(57)【要約】      （修正有）【課題】種々の太陽電池の応用例において使用するための電気的及び機械的材料特性が改善されたシリコンインゴット又は結晶の製造方法及びシステムを提供する。【解決手段】結晶シリコンの形成方法は、所定量のシリコン原材料に最低純度レベルが99.99％の所定量のゲルマニウムを添加する工程、シリコン原材料及び前記量のゲルマニウムの各々から溶融物を生成する工程、及び前記溶融物の結晶化を実行する工程を備え、結晶化を実行する工程は、方向性凝固シリコン結晶化プロセス、CZシリコン結晶引き上げプロセス、又はFZシリコン結晶化プロセスによって行うシリコンインゴットの製造方法。【効果】太陽電池の製造におけるこのような材料の適用は好ましい効果を及ぼす。ゲルマニウム濃度が（50〜200）ppmwの範囲のシリコン材料は、材料強度の向上を示しており、この場合の最良の実用範囲は、生成された材料の品質に依存する。【選択図】図２
2015044733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定量のシリコン原材料を使用してシリコン結晶化プロセスを開始する工程;
最低純度レベルが99.99％の所定量のゲルマニウムを前記シリコン原材料に添加する工程;
シリコン原材料および前記量のゲルマニウムのそれぞれから溶融物を生成する工程;および
前記溶融物の結晶化を実行する工程
を備える、改善された機械的および電気的特性を有する結晶シリコンの形成方法
【請求項２】
所定量のシリコン原材料を使用して、方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
【請求項３】
所定量のUMGシリコン原材料を使用して、方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
【請求項４】
EGシリコン原材料を使用して、CZシリコン結晶引き上げプロセスを開始する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
【請求項５】
SOGシリコン原材料を使用して、CZシリコン結晶引き上げプロセスを開始する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
【請求項６】
EGシリコン供給棒を使用して、FZシリコン結晶化プロセスを開始する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
【請求項７】
最低純度レベルが99.999パーセント純度を有するゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
【請求項８】
50〜200ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
【請求項９】
100〜150ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
【請求項１０】
120〜180ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
【請求項１１】
所定量のシリコン原材料を使用してシリコン結晶化プロセスを開始するためのシリコン結晶形成機構と;
前記シリコン原材料に添加される最低純度レベルの所定量のゲルマニウムと;
シリコン原材料および前記量のゲルマニウムのそれぞれから溶融物を生成するための加熱機構と;
前記溶融物の結晶化を実行するための凝固制御機構と;
を備える、シリコン原料から結晶シリコンを形成するシステム。
【請求項１２】
所定量のシリコン原材料を使用して方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
【請求項１３】
所定量のUMGシリコン原材料を使用して方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
【請求項１４】
EGシリコン原材料を使用してCZシリコン結晶引き上げプロセスを開始するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
【請求項１５】
SOGシリコン原材料を使用してCZシリコン結晶引き上げプロセスを開始するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
【請求項１６】
EGシリコン供給棒を使用してFZシリコン結晶化プロセスを開始するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
【請求項１７】
最低純度レベルが99.99パーセント純度のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
【請求項１８】
最低純度レベルが99.999パーセント純度のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
【請求項１９】
50〜200ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
【請求項２０】
100〜150ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
【請求項２１】
120〜180ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、請求項11記載のシステム。
【請求項２２】
所定量のシリコン原材料を使用して形成された、光起電力プロセスを実行するためのシリコンバルク材料と;
材料強度を向上させ、かつシリコン基板の電気的特性を改善するための、前記シリコン基板材料内にドーピングされた99.99％の最低純度レベルを有する所定量のゲルマニウムと；
を備える、結晶シリコン材料から形成された光起電力太陽電池。
【請求項２３】
シリコンバルク材料が、UMGシリコンバルク材料を備える、請求項22記載の光起電力太陽電池。
【請求項２４】
シリコンバルク材料が、SOGシリコンバルク材料を備える、請求項22記載の光起電力太陽電池。
【請求項２５】
シリコンバルク材料が、EGシリコンバルク材料を備える、請求項22記載の光起電力太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本開示は、シリコンなどの半導体材料の作製において使用するための方法およびシステムに関し、例えば、低品位シリコンの使用に関する。特に、本開示は、さまざまな品位の原材料およびゲルマニウム濃縮を使用して、より高い強度や柔軟性を含む、改善された特性を有するシリコン結晶またはインゴットを形成する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
急成長を遂げている光起電力（PV）産業は、集積回路（IC）への適用という従来的な用途以上に、シリコン消費量増加の一因となっている。今日、太陽電池産業のシリコン需要は、IC産業のシリコン需要と一部競合している。現在の製造技術では、IC産業もPV産業も、シリコン出発原料として精製および純化されたシリコン原料を必要としている。
【０００３】
現在の太陽電池バルクの代替材料は、例えば、IC産業が必要とする電子級（EG）のシリコン原料などの非常に高純度の原料シリコンをベースにした単結晶シリコンウェハから、いわゆる太陽電池級（SOG）のシリコン原料のような低純度の原料シリコン、または改質された冶金級（UMG）のシリコン原料と呼ばれるさらに低品質の材料をベースにした多結晶（mc）シリコンウェハまである。
【０００４】
PV産業用のUMGシリコンなどの低品位原材料は、通常、mcシリコンのインゴットやウェハに加工されるが、その最終的な太陽電池関連の品質は、通常、結晶粒界、他の構造的な欠陥、および比較的高濃度の遷移金属などの不純物によって決まる。また、ウェハバルク中の炭素に関連する欠陥や酸素に関連する欠陥は、特に金属に関係する場合、電池特性を劣化させ得る。ある種の広範な欠陥スペクトル（defect spectrum）は、電気的な劣化の可能性を低減する目的で、水素によって不動態化されてもよい。
【０００５】
太陽電池用のEGシリコンなどの高品位原材料は、通常、単結晶に加工され、その後に単結晶構造を有するウェハに加工されるが、その最終的な太陽電池関連の品質は、上述したmcシリコンの場合と同様、不純物によって決まる。単結晶シリコン（以下、結晶と呼ぶ）を成長させる方法には、十分に確立された技術が2つある。非常に有力な方法であるのが、石英坩堝にあるシリコン溶融物からCZ結晶を引き上げる、チョクラルスキー（CZ）技術である。CZシリコン溶融物の生成には中品位から高品位のシリコン原料が利用される。より高度な別の方法としては、高品位シリコン原料の、いわゆる供給棒を通して小さな溶融ゾーンを「浮かせる」ことでFZ結晶を成長させるフローティングゾーン（FZ）技術がある。所定量の元素をFZ結晶にする一つの方法は、溶融ゾーンを生成する前に供給棒へ、いわゆる「ピルドーピング（pill doping）」する方法である。通常、FZシリコン結晶は主に坩堝が不要であるという理由からCZ結晶より不純物が少ない。
【０００６】
いずれの場合もシリコンが室温で脆性であるため、太陽電池からのモジュール製造を含めたウェハおよび太陽電池の加工ならびに取り扱い時には、ウェハが破損してしまうという一般的問題がある。結果的に、電気的特性の他にシリコンウェハおよび関連する太陽電池の機械的強度も、PV産業における重要な品質要因となっている。このことは単結晶材料にも多結晶インゴット材料にも同様に当てはまる。
【０００７】
ウェハ破損は、亀裂が形成され、その後、伝播していくことによって起きる。亀裂は、例えば、取り扱い時に誘発された表面上の局所的損傷、特に、縁部や角部における損傷から発生し得る。最新の太陽電池製造技術では、このような状況を回避するためにウェハおよび太陽電池の取り扱いや加工を慎重に行っている。バルクシリコンの固有材料強度もバルク格子の欠陥に関与する。特に重要なのは、（理想的な格子構造に対して）外力が低減された場所で内部亀裂の形成/伝播を生じさせる局所的な引っ張り格子歪み（tensile lattice strain）を発生させる欠陥である。
【０００８】
インゴットの良好な歩留まりを有し、かつ改善された機械的性質および電気的性質（後者は太陽電池の品質に関係する）を有するUMGベースの多結晶シリコン材料を提供するシンプルなプロセスが求められている。このようなプロセスは、例えば、CZ技術やFZ技術を適用することによって、単結晶シリコン材料を製造するために部分的または排他的に使用される高品位の非UMGシリコン原料にも容易に転用可能なものでなければならない。
【発明の概要】
【０００９】
本明細書において、最終的に太陽電池の製造に有用であり得るシリコンを結晶化するための技術を開示する。本開示は、種々の太陽電池の応用例において使用するための電気的および機械的材料特性が改善されたシリコンインゴットまたは結晶の製造方法およびシステムを含んでいる。
【００１０】
結果的に得られた太陽電池は、容易に破損するという懸念なしに出荷、設置、使用することができる。また、機械的強度を高めること以外にも、関連するインゴットまたは結晶から得られたシリコン材料の電気的性質を改善することによって、臨界電池効率に到達するのに必要な一定の最低レベルの再結合寿命を有するインゴット/結晶部分として測定した場合の、インゴット/結晶の歩留まりの向上も、もたらし得る。
【００１１】
開示された主題の一つの局面により、低品位シリコン原料および所定量のゲルマニウムから溶融液を坩堝デバイス内で形成する工程を含む、低品位シリコン原料を使用するためのシリコンインゴットの形成方法および関連するシステムが提供される。前記プロセスおよびシステムでは、坩堝デバイス内においてシリコンインゴットを形成するために、溶融液の方向性凝固が実施される。
【００１２】
開示された主題の別の局面により、高品位シリコン原料および所定量のゲルマニウムを使用するためのシリコン結晶形成方法および関連するシステムが提供される。前記プロセスおよびシステムは、シリコン結晶を形成するために溶融液の結晶化を行う。
【００１３】
ある場合では、メルトダウンおよびその後のCZ結晶引き上げを行う前に、高品位シリコン原料に所定量のゲルマニウムを添加するCZ技術を使用して、結晶化が達成される。
【００１４】
別の場合では、FZ結晶を成長させるためのフローティング溶融ゾーンを適用する前に、高品位シリコンの供給棒に所定量のゲルマニウムを付着させるFZ技術を使用して、結晶化が達成される。
【００１５】
所定量のゲルマニウムは、純ゲルマニウムのみとして添加され得る。また、前記所定量のゲルマニウムは、純シリコンゲルマニウム合金のような化合物の一部であってもよい。
【００１６】
開示された主題の上記および他の利点ならびに追加の新規特徴は、本明細書において記載された説明から明らかとなる。この概要の目的は、主張された主題を包括的に説明しようとするものではなく、主題の機能性の一部を簡単に概説しようとするものである。本明細書に記載された他のシステム、方法、特徴および利点は、以下の添付図面および詳細な説明を検討すれば、当業者には明らかとなるだろう。そのような全てのさらなるシステム、方法、特徴、および利点は本記載に含まれ、添付の特許請求の範囲に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
開示された主題の特徴、性質、および利点は、添付図面と併せて以下に示す詳細な説明からさらに明白となる。図面中の参照符号は明細書全体を通して対応している。
【図１】シリコンインゴットの形成から始まる太陽電池を形成するための先行技術の一般的なプロセスである。
【図２】本開示による改善された特性を備えたシリコンインゴットを製造するためのプロセスフローを概念的に示す。
【図３】方向性凝固法によるインゴット形成プロセスのために低品位のシリコン原料を利用する本開示の一つの態様のプロセスフローを示す。
【図４】CZ結晶引き上げプロセスのために高品位のシリコン原料を利用する本開示の一つの態様のプロセスフローを示す。
【図５】FZ結晶成長プロセスのために高品位のシリコン原料の供給棒を利用する本開示の一つの態様のプロセスフローを示す。
【図６】本開示の態様を用いて参照インゴットおよび加工インゴットからテストされた複数の異なるウェハの破損テスト結果の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
特定の態様の詳細な説明
本開示の方法およびシステムにより、低純度または高純度のシリコン原料を使用してシリコンインゴットまたは結晶を製造する半導体インゴット形成プロセスが提供される。本明細書に開示される主題を用いる結果として、改質された冶金級（UMG）シリコンなどの低品位半導体材料から形成されるインゴットの特性が改善される。このような改善により、例えば、太陽光発電への応用のための太陽電池を製造する際に、UMGシリコンを使用することができる。さらに、本開示の方法およびシステムによって、UMGまたは他の非電子級原材料を使用してのシリコンベースの太陽電池形成が特に有利となる。したがって、本開示により、従来可能であったよりも大量に、かつ、多数の加工施設において、太陽電池の生産が可能となり得る。
【００１９】
図1は、本開示の背景を表すもので、工程12から始まる公知のプロセス10を示す。工程12において、公知のウェハ形成プロセスフロー10に、MGまたは他の低品位シリコンが投入される。公知のプロセスフロー10において、工程14でMGシリコンから高品位シリコンが注出される。高品位シリコン注出工程14は、高コスト処理シーケンスであり、EGシリコン品質か、またはSOG原料品質と呼ばれる若干品質の落ちるシリコン品質が得られる。これらは、工程16においてインゴットを作製するために使用されるタイプのシリコン原材料である。公知のプロセスフロー10は、工程18においてシリコンウェハを得るために、一般に、ワイヤソーを使用してシリコンインゴットをスライスする工程を含んでいる。結果として得られるシリコンウェハは、次に当該ウェハを使用する太陽電池形成プロセス20に投入される。
【００２０】
図2は、本願により開示されるプロセスが太陽電池作製フロー30にどのように組み込まれるかについての新規の態様を概括的に示す。本開示によってもたらされるシリコンインゴットの改善された特性には、種々の品位の原材料および本明細書に開示されたゲルマニウム濃縮工程を使用することによって結果的に得られるウェハの強度や柔軟性の向上を含み得、したがって、結果的に得られる太陽電池の強度および柔軟性が向上することを含み得る。
【００２１】
作製フロー30は、工程32においてMGシリコンを使用する工程を含み、MGシリコンは、UMGシリコンになるようにある程度まで精製されてもよい。結果的に得られるシリコン品質は、低品位シリコン36のままである。したがって、シリコン品質34は、シリコン品質14と比較すると、かなり低コストのものである。また、低品位シリコンインゴット36は、シリコン品質14と比較した場合、非常に高い含有量の金属不純物および非金属不純物を含む。本開示は、結果的に得られるインゴットの強度および柔軟性を高めるために、所定の質および量のゲルマニウムの添加または濃縮を含む。シリコンおよびゲルマニウムの組み合わせは、インゴット形成工程38の初期の局面として、シリコン溶融物を形成するように加熱される。
【００２２】
工程38において、シリコンインゴット形成は、例えば、方向性凝固プロセス、CZ結晶形成プロセス、またはFZ結晶形成プロセスを用いて行われ得る。工程40は、シリコンウェハの形成を表す。最後に、工程42において太陽電池形成プロセスが行われる。
【００２３】
図3は、低品位のシリコン原料を用いた本開示の一つの態様のプロセスフロー50である。プロセスフロー50において、第1の工程52は、低品位の原料シリコン（例えば、UMGシリコン）を坩堝内に配置することを含む。シリコン溶融形成用の加熱プロセスを開始する前に、本開示では、工程54において、所定量の純ゲルマニウム（例えば、純度99.999のゲルマニウム）を低品位シリコン原料に添加することが企図される。
【００２４】
改良されたシリコンに添加されるゲルマニウムは、50〜200ppmwの範囲であり得る。開示された主題の一つの態様において、ゲルマニウムの量は、100〜150ppmwであり得る。別の態様では、120〜180ppmwの範囲のゲルマニウムが可能であり得る。
【００２５】
固体低品位シリコンおよび純ゲルマニウムの組み合わせが坩堝内に存在すると、工程56は、工程58において低品位シリコンおよび添加ゲルマニウムの溶融物を生成するために固体混合物を加熱することを含む。溶融低品位シリコンおよびゲルマニウムは、例えば、方向性凝固を実行することによって、その後に工程60において結晶化されてもよい。
【００２６】
図4は、高品位のシリコン原料を用いた本開示のさらなる態様のプロセスフロー70である。プロセスフロー70において、第1の工程72は、高品位の原料シリコン（例えば、EGシリコン）を坩堝内に配置することを含む。シリコン溶融形成用の加熱プロセスを開始する前に、本開示では、工程74において、所定量の純ゲルマニウム（例えば、少なくとも純度99.999のゲルマニウム）を高品位シリコン原料に添加することが企図される。
【００２７】
固体低品位シリコンおよび純ゲルマニウムの組み合わせが坩堝内に存在すると、工程76は、工程78において高品位シリコンおよび添加ゲルマニウムの溶融物を生成するために固体混合物を加熱することを含む。その後、CZプロセスを通して所望の結晶特性を達成および維持するための確立された手法を用いてCZ結晶を引き上げることにより、その後のステップ80において溶融した高品位シリコンおよびゲルマニウムの一部分をシリコン結晶に形成してもよい。
【００２８】
図5は、高品位の原料シリコン、具体的には、EGシリコン原料の供給棒から始まる本開示のさらなる態様のプロセスフロー90である。プロセスフロー90において、第1の工程92が、高品位の原料シリコン（例えば、EGシリコン）供給棒から始まる。供給棒により、FZ結晶化プロセスのフローティングゾーンまたはFZ領域を使用できる。FZ領域の形成に関連して、本開示では、工程94において所定量の純ゲルマニウム（例えば、少なくとも純度99.999のゲルマニウム）を高品位のシリコン原料供給棒に添加することが企図される。
【００２９】
固体高品位シリコンおよび純ゲルマニウムの組み合わせがFZに存在すると、工程96は、工程98において、高品位シリコンおよび添加ゲルマニウムのフローティング溶融ゾーンを使用し、その後の工程80において、供給棒およびゲルマニウムの混合物からFZ結晶を成長させることによってシリコン結晶を形成する。この点において、FZプロセスを通して所望の結晶特性を達成および維持するための定型手法が適用されうる。
【００３０】
図6は、インゴットBからのゲルマニウムドーピングされた材料と、インゴットAからのドーピングされていない基準材料の機械ウェハ強度を比較した実験の特徴的な結果110を示す。インゴットは両方とも、同じタイプのUMG原料シリコンを選択し、同じ鋳造条件を適用して同じツールを用いて、連続して鋳造を行った。次に、各インゴットから、1セットの底部付近のウェハ（116および120）および1セットの上部付近のウェハ（118および122）を選択し、標準的な4直線曲げテスト（4-line bending test）において最大外力Fmaxと最大ウェハ変形lmaxの比率として測定された、機械的ウェハ強度を求めた。正規化されたウェハ強度（強度をウェハの厚さで除算）112は、シーケンス番号114が、それぞれのインゴット内の元の場所を表す（番号が大きくなるほど、底部から上部へ）さまざまなウェハ群に対して与えられる。グラフから、ゲルマニウムドーピングされたインゴットBからのウェハが、基準インゴットAからのウェハより強度が高いことが分かった。
【００３１】
ここに示す結果によれば、シリコンインゴットを形成する際にゲルマニウムを添加すると、他の方法で同様に形成されたシリコンインゴットからなるシリコンインゴットよりも強度特性が優れるという結論が支持される。
【００３２】
これらの結果は、ゲルマニウムドーピングされたシリコンインゴット由来の材料を用いることで達成されるその他の改良例を示している以下の表によって、さらに実証される。
【００３３】
（表１）インゴットの歩留まり、キャリア寿命、および効率の向上
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【００３４】
表は、多結晶シリコンインゴットの形成に使用した中品位原料に関するデータについて報告したものである。これらのデータは、上述した改善された機械的特性に加えて、電気的材料特性の改善に関する。同表における電気的特性の改善値は、本開示による改良がなされていないシリコンと比較しての、機械的耐久性加工が施されたシリコンにおける向上をパーセンテージとして示している。材料特性が改善されるため、このようなインゴットから作成できるシリコンウェハ数および関連する太陽電池数におけるそれぞれの歩留まりが向上する。さらに、電気的特性が改善されることにより、結果的に得られる太陽電池の平均歩留まりが向上する。
【００３５】
言い換えれば、本開示の教示によって、形成されるシリコンインゴットの材料特性が改善され、カスケード効果によって、太陽電池およびこのような太陽電池を使用したシステムの製造に関連する最終的なコストの削減が促される。すなわち、ゲルマニウムドーピングされたシリコン材料は、非ドーピングシリコン材料より優れた材料強度および柔軟性を備えるため、インゴットからウェハをスライスする機械的プロセスの際のウェハ破損が低減する可能性が高くなる。次に、ウェハがスライスされた後も、シリコンウェハの材料強度および柔軟性は持続し、このようなシリコンウェハがさらに太陽電池に形成されるため、太陽電池の耐久性が増す。さらに、このようにして結果的に得られる太陽電池は、太陽電池製造場所から太陽電池アレイとしての組み立て場所やこのような太陽電池アレイの分野における最終的な設置場所までの輸送時または設置時に、破損、亀裂、または破砕応力が生じにくくなる。最後に、現場での風化作用、熱的および環境的過渡現象が太陽電池に損傷を与えたり、そのほかの現象を引き起こしたりするため、このような太陽電池の耐久性や柔軟性が向上することで、太陽電池アレイの動作寿命がさらに向上し得る。
【００３６】
本開示の教示の実施によるシリコンウェハの歩留まりの向上、太陽電池の歩留まりの向上、太陽電池アレイの歩留まりの向上、および太陽電池アレイの機械的耐久性の向上により、太陽電池産業において著しく高い経済性が生じ得る。このような経済性により、太陽電池の発電コストが直接的および実質的に削減される。
【００３７】
上記の表が示すように、シリコンのゲルマニウムドーピングにより、シリコン材料のそれぞれのキャリア寿命が向上するだけでなく、太陽電池全体の効率も向上する。例えば、上記の表において、20.7％の再結合寿命の向上が示され、1.2％の電池効率の向上が測定されていることが示されている。
【００３８】
本開示のシリコン材料の改善は、結晶シリコンの格子構造に置換してゲルマニウム原子が取り込まれることに付随して、圧縮格子歪みが増大することから得られ得る。このようなゲルマニウムの置換取り込みは、シリコンウェハまたは太陽電池のあるバルク欠陥に付随する局所的な引っ張り応力を相殺し、本来の材料強度からの向上をもたらす。
【００３９】
経験的な結果によれば、ゲルマニウム濃度が（50〜200）ppmwの範囲のシリコン材料は、材料強度の向上を示しており、この場合の最良の実用範囲は、生成された材料の品質に依存する。ゲルマニウム濃度がわずかに高いと、単結晶シリコンは多結晶シリコンより良好に機能することが分かった。
【００４０】
要約すると、開示された主題により、シリコン原料および所定量のゲルマニウムから溶融液を坩堝デバイス内で形成する工程の後、坩堝内でインゴットを形成するための方向性凝固、溶融物からのCZ結晶の引き上げ、またはFZ結晶の成長のいずれかが行われるシリコンインゴットまたは結晶の形成方法およびシステムが提供される。
【００４１】
本明細書において、本開示の教示を取り入れたさまざまな態様を詳細に示し記載してきたが、当業者によれば、これらの教示を取り入れた多くの他の変更された態様を容易に考案できるであろう。したがって、好ましい態様の前述した記載は、当業者が、主張された主題を製造または使用することができるように提供される。これらの態様のさまざまな修正は、当業者に容易に明らかであり、本明細書において規定された一般的な原理は、革新的な能力を用いなくても他の態様に応用され得る。このように、主張された主題は、本明細書に示す態様に限定されることを意図したものではなく、本明細書において開示された原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲に従うものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015044733.tif 000008
【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年9月29日(2014.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定量のシリコン原材料を使用してシリコン結晶化プロセスを開始する工程;
最低純度レベルが99.99％の所定量のゲルマニウムを前記シリコン原材料に添加する工程であって、該ゲルマニウムの量が50〜200ppmwの範囲である工程;
シリコン原材料および前記量のゲルマニウムのそれぞれから溶融物を生成する工程;および
前記溶融物の多結晶の結晶化を実行する工程
を備える、改善された機械的および電気的特性を有する多結晶シリコンの形成方法。
【請求項２】
所定量のシリコン原材料を使用して、方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
【請求項３】
所定量のUMGシリコン原材料を使用して、方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始する工程をさらに備える、請求項1記載の方法。
【請求項４】
最低純度レベルが99.999パーセント純度を有するゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
100〜150ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
120〜180ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
所定量のシリコン原材料を使用してシリコン結晶化プロセスを開始するためのシリコン結晶形成機構と;
前記シリコン原材料に添加される最低純度レベルの所定量のゲルマニウムを添加するための機構であって、該ゲルマニウムの量が50〜200ppmwの範囲である機構と;
シリコン原材料および前記量のゲルマニウムのそれぞれから溶融物を生成するための加熱機構と;
前記溶融物の多結晶の結晶化を実行するための凝固制御機構と;
を備える、シリコン原料から多結晶シリコンを形成するシステム。
【請求項８】
所定量のシリコン原材料を使用して方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始するための機構をさらに備える、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
所定量のUMGシリコン原材料を使用して方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始するための機構をさらに備える、請求項７記載のシステム。
【請求項１０】
最低純度レベルが99.99パーセント純度のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、請求項７〜９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
最低純度レベルが99.999パーセント純度のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、請求項７〜１０のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
前記量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構が、100〜150ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構を含む、請求項７〜１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
前記量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構が、120〜180ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構を含む、請求項７〜１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１４】
所定量のシリコン原材料を使用して形成された、光起電力プロセスを実行するための多結晶シリコンバルク材料と;
材料強度を向上させ、かつシリコン基板の電気的特性を改善するための、前記シリコン基板材料内にドーピングされた99.99％の最低純度レベルを有する50〜200ppmwの範囲の所定量のゲルマニウムと；
を備える、多結晶シリコン材料から形成された光起電力太陽電池。
【請求項１５】
多結晶シリコンバルク材料が、UMGシリコンバルク材料を備える、請求項１４記載の光起電力太陽電池。
【請求項１６】
多結晶シリコンバルク材料が、SOGシリコンバルク材料を備える、請求項１４記載の光起電力太陽電池。
【請求項１７】
多結晶シリコンバルク材料が、EGシリコンバルク材料を備える、請求項１４記載の光起電力太陽電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
開示された主題の上記および他の利点ならびに追加の新規特徴は、本明細書において記載された説明から明らかとなる。この概要の目的は、主張された主題を包括的に説明しようとするものではなく、主題の機能性の一部を簡単に概説しようとするものである。本明細書に記載された他のシステム、方法、特徴および利点は、以下の添付図面および詳細な説明を検討すれば、当業者には明らかとなるだろう。そのような全てのさらなるシステム、方法、特徴、および利点は本記載に含まれ、添付の特許請求の範囲に含まれることが意図される。
[本発明1001]
所定量のシリコン原材料を使用してシリコン結晶化プロセスを開始する工程;
最低純度レベルが99.99％の所定量のゲルマニウムを前記シリコン原材料に添加する工程;
シリコン原材料および前記量のゲルマニウムのそれぞれから溶融物を生成する工程;および
前記溶融物の結晶化を実行する工程
を備える、改善された機械的および電気的特性を有する結晶シリコンの形成方法。
[本発明1002]
所定量のシリコン原材料を使用して、方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1003]
所定量のUMGシリコン原材料を使用して、方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1004]
EGシリコン原材料を使用して、CZシリコン結晶引き上げプロセスを開始する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1005]
SOGシリコン原材料を使用して、CZシリコン結晶引き上げプロセスを開始する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1006]
EGシリコン供給棒を使用して、FZシリコン結晶化プロセスを開始する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1007]
最低純度レベルが99.999パーセント純度を有するゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1008]
50〜200ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1009]
100〜150ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1010]
120〜180ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加する工程をさらに備える、本発明1001の方法。
[本発明1011]
所定量のシリコン原材料を使用してシリコン結晶化プロセスを開始するためのシリコン結晶形成機構と;
前記シリコン原材料に添加される最低純度レベルの所定量のゲルマニウムと;
シリコン原材料および前記量のゲルマニウムのそれぞれから溶融物を生成するための加熱機構と;
前記溶融物の結晶化を実行するための凝固制御機構と;
を備える、シリコン原料から結晶シリコンを形成するシステム。
[本発明1012]
所定量のシリコン原材料を使用して方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1013]
所定量のUMGシリコン原材料を使用して方向性凝固シリコン結晶化プロセスを開始するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1014]
EGシリコン原材料を使用してCZシリコン結晶引き上げプロセスを開始するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1015]
SOGシリコン原材料を使用してCZシリコン結晶引き上げプロセスを開始するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1016]
EGシリコン供給棒を使用してFZシリコン結晶化プロセスを開始するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1017]
最低純度レベルが99.99パーセント純度のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1018]
最低純度レベルが99.999パーセント純度のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1019]
50〜200ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1020]
100〜150ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1021]
120〜180ppmwの範囲の量のゲルマニウムをシリコン原材料に添加するための機構をさらに備える、本発明1011のシステム。
[本発明1022]
所定量のシリコン原材料を使用して形成された、光起電力プロセスを実行するためのシリコンバルク材料と;
材料強度を向上させ、かつシリコン基板の電気的特性を改善するための、前記シリコン基板材料内にドーピングされた99.99％の最低純度レベルを有する所定量のゲルマニウムと；
を備える、結晶シリコン材料から形成された光起電力太陽電池。
[本発明1023]
シリコンバルク材料が、UMGシリコンバルク材料を備える、本発明1022の光起電力太陽電池。
[本発明1024]
シリコンバルク材料が、SOGシリコンバルク材料を備える、本発明1022の光起電力太陽電池。
[本発明1025]
シリコンバルク材料が、EGシリコンバルク材料を備える、本発明1022の光起電力太陽電池。