[發明專利]多晶硅及其鑄造方法

有效

• 申請號: 201380017179.5
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN104169475B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 八木大地;安部貴裕
• 申請（專利權）人: 勝高股份有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B28/06;H01L31/028;H01L31/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 張桂霞,劉力

技術領域

本發明涉及多晶硅及其鑄造方法，特別是涉及適于提高太陽能電池的轉換效率的多晶硅及其鑄造方法。

背景技術

目前，作為太陽能電池用的基板，主要使用硅晶體。該硅晶體中存在單晶硅和多晶硅，與使用多晶硅作為基板的太陽能電池相比，使用單晶硅作為基板的太陽能電池將入射的光能轉換成電能的轉換效率高。

但是，單晶硅例如是通過直拉法制造成無位錯的高品質晶體，但利用該直拉法制造單晶硅時，生產成本高，對于用作太陽能電池用的基板并不實用。因此，通常是使用可由廉價材料鑄造的多晶硅來制造太陽能電池。

作為鑄造這種多晶硅的方法之一，有電磁鑄造法(例如參照專利文獻1)。電磁鑄造法是指，通過高頻感應(high frequency induction)將坩堝內的硅原料加熱熔融，同時在強電磁力的作用下使熔融硅漂浮，使鑄錠連續地生長。此時，由于是在不使熔融硅與坩堝接觸的情形下來完成，所以可以鑄造高品質的鑄錠。由如此鑄造的多晶硅鑄錠得到的多晶硅晶片具有以下特征：可以制造在鑄造方向上品質均勻性高、而且轉換效率的偏差小、且具有穩定特性的太陽能電池。

且說，為了提高太陽能電池的轉換效率，重要的是適當控制多晶硅晶片中所含的氧、碳、氮等雜質。其中，碳會促進氧的析出，析出的氧起到位錯增殖源的作用。所形成的位錯起到載體的再結合中心的作用，使太陽能電池的轉換效率降低，所以認為晶片中的碳越低越好。例如，專利文獻2中記載著：通過控制碳濃度在1×10¹⁷原子/cm³以下(晶格間的氧濃度為2×10¹⁷原子/cm³以上)來實現太陽能電池的高轉換效率的技術。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2007-051026號公報；

專利文獻2：國際公開2006/104107號小冊子。

發明內容

發明所要解決的課題

但是，在實際鑄造滿足專利文獻2中規定的碳濃度要件的、碳濃度極低的多晶硅以制作太陽能電池時，明確了其轉換效率竟然降低。

因此，本發明的目的在于：提供適合提高太陽能電池的轉換效率的多晶硅及其鑄造方法。

解決課題的方法

發明人對解決上述課題的方法進行了深入研究。如上所述，發明人在實際鑄造碳濃度極低的多晶硅以制作太陽能電池并測定轉換效率時，接受了轉換效率竟然降低，并鑄造了具有各種碳濃度的多晶硅，以研究太陽能電池的轉換效率。其結果，發明人發現：與過度降低碳濃度相比，在控制多晶硅中的氧和氮的濃度在適當范圍的情況下，通過適量添加碳以將其調整至規定的濃度范圍，使得轉換效率提高，從而完成了本發明。

即，本發明的要旨構成如下。

(1) 多晶硅晶片，其中，碳濃度為4.0×10¹⁷原子/cm³以上且6.0×10¹⁷原子/cm³以下、氧濃度為0.3×10¹⁷原子/cm³以上且5.0×10¹⁷原子/cm³以下、并且氮濃度為8.0×10¹³原子/cm³以上且1.0×10¹⁸原子/cm³以下。

(2) 多晶硅的鑄造方法，其特征在于：在導入了惰性氣體的室的感應線圈(induction coil)內配置軸方向的至少一部分在周方向被分割成幾段、且內表面涂布有含氮脫模材料的無底冷卻坩堝，通過上述感應線圈的電磁感應加熱將裝入上述無底冷卻坩堝內的多晶硅的原料熔融，依次冷卻熔融硅使其凝固，同時向下方牽拉，其中，將上述熔融硅中的碳濃度調整至4.0×10¹⁷原子/cm³以上且6.0×10¹⁷原子/cm³以下、將氧濃度調整至0.3×10¹⁷原子/cm³以上且5.0×10¹⁷原子/cm³以下、以及將氮濃度調整至8.0×10¹³原子/cm³以上且1.0×10¹⁸原子/cm³以下。

(3) 上述(2)所述的多晶硅的鑄造方法，其中，上述碳濃度的調整是通過向上述室內供給一氧化碳氣體以調整該一氧化碳氣體相對于上述惰性氣體的分壓來進行的。