JPH0478565B2 - - Google Patents

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
あつて坩堝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
つ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、ダイ、
フイラメント、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
純物源となつてしまう。

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
きものとなつていない。

さらに別途別謂キヤステイング法（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、これを製品ウエハの寸
法に応じた鋳型に流し込み、さらに当該型の可動
部分により融液を押圧成型して固化させるもので
あるが、同法によるときは、一度に所定形状のウ
エハが得られ、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
となつて大きな結晶粒が得られず、太陽電池用シ
リコンウエハ等にあつ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、当該ウエハによつて得られた太陽電池の光電
変換効率も２〜３％と極度に悪くなつてしまう欠
陥をもつている。

そこで、上記従来法の欠陥に鑑み、本願人は既
に、前記キヤステイ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−
169573号）を提案（キヤストリボン法）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要となし、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
れが生ずるといつ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、上記のキヤ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
させるといつた光のとじ込め手段を上手に採択す
るといつ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
いものとなつている。

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
用スリツ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
スリツ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、このような必要性は、多結晶シリコン
シートの厚さが0.3mm以下となつた場合、特に顕
在化されてくる。

しかし、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ツ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ヨイント部分から、
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にあつて
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
品用スリツ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、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、
当該凹溝条によつ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にあつては、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
た上記製品用スリツ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つて、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
望引出手段によつ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ツトの離間肉厚長よ
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の製造方法にあつては、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つた多結晶シリコンシー
トが跡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。

しかも、上記凹溝条には溶融シリコンが流れ込
み易く、従つて、速やかに流入した当該凹溝条の
溶融シリコンが、その周辺におけるスリツト部分
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つて、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によつて加
熱される石英製による溶融槽３と、ヒータ４ａ，
４ｂによつ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にあつて下端細成ノズル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
活性ガスによつて、注入圧Ｐを同部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
の流出はないようにしてある。

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が下突され、その下端に開口
されたスリツ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
端細成ノズル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６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５ｃが形成されてあ
ることで、図示されていないビス等により両部５
ａ，５ｂを重積状態にて固定すれば、所定厚さと
所定巾をもつた走行用路５ｄが形成され、さら
に、この走行用路５ｄにあつて、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、これによつて、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
た側端隆起条７ａ，７ｂと、上部モールドノズル
５ａの下面によつて囲成された鋳造用路８が離間
形成され、第１図にあつて、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７ｄ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ツト８ａの離間肉厚
長ｄよりも大きくしてあり、第２図中Ｗは鋳造用
路８の巾長、ｗは凹溝条７ｄの巾長を夫々示して
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（1450℃）し、前記不活性ガスによ
る注入圧Ｐ（100〜500mmAq）を当該溶融シリコン
Siの上面に加え、下端細成ノズル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によつ
て1350℃程度に加温しておく。

上記の下端細成ノズル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Ａ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つて、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、連続的に跡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、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
スリツト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、従つて製品の
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、突起条となつて一体に引き出さ
れ、一種のリブとして、鋳造用路８内で所定巾、
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、従つて、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Si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の製品用スリツト８
ａへ流入して行き、この結果前記の注入圧Ｐが小
さいにも拘わらず、溶融シリコンは速やかに、当
該スリツト８ａ内へ広がつて行く。

ここで、実際上注入圧Ｐを、前記の如く100〜
500mmAqとし、第２図にあつてｄ＝0.1〜0.2mm、
Ｄ＝0.4〜0.8mm、ｗ＝10〜20mm、ｄ＝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
ヤ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、従つ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
あつ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
ような薄肉化によつ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−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。 １ａ……不活性雰囲気、５……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……製品用スリツ
ト、Si……溶融シリコン、MSi……固化シリコン
シート、ｄ……製品用スリツトの離間肉厚長、Ｄ
……凹溝条の深さ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 不活性雰囲気内にあつて、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
   望引出手段によつ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 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ツト
   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。