[發明專利]硅錠及其制造裝置和方法、硅晶圓、太陽能電池和硅零件

有效

• 申請號: 201210074025.7
• 申請日: 2012-03-20
• 公開（公告）號: CN102691101A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 二田伸康;中田嘉信;池田洋
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社;三菱材料電子化成株式會社
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B11/00;C30B29/06;B22D27/04
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 齊葵;王誠華

技術領域

本發明涉及一種通過使積存于坩堝內的硅熔液單向凝固來制造硅錠的硅錠制造裝置、硅錠的制造方法及硅錠、硅晶圓、太陽能電池和硅零件。

背景技術

例如如專利文獻1所記載，前述的硅錠通過切片成預定厚度且被切出成預定形狀來成為硅晶圓。該硅晶圓主要用作太陽能電池用基板的原材料。在此，太陽能電池中，成為太陽能電池用基板的原材料的硅錠的特性對轉換效率等性能的影響較大。

尤其是，若硅錠所含的雜質量較多，則太陽能電池的轉換效率大幅下降，因此需要降低硅錠中的雜質量。

在此，由于硅為凝固時膨脹的金屬，因此當進行鑄造時，需使硅熔液單向凝固以免殘留于鑄塊的內部。并且，通過單向凝固，隨著凝固的相變化，硅熔液內的雜質根據平衡分凝系數分配至液相側，坩堝內的雜質從固相(鑄塊)排出至液相(硅熔液)中，因此能夠得到雜質較少的硅錠。

并且，專利文獻2～4中公開有在坩堝的上部配設有板狀蓋的硅錠制造裝置。在該硅錠制造裝置中，成為朝向坩堝內供給氬氣的結構。通過該氬氣去除從硅熔液中產生的氧化硅氣體等，從而防止氧化硅氣體與爐內的碳反應。由此，可抑制CO氣體產生，且可抑制碳混入硅錠中。并且，抑制氧化硅氣體混入硅熔液中而氧量增加的現象。

專利文獻1：日本專利公開平10-245216號公報

專利文獻2：日本專利公開2000-158096號公報

專利文獻3：日本專利公開2004-058075號公報

專利文獻4：日本專利公開2005-088056號公報

然而，最近要求進一步提高太陽能電池的轉換效率，需要比以往更加降低硅錠中的雜質量。并且，在構成太陽能電池的硅晶圓中，若其表面上的結晶的方位一致，則能夠使太陽能電池的轉換效率穩定。因此，在使坩堝內的硅熔液單向凝固時，需要使結晶的成長方向穩定。

發明內容

本發明是鑒于上述狀況而完成的，其目的在于提供一種能夠制造雜質量較少且結晶的成長方向穩定的硅錠的硅錠制造裝置、硅錠的制造方法及硅錠，可由該硅錠得到的硅晶圓、太陽能電池和硅零件。

為了解決這種課題并實現上述目的，本發明所涉及的硅錠制造裝置，具備有保持硅熔液的坩堝、加熱該坩堝的加熱器及朝所述坩堝內供給惰性氣體的惰性氣體供給構件，所述硅錠制造裝置的特征在于，具有載置于所述坩堝上的蓋，所述蓋具有：載置部，載置于所述坩堝的側壁上面；檐部，從所述坩堝的側壁外邊向外側突出；及開口部，沿厚度方向貫穿，所述檐部配設于所述坩堝的側壁上端的10％以上區域的外周側，且成為從所述側壁上端外邊的突出長度為50mm以上，所述開口部配設成所述坩堝的側壁上端面的50％以上區域相對于所述加熱器露出。

在該結構的硅錠制造裝置中，由于成為在載置于坩堝上的蓋形成有沿厚度方向貫穿的開口部且通過該開口部所述坩堝的側壁上端面的50％以上區域相對于所述加熱器露出的結構，所以可通過由所述加熱器直接加熱坩堝的側壁來抑制來自坩堝側壁的散熱。

另外，所述蓋具有從所述坩堝的側壁向外側突出的檐部，所述檐部配設于所述坩堝的側壁上端外邊的10％以上區域的外周側，且從所述側壁上端外邊的突出長度為50mm以上，因此可通過由所述加熱器加熱該檐部來進一步抑制來自坩堝的側壁的散熱。

因此，結晶會從坩堝的底部朝向上方穩定地成長，促進單向凝固。并且，在凝固的過程中，坩堝內的雜質會向坩堝上部的液相側濃縮，從而能夠減少硅錠中的雜質量。

在本發明的硅錠制造裝置中，優選在所述蓋平面中心附近連接有所述惰性氣體供給構件，所述開口部形成在距所述坩堝的側壁上端內邊100mm以內的區域，所述開口部的開口面積的合計為所述坩堝的上端內側面積的1.5％以上且10％以下。

這時，從所述惰性氣體供給構件供給的惰性氣體會在坩堝內的硅熔液上通過并從位于坩堝的側壁上端內邊的開口部排出。這樣，由于設置有惰性氣體的通過路徑，因此惰性氣體不會滯留在坩堝內，能夠將蓋與坩堝之間存在的雜質排出至坩堝的外部，并能夠降低硅錠中的雜質量。

在本發明的硅錠制造裝置中，優選所述蓋的至少朝向所述坩堝的面由碳化硅構成。

這時，可抑制從硅熔液中生成的氧化硅氣體與蓋反應，并能夠防止蓋的早期劣化。

本發明的硅錠的制造方法為使坩堝內的硅熔液從坩堝的底部朝向上方單向凝固的硅錠的制造方法，其特征在于，利用上述硅錠制造裝置進行制造。

根據該結構的硅錠的制造方法，能夠制造雜質量較少且結晶的成長方向穩定的優質的硅錠。

本發明的硅錠，其特征在于，通過上述硅錠制造裝置進行制造。