[发明专利]硅锭的制造方法及制造装置

说明书

技术领域

此发明涉及一种适于制造太阳能电池的硅锭的制造方法及制造装置。

背景技术

目前，伴随着太阳能电池的生产量显著增加，高纯度硅的需求不断扩大。在太阳能电池的生产中，通常使用半导体硅的不合格品、废料等作为原料。但是，为了适应今后的可预想的太阳能电池生产量的增加，需要一种使以稳定供给为目标的大量生产廉价的太阳能电池用硅成为可能的制造方法、装置。迄今为止，在该技术领域已经开发了高温长时间冶金精制廉价金属硅的方法，但期望进一步降低成本。

例如，作为上述的冶金精制的方法的有效精制太阳能电池用(SOG)硅的方法，有日本特许第3325900号公报(专利文献1)中的提案。

另外，在日本特开2003-286024号公报(专利文献2)中，提出了只选比金属硅纯度高的硅作为材料放入坩埚内，将其熔融，利用提拉方法制造硅锭的方法。

在日本特开2003-277040号公报(专利文献3)中，没有提及有关制锭的方法，但提出了提高金属硅的纯度的方法。

在日本特开2002-047095号公报(专利文献4)中，提出了掺杂铝、通过提拉制造硅锭的方法。需要说明的是，在该技术中没有利用共晶现象。

在日本特开平10-273313号公报(专利文献5)中，以提出将太阳能电池用(SOG)硅作成靶的低廉的制造方法的方式，提出了用电子束一边对铸模内的熔融金属液面进行扫描、加热，一边使该熔融金属液从下部向上部在一个方向上凝固的方法。

专利文献1：日本特许第3325900号公报

专利文献2：日本特开2003-286024号公报

专利文献3：日本特开2003-277040号公报

专利文献4：日本特开2002-047095号公报

专利文献5：日本特开平10-273313号公报

发明内容

本发明的目的在于，提出一种适于制造太阳能电池用硅锭的低廉的硅锭制造方法与其使用的制造装置。

本发明在利用提拉法由金属硅直接制造太阳能电池用途的硅多晶或硅单晶方面获得了成功。金属硅纯度为98％至99％左右，具有杂质元素。本发明通过选择与硅进行合金反应的溶剂金属，在使硅熔解温度比通常的硅熔点温度1412℃显著低的温度区域，可以实施晶体提拉工艺。另外，为了从熔融硅合金中提取中纯度硅晶体而对CZ式晶体提拉装置附加新的功能，由此解决了上述的课题。

为了实现上述目的，本发明提出的硅锭的制造方法包括如下工序：将与硅具有共晶反应、形成硅合金时的共晶点比硅的熔点低的元素和金属硅在坩埚内加热熔化，从而生成合金熔液的工序；在对所述合金熔液利用共晶反应低温凝固精制硅的同时，利用提拉法由所述合金熔液生成硅锭的工序。

在上述方法中，优选在将合金熔液的液面以外的部分的液温维持在合金熔液不凝固的温度的同时，将合金熔液的液面温度保持在与合金熔液中的硅浓度对应的合金熔液的初晶温度附近。

另外，优选将合金熔液的液面温度保持在上述共晶点与1273K附近之间的、与合金熔液中的硅浓度对应的合金熔液的初晶温度附近。

如上所述，本发明可以以金属硅作为材料直接制造硅锭。由此可以期待简化制造工序、降低成本。

需要说明的是，这里，作为金属硅，可以使用目前制造太阳能电池用的硅锭中所使用的纯度98％以上的材料。

在上述的本发明中，将与硅具有共晶反应、形成硅合金时的共晶点比硅的熔点低的元素和金属硅在坩埚内加热熔化，从而生成合金熔液。由此，可以在比硅的熔点(1414℃＝1687K)低的温度使熔液凝固，降低制造硅锭所需要的功耗。即，通过利用共晶反应改变凝固温度来降低凝固温度，可以控制功耗。

关于硅中的杂质元素的固溶度，如图4(出处：F.A.Trumbore，BellSystem Technical Journal，39(1960)，67.)所示，有随着温度自硅的熔点1687K(1414℃)下降而增加、从1473K(1200℃)～1273K(1000℃)而减少这样的特别的行为。