[发明专利]复合坩埚及其制造方法以及硅晶体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造硅晶体的复合坩埚及其制造方法，而且，还涉及使用了此复合坩埚的硅晶体的制造方法。

背景技术

近几年，考虑到环境问题和能源问题，太阳能电池的需求日益高涨。太阳能电池根据其形态大体上分为“块状型”和“薄膜型”。块状型太阳能电池使用了硅锭按规定的厚度被切割而成的晶片，此种电池虽然具有优异的转换效率，但是容易受到原料硅的价格影响，而且价格非常高。另一方面，作为薄膜型太阳能电池，周知的有如下几种：在玻璃等基板上以非常薄的膜厚形成了非晶硅或多晶硅的“硅类薄膜太阳能电池”；作为化合物半导体的一种而以铜、铟、硒、镓等作为原料的“化合物系薄膜太阳能电池”；使用有机色素而获得光电动势的“有机物系薄膜太阳能电池”等。例如，就薄膜硅类太阳能电池来说，其原料的硅使用量为1/100以下，制造能源也少，因此，近几年对薄膜型太阳能电池的关注逐渐升高。

而且，太阳能电池根据其中的用于发电部的半导体材料的种类，大体上分为“硅类太阳能电池”和“化合物半导体类太阳能电池”的2种。并且，硅类太阳能电池被分为“结晶硅类太阳能电池”和“非结晶(非晶质)硅类太阳能电池”，多晶硅类太阳能电池被分为“单晶硅类太阳能电池”和“多晶硅类太阳能电池”。

从太阳能电池最重要特性之转换效率来看，近几年，化合物半导体类太阳能电池在这些太阳能电池中的转换效率最高，可达25％，其次是单晶硅类太阳能电池，达到20％左右，多晶硅类太阳能电池或非晶硅类太阳能电池之转换效率为5～15％。另一方面，就材料成本来说，硅是在地球上其量仅次于氧的第二大元素，其价格明显低于化合物半导体，因此硅类太阳能电池最为普及。另外，所谓“转换效率”是指“相对于入射到太阳能电池单元之光能的，通过太阳能电池转换为电能并取出之能量的比例”，其用以百分比(％)表示。

接下来，简略说明单晶硅类太阳能电池的制造方法。首先，为了获得作为太阳能电池单元之基板的硅晶片，通过切克劳斯基法(CZ法)和悬浮区熔法(FZ法)来制造圆柱形单晶硅锭。例如在CZ法中，加热被投放到氧化硅玻璃坩埚中的多晶硅并将其熔化，在所获得的硅熔液中浸渍晶种并缓慢提升，由此制造单晶硅。并且，切割该锭料而加工如厚度为300μm左右薄晶片，用药液蚀刻晶片表面而消除表面上的加工变形，由此获得构成太阳能电池的晶片(基板)。对该晶片实施杂质(掺杂剂)的扩散处理而在晶片的一侧形成PN结合面之后，在两面形成电极，并且，为了减少光的反射所导致的光能源的损失，在太阳光的入射侧表面形成了防反射膜，以此完成太阳能电池。在太阳能电池中，为了获得更大的电流，重要的是制造更大面积的太阳能电池单元。根据上述CZ法能容易地制造大直径的单晶硅，由于被制造的单晶的强度优异，因此作为获得可制造大面积的太阳能电池单元的基板材料的大直径硅晶体片的方法尤为适合。

另一方面，在多晶硅类太阳能电池的制造中，优选使用铸模凝固熔融硅的铸造方法(以下称为“浇铸法”)，或者电磁感应的连续铸造方法(以下称为“电磁铸造法”)，与根据切克劳斯基法制造的单晶硅基板相比，根据上述方法能更低成本地制造基板材料。在浇铸法中，在坩埚内加热熔解作为原料的高纯度硅，且均匀地添加作为掺杂剂的微量的硼等之后，直接在坩埚中使其凝固，或者灌入铸模中使其凝固。对于用在浇铸法中的坩埚和铸模，要求其具备出色的耐热性及形状稳定性，且杂质含有量要少，因此，使用氧化硅制作坩埚，而且，使用黑铅制作铸模。

对于用于制造硅晶体的氧化硅玻璃坩埚，要求其能承受长时间的多重牵引或铸造，且要求其高温下的粘性高。在采用CZ法制造直径为300mm以上的大口径单晶硅的情况下，氧化硅玻璃坩埚需要在约1500℃的高温下暴晒300～400小时，即使在这种条件下，变形也必须要少。并且，由于氧化硅玻璃坩埚是易耗品，因此要求能以低成本且方便制造。作为具有高耐热强度的现有氧化硅玻璃坩埚，周知的有：用高浓度的含铝(Al)层形成坩埚外表面的坩埚；将钡(Ba)等结晶促进剂涂在外表面上的坩埚；用氧化铝、莫来石等的稳定层形成了坩埚外表面的坩埚等(参照专利文献1～3)。

[专利文献]

专利文献1：日本专利公报特开2000-247778号公报

专利文献2：日本专利公报特表2008-507467号公报

专利文献3：日本专利公报特表2004-531449号公报

发明内容