[发明专利]复合坩埚及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造硅结晶的复合坩埚及其制造方法。

背景技术

近年来，由于关注环境问题或能源问题而使太阳能电池的需求格外高涨。根据用于发电机的半导体材料的种类不同，太阳能电池大致分为“硅类太阳能电池”和“化合物半导体类太阳能电池”2种。进一步，硅类太阳能电池被分为“结晶硅类太阳能电池”和“非结晶(非品质)硅类太阳能电池”，结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”。

关注作为太阳能电池最重要特性的转换效率会发现，近几年，化合物半导体类太阳能电池的转换效率最高达到近25％，其次是单晶硅类太阳能电池，其转换效率达到20％上下，多晶硅类太阳能电池和非晶硅类太阳能电池等的转换效率为5～15％左右。另一方面，从材料成本方面考虑，硅作为地球上仅次于氧的第2多的元素，相较于化合物半导体格外便宜，因此硅类太阳能电池的普及率最高。在此，所谓“转换效率”是指用百分比(％)表示“用太阳能电池转换为电能而取出的能量与射入到太阳能电池的光的能量之比”的值。

其次，简单说明单晶硅类太阳能电池的制造方法。首先，采用切克劳斯基法(CZ法)和悬浮区熔法(FZ法)来制造圆柱形的单晶硅锭。例如在CZ法中，通过加热来熔化放入到氧化硅玻璃坩埚内的多晶硅，然后将品种浸渍于硅熔液并慢慢提拉来制造单晶硅。

进而，切割该硅锭，例如加工成厚度为300μm左右的薄晶片，用药液蚀刻晶片表面以去除表面上的加工失真，并制得用于太阳能电池的晶片(基板)。对该晶片实施杂质(掺杂剂)的扩散处理，并在晶片一侧形成PN粘接面之后，在两面形成电极，再在太阳光射入一侧表面上形成减少由光反射造成的光能损失的反射防止膜，以此完成太阳能电池。在太阳能电池中，为获得更大的电流，重要的是制造更大面积的太阳能电池单元。通过上述CZ法可轻易制造大直径的单晶硅，并且所制造的单晶强度也很高，因此，适合于制造大直径硅晶片，以此作为大面积太阳能电池单元的基板材料使用。

另一方面，制造多晶硅类太阳能电池时，适宜采用使用铸模凝固熔融硅的铸造法(以下，称为“浇铸法”)或利用电磁感应的连续铸造法(以下，称为“电磁铸造法”)，能够以比切克劳斯基法制造的单晶硅基板更低的成本制造基板材料。浇铸法在坩埚内加热熔解高纯度硅，再均匀掺杂作为掺杂物的微量的硼等之后，直接使其在坩埚内凝固，或者，灌入铸模并进行凝固。作为用于浇铸法的坩埚或铸模，要求耐热性及形状稳定性出色、杂质含量少，因此，坩埚采用氧化硅，并且，铸模采用黑铅。

用于制造硅结晶的氧化硅坩埚，需要采用能承受长时间且多次提拉或铸造，且在高温下粘性高的材料。并且，还要求能够以低成本轻易制造。作为耐热强度高的以往的氧化硅坩埚，公开了在坩埚的外表面附近使用高浓度含铝(Al)层，在外表面附近涂钡(Ba)等结晶促进剂，坩埚外表面由氧化铝、莫来石等形成稳定化层的坩埚(专利文献1～3参照)。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本公开专利特开2000-247778号公报

专利文献2：日本公开专利特表2008-507467号公报

专利文献3：日本公开专利特表2004-531449号公报

专利文献4：日本公开专利特开平1-153579号公报

发明内容

本发明所要解决的课题

然而，虽然提高铝浓度的现有氧化硅玻璃坩埚的粘性比较高，但是多次提拉时的耐热强度并不充分。并且，在现有氧化硅玻璃坩埚中，虽然在表面上涂敷作为结晶促进剂的钡，由此在坩埚表面上实现高效结晶化并以强化，但是对表面进行涂敷需要花费工夫，且处理毒性强的钡也成为问题。并且，在外表面形成稳定化层的现有氧化硅玻璃坩埚中，稳定化层通过喷射法形成1mm左右的薄层，提高坩埚全体的耐热强度，然而仅起到该薄层相当的加固作用，业界还需要强度的进一步提高。

因此，本发明的目的是提供一种坩埚及其制造方法，该种坩埚能够在高温下以高粘性长时间使用，并能以更低成本制得。

解决课题的手段