３ｄは、下端網成ノズル３ｂの直下に配設され
、当該ノズル３ｂの流通断面よりも大きく、この下槽部
３Ｃの外側には、上下方向の熱遮断が行われるように断
熱材８が設けられ、前記のヒータ４ａは、上記下端連結
通過ノズル３ｄに臨設されている。

ここで、モールドノズル５は、上部、下部モールドノズ
ル５ａ、５ｂからなり、下部モールドノズル５ｂの上面
に所定の凹溝５０が形成されであることで１図示されて
いないビス等により両部５ａ、５ｂを重積状態にて固定
すれば、所定厚さと所定巾をもった走行用路５ｄが形成
され、さらに、この走行用路５ｄにあって、下部モール
ドノズル５ｂの上面には、ステンレス製等による引出用
基板７が摺動自在なるよう貫通状に嵌合載置され、これ
によって、第２図に示されている如く引出用基板７の上
面と当該基板７の左右両側に設けた側端帰起条７ａ、？
ｂと、上部モールドノズル５ａの下面によって凹成され
た鋳造用路８が離間形成され、第１図にあって、上記引
出用基板７の右端には、これを矢印Ａ方向へ引き出すた
めの引出具７Ｃが設けられている。

さらに、上記の引出用基板７には、その上面に凹溝条７
ｄが形成されており、図示例では当該基板７の引出方向
に平行して複数条だけ設けられ、その深さＤは、鋳造用
路８の一部形成している引出用基板７の上面と上部モー
ルドノズル５ａの下面間に形成された製品用スリット８
ａの離間肉厚長ｄよりも大きくしてあり、第２図中−は
ｖ８造用路８の中長、　貿は凹溝条７ｄの中長を夫々示
している。

そこで、上記の装置を用いて請求項（１）に係る方法を
実施するには、溶融槽３の上槽部３ａ内にシリコン母材
を投入しておき、これをヒータ２の稼動により溶融（１
４５０℃）し、前記不活性ガスによる注入圧Ｐ　（１０
０〜５００１■Ａｑ　）を当該溶融シリコンＳｉの上面
に加え、下端網成ノズル３ｂから下槽部３ｃ内へ当該シ
リコンＳｉを流下させるが、この際、モールドノズル５
はヒータ４ａ、４ｂによって１３５０℃程度に加温して
おく。

上記の下端網成ノズル３ｂから流下された溶融シリコン
Ｓｉは、下槽部３ｃに触れることなく落下し下端連結通
過ノズル３ｄ中を通過して、モールドノズル５の注入口
５°から鋳造用路８内へ連続的に供給されることとなる
。

そして、この際前記の引出用基板７が連続的に矢印へ方
向へ移送されており、これにより当該基板７上にて溶融
シリコンＳｉが固化し結晶に成長する。

すなわち、モールドノズル５内にて冷却固化された固化
シリコンシートＭＳｉを連続して引出用基板７に載せた
まま引き出すのであって、この際。

溶融シリコンＳｉの連続的供給量と、引出し速度が適切
に調整されれば、多結晶シリコンシートたる製品は、連
続的に踏切れることなく生産される。

さらに、本発明では上記の如き引出用基板７の引き出し
作業に際し、凹溝条７ｄを形成するようにしたから１前
記注入口５′から供給された溶融シリコンＳｉは、流入
しにくい鋳造用路８の製品用スリッ）８ａ内へ流入する
以前に、素早く凹溝条７ｄ内へ流入していくこととなり
、従って製品の引き出しにより、当該凹溝条７ｄ内で固
化した溶融シリコンは、突起条となって一体に引き出さ
れ、一種のリブとして、鋳造用路８内で所定１１．薄肉
に形成された多結晶シリコンシートの補強材となり、従
って、製品は破損することなく迅速に生産することがで
きる。

また、上記の如く凹溝条７ｄに流入した溶融シリコンＳ
ｉは、そこから極めて小さな離間肉厚長ｄに形成されて
いる鋳造用路８の袈品用スリッ）８ａへ流入して行き、
この結果前記の注入圧Ｐが小さいにも拘らず、溶融シリ
コンは速やかに、当該スリフト８ａ内へ広がって行く。

ここで、実際上注入圧Ｐを、前記の如く１００〜５００
■ｓＡｑ　とし、第２図にあってｄｌＩＯ１１〜０．２
拳１ｍ、ｐ＝０．４〜０．１１ｇ＋ｎ　　、　　ｗ−１
０〜２０ｍ５．　　ｄ寓１００ｍｍ　　となし、これに
て多結晶シリコンシートを、破損なく製造することがで
きた。

（発明の効果） 本願の請求項（１）に係る方法は、上記のようにキャス
トリボン法を選択しているから、所望均一厚さ、巾の製
品を自由に、かつ高い精度で効率よく生産することがで
き、従ってデイバイス加工も容易で歩留りが向上し、不
純物の混入しない良質のものを安価に提供できるだけで
なく、引出手段として引出用基板を用いるようにし、し
かも、これに凹溝条を形成して、これに溶融シリコンを
先ず流入させ得るようにしたから、これまで不可能であ
った極めて薄肉の多結晶シリコンシートでも、溶融シリ
コンに高い注入圧を加えることなしに生産することがで
き、近年その要請の高い太陽電池基板の薄肉化を低コス
トにて実現でき、その高効率化上満足すべき成果をあげ
ることができ、このような薄肉化によっても凹溝条内の
固化シリコンによる突起条による補強により、生産中の
破損を防止でき、歩留り良く製造することも可能となる
。

請求項（２）によるときは、上記請求項（１）における
凹溝条の深さを、製品の肉厚に比して大きく形成したか
ら、溶融シリコンの流入が円滑となり、上記請求項（１
）による効果をより一層確実なものとすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願に係る請求項（１）の方法を実施すること
のできる多結晶シリコンシート製造装置を示す縦断正面
説明図、第２図は第１図のＩＩ　−ＩＴ線縦断矢視説明
図、第３図は従来のリボン法による多結晶シリコンシー
ト製造装置を示す縦断正面説明図である。 ｌａ・・・・・・不活性雰囲気 ５拳・舎争ｅ−モールドノズル ５ａ・・・・・・上部モールドノズル ７・・・・・・引出用基板 ７ｄ・・・・・・凹溝条 ８ａ・・０φ・製品用スリット Ｓｉ・・・・・壽溶融シリコン １１１Ｓｉ・・φ◆固化シリコンシートｄ・・・・・・
製品用スリットの離間肉厚長Ｄ・・・・・・凹溝条の深
さ 第１図 代理人　弁理士　斎　藤　義　雄 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）不活性雰囲気内にあって、シリコン母材を溶融し
   た後、当該溶融シリコンに圧力をかけることで、これを
   加温されたモールドノズル内へ連続して送出すると共に
   、このモールドノズル内にて上記溶融シリコンの固化し
   たシリコンシートを、所望引出手段によって連続的に引
   出するに際し、上記引出手段が、前記モールドノズルの
   下面上に装入載置した引出用基板を、同上溶融シリコン
   とこれが固化したシリコンシートとを載置させたまま、
   連続的に当該モールドノズルの長手方向へ移送するもの
   であつて、上記引出用基板の上面には、その上記移送方
   向に添つて所要数の凹溝条を形成するようにしたことを
   特徴とする薄肉多結晶シリコンシートの製造方法。
2. （２）引出用基板と、モールドノズルの上部モールドノ
   ズル下面との間に形成された製品用スリットの離間肉厚
   長よりも、当該引出用基板に形成された凹溝条の深さが
   大である請求項（１）記載の薄肉多結晶シリコンシート
   の製造方法。