[发明专利]硅真空熔化方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及熔化精炼太阳能电池用的硅原料的硅真空熔化方法。

背景技术

作为改善地球规模的环境问题的一种方法，推进太阳能电池的普及。从资源量的丰富性及光电转换效率的高度考虑，制造的太阳能电池大部分使用硅结晶，要求更廉价地量产太阳能电池用硅原料的技术。

在以前的技术中，在利用冶金的熔化精炼从金属硅(纯度为99％)制造纯度为6N(99.9999％)以上的太阳能电池组的硅原料时，对于挥发性高的不纯物元素(磷、钙等)的去除而言，提出了利用真空熔化精炼而将不纯物逸散到气相中的方法。

例如，在日本特开9-48606号(日本特愿平7-194482号)中公开了在减压状态下在被水冷却的铜制容器中电子束熔化硅的方法，另外在日本特开2006-232658号(日本特愿2006-10293号)中公开了利用感应熔化或电阻发热体的升温在处于减压状态下的石墨(黑铅)制的坩埚中熔化硅的方法，在这些方法中记载了除去挥发性的不纯物元素(尤其是磷的挥发)的方法。

发明内容

发明所要解决的课题

但是上述以前的技术在生产性及经济性上存在问题。也就是说，电子束融化法相对于生产量增加了较高的设备费用和熔化电力费用，利用感应熔化或电阻发热体在石墨坩埚中进行的融化法需要长时间的精炼处理和将高额的高质量石墨坩埚作为耗材。

本发明是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供能够利用简单的结构廉价地制造太阳能电池用硅原料的硅真空熔化方法。

解决课题的方案

为了达到上述目的，本发明的特征在于，利用具备炉体容器、设在该炉体容器内部的导电性的坩埚、以及保持硅的支撑棒的装置，利用支撑棒在上述坩埚内隔着规定间隔保持硅后，使上述炉体容器内成为真空状态，通过在硅和上述坩埚加载电压，将硅作为电极材料进行通电而熔化，将熔化硅的上部维持在熔化状态的同时，在被冷却的上述坩埚内从底部依次凝固熔化硅。

根据该方法，能够将硅中挥发性的不纯物挥发到气相中而进行精炼。另外，由于将熔化硅的上部维持在熔化状态的同时，在被冷却的坩埚内从底部依次凝固熔化硅，因此能够同时获得硅中的不纯物的凝固偏析效果。因此，能够以简单的结构廉价地制造太阳能电池用硅原料。

另外，优选相对于作为上述坩埚的截面积而将上述坩埚和硅之间的空隙的截面积的比例的空隙率设定在0.4～0.6的范围内。由此，能够有效地实施不纯物的蒸发去除，且能够增多生产量。

另外，作为上述硅使用朝向前端部横截面形成为直径逐渐变小的硅，优选在该硅逐渐增加通电量而升温。由此能够防止因急剧地升温而导致硅的脆性破坏。

并且，优选在该炉体容器的内部使用覆盖上述导电性的坩埚的内壁面的形状且能够向上方移动的沉积板。由此，若以与随着进行硅的熔化而上升的熔化硅表面不接触的方式向上方移动该沉积板，则能够防止因蒸发而被去除的不纯物附着在导电性的坩埚的内壁上，能够防止不纯物再次混入熔化硅。

发明的效果

根据本发明，能够将硅中的挥发性元素挥发到气相中而进行精炼。另外，由于将熔化硅的上部维持在熔化状态的同时，在被冷却的坩埚内从底部依次凝固熔化硅，因此能够同时获得硅中的不纯物的凝固偏析效果。

另外，由于装置结构只需要与容纳熔化硅的坩埚及与坩埚的直径实质上相同的用于真空排气的空间结构，因此进行真空熔化及凝固的装置结构简单、且小型化。

并且，在本发明中，由于采用在硅通电的直接发热法，因此用于硅熔化的能量效率高，熔化速度快，经济上的优点变得更大。

附图说明

图1是本发明一实施方式的本装置的结构概略图；

图2是本装置的主要部分放大图；

图3是本装置的图2的III-III线剖视图；

图4是另一实施方式的本装置的主要部分放大图；

图5是又一实施方式的本装置的结构概略图。

符号说明

1    本装置

100  炉体容器

200  水冷铜坩埚

300  支撑棒

400  电极进给机构

500  沉积板

S    硅电极

S’  熔化硅

具体实施方式

接下来参照图1～图3说明本发明的一实施方式。

图1是本发明一实施方式的硅真空熔化装置(以下称为本装置1)的结构概略图，图2是本装置1的主要部分放大图，图3是本装置1的图2的III-III线剖视图。