(57)【要約】本発明は、板状シリコン、板状シリコンの製造方法、その板状シリコンを用いた太陽電池、さらに板状シリコン製造用基板に関する。  本発明は、スライス工程を必要としない板状シリコンの歩留まりを向上させた、低コストの板状シリコンである。板状シリコンは基板をシリコン融液に浸漬させて、該基板表面に形成される板状シリコンであって、該板状シリコンは主要面となる第一面と、該第一面に連続して形成される他の面を有し、該他の面は、その法線ベクトルが前記第一面の法線ベクトルと、反平行あるいは鈍角をなす面を少なくとも１つを含み前記基板と係合する形状となり、板状シリコンが基板から落下するのを防止する。そして該板状シリコンを太陽電池に適用することで低コスト太陽電池を提供する。
2004016836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をシリコン融液に浸漬させて、該基板表面に形成される板状シリコンであって、該板状シリコンは主要面となる第一面と、該第一面に連続して形成される他の面を有し、該他の面は、その法線ベクトルが前記第一面の法線ベクトルと、反平行あるいは鈍角をなす少なくとも１つの面を含み、前記第一面とその他の面は前記基板と係合部を形成することを特徴とする板状シリコン。
【請求項２】
前記第一面は、略平面で形成されていることを特徴とする請求項１記載の板状シリコン。
【請求項３】
第一面と連続する他の面は、略平面で形成されていることを特徴とする請求項１記載の板状シリコン。
【請求項４】
シリコン融液に基板表面を浸漬させ、その後基板をシリコン融液から引き離して、基板表面上に板状シリコンを成長させる請求項１記載の板状シリコンの製造方法であって、
前記基板は板状シリコンの第１面を形成する基板第一面と、該基板第一面に連続し、板状シリコンの他の面を形成する基板他面を有し、該基板他面の法線ベクトルは前記基板第一面の法線ベクトルと、反平行あるいは鈍角をなす面を少なくとも１つ含むことを特徴とする板状シリコンの製造方法。
【請求項５】
基板の基板第一面の周縁部には、シリコン融液浸漬方向に平行な少なくとも２本の溝で堀構造が形成されていることを特徴とする請求項４記載の板状シリコンの製造方法。
【請求項６】
板状シリコンの第一面と連続する他の面は、基板の進行方向の前方部から形成されることを特徴とする請求項４記載の板状シリコンの製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の板状シリコンの第一面を用いて作製したことを特徴とする太陽電池。
【請求項８】
板状シリコンの第１面を形成する基板第一面と、該基板第一面に連続し、板状シリコンの他の面を形成する基板他面を有する板状シリコン製造用基板において、該基板他面の法線ベクトルは前記基板第一面の法線ベクトルと、反平行あるいは鈍角をなす面を少なくとも１つ含むことを特徴とする板状シリコン製造用基板。
【請求項９】
基板の基板第一面の周縁部には、シリコン融液浸漬方向に平行な少なくとも２本の溝で堀構造が形成されていることを特徴とする請求項８記載の板状シリコン製造用基板。
【請求項１０】
堀構造は基板第一面の周縁部に沿って溝が３本形成されているいることを特徴とする請求項８記載の板状シリコン製造用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、板状シリコン、板状シリコンの製造方法、その板状シリコンを用いた太陽電池、さらに板状シリコン製造用基板に関する。
特に、本発明はシリコンの融液に基板を浸漬し、その基板の浸漬表面に結晶成長される板状シリコンであって、基板の浸漬される主要面に結晶成長される第一面と、それと連続し、基板の側面等に結晶成長される少なくとも一つのその他の面を有し、その他の面の法線ベクトルが第一面の法線ベクトルと反平行、あるいは鈍角をなし、第一面とその他の面は基板との間に係合部を形成することで、板状シリコンを製造する際に、板状シリコンが基板から落下するのを防止するものである。さらに本発明は、板状シリコンの製造方法、その板状シリコンを用いた太陽電池、および板状シリコン製造用基板に関する。
【背景技術】  従来、多結晶シリコンはシリコン融液を鋳型に流し込んで徐冷し、得られた多結晶インゴットをスライスし、製造されていたため、スライスによるシリコンの損失が大きいことが問題となっていた。このスライス損失をなくし、低コストで多結晶シリコンウェハの大量生産が可能な方法として本発明者らは、スライス工程を必要とせず、低コストで大量生産が可能な板状シリコン製造方法を開発した（特開２００１−２４７３９６号公報）。この製造方法は、原料の融液に基板を浸漬し、基板上に板状シリコンを成長するというものである。
【発明の開示】
本発明は基板をシリコン融液に浸漬させて、該基板表面に形成される板状シリコンであって、該板状シリコンは主要面となる第一面と、該第一面に連続して形成される他の面を有する板状シリコンにおいて、該他の面は、その法線ベクトルが前記第一面の法線ベクトルと、反平行あるいは鈍角をなす少なくとも１つの面を含み前記第一面とその他の面は前記基板と係合部を形成することを特徴とする板状シリコンである。
前記第一面および該第一面と連続する他の面は、略平面で形成されていることが望ましい。
また本発明は、シリコン融液に基板表面を浸漬させ、その後基板をシリコン融液から引き離して、基板表面上に薄膜の板状シリコンを成長させる前記板状シリコンの製造方法であって、前記基板は板状シリコンの第１面を形成する基板第一面と、該基板第一面に連続し、板状シリコンの他の面を形成する基板他面を有し、該基板他面の法線ベクトルは前記基板第一面の法線ベクトルと、反平行あるいは鈍角をなす面を少なくとも１つ含むことを特徴とする板状シリコンの製造方法である。ここで、基板の基板第一面の周縁部には、シリコン融液浸漬方向に平行な少なくとも２本の溝で堀構造が形成されていることが望ましい。
また板状シリコンの製造方法において前記板状シリコンの第一面と連続する他の面は、基板の進行方向の前方部から形成されることが望ましい。
更に本発明は、前記板状シリコンの第一面を用いて作製したことを特徴とする太陽電池である。
また本発明は、板状シリコンの第一面を形成する基板第一面と、該基板第一面に連続し、板状シリコンの他の面を形成する基板他面を有する板状シリコン製造用基板において、該基板他面の法線ベクトルは前記基板第一面の法線ベクトルと、反平行あるいは鈍角をなす面を少なくとも１つ含むことを特徴とする板状シリコン製造用基板である。ここで基板の基板第一面の周縁部には、好ましくはシリコン融液浸漬方向に平行な少なくとも２本の溝で堀構造が形成されている。該堀構造は基板第一面の周縁部に沿って溝が３本形成されているいることが好ましい。
従来の板状シリコン製造方法で板状シリコンを製造した場合、板状シリコンが坩堝中や坩堝外に落下してしまうという問題があった。本発明は基板の形状を基板他面の法線ベクトルは前記基板第一面の法線ベクトルと、反平行あるいは鈍角をなす面を少なくとも１つ含む構成にすることで、基板表面に成長する板状シリコンと、基板が係合部を形成して板状シリコンの製造時に基板から落下するのを防止することができる。
また板状シリコンは、基板の板状シリコンの成長面だけでなく、成長基板前後面および側面にも成長するため、板状シリコン成長後の降温時に、板状シリコンと成長基板材質の膨張係数の違いおよび、温度変化の時間的な遅れのために、板状シリコン面内に残留応力が残る場合があるが、基板表面に突起を形成したり、堀構造を採用することで、かかる問題を解決し板状シリコンにクラックが生じるのを軽減できる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の板状シリコンの概略斜視図である。
図２は、本発明の板状シリコンの概略斜視図である。
図３は、本発明の板状シリコンの概略斜視図である。
図４Ａは、本発明の板状シリコンの作製に用いる基板の概略斜視図であり、図４Ｂは、同じ基板を他方向から見たときの概略斜視図である。
図５は、本発明の板状シリコンの作製に用いる基板の概略斜視図である。
図６は、本発明の板状シリコンの作製に用いる基板の概略斜視図である。
図７Ａは、本発明の板状シリコンの作製に用いる基板の概略斜視図であり、図７Ｂは、その部分拡大図である。
図８Ａは、本発明の板状シリコンの作製に用いる基板の概略斜視図、図８Ｂは図８ＡにおいてＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢに沿って成長した板状シリコンの断面図、図８Ｃは図８ＡにおいてＶＩＩＩＣ−ＶＩＩＩＣに沿って成長した板状シリコンの断面図、図８Ｄは図８ＡにおいてＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢに沿った基板の断面図、図８Ｅは、その部分拡大図である。
図９は、本発明の板状シリコンの製造に用いられる装置の概略断面図である。
図１０Ａは、本発明の板状シリコンの作製に用いられる基板の概略斜視図、図１０Ｂは図１０ＡにおいてＸＢ−ＸＢに沿って成長した板状シリコンの断面図、図１０Ｃは図１０ＡにおいてＸＣ−ＸＣに沿って成長した板状シリコンの断面図である。図１０Ｄは図１０ＡにおいてＸＢ−ＸＢに沿った基板の断面図である。
図１１Ａは、本発明の板状シリコンの作製に用いる基板の概略斜視図、図１１Ｂは図１１ＡにおいてＸＩＢ−ＸＩＢに沿って成長した板状シリコンの断面図、図１１Ｃは図１１ＡにおいてＸＩＣ−ＸＩＣに沿って成長した板状シリコンの断面図、図１１Ｄは図１１ＡにおいてＸＩＢ−ＸＩＢに沿った基板の断面図である。
図１２Ａは、本発明の板状シリコンの作製に用いる基板の概略斜視図、図１２Ｂは図１２ＡにおいてＸＩＩＢ−ＸＩＩＢに沿って成長した板状シリコンの断面図、図１２Ｃは図１２ＡにおいてＸＩＩＣ−ＸＩＩＣに沿って成長した板状シリコンの断面図、図１２Ｄは図１２ＡにおいてＸＩＩＢ−ＸＩＩＢに沿った基板の断面図である。
図１３Ａは、本発明の板状シリコンの作製に用いる基板の概略斜視図、図１３Ｂは図１３ＡにおいてＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢに沿って成長した板状シリコンの断面図、図１３Ｃは図１３ＡにおいてＸＩＩＩＣ−ＸＩＩＩＣに沿って基板に板状シリコンが成長した状態の断面図である。
図１４Ａは、本発明の板状シリコンの作製に用いられる基板の概略斜視図、図１４Ｂは図１４ＡにおいてＸＩＶＢ−ＸＩＶＢに沿って成長した板状シリコンの断面図、図１４Ｃは図１４ＡにおいてＸＩＶＣ−ＸＩＶＣに沿った基板の断面図である。
図１５Ａは、本発明の板状シリコンの作製に用いられる基板の概略斜視図、図１５Ｂは図１５ＡにおいてＸＶＢ−ＸＶＢに沿って成長した板状シリコンの断面図、図１５Ｃは図１５ＡにおいてＸＶＣ−ＸＶＣに沿った基板の断面図である。
図１６Ａは、本発明の板状シリコンの作製に用いられる基板の概略斜視図、図１６Ｂは図１６ＡにおいてＸＶＩＢ−ＸＶＩＢに沿って成長した板状シリコンの断面図、図１６Ｃは図１６ＡにおいてＸＶＩＣ−ＸＶＩＣに沿った基板の断面図である。
図１７Ａは、本発明の板状シリコンの作製に用いられる基板の概略斜視図、図１７Ｂは図１７ＡにおいてＸＶＩＩＢ−ＸＶＩＩＢに沿って成長した板状シリコンの断面図、図１７Ｃは図１７ＡにおいてＸＶＩＩＢ−ＸＶＩＩＢに沿って基板に板状シリコンが成長した状態の断面図である。
図１８Ａは、本発明の板状シリコンの作製に用いられる基板の概略斜視図、図１８Ｂは図１８ＡにおいてＸＶＩＩＩＢ−ＸＶＩＩＩＢに沿って成長した板状シリコンの断面図、図１８Ｃは図１８ＡにおいてＸＶＩＩＩＢ−ＸＶＩＩＩＢに沿って基板に板状シリコンが成長した状態の断面図である。
図１９Ａは、本発明の板状シリコンの作製に用いられる基板の概略斜視図、図１９Ｂは図１９ＡにおいてＸＩＸＢ−ＸＩＸＢに沿って成長した板状シリコンの断面図、図１９Ｃは図１９ＡにおいてＸＩＸＣ−ＸＩＸＣに沿った成長した板状シリコンの断面図、図１９Ｄは図１９ＡにおいてＸＩＸＣ−ＸＩＸＣに沿った基板の断面図である。
図２０Ａは、本発明の板状シリコンの作製に用いられる基板の概略斜視図、図２０Ｂは図２０ＡにおいてＸＸＢ−ＸＸＢに沿って成長した板状シリコンの断面図、図２０Ｃは図２０ＡにおいてＸＸＣ−ＸＸＣに沿って成長した板状シリコンの断面図である。
図２１Ａは、板状シリコンの作製に用いられる比較例の基板の概略斜視図、図２１Ｂは図２１ＡにおいてＸＸＩＢ−ＸＸＩＢに沿って成長した板状シリコンの断面図、図２１Ｃは図２１ＡにおいてＸＸＩＣ−ＸＸＩＣに沿った基板の断面図である。
図２２Ａは、板状シリコンの作製に用いられる比較例の基板の概略斜視図、図２２Ｂは図２２ＡにおいてＸＸＩＩＢ−ＸＸＩＩＢに沿って成長した板状シリコンの断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明は、板状シリコン、板状シリコンの製造方法、その板状シリコンを用いた太陽電池、および板状シリコン製造用基板に関するものである。
（板状シリコン）
本発明は、基板をシリコン融液に浸漬させて、該基板表面に形成される板状シリコンであって、該板状シリコンは主要面となる第一面と、該第一面に連続して形成される他の面を有する。ここで他の面は少なくとも１つの面で構成され、少なくとも１つの面は、前記第一面の法線ベクトルと、その他の面の法線ベクトルが反平行あるいは鈍角をなすことで、第一面と他の面は前記基板の係合部を形成する。
図１を用いて、本発明における板状シリコンの特徴について説明する。本発明による板状シリコンＳ１は端部においてレ字型の断面形状を呈する部分を有しており、第一面１１Ａと他の面としての第二面１２Ａで構成され、第一面１１Ａと第二面１２Ａが境界線１３Ａで屈曲し、連続して形成されている。ここで第一面１１Ａ上の法線ベクトルＶ１１Ａと、第二面２Ａ上の法線ベクトルＶ１２Ａのなす角度は、鈍角を形成している。
本発明において、法線ベクトルＶ１１Ａ及びＶ１２Ａは、連続した面上に、法線ベクトルを定義することとしている。すなわち、ベクトルを定義する際には、板状シリコンを製造するときの基板に接している面であれば、両ベクトルとも基板に接している面からの法線ベクトルを選択する。こうすることにより、法線ベクトルＶ１１ＡとＶ１２Ａの角度を定義することが可能となる。
本発明による法線ベクトルが反平行であるということは、この２本の法線ベクトルが反対方向を向いていることを示す。また、本発明での略平面とは、板状シリコン面内に部分的に存在する凹凸を有するものも含む。例えば略平面として、小さい凹凸、板厚むらまたは反りなどを含む。ここで小さい凹凸とは板状シリコン表面の２００μｍ程度の凹凸、規則性の良好な凹凸を含む。また反りは、全体で３００μｍ程度の反りまでを含む。
なお、図１の符号番号に付記している添え字Ａは、符号番号部分が略平面形状であることを示している。本発明において、第一面の法線ベクトルとそれと連続した他の面をなす第二面の法線ベクトルが反平行、あるいは鈍角をなす。ここで法線ベクトルがなす角度は、１２０°以上で１８０°以下が望ましい。図１において、法線ベクトルのなす角は、第一面と第二面とのなす角αと同じとなる。この角度αは、９０°以上、１２０°未満の場合にも目的を達することは可能であるが、１２０°以上にすることで、さらに効果が増し、歩留まりがさらに向上する。また、後述するが融液に成長基板を浸漬させて板状シリコンを作製する場合、角度αが１８０°以上の面がある場合には、板状シリコンを基板から取り外すためには、無理な力を加えることになり、得られる板状シリコンを破損したり、あるいは成長基板を破損するなどの問題がある。
図１では、第一面１１Ａと第二面１２Ａとも平面で示しているが、必ずしも平面である必要はなく、得られた板状シリコンのうち、製品として用いる部分が少なくとも略平面であればよい。すなわち、上述のように板状シリコンの略平面部分に凹凸があったり、反っていたりしていても良い。得られた板状シリコンから、太陽電池などの平面的なデバイスを作製するのであれば、板状シリコンは平面である方がより好ましい。
次に図２は本発明の他の実施形態における板状シリコンの概略斜視図を示す。図２において、板状シリコンＳ２は、端部がレ字型の断面形状を呈する部分を有しており、第一面２１Ａと他の面をなす第二面２２Ｂで構成され、第一面２１Ａと第二面２２Ｂが境界２３Ａで湾曲し、連続して形成されている。図において、第一面２１Ａ上の法線ベクトルＶ２１Ａと第二面２２Ｂ上の法線ベクトルＶ２２Ｂは、鈍角を形成している。ここにおいても、法線ベクトルＶ２１Ａ及びＶ２２Ｂは、連続した面上に法線ベクトルを定義することとしている。このような形状の板状シリコンにおいて、法線ベクトルＶ２１ＡとＶ２２Ｂの定義する位置を境界線２３Ａの周縁部にすると、法線ベクトルのなす角は、鋭角になる場合がある。しかしながら、本発明では法線ベクトルのなす角が、鈍角もしくは、反平行になる部分が少なくとも一つあればよい。すなわち、法線ベクトルのなす角が鋭角となる部分を含んでいても構わない。言い換えれば、法線ベクトルのなす角が、鈍角もしくは反平行になる他の面が存在していれば良い。図２の符号番号の付記している添え字Ｂは、略平面形状を示している。
図１および図２は、板状シリコンが第一面と第二面が連続して２面存在している場合の板状シリコンの概略斜視図であったが、本発明の板状シリコンにおいて他の面の数は少なくとも１面は必要であり、それ以上であってもよい。特に、基板との安定した係合部を形成し歩留まりを向上するため、他の面は複数面で構成することがより好ましい。
図３において、本発明の板状シリコンＳ３は、端部にコ字型の断面形状を呈する部分を有しており、第一面３１Ａ、境界線３３Ａ、第二面３２Ａと第三平面３４Ａとが連続して形成されている。これらの３つの面に対応した法線ベクトルの一つが、それぞれＶ３１Ａ、Ｖ３２Ａ、Ｖ３４Ａであり、第一面のベクトルＶ３１Ａと第三平面のベクトルＶ３４Ａが反平行にある。これは連続した面上からの法線ベクトルが、反対方向であることになる。このように第一面３１Ａ、第二面３２Ａおよび第三平面３４Ａを三面構造にすることによって、これらの部分が基板との係合部を形成し、融液に基板を浸漬させて板状シリコンを作製する場合においても、大幅に歩留まりが向上する。ここで他の面は第二面３２Ａおよび第三平面３４Ａで構成される。
（基板）
次に、前述の板状シリコンを作製するための基板について説明する。図１から図３に示した板状シリコンＳ１からＳ３は、それぞれ図４Ａ、図５および図６に示した基板Ｃ４からＣ６を用いることで作製可能となる。
すなわち、図１の板状シリコンＳ１は、図４Ａの基板Ｃ４を用いることで容易に作製可能である。図４Ａおよび図４Ｂはそれぞれ異なる方向からの基板の概略斜視図である。図１の板状シリコンの第一面１１Ａは基板Ｃ４の基板第一面４５Ａで成長し、第二面１２Ａは境界線４７Ａを介して形成された基板第二面４６Ａから成長することになる。同様に、図２の板状シリコンＳ２の第一面２１Ａは図５の基板Ｃ５の基板第一面５５Ａから成長し、第二面２２Ｂは基板他面を構成する基板第二面５６Ｂから成長することになる。また、図３の板状シリコンＳ３の第一面３１Ａは図６の基板Ｃ６の基板第一面６５Ａから成長し、第二面３２Ａは基板第二面６６Ａから成長し、第三面３４Ａは基板第三面６８Ａから成長することになる。ここで基板第二面６６Ａおよび基板第三面６８Ａは基板他面を構成する。このように、基板の形状を変更することにより、得られる板状シリコンは異なった形状の係合部を形成して、板状シリコンの落下を防止し、歩留まり向上に繋がる。
本発明における板状シリコンと、その板状シリコンを作製する基板とは形状が全く対応している必要はない。完全に対応した形状であると、板状シリコンと基板が密着していることになり、得られた板状シリコンから太陽電池などのデバイスを作製するのが困難になるためである。
一方、基板においても同様なことが言える。基板第一面と、該基板第一面に連続して形成される基板他面を有する板状シリコン製造用基板において、該基板他面は、その法線ベクトルが前記第一面の法線ベクトルと、反平行あるいは鈍角をなす少なくとも１つの面を含むことを特徴とする。これは、少なくとも第一面と、他面とが連続してなる板状シリコン作製用の基板において、前記第一面を有する板状シリコンが成長する基板第一面の法線ベクトルと、前記他面が成長する基板の法線ベクトルとが反平行、あるいは鈍角をなす。すなわち本発明の板状シリコンを作製するための基板において、前記基板他面は複数の面で構成されるが、これらの面のうち、少なくとも１つの法線ベクトルが、前記基板第一面の法線ベクトルと鈍角もしくは、反平行になることを意味する。
図７Ａは本発明の基板の概略斜視図を示す。図において基板第一面７５Ａの法線ベクトルＶ７５Ａと、基板第二面７６Ａの法線ベクトルＶ７６Ａと、基板第三面７８Ａの法線ベクトルＶ７８Ａにおいて、法線ベクトルＶ７５ＡとＶ７８Ａが鈍角をなしている。一方、法線ベクトルＶ７５ＡとＶ７６Ａとのなす角は鋭角であるが、基板他面を構成する複数の法線ベクトルの中で、反平行もしくは鈍角をなす面が含まれていればよい。図７Ｂにおいて、基板第一面７５Ａと基板第二面７６Ａのなす角度γ７Ａは鈍角であり、基板第二面７６Ａと基板第三面７８Ａのなす角度γ７Ｂは鋭角となる。
さらに、本発明の板状シリコンを作製する基板は、図８Ａおよび、図１０Ａ、図１１Ａおよび図１２Ａに概略斜視図が示されている形状であってもよい。
図８Ａは図８Ｂおよび図８Ｃの板状シリコンＳ８を作製するための基板Ｃ８の概略斜視図である。図８Ｄは、図８Ａの基板のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢに沿った概略断面図であり、図８Ｅは、図８Ｄの部分拡大図である。そして図８Ｂは図８Ｄの表面に形成された板状シリコンの概略断面図である。同様に、図８Ｃは、図８Ａの基板のＶＩＩＩＣ−ＶＩＩＩＣに沿った断面上に形成された板状シリコンの概略断面図である。
図８Ｅにおいて、基板第二面８６Ａと基板第三面８８Ａのなす角度γ８Ａは鈍角であり、基板第三面８８Ａと基板第四面８９Ａのなす角度γ８Ｂも鈍角となる。
図８Ｂの板状シリコンは、図６の基板を用いて作製したときの板状シリコンの断面図とほぼ同じ断面形状で、第一面８１Ａ、第二面８２Ａ及び第三面８３Ａの３面構造を有しており、図８Ｃでは第一面８１Ａと第二面８２Ｃの２面構造を有する断面形状となる。すなわち、一枚の板状シリコンにおいて、断面形状が異なるように本発明の板状シリコンおよび基板を構成することもできる。つまり板状シリコンのある断面では２面構造であっても、他の断面において３面構造になっても構わないことを意味する。この図においては、第一面、第二面、第三面を有する板状シリコンは、すべて平面構造で示しているが、曲面構造を有していてもよい。
図１０Ｂには断面が三面構造、図１１Ｂには断面が四面構造、図１２Ｂには断面が三面構造であり、その一部の１面は曲面形状を有する板状シリコンを示している。このような複数の面で構成された基板を用いることで、さらに高い歩留まりで板状シリコンが得ることができる。
図１０Ａは図１０Ｂおよび図１０Ｃの板状シリコンＳ１０を作製するための基板Ｃ１０の概略斜視図である。図１０Ｄは、図１０Ａの基板のＸＢ−ＸＢに沿った概略断面図である。そして図１０Ｂは図１０Ｄの表面に形成された板状シリコンの概略断面図である。同様に、図１０Ｃは、図１０Ａの基板のＸＣ−ＸＣに沿った断面上に形成された板状シリコンの概略断面図である。
図１０Ｂでは、第一面１０１Ａと、第二面１０２Ａと、第三面１０３Ａとの３面で構成されており、第一面１０１Ａは、第二面１０２Ａと連続しており、角度α１０を形成している。この図において、第一面１０１Ａと第二面１０２Ａの法線ベクトルが鈍角を形成していることになる。ここで第一面１０１Ａは基板第一面１０５Ａ上に形成される。
また、図１０Ｃでは、第一面１０１Ａと、第二面１０２Ｃとの２面で構成されており、第一面１０１Ａは、第二面１０２Ｃと連続しており、角度β１０を形成している。
図１０Ｂにおいて、第一面の長さＬ１０１Ａは、第二面の長さＬ１０２Ａや、第三面の長さＬ１０３Ａよりも長い。これは、第一面に形成された板状シリコンを太陽電池などのデバイスとして用いるためであり、製品に使用する部分の長さＬ１０１Ａを一番長く、すなわち第一面１０１Ａの面積を一番大きくすることで生産効率を高くできるためである。
また、第一面の長さＬ１０１Ａは、５０ｍｍ以上が好ましい。より好ましくは、１００ｍｍ以上である。これは、第一面の長さＬ１０１Ａが長ければ長いほど、一回の浸漬で得られる板状シリコンが大きくなり、原料ロスが少なくなり、低コストの板状シリコンを提供することが可能となる。同様に、図１０Ｃにおける第一面の長さＬ１０１Ａは、第二面の長さＬ１０２Ｃよりも長いのが好ましい。
第二面の長さＬ１０２Ａは、１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下が好ましい。より好ましくは、２ｍｍ以上、１５ｍｍ以下である。これは、第二面の長さＬ１０２Ａは、得られる板状シリコンの歩留まりに大きく影響を及ぼすためである。第二面の長さが１ｍｍ以下の場合は、板状シリコンＳ１０が成長しても基板Ｃ１０から容易に剥離してしまい、シリコン融液中に落下する恐れが生じる。１ｍｍ以上の長さがあると、第一面１０１Ａと第二面１０２Ａとで、基板を掴んだ状態になり、落下する恐れが少なくなる。
板状シリコンＳ１０の落下は、板状シリコンの第一面１０１Ａと第二面１０２Ａとのなす角度α１０によっても、大きな影響を及ぼす。すなわち、角度α１０が小さければ小さいほど、板状シリコンＳ１０が引っかかる確率が大きくなる。好ましくは、角度α１０は、８０°以下、より好ましくは、１０°以上、６０°以下である。１０°以下になると、基板Ｃ１０の先端部分も、先が尖った形状になり、融液からの熱の影響を受けやすい形状になり、余り好ましくない。先端部が尖っていると、融液からの熱影響を受けて、基板の再利用が困難になるためである。
さらに、板状シリコンの落下を防ぐには、第一面１０１Ａと第二面１０２Ｃとのなす角度β１０によっても影響される。これは、角度α１０で図示された部分の掴み部分が、上手く引っ掛からなかった場合には、角度β１０で図示された部分が、第二の掴み部分として作用する。そのために、角度α１０と角度β１０との角度は、異なっていることが好ましい。より好ましくは、角度α１０は、角度β１０よりも小さいことが好ましい。
また、より落下を抑制するために、掴み部分を複数有するような場合は、複数の面で構成される角度の小さい掴み部分を、基板の中央部に配置することが好ましい。
さらに、本発明の板状シリコンを作製する基板は、図１１Ａに概略斜視図が示されている形状であってもよい。図１１Ａは図１１Ｂおよび図１１Ｃの板状シリコンＳ１１を作製するための基板Ｃ１１の概略斜視図である。図１１Ｄは、図１１Ａの基板のＸＩＢ−ＸＩＢに沿った概略断面図である。そして図１１Ｂは図１１Ｄの基板表面に形成された板状シリコンの概略断面図である。同様に、図１１Ｃは、図１１Ａの基板のＸＩＣ−ＸＩＣに沿った断面上に形成された板状シリコンの概略断面図である。
図１１Ｂに示す板状シリコンは、第一面１１１Ａと、他の面として第二面１１２Ａ、第三面１１３Ａおよび第四面１１４Ａを含み合計４面で構成されている。これは、第一面１１１Ａと第三面１１３Ａの法線ベクトルが鈍角を形成している場合である。図１１Ｂ、図１１Ｃにおいても、第一面の長さＬ１１１Ａは、第二面の長さＬ１１２Ａや第三面の長さＬ１１３Ａよりも長い方が好ましい。ここで第一面の長さＬ１１１Ａは基板Ｃ１１の基板第一面１１５の長さに対応する。このように、法線ベクトルが鈍角を形成する第一面１１１Ａと第三面１１３Ａ、１１３Ｃの間に、他の面１１２Ａが存在していても良い。
また、本発明の板状シリコンを作製する基板は、図１２Ａに概略斜視図が示されている形状であってもよい。図１２Ａは図１２Ｂおよび図１２Ｃの板状シリコンＳ１２を作製するための基板Ｃ１２の概略斜視図である。図１２Ｄは、図１２Ａの基板のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢに沿った概略断面図である。そして図１２Ｂは図１２Ｄの基板表面に形成された板状シリコンの概略断面図である。同様に、図１２Ｃは、図１２Ａの基板のＸＩＩＣ−ＸＩＩＣに沿った断面上に形成された板状シリコンの概略断面図である。
図１２Ｂに示す板状シリコンは、第一面１２１Ａと、他の面として第二面１２２Ｂおよび第三面１２３Ａを含み、合計３面で構成されている。この図において、第一面１２１Ａと第二面１２２Ｂの法線ベクトルが鈍角を形成することになる。第二面１２２Ｂは曲面構造であるために、複数本の法線ベクトルが考えられるが、この図においては、第三面に近い側をベクトルの始点とすることで、第一面１２１Ａの法線ベクトルと鈍角を形成することになる。このように、第一面と他の面の法線ベクトルが鈍角を形成するためには、平面であってもいいし、曲面であっても構わない。ここで第一面の長さＬ１２１Ａは基板Ｃ１２の基板第一面１２５Ａの長さに対応する。
さらに、本発明の板状シリコンを作製する基板は、図１３から図１６に示すように基板の周縁部に沿った堀構造を有することが好ましい。図１３Ａは板状シリコンＳ１３を作製するための基板Ｃ１３の概略斜視図であり、図１３Ｃは、図１３Ａの基板Ｃ１３上でＸＩＩＩＣ−ＸＩＩＩＣに沿ってシリコンＳ１３が作製された状態の断面図である。ここで第一面１３１Ａは両側の堀構造Ｆ１３でその周縁部と分離されている。図１３Ｂは、図１３Ａの基板Ｃ１３上に形成されたＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢに沿って作成された板状シリコンＳ１３の断面図である。図１３Ａの基板は、基板第一面１３５Ａおよび第二面１３６Ａに堀構造Ｆ１３が形成されている点を除き、図８の基板と形状は同じである。この堀構造Ｆ１３は、板状シリコンの主として製品として用いる部分と、基板第一面１３５Ａの周縁部分１３５ａおよび基板第二面１３６Ａの周縁部分１３６ａとに成長したシリコンを分離するものである。この堀構造Ｆ１３の周縁部分に成長したシリコンも容易に剥離することが可能であるため、連続生産にも支障をきたすことはなく、さらに、製品となる板状シリコンの品質のバラツキを抑制する。
ここで、堀構造Ｆ１３の機能について簡単に説明する。シリコン融液と基板の表面張力は大きいため、図１３Ｃに示すように、シリコン融液は基板第一面１３５Ａ及び周縁部分１３５ａと接触するが、適切な寸法の堀構造Ｆ１３とシリコン融液とは接触しない。そのために、基板第一面１３５Ａの表面で結晶成長した板状シリコンと周縁部分１３５ａの表面で結晶成長した基板周縁部のシリコンとは堀構造Ｆ１３を挟んで分離される。
また、堀構造Ｆ１３は、基板周縁部のシリコンと第一面とのシリコンとが、分離する機能を果たせばどのような形状であっても構わない。堀構造の溝の断面形状は矩形、台形あるいは三角形等が採用できるが、特に、溝の加工の簡便さから、矩形の断面形状が好ましい。また、堀構造Ｆ１３の溝幅Ｗ１３は、１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下が好ましい。より好ましくは、２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下である。溝幅Ｗ１３が１ｍｍ未満であると、基板周縁部のシリコンと、第一面のシリコンの分離が確実ではなくなるためであり、溝幅Ｗ１３が２０ｍｍを超えると、材料の利用効率が悪くなるためである。また、堀構造Ｆ１３の溝深さＤ１３は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。より好ましくは、２ｍｍ以上、５ｍｍ以下である。溝深さＤ１３が２ｍｍ未満であると、基板周縁部のシリコンと、第一面のシリコンの分離が確実ではなくなるためであり、溝深さＤ１３が１０ｍｍを超えると、堀構造にシリコンが埋まるだけでなく、基板の強度が弱くなり、基板が破損する可能性も生じるためである。
しかしながら、基板サイズが大きくなると、第一面のシリコンと基板周縁部のシリコンとが分離しにくくなる傾向があるため、シリコン融液の表面張力や、シリコン成長時の雰囲気、基板の移動速度などの板状シリコンの成長の諸条件によっても、分離状態は変化するため、適宜変更する必要がある。
図１３Ａにおいては堀構造は、基板の浸漬方向に沿った２本の溝と、浸漬後方部分に前記溝と直角に設けられた１本溝の合計３本の溝が示されているが、基板の浸漬方向に沿った２本の溝のみで構成することもできる。また図１３Ａに示す堀構造は、第一面１３５Ａにコの字型で形成されているが、太陽電池は、正方形もしくは長方形の形状であることが多いため、材料の利用効率からこの形状が好ましい。また、意匠性の向上のためには、４本以上の堀で形成しても特に問題はない。すなわち、得られる板状シリコンの形状が五角形や、六角形であっても構わない。
図１４から図１６においても基板堀構造を設けており、板状シリコンの製品となる部分と周縁部分とを分離することが可能となる。
図１４Ａは板状シリコンＳ１４を作製するための基板Ｃ１４の概略斜視図であり、図１４Ｃは、図１４ＡのＸＩＶＣ−ＸＩＶＣに沿った断面図である。図１４Ｂは、図１４Ａの基板Ｃ１４上で図１４ＡのＸＩＶＢ−ＸＩＶＢに沿って形成された板状シリコンＳ１４の断面図である。図１４Ａの基板は、基板第一面１４５Ａおよび第二面１４６Ａに堀構造Ｆ１４が形成されている点を除き、図１０Ａの基板と形状は同じである。
図１４Ｂは、第一面１４１Ａと第二面１４２Ａと第三面１４３Ａとの３面で構成された板状シリコンの断面図である。この図において、第一面１４１Ａの法線ベクトルと第二面１４２Ａの法線ベクトルとが鈍角を形成している。この場合においても、３本の溝で堀構造を形成し、基板周縁部のシリコンと、第一面１４１Ａとを分離することが可能となる。このとき第二面１４２Ａと第三面１４３Ａは、堀構造Ｆ１４で挟まれた位置に存在することになる。すなわち、堀構造Ｆ１４は、第一面１４１Ａや第二面１４２Ａや第三面１４３Ａには影響を与えない位置に設けられている。このように、堀構造によって分離された領域は、基板Ｃ１４から剥離することができ、容易に製品に用いることができる。ここで堀構造の溝幅Ｗ１４、溝深さＤ１４は、前述の堀構造と同様にすることができる。
図１５Ａは板状シリコンＳ１５を作製するための基板Ｃ１５の概略斜視図であり、図１５Ｃは、図１５ＡのＸＶＣ−ＸＶＣに沿った断面図である。図１５Ｂは、図１５Ａの基板Ｃ１５上で図１５ＡのＸＶＢ−ＸＶＢに沿って形成された板状シリコンＳ１５の断面図である。図１５Ａの基板は、基板第一面１５５Ａおよび第二面１５６Ａに堀構造Ｆ１５が形成されている点を除き、図１１Ａの基板と形状は同じである。
図１５Ｂでは、第一面１５１Ａと、第二面１５２Ａと、第三面１５３Ａと、第四面１５４Ａの４面で構成された板状シリコンＳ１５の断面図である。この図において、第一面１５１Ａの法線ベクトルと第三面１５３Ａの法線ベクトルとが鈍角を形成している。図１５Ｃに示される如く、堀構造Ｆ１５の溝の断面図は、三角形状を有している。このような断面形状であっても、堀構造として十分な機能を発揮し、板状シリコンを周縁部と第一面との分離が可能となる。三角形の断面を有する堀構造Ｆ１５を用いた場合でも、矩形を用いた時と同様に、溝幅Ｗ１５や溝深さＤ１５は前述した寸法が採用できる。
図１６Ａは板状シリコンＳ１６を作製するための基板Ｃ１６の概略斜視図であり、図１６Ｃは、図１６ＡのＸＶＩＣ−ＸＶＩＣに沿った断面図である。図１６Ｂは、図１６Ａの基板Ｃ１６上で図１６ＡのＸＶＩＢ−ＸＶＩＢに沿って形成された板状シリコンＳ１６の断面図である。図１６Ａの基板は、基板第一面１６５Ａに堀構造Ｆ１６が形成されている点を除き、図１２Ａの基板と形状は同じである。
図１６Ｂは、第一面１６１Ａと、第二面１６２Ｂと、第三面１６３Ａとの３面で構成された板状シリコンの断面図である。この図において、第一面１６１Ａの法線ベクトルと第二面１６２Ｂの法線ベクトルとが鈍角を形成している。第二面１６２Ｂは、曲面構造であるために、複数本の法線ベクトルが考えられるが、この図においては、第三面１６３Ａに近い側をベクトルの始点とすることで、第一面１２１Ａの法線ベクトルと鈍角を形成することになる。
図１６Ｃに示される如く堀構造Ｆ１６の溝の断面図は、台形状を有している。このような断面形状であっても、堀構造として十分な機能を発揮し、周縁部のシリコンと第一面との分離が可能となる。台形の断面を有する堀構造Ｆ１６を用いた場合でも、矩形を用いた時と同様に、溝幅Ｗ１６や溝深さＤ１６は、前述した寸法が採用できる。しかしながら、図１６Ｃに示す台形状の堀構造Ｆ１６を有する基板Ｃ１６を用いる場合の堀構造の溝幅Ｗ１６は、矩形の溝の堀構造を有する基板を用いるよりも若干幅が狭い方が好ましい。
図１３から図１６に示したように、第一面と、他の面が連続してなる板状シリコンにおいて、第一面の法線ベクトルと、他の面を構成する少なくとも１つの面の法線ベクトルとが反平行、あるいは鈍角をなしており、さらには、第一面の周縁部に堀構造を設けることにより、格段に板状シリコンの回収率が向上することになる。
なお本発明において基板の周縁部に堀構造を設けることで、基板表面に成長した板状シリコンは、基板第一面に形成される板状シリコンと、周縁部に形成される板状シリコンは、前記堀構造で容易に分離される。したがって太陽電池を作製する際、厚さむらが存在する板状シリコンの縁部を切り取る手数をかけることなく製品として用いることができる。また基板第一面に形成される板状シリコンは堀構造で縁部から容易に分離されるため、冷却時の熱収縮で応力歪が発生するのが軽減できる。
次に、図１７から図１９に示す如く、基板に堀構造と突起構造を有する形状でも、本発明の板状シリコンは作製可能となる。
図１７Ａは板状シリコンＳ１７を作製するための基板Ｃ１７の概略斜視図である。図１７Ｂは、図１７ＡのＸＶＩＩＢ−ＸＶＩＩＢに沿って作製された板状シリコンＳ１７の断面図である。図１７Ｃは、図１７ＡのＸＶＩＩＢ−ＸＶＩＩＢに沿って基板Ｃ１７の上に板状シリコンＳ１７が作製された状態の断面図である。図１７Ｂにおいて、板状シリコンＳ１７の第一面１７１Ａの法線ベクトルＶ１７１Ａと、第二面１７２Ａの法線ベクトルＶ１７２Ａは、鈍角を形成している。
図１７Ａにおいて、基板の結晶成長面には融液の浸漬方向（図においてＰで示す）に対して、平行な２本の突起Ｋ１７が基板の周縁部に形成されている。一対の突起Ｋ１７は、基板断面図が示される図１７Ｃにおいて、突起内面で構成される基板第二面１７６Ａは、基板第一面１７５Ａと鋭角、好ましくは３０度〜６０度で形成される。そして突起Ｋ１７の高さＨＫ１７は、好ましくは２ｍｍ以上、特に、２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に設定される。
かかる突起Ｋ１７を有する基板Ｃ１７上でシリコン融液を固化し、板状シリコンが形成する場合、シリコンは融点から急激に温度が下がり熱収縮を起こす。一方、基板側は、シリコン融液から熱を受け熱膨張を起こす。ここで、板状シリコンと基板が完全に係合する構造であれば、両者は相互に反対方向の力が作用し、基板からの剥離が困難になったり、板状シリコンが割れたり、クラックを生じさせたりする。図１７Ａに示す形状の基板Ｃ１７を用いると、熱によるシリコンの収縮と基板の膨張が生じても、両者は反対方向の力が作用せず、板状シリコンに歪を生じることなく、基板から板状シリコンを容易に剥離することができる。
図１７Ａに示す基板に板状シリコンを成長させ、これを基板から分離する場合、基板側を固定しておき、板状シリコンを基板の浸漬方向に移動させることで容易に分離できる。
このように得られる板状シリコンには、応力が加わらないために、高品質で、ばらつきの少ない板状シリコンを得ることが可能となる。その結果、板状シリコンから太陽電池などのデバイスを作製した場合、高性能でしかも安価な太陽電池を作製することが可能となる。
かかる形状の基板Ｃ１７に堀構造Ｆ１７を適用することで、製品に用いられる板状シリコンの第一面１７１Ａと、基板の周縁部に形成されるシリコンとの分離が容易となる。ここで堀構造Ｆ１７における、溝幅Ｗ１７および溝深さＤ１７は、前述と同様な形状が採用できる。かかる堀構造により、品質のばらつきのある基板周縁部に成長したシリコンを製品に用いる必要がなく、板状シリコン製造時において基板やシリコン融液から受ける熱応力が少なくなる。そのために、板状シリコンの第一面１７１Ａには、品質の低下や、ばらつきが少なくなる。これは、シリコン融液から直接板状シリコンを作製したときに顕著である。
なお図１７Ｂでは、板状シリコンの第一面１７１Ａの左右に突起Ｋ１７に形成された第二面１７２Ａが２個形成された場合を図示しているが、これに限定されない。
図１８Ａは板状シリコンＳ１８を作製するための基板Ｃ１８の概略斜視図である。図１８Ｂは、図１８ＡのＸＶＩＩＩＢ−ＸＶＩＩＩＢに沿って作製された板状シリコンＳ１８の断面図である。図１８Ｃは、図１８ＡのＸＶＩＩＩＢ−ＸＶＩＩＩＢに沿って基板Ｃ１８の上に板状シリコンＳ１８が作製された状態の断面図である。
図１８Ａにおいて、基板の結晶成長面には融液の浸漬方向（図においてＰで示す）に対して、平行な２対の突起Ｋ１８ａ、突起Ｋ１８ｂが基板の周縁部に形成されている。突起Ｋ１８は基板断面図が示される図１８Ｃにおいて、突起内面で構成される基板第二面１８６Ａは、基板第一面１８５Ａと鋭角を形成する。
図１８Ａに示す基板Ｃ１８を用いた場合は、板状シリコンの第一面１８１Ａと連続して形成される第二面は４個形成される。この第二面は基板Ｃ１８からの板状シリコンＳ１８の落下を抑制する働きをすることから、左右に複数個存在する方がより好ましい。このような基板Ｃ１８を用いた場合においても、板状シリコンは基板から受ける応力が少ないために、板状シリコンＳ１８を浸漬方向に移動させることで容易に剥離することができる。ここで、堀構造Ｆ１８の溝幅Ｗ１８、溝深さＤ１８は前述の形状、寸法が採用できる。
図１９Ａは板状シリコンＳ１９を作製するための基板Ｃ１９の概略斜視図である。図１９Ｂは、図１９Ａの基板Ｃ１９上でＸＩＸＢ−ＸＩＸＢに沿って作製される板状シリコンＳ１９の断面図であり、図１９Ｃは、図１９Ａの基板Ｃ１９上でＸＩＸＣ−ＸＩＸＣに沿って作製される板状シリコンの断面図であり、図１９Ｄは、図１９Ａの基板のＸＩＸＣ−ＸＩＸＣに沿った断面図である。
図１９Ａにおいて、基板の結晶成長面には融液の浸漬方向（図においてＰで示す）に対して、平行な一対の突起Ｋ１９が基板の周縁部に形成されている。突起Ｋ１９は基板断面図が示される図１９Ｃにおいて、突起内面で構成される基板第二面１９６Ａは、基板第一面１８５Ａと鋭角を形成する。
このような基板Ｃ１９を用いることで、さらに、落下を抑制する働きが大きくなる。図において基板の浸漬方向中央部に形成される板状シリコンは、第一面１９１Ａを含めて４面構造になっており、さらに、基板の浸漬方向左右に形成される板状シリコンは第一面１９１Ａを含めて３面の構造になっている。このように、得られる板状シリコンの形状を多面構造にすることで、さらなる歩留まりの向上を期待できる。なお、図から明らかな如く、基板第一面１９５Ａに、板状シリコンの第一面１９１Ａが形成される。また堀構造Ｆ１９の溝幅Ｗ１９、溝深さＤ１９は前述の形状、寸法が採用できる。
図２０Ａは板状シリコンＳ２０を作製するための基板Ｃ２０の概略斜視図である。図２０Ｂは、図２０Ａの基板Ｃ２０上でＸＸＢ−ＸＸＢに沿って作製された板状シリコンＳ２０の断面図であり、図２０Ｃは、図２０Ａの基板Ｃ２０上でＸＸＣ−ＸＸＣに沿って作製された板状シリコンＳ２０の断面図である。
前述の基板の形状は、四辺のうち一辺のみに基板第二面を含む多面形状としたが、図２０Ａに示す基板形状では、基板上部の他に側面も多面構造が形成されている。すなわち、このような構造にすることで、得られる板状シリコンが基板に引っかかる部分が多くなり、シリコンの成長時の落下が少なくなる。このような形状の基板Ｃ２０から、板状シリコンＳ２０を剥離する場合には、板状シリコンＳ２０と基板の各二辺が引っかかっているために、図２０Ａにおいては、基板の斜め上方向に板状シリコンを移動させることで、基板Ｃ２０から板状シリコンを剥離することが可能となる。ここで、図２０Ｂ、図２０Ｃにおいて、板状シリコンの第一面２０１Ａと係合部を形成する第二面の幅Ｌ２０２Ａ、Ｌ２０１Ｃの幅は適宜調整できる。なお第一面２０１Ａは基板第一面２０５Ａの表面に形成される。
次に、図４Ａ〜図８Ａおよび図１０Ａ〜図２０Ａに示した基板において、板状シリコンの第一面が成長する部分には、少なくとも微小な凹凸が形成されていることが好ましい。これは、基板の表面に、シリコンの結晶核が発生しやすいように規則性のある凹凸をあらかじめ設けておくことで、得られる板状シリコンの形状の安定化を図ることができるようになるためである。規則性のある凹凸は、基板表面に意図的に形成しており、その凸部間の距離は、精密に制御されている方がより好ましい。最も近接する凸部間の距離は、０．５ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることが好ましい。０．５ｍｍ未満であると得られる板状シリコンの結晶粒が小さくなりすぎ、十分な太陽電池の特性の向上が期待できない。一方、２ｍｍよりも大きくなると、得られる板状シリコンの表面凹凸が大きくなり、安価なプロセスを用いての太陽電池の作製が困難になるためである。また、この凹凸の高低差は、０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下が好ましい。０．１ｍｍ未満の高低差であると、凸部間の距離にもよるが、凸部の先端角が大きくなることで凸部の周縁部分にも結晶核が発生してしまうために、好ましくない。１ｍｍを超える高低差であると、凹部にもシリコン融液が入り込み易くなり、得られる板状シリコンの凹凸が大きくなるためである。
このように、微小な凸部を設けることで、得られる板状シリコンの形状が安定するだけでなく、品質の安定化にも大きく寄与するが、得られる板状シリコンの表面には、小さな凹凸を含むことがある。すなわち、本発明で、略平面としているのは、このような微小な凹凸を形成した基板を用いたときに、顕著に生じる規則性のある凹凸を含んだ面を含んでいるものとしている。
（板状シリコンの製造装置）
次に、本発明の板状シリコンの製造装置を、その概略断面図を示す図９において説明する。本発明の板状シリコンの製造はこの装置に限定されることはない。図９において、板状シリコンの製造装置は基板Ｃ、坩堝９３、シリコン融液９４、加熱用ヒーター９５、坩堝台９６、断熱材９７、坩堝昇降軸９８、基板に固定された軸９９を備えている。板状シリコンＳは基板Ｃの表面に成長する。この図において、基板Ｃを移動させる手段、坩堝台９６を昇降させる手段、加熱用ヒーターを制御する手段、シリコンを追加投入する手段、真空排気ができるようなチャンバーなどの装置の外部については記載していない。しかしながら、装置は、密閉性の良好なチャンバーを備えており、真空排気後に不活性ガスなどでガス置換を行なえる構造にする必要がある。このとき、不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウムなどを使用することが可能であるが、コスト面を考慮するとアルゴンがより好ましく、循環式のシステムを構築しておくことが、より低コスト化に繋がる。また、酸素成分を含むガスを用いると、シリコン酸化物が生成し、基板表面やチャンバー壁に付着するため、酸素成分はできる限り除去する必要がある。さらには、ガスの循環式システムを用いる場合においても、フィルタなどを通して、シリコン酸化物の粒子の除去を行なうことが好ましい。
図９に示すように、シリコン融液温度以下の基板Ｃが、図中左側から、坩堝９３中にあるシリコン融液９４中に進入し、シリコン融液９４に浸漬される。このとき、シリコン融液は、融点以上に加熱用ヒーター９５で保持されている。安定した板状シリコンを得るためには、融液温度の調節と、チャンバー内の雰囲気温度と、基板Ｃの温度を厳密に制御できるような装置構成にする必要がある。このような装置構成にすることで、さらに再現性よく、板状シリコンを得ることができる。
基板には、温度制御が容易に制御できる構造を設けることが好ましい。基板の材質は、特に限定されないが、熱伝導性の良い材料や耐熱性に優れた材料であることが好ましく、より好ましくは高純度処理など施された黒鉛が好ましい。例えば、高純度黒鉛、炭化ケイ素、石英、窒化硼素、アルミナ、酸化ジルコニウム、窒化アルミ、金属などを使用することが可能であるが、目的に応じて最適な材質を選択すれば良い。高純度黒鉛は、比較的安価であり、加工性に富む材質であるためより好ましい。基板の材質は、工業的に安価であること、得られる板状シリコンの基板品質などの種々の特性を考慮し、適宜選択することが可能である。さらに、基板に金属を用いる場合、常に冷却し続けるなど、基板の融点以下の温度で使用し、得られたシートの特性にさほど影響を与えなければ、特に問題はない。
温度制御を容易にするには、銅製の固定基板を用いると好都合である。固定基板とは、軸９９と基板Ｃを連結する部分のことを指し、ここでは図示していない。固定基板や基板Ｃの冷却手段は、大きく分けると直接冷却と間接冷却とを２種類の手段が考えられる。直接冷却は、基板に直接ガスを吹きかけて冷却する手段であり、間接冷却は、基板を間接的にガスもしくは液体により冷却する手段である。冷却ガスの種類は特に限定されないが、板状シリコンの酸化を防ぐ目的で、不活性ガスである窒素、アルゴン、ヘリウムなどを用いることが好ましい。特に、冷却能力を考慮すると、ヘリウムまたはヘリウムと窒素との混合ガスが好ましいが、コストを考慮すると窒素が好ましい。冷却ガスは、熱交換器などを用いて循環させることで、さらなるコスト低減を図ることができ、結果として安価な板状シリコンを提供できることになる。
さらに基板の温度は、冷却機構とともに加熱機構で調整されることが好ましい。シリコン融液中へ進入した基板は、その基板表面に板状シリコンが成長する。ここで基板はシリコン融液中に所定の深さまで浸漬するが、好適には基板全体がシリコン融液中に浸漬されないように調整される。
その後、基板は融液から脱出するが、基板側はシリコン融液から熱を受け、基板の温度が上昇する傾向にある。しかし、次にその基板を同じ温度でシリコン融液へ浸漬させようとすると、基板の温度を下げるための冷却機構が必要である。しかしながら、直接冷却や間接冷却でも、冷却速度すなわち基板温度を随時制御するのは困難であるため、加熱機構も備わっている方が好ましい。
すなわち、一度シリコン融液から脱出した基板は、冷却機構で冷却され、次にシリコン融液に浸漬される前までに、加熱機構を用いて、基板の温度制御を行なう方が良い。加熱機構は、高周波誘導加熱方式でも、抵抗加熱方式でも構わない。但し、シリコンの融液状態を保持するための加熱用ヒーターに影響を与えないことが条件となる。このように、冷却機構と加熱機構を併用することで、板状シリコンの安定性は格段に上昇する。
基板の温度制御と共に重要なのはシリコン融液の温度管理である。融液の温度を融点近傍で設定していると、基板が融液に接することでシリコンの湯面が凝固を起こす可能性があるため、融液の温度は、融点以上であることが好ましい。これは複数の熱電対もしくは、放射温度計などを用いて厳密に制御するのが好ましい。
融液温度を厳密に制御するには、熱電対を融液中に浸漬させるのが直接的で好ましいが、熱電対の保護管などからの不純物が融液に混入されるためにあまり好ましくない。制御部位は、坩堝などに熱電対を挿入するなどして、間接的に温度を制御するか、放射温度計によりシリコン融液の温度を制御できるような構造にすることが好ましい。
融液が入った坩堝９３は、断熱材９７の上に設置されている。これは、融液温度を均一に保持するためと、坩堝底からの抜熱を最小限に抑制するために用いられている。その断熱材９７の上には、坩堝台９６が設置されている。この坩堝台９６には、坩堝昇降軸９８が接続されており、昇降機構が設けられていることが必要である。これは、基板Ｃ上で板状シリコンを成長させるため、常に基板Ｃが融液９４に、同じ深さで浸漬できるように上下動させるためである。
なお、湯面位置を一定に保つ、すなわち、シリコン融液から、板状シリコンとして取り出された分および、蒸気としてロスした分だけのシリコンを補充する方法として、シリコンの多結晶体（塊）を溶融させて投入したり、融液のまま順次投入したり、粉体を順次投入する方法などを用いることが可能であるが、湯面位置を一定に保つ方法は特に限定されない。但し、できるだけ融液の湯面を乱さないようにすることが好ましい。融液の湯面を乱すと、そのときに発生する波形状が、得られる板状シリコンの融液面側に反映され、得られるシートの均一性を損なう可能性があるためである。
（板状シリコンの製造方法）
次に、図９に示す板状シリコン製造装置を用いて、本発明による板状シリコンの製造方法について説明する。
まず、得られる板状シリコンの比抵抗が所望の濃度になるようにボロンの濃度を調整したシリコン塊を、高純度黒鉛製の坩堝９３に一杯になるまで充填する。
次に、チャンバー内の真空引きを行ない、チャンバー内を所定の圧力まで減圧する。その後、チャンバー内にＡｒガスを導入し、常に１０Ｌ／ｍｉｎでチャンバー上部よりＡｒガスを流したままにする。このように常にガスを流し続けるのは、清浄なシリコン湯面を得るためである。
次に、シリコン溶融用のヒーター９５の温度を１５００℃に設定し、坩堝９３内のシリコン塊を完全に溶融状態にする。このとき、シリコン原料は溶融することで液面が低くなることから、シリコン融液の湯面が、坩堝９３上面から約１ｃｍ下の位置になるように、新たにシリコン粉末を投入する。シリコン溶融用のヒーターは、一度に１５００℃に上げるのではなく、約１３００℃位まで１０〜５０℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し、その後、所定温度まで上げるのが好ましい。これは、急激に温度を上げると、坩堝の角部などに熱応力が集中的にかかり、坩堝の破損に繋がるためである。
その後、シリコン融液温度を１４１０℃に設定し、３０分間そのまま保持し、融液温度の安定化を図り、坩堝昇降軸９８を用いて、坩堝９３を所定の位置に移動させる。このときのシリコン融液温度は、１４００℃以上で１５００℃以下が好ましい。シリコンの融点が１４１０℃付近であるため、１４００℃以下に設定すると、坩堝壁から徐々に湯面が固まってくるためである。しかしながら、シリコン融液は熱による対流が存在するために、長時間の生産を行わない時は、１４００℃に設定することも可能である。また、１５００℃以上に設定すると、得られる板状シリコンの成長速度が遅くなり、生産性が悪くなるため余り好ましくない。
次に、板状シリコンを成長させるが、例えば図４Ａ〜図８Ａに示す基板を、図９中の矢印の方向に、左側から右側へ移動させる。このとき、各基板の第一面（４５Ａ、５５Ａ、６５Ａ、７５Ａ、８５Ａ）が、シリコン融液に接触するように移動させる。このように、基板の表面がシリコン融液に接することで、基板の表面に板状シリコンが成長する。基板上に板状シリコンを作製するための軌道は、図９に示す軌道でもいいし、円軌道、楕円軌道であってもよい。特に、任意の軌道を実現できるような構造が好ましい。
シリコン融液への進入時の基板の表面温度は、２００℃以上、１１００℃以下が好ましい。これは、基板の温度が２００℃以下であると、安定した制御が困難となる。すなわち、連続生産する場合、チャンバー内で、浸漬待ちの基板はシリコン融液からの輻射熱を受け、常に２００℃以下に維持することが困難となり、得られる板状シリコンの品質にばらつきが生じることに繋がるためである。また、基板の温度が１１００℃以上であると、板状シリコンの成長速度が遅くなるだけでなく、基板とシリコンが固着したり、生産性が悪くなるおそれが生じる。このように、基板の温度によって、得られる板状シリコンのばらつきが生じやすくなるため、冷却機構と加熱機構の両方を備えている方が好ましい。
本発明の板状シリコンの製造方法において、例えば板状シリコンの第一面と連続する他の面が、基板の進行方向の前方部から形成される。シリコン融液に基板を浸漬させる方法で板状シリコンを得る場合には、第一面の法線ベクトルと反平行、あるいは鈍角をなす他の面が、基板の進行方向側にある。具体的には、図４Ａ、図５、図６、図７Ａおよび図８Ａに示した基板の上部を進行方向にする（図中進行方向はＰとして示している）。その結果、基板前方部にシリコンが成長し、図１〜図３および図８Ａに示した板状シリコンのように、そのシリコンは基板前方部に係合部を形成することとなり、重力に逆らいやすい形状になる。そのため、板状シリコンが基板から落下することがなくなり、歩留まりよく、板状シリコンを作製することが可能となり、チャンバー外へも容易に搬出することが可能となる。
上述してきたように、製品の歩留まり向上、さらには品質の安定化を図るためには、できる限り温度制御を厳密に制御できる構造にしておく方が好ましい。
【実施例１】  （板状シリコンの作製）
比抵抗が１．５Ω・ｃｍになるようにボロン濃度を調整したシリコン原料を、高純度カーボン製坩堝に保護された石英製坩堝内に入れ、図９に示すチャンバー内に装着した。
まずチャンバー内を１０−５ｔｏｒｒ（１．３３×１０−３Ｐａ）程度まで真空引きし、常圧のＡｒガスで置換し、その後、チャンバー内にＡｒガスを導入し、常圧まで戻し、その後は、２Ｌ／ｍｉｎでＡｒガスを常時チャンバー上部から流したままにしておく。次に、シリコン原料をヒーターにより溶融するが、シリコン溶解用ヒーターを１０℃／ｍｉｎの昇温速度で１５００℃まで昇温し、シリコン原料が完全に溶解したことを確認したのち、坩堝温度を１４２５℃に保持し、安定化を図る。
次に、図４Ａに示した形状の成長基板を、融液に１０ｍｍ浸漬し、１００枚の板状シリコンを成長させた。基板のシリコン融液への侵入時の温度は、６００℃とした。なお基板第一面４５Ａと基板第二面４６Ａの角度γ４は５０度、基板第二面の幅Ｌ４６Ａは１０ｍｍである。
得られた板状シリコンは、図１に示した形状であり、第一面が７５ｍｍ角の大きさであり、第二面の長さは１０ｍｍである。また、第一面の厚さは、平均値で約０．３５ｍｍである。基板から板状シリコンを分離するのにレーザーを用いて切断した。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、５％であった。ここで、落下率とは、基板の浸漬回数に対してのチャンバー外まで取り出せなかった枚数の割合とした。
（太陽電池の作製）
次に、得られた板状シリコンを用いて、太陽電池を作製した。得られた板状シリコンをレーザーで切断し、第一面から７０ｍｍ×７０ｍｍの板状シリコンを切り出した。次に、硝酸とフッ酸との混合溶液でエッチングおよび洗浄を行い、その後、水酸化ナトリウムを用いてアルカリエッチングを行った。その後、ＰＯＣｌ３拡散によりｐ型基板にｎ＋層を形成した。板状シリコン表面に形成されているＰＳＧ膜をフッ酸で除去した後、太陽電池の受光面側となるｎ＋層上にプラズマＣＶＤ装置を用いて窒化シリコン膜を形成した。次に、太陽電池の裏面側となる面にも形成されているｎ＋層を硝酸とフッ酸との混合溶液でエッチング除去し、ｐ基板を露出させ、その上に裏面電極およびｐ＋層を同時に形成した。次に、受光面側の電極を、スクリーン印刷法にて形成した。その後、銀電極部分に半田ディップを行い、太陽電池を作製した。
得られた太陽電池は、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２の照射下にて、「結晶系太陽電池セル出力測定方法（ＪＩＳ  Ｃ  ８９１３（１９８８））」に従って、セル特性の評価を行った。
測定結果は、完成したセルの平均値で短絡電流３０．３３（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５７４（ｍＶ）、フィルファクター０．７４１、効率１２．９（％）であった。
【実施例２】  図５に示した成長基板を用いたこと、および基板の融液への侵入時の表面温度を３００℃としたこと以外全て実施例１と同じ方法で板状シリコンを作製した。
なお基板第二面５６Ｂの幅Ｌ５６Ｂは４ｍｍ、高さＨ５６Ｂは５ｍｍである。
得られた板状シリコンは、図２に示したような形状であり、第一面２１Ａが７５ｍｍ角の大きさであり、第二面の長さＬ２２Ｂが４ｍｍの幅を有していた。また、第一面２１Ａの厚さは、平均値で約０．４１ｍｍである。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、４％であった。また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池を作製し、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。作製した太陽電池の測定結果は平均値で、短絡電流２９．６８（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５７１（ｍＶ）、フィルファクター０．７３０、効率１２．３９（％）であった。
【実施例３】  図６に示した成長基板を用いたこと、および基板の融液への侵入時の温度を４５０℃とした以外全て実施例１と同じ方法で板状シリコンを作製した。なお基板第二面６６Ａの幅Ｌ６６Ａは５ｍｍ、基板第三面６８Ａの高さＨ６８Ａは３ｍｍである。
得られた板状シリコンは、図３に示した形状であり、第一面３１Ａが７５ｍｍ角の大きさであり、第二面の幅Ｌ３２Ａが５ｍｍで、第三面の幅Ｌ３４Ａが３ｍｍであった。また、第一面３１Ａの厚さは、平均値で約０．３８ｍｍである。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、４％であった。また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池を作製し、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。作製した太陽電池の測定結果は平均値で、短絡電流２９．３２（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５６２（ｍＶ）、フィルファクター０．７５０、効率１２．３７（％）であった。
【実施例４】  図７Ａに示した成長基板を用いたこと以外全て実施例１と同じ方法で板状シリコンを作製した。用いた基板は、基板第一面７５Ａが７５ｍｍ角の大きさであり、基板第二面７６Ａの幅Ｌ７６Ａが２ｍｍで、基板第三面７８Ａの幅Ｌ７８Ａが３ｍｍであった。また基板第一面７５Ａと基板第二面７６Ａの角度γ７Ａは１５０度、基板第二面７６Ａと基板第三面７８Ａの角度γ７Ｂは８０度である。
得られた板状シリコンの第一面が７５ｍｍ角の大きさであり、第二面の幅は２ｍｍ、第三面の長さは３ｍｍを有していた。また、第一面の厚さは、平均値で約０．３３ｍｍであった。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、４％であった。また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池を作製し、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。作製した太陽電池の測定結果は平均値で、短絡電流２８．８３（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５６０（ｍＶ）、フィルファクター０．７４７、効率１２．０５（％）であった。
【実施例５】  図８Ａ、図８Ｄに示した成長基板を用いたこと、および坩堝温度を１４１５℃にしたこと以外全て実施例１と同じ方法で板状シリコンを作製した。
用いた成長基板は、第一面８５Ａが７５ｍｍ角の大きさであった。基板第二面８６Ａの幅Ｌ８６Ａが２ｍｍで、基板第三面８８Ａの幅Ｌ８８Ａが８ｍｍであった。また基板第二面８６Ａと基板第三面８８Ａの角度γ８Ａは１２０度、基板第三面８８Ａと基板第四面８９Ａの角度γ８Ｂは１２０度である。また図８Ａにおいて基板第三面の長さＬ８８Ａは２５ｍｍ、基板第二面の長さＬ８６Ａは２５ｍｍである。
得られた板状シリコンの第二面８２Ａの幅Ｌ８２Ａが２ｍｍで、第三面８３Ａの幅Ｌ８３Ａが３ｍｍであった。また、板状シリコンの第一面８１Ａの厚さは、平均値で約０．４ｍｍである。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、３％であった。また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池を作製し、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。
作製した太陽電池の測定結果は平均値で、短絡電流２９．４３（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５７０（ｍＶ）、フィルファクター０．７６０、効率１２．７５（％）であった。
【実施例６】  図１０Ａ、図１０Ｄに示した成長基板を用いたこと、および坩堝温度を１４１０℃にしたこと以外全て実施例１と同じ方法で板状シリコンを作製した。
用いた成長基板は、第一面１０５Ａが７５ｍｍ角の大きさであった。基板第二面１０６Ａの幅Ｌ１０６Ａが２ｍｍで、基板第二面の長さＬ１０６は２５ｍｍ、基板第三面の長さＬ１０８は２５ｍｍでる。また基板第一面１０５Ａと基板第三面の角度γ１０は５０度である。
得られた板状シリコンの第二面１０２Ａの幅Ｗ１０２Ａが２ｍｍで、第三面１０３Ａの幅Ｗ１０３Ａが１ｍｍであった。また、板状シリコンの第一面１０１Ａの厚さは、平均値で約０．４３ｍｍである。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、３％であった。また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池を作製し、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。
作製した太陽電池の測定結果は平均値で、短絡電流３０．０２（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５６９（ｍＶ）、フィルファクター０．７５０、効率１２．８１（％）であった。
【実施例７】  図１１Ａ、図１１Ｄに示した成長基板を用いたこと、浸漬深さを８ｍｍにしたこと以外全て実施例１と同じ方法で板状シリコンを作製した。
基板第二面の幅Ｗ１１６Ａが１ｍｍで、基板第二面の長さＬ１１６は２５ｍｍ、基板第三面の幅Ｗ１１８Ａは２ｍｍ、基板第三面１１８Ａの長さＬ１１８は２５ｍｍである。また基板第一面１１５Ａと基板第二面の角度は１５０度、基板第二面と基板第三面の角度は８０度である
用いた成長基板は、第一面１１５Ａが７５ｍｍ角の大きさであった。得られた板状シリコンの第二面１１２Ａの幅Ｌ１１２Ａが１ｍｍで、第三面１１３Ａの幅Ｌ１１３Ａが２ｍｍであった。また、板状シリコンの第一面１１１Ａの厚さは、平均値で約０．３３ｍｍであり、基板からは容易に剥離することが出来た。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、３％であった。また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池を作製し、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。
作製した太陽電池の測定結果の平均値は、短絡電流２８．６０（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５６０（ｍＶ）、フィルファクター０．７４３、効率１１．９１（％）であった。
【実施例８】  図１２Ａ、図１２Ｄに示した成長基板を用いたこと、浸漬深さを５ｍｍにしたこと以外全て実施例１と同じ方法で板状シリコンを作製した。基板第二面１２６Ａの幅Ｗ１２６Ａが１ｍｍで、基板第二面の長さＬ１２６は２８ｍｍ、基板第三面の高さＨ１２８Ａは２ｍｍ、基板第三面の長さＬ１２８は１９ｍｍである。
用いた成長基板は、第一面１２５Ａが７５ｍｍ角の大きさであった。得られた板状シリコンの第三面１２３Ａの幅Ｌ１２３Ａが１ｍｍであった。また、板状シリコンの第一面１２１Ａの厚さは、平均値で約０．２７ｍｍである。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、３％であった。
また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池を作製し、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。
作製した太陽電池の測定結果の平均値は、短絡電流２９．４８（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５５６（ｍＶ）、フィルファクター０．７４２、効率１２．１６（％）であった。
【実施例９】  （板状シリコンの作製）
比抵抗が２．０Ω・ｃｍになるようにボロン濃度を調整したシリコン原料を、高純度カーボン製坩堝に入れ、図９に示すチャンバー内に固定した。
まずチャンバー内を１０−５Ｔｏｒｒ程度まで真空引きし、常圧のＡｒガスで置換し、その後、チャンバー内にＡｒガスを導入し、常圧まで戻し、その後は、５Ｌ／ｍｉｎでＡｒガスを常時チャンバー上部から流したままにしておく。次に、シリコン原料をヒーターにより溶融するが、シリコン溶解用ヒーターを２０℃／ｍｉｎの昇温速度で１５００℃まで昇温し、シリコン原料が完全に溶解したことを確認したのち、３時間そのままの温度で保持した。その後、坩堝温度を１４１５℃に保持し安定化を図る。
次に、図１３Ａに示した形状の成長基板を、融液に９ｍｍ浸漬し、１００枚の板状シリコンを成長させた。
基板第二面の長さＬ１３６は３５ｍｍ、基板第三面の長さＬ１３８は４５ｍｍである。また堀の溝幅Ｗ１３は５ｍｍ、溝深さＤ１３は８ｍｍとした。板状シリコンは基板の堀構造により、中央部分と周縁部は容易に分離された。
基板のシリコン融液への侵入時の温度は、４５０℃とした。得られた板状シリコンは、第一面１３５Ａが１１５ｍｍ角の大きさであった。また、第一面１３５Ａ部分に成長したシリコン１３１Ａの厚さは、平均値で約０．３５ｍｍでる。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、２％であった。
（太陽電池の作製）
次に、得られた板状シリコンを用いて、太陽電池を作製した。得られた板状シリコンをレーザーで切断し、第一面から１００ｍｍ×１００ｍｍの板状シリコンを取り出した。次に、水酸化ナトリウムを用いてアルカリエッチングを行った。その後、スピンコート法にてＰＳＧ（リンシリケートガラス）を塗布し、その後乾燥し、熱拡散によりｐ型基板にｎ＋層を形成した。その後、板状シリコン表面に形成されているＰＳＧ膜をフッ酸で除去した後、ｎ＋層上にプラズマＣＶＤ装置を用いて窒化シリコン膜を形成した。
次に、太陽電池の裏面側となる面に、アルミペーストを印刷焼成することで、裏面電極およびｐ＋層を同時に形成した。次に、銀ペーストを印刷焼成することで、受光面側の電極を形成した。その後、銀電極部分に半田ディップを行い、太陽電池を作製した。
得られた太陽電池は、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。
測定結果は、完成したセルの平均値で短絡電流３１．３３（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５８４（ｍＶ）、フィルファクター０．７５１、効率１３．７（％）であった。
【実施例１０】  図１４Ａ、図１４Ｃに示した成長基板を用いたこと、および基板の侵入時の温度を３００℃としたこと以外全て実施例９と同じ方法で板状シリコンを作製した。
用いた成長基板は、基板第一面１４５Ａが１１５ｍｍ角の大きさであった。基板第二面の長さＬ１４６は４０ｍｍ、基板第三面の長さＬ１４８は３５ｍｍである。また堀構造の溝幅Ｗ１４は３ｍｍで、溝深さＤ１４は２ｍｍであった。
得られた板状シリコンの第二面１４２Ａの幅Ｌ１４２Ａが２ｍｍであった。また、板状シリコンの第一面１４１Ａの厚さは、平均値で約０．４１ｍｍであり、基板からは容易に剥離することが出来た。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、２％であった。また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池の作製を行い、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。作製した太陽電池の測定結果の平均値は、短絡電流３１．０５（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５９２（ｍＶ）、フィルファクター０．７４７、効率１３．７（％）であった。
【実施例１１】  図１５Ａ、図１５Ｃに示した成長基板を用いたこと、および基板の侵入時の温度を２００℃としたこと以外全て実施例９と同じ方法で板状シリコンを作製した。
用いた成長基板は、基板第一面１５５Ａが１１５ｍｍ角の大きさであった。
基板第二面１５６Ａの幅が２ｍｍで、基板第二面の長さＬ１５６は４０ｍｍ、基板第三面の幅は３ｍｍで、基板第三面の長さＬ１５８は３５ｍｍである。また基板第一面と基板第二面の角度は１５０度、基板第二面と基板第三面の角度は８０度である
堀構造の溝幅Ｗ１５は２ｍｍであり、溝深さＤ１５は１ｍｍであった。
得られた板状シリコンの第二面１５２Ａの幅Ｌ１５２Ａが２ｍｍであった。また、板状シリコンの第一面１５１Ａの厚さは、平均値で約０．４３ｍｍであり、基板からは容易に剥離することが出来た。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、２％であった。また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池を作製し、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。
作製した太陽電池の測定結果の平均値は、短絡電流３１．７７（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５９５（ｍＶ）、フィルファクター０．７４９、効率１４．２（％）であった。
【実施例１２】  図１６Ａ、図１６Ｃに示した成長基板を用いたこと、および坩堝温度１４１０℃にしたこと以外全て実施例９と同じ方法で板状シリコンを作製した。
用いた成長基板は、基板第一面１６５Ａが１１５ｍｍ角の大きさであった。基板第二面の幅は３ｍｍで、基板第二面の長さＬ１６６は４５ｍｍ、基板第三面の高さは４ｍｍ、基板第三面の長さＬ１６８は２５ｍｍである。また堀構造の溝幅Ｗ１６は３ｍｍであり、溝深さＤ１６は２ｍｍであった。
得られた板状シリコンの第二面１６２Ｂの幅Ｌ１６２Ｂは３ｍｍである。また、板状シリコンの第一面１６１Ａの厚さは、平均値で約０．３７ｍｍであり、基板からは容易に剥離することが出来た。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、１％であった。また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池を作製し、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。作製した太陽電池の測定結果の平均値は、短絡電流３２．０３（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５８６（ｍＶ）、フィルファクター０．７４８、効率１４．０（％）であった。
【実施例１３】  図１７Ａ、図１７Ｃに示した成長基板を用いたこと以外全て実施例９と同じ方法で板状シリコンを作製した。突起Ｋ１７の長さＬＫ１７は８５ｍｍ、基板縁部から突起までの長さＬＫ１７ａは１５ｍｍ、突起Ｋ１７の表面幅は３ｍｍ、突起の高さＨＫ１７は４ｍｍである。また、基板第一面の表面に凹凸があり、凸部が１ｍｍ間隔で、その凹部の深さは、１ｍｍであった。基板第一面１７５Ａが１１５ｍｍ角の大きさであった。堀構造の溝幅Ｗ１７は２．５ｍｍであり、溝深さＤ１７は２．５ｍｍであった。
得られた板状シリコンの第二面１７２Ａの幅Ｌ１７２Ａが３ｍｍであった。また、板状シリコンの第一面１７１Ａの厚さは、平均値で約０．３２ｍｍであり、基板からは容易に剥離することが出来た。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、７％であった。また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池を作製し、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。作製した太陽電池の測定結果の平均値は、短絡電流３０．９（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５８２（ｍＶ）、フィルファクター０．７３８、効率１３．３（％）であった。
【実施例１４】  図１８Ａ、図１８Ｃに示した成長基板を用いたこと以外全て実施例９と同じ方法で板状シリコンを作製した。突起Ｋ１８ａ、突起Ｋ１８ｂの長さＬＫ１８は１５ｍｍ、基板縁部から突起までの長さＬＫ１８ａは１５ｍｍ、浸漬方向の突起間の距離は５５ｍｍ、突起Ｋ１８の表面幅は３ｍｍ、突起の高さＨＫ１８は４ｍｍである。また、基板第一面の表面に凹凸があり、凸部が１．５ｍｍ間隔で、その凹部の深さは、０．５ｍｍであった。基板第一面１８５Ａが１１５ｍｍ角の大きさであった。堀構造の溝幅Ｗ１８は２．５ｍｍであり、溝深さＤ１８は２．５ｍｍ、周縁部の幅は３ｍｍである。
得られた板状シリコンの第二面１８２Ａの幅Ｌ１８２Ａが３ｍｍであった。また、板状シリコンの第一面１８１Ａの厚さは、平均値で約０．３８ｍｍであり、基板からは容易に剥離することが出来た。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、８％であった。また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池を作製し、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。
作製した太陽電池の測定結果の平均値は、短絡電流３１．５（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５８４（ｍＶ）、フィルファクター０．７４１、効率１３．６（％）であった。
【実施例１５】  図１９Ａ、図１９Ｄに示した成長基板を用いたこと以外全て実施例９と同じ方法で板状シリコンを作製した。基板第二面１９６Ａの幅Ｗ１９６Ａが１ｍｍで、基板第一面１９５Ａと基板第二面の角度は１５０度、基板第二面と基板第三面の角度は８０度である。突起Ｋ１９の長さＬＫ１９は１５ｍｍ、基板縁部から突起までの短いほうの長さは１５ｍｍ、突起Ｋ１９の表面幅は３ｍｍ、突起の高さＨＫ１９は４ｍｍである。また、基板第一面の表面に凹凸があり、凸部が０．５ｍｍ間隔で、その凹部の深さは、０．３ｍｍであった。基板第一面１９５Ａが１１５ｍｍ角の大きさであった。堀構造の溝幅Ｗ１９は２．５ｍｍであり、溝深さＤ１９は２．５ｍｍであった。
得られた板状シリコンの第二面１９２Ａの幅Ｌ１９２Ａが３ｍｍであった。また、板状シリコンの第一面１９１Ａの厚さは、平均値で約０．３２ｍｍであり、基板からは容易に剥離することが出来た。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、１％であった。また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池を作製し、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。作製した太陽電池の測定結果の平均値は、短絡電流３０．１（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５７７（ｍＶ）、フィルファクター０．７４８、効率１３．０（％）であった。
【実施例１６】  図２０Ａに示した成長基板を用いたこと以外全て実施例９と同じ方法で板状シリコンを作製した。基板第一面２０５Ａと基板第二面の角度は９０度、基板第二面と基板第三面の角度は１３０度である。基板第二面及び基板第三面の幅は何れも３ｍｍである。また、基板第一面２０５Ａの表面に凹凸があり、凸部が２．０ｍｍ間隔で、その凹部の深さは、０．１ｍｍであった。基板第一面２０５Ａが１１５ｍｍ角の大きさであった。得られた板状シリコンの第二面２０２Ａの幅Ｌ２０２Ａが３ｍｍであった。また、板状シリコンの第一面２０１Ａの厚さは、平均値で約０．３２ｍｍであり、基板からは容易に剥離することが出来た。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、１％であった。また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池を作製し、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。作製した太陽電池の測定結果の平均値は、短絡電流３０．５（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５７４（ｍＶ）、フィルファクター０．７３８、効率１２．９（％）であった。
（比較例１）
図２１Ａ、図２１Ｃに示した成長基板を用いたこと以外全て実施例９と同じ方法で板状シリコンを作製した。
用いた成長基板は、基板第一面２１５Ａが１１５ｍｍ角の大きさであった。基板第二面及び基板第三面の幅は何れも５ｍｍである。また堀構造の溝幅Ｗ２１は２ｍｍであり、溝深さＤ２１は２ｍｍである。
得られた板状シリコンは第一面の長さＬ２１１Ａが１１５ｍｍ角の大きさで、第二面２１２Ａの幅Ｌ２１２Ａが５ｍｍであり、第三面２１３Ａの幅Ｌ２１３Ａが２ｍｍであった。また、板状シリコンの第一面２１１Ａの厚さは、平均値で約０．３６ｍｍであり、基板からは容易に剥離することが出来た。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、９０％であった。これは、板状シリコンの第一面上の法線ベクトルと、反平行もしくは鈍角を形成するような法線ベクトルがないためである。
（比較例２）
図２２に示した成長基板を用いたこと以外全て実施例９と同じ方法で板状シリコンを作製した。成長基板の基板第一面には、実施例１６と同じ凹凸加工が施されている。凸部が２．０ｍｍ間隔で、凹部の深さは、０．１ｍｍであり、表面は１１５ｍｍ角の大きさである。
得られた板状シリコンの第二面の幅は３ｍｍであり、板状シリコンの第一面の厚さは平均値で約０．３５ｍｍである。
このような基板を用いることで、板状シリコンの落下率は、４７％であった。また降温時の割れ落ちやクラック発生率は３２％である。
また、得られた板状シリコンを用いて太陽電池を作製し、実施例１と同様にセル特性の評価を行った。作製した太陽電池の測定結果の平均値は、短絡電流２５．９（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５５２（ｍＶ）、フィルファクター０．７２６、効率１０．４（％）であった。太陽電池としての効率が劣るのは、板状シリコン中の残留応力が原因と考えられる。
なお、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点の例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】  上述の如く、本発明の基板を用いて該基板と係合する板状シリコンを製造することで、板状シリコン落下の問題を回避し、板状シリコンを安定して低価格で供給することが出来るようになる。また前記基板に堀構造を採用することで、板状シリコンが基板から容易に剥離でき、残留歪を軽減できる。そしてこの板状シリコンを用いて太陽電池を作製することで、低価格で高品質の太陽電池を供給することが可能になる。
【図１】
2004016836.tif 000003
【図２】
2004016836.tif 000004
【図３】
2004016836.tif 000005
2004016836.tif 000006
【図５】
2004016836.tif 000007
【図６】
2004016836.tif 000008
2004016836.tif 000009
2004016836.tif 000010
【図９】
2004016836.tif 000011
2004016836.tif 000012
2004016836.tif 000013
2004016836.tif 000014
2004016836.tif 000015
2004016836.tif 000016
2004016836.tif 000017
2004016836.tif 000018
2004016836.tif 000019
2004016836.tif 000020
2004016836.tif 000021
2004016836.tif 000022
2004016836.tif 000023
2004016836.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成15年11月11日(2003.11.11)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（補正後）基板をシリコン融液に浸漬させて、該基板表面に形成される板状シリコンであって、該板状シリコンは主要面となる第一面と、該第一面に連続して形成される他の面を有し、該他の面は、その法線ベクトルが前記第一面の法線ベクトルと、反平行あるいは鈍角をなす少なくとも１つの面を含み、前記第一面と他の面は前記基板と係合部を形成することを特徴とする板状シリコン。
【請求項２】
前記第一面は、略平面で形成されていることを特徴とする請求項１記載の板状シリコン。
【請求項３】
（補正後）他の面は略平面、もしくは第一面との境界で湾曲して連続する曲面で形成されていることを特徴とする請求項１記載の板状シリコン。
【請求項４】
シリコン融液に基板表面を浸漬させ、その後基板をシリコン融液から引き離して、基板表面上に板状シリコンを成長させる請求項１記載の板状シリコンの製造方法であって、
前記基板は板状シリコンの第１面を形成する基板第一面と、該基板第一面に連続し、板状シリコンの他の面を形成する基板他面を有し、該基板他面の法線ベクトルは前記基板第一面の法線ベクトルと、反平行あるいは鈍角をなす面を少なくとも１つ含むことを特徴とする板状シリコンの製造方法。
【請求項５】
基板の基板第一面の周縁部には、シリコン融液浸漬方向に平行な少なくとも２本の溝で堀構造が形成されていることを特徴とする請求項４記載の板状シリコンの製造方法。
【請求項６】
板状シリコンの第一面と連続する他の面は、基板の進行方向の前方部から形成されることを特徴とする請求項４記載の板状シリコンの製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の板状シリコンの第一面を用いて作製したことを特徴とする太陽電池。
【請求項８】
板状シリコンの第１面を形成する基板第一面と、該基板第一面に連続し、板状シリコンの他の面を形成する基板他面を有する板状シリコン製造用基板において、該基板他面の法線ベクトルは前記基板第一面の法線ベクトルと、反平行あるいは鈍角をなす面を少なくとも１つ含むことを特徴とする板状シリコン製造用基板。
【請求項９】
基板の基板第一面の周縁部には、シリコン融液浸漬方向に平行な少なくとも２本の溝で堀構造が形成されていることを特徴とする請求項８記載の板状シリコン製造用基板。
【請求項１０】
（補正後）堀構造は基板第一面の周縁部に沿って溝が３本形成されていることを特徴とする請求項８記載の板状シリコン製造用基板。
【国際調査報告】
2004016836.tif 000025
2004016836.tif 000026