(57)【要約】【課題】シリコンインゴットの生産効率および歩留を向上させることができ、かつ変換効率の高い太陽電池を得ることが可能となるシリコンインゴットの切断方法を提供する。【解決手段】電磁誘導による連続鋳造法を用いて鋳造されたシリコンインゴットから、その後に切断される出発素材であり、かつその断面形状が正方形であるシリコンブロックを切り出す際に、前記シリコンインゴットの断面形状を矩形とし、そのシリコンインゴットから前記シリコンブロックを同一寸法で６個以上切り出す。これにより、生産効率を大幅に向上させることが可能になるとともに、シリコンブロック１個当たりのエッジの切除量が減少するので、歩留を向上させることができる。さらに、インゴット内における粒径の大きい柱状晶の比率を増加させることが可能となることから、シリコンブロックを基板として用いた太陽電池の変換効率を高めることができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導による連続鋳造法を用いて、その後に切断される出発素材であり、かつその断面形状が正方形であるシリコンブロックが切り出されるシリコンインゴットを鋳造する方法であって、
前記シリコンインゴットの断面形状を矩形とすることを特徴とする生産効率に優れるシリコンインゴットの鋳造方法。
【請求項２】
電磁誘導による連続鋳造法を用いて鋳造されたシリコンインゴットから、その後に切断される出発素材であり、かつその断面形状が正方形であるシリコンブロックを切り出す方法であって、
前記シリコンインゴットの断面形状を矩形とし、そのシリコンインゴットから前記シリコンブロックを同一寸法で６個以上、かつ矩形の短辺を２分割して切り出すことを特徴とするシリコンインゴットの切断方法。
【請求項３】
切り出された前記シリコンブロックを切断して太陽電池用基板に用いることを特徴とする請求項２に記載のシリコンインゴットの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンインゴットの鋳造方法および切断方法に関し、さらに詳しくは、シリコンインゴットの生産効率および歩留を向上させるとともに、シリコンインゴットから切り出されるシリコンブロックを基板として用いる太陽電池の変換効率を高めることができるシリコンインゴットの鋳造方法および切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在製造されている太陽電池の大半は、シリコン結晶が基板材に用いられている。シリコン結晶は単結晶と多結晶に区分されるが、一般に基板として単結晶を用いた方が、入射した光エネルギーを電気エネルギーにする際の変換効率の高い太陽電池を得ることができる。
【０００３】
単結晶シリコンは、高品質な無転位の結晶が要求されることから、溶融シリコンから単結晶を引き上げ育成するチョクラルスキー法により製造される。しかし、チョクラルスキー法で育成される単結晶シリコンは、後述する多結晶シリコンに比べ製造コストが上昇するという欠点があるため、太陽電池の基板として単結晶シリコンを用いる場合には、太陽電池の製造コストが高くなるという問題が生じる。
【０００４】
一方、多結晶シリコンは、溶融シリコンを鋳型で凝固させる鋳造法（以下、「キャスト法」ともいう）、または電磁誘導による連続鋳造法（以下、「電磁鋳造法」ともいう）で製造されるのが一般的であり、チョクラルスキー法で製造される単結晶シリコン基板よりも低コストで基板材料を製造することができる。
【０００５】
キャスト法による多結晶シリコンの鋳造では、るつぼ内で原料である高純度シリコンを加熱溶解し、ドープ材である微量のボロン等を均一添加したのち、そのままるつぼの中で凝固させるか、または鋳型に流し込んで凝固させる。通常、太陽電池に用いられる基板を切り出すシリコンブロックは正方形であることから、溶解後にそのまま溶湯を凝固させる場合には正方形の石英るつぼが用いられ、また、溶湯を鋳型に流し込む場合には正方形の黒鉛製の鋳型が用いられる。
【０００６】
このキャスト法に一方向性凝固法を適用することにより、結晶粒の大きい多結晶シリコンを得ることが可能となるが、キャスト法は溶融シリコンを鋳型で凝固させる造塊法であることから種々の問題がある。例えば、溶融したシリコンと容器壁とが接触することによって不純物汚染が生じることや、インゴットと鋳型との融着を防止するために用いられる離型剤が溶融したシリコンに混入することがある。
【０００７】
また、キャスト法では、上述のとおり、石英るつぼや黒鉛製の鋳型といった高純度材料を使用するとともに、これらの交換を行う必要があることから、製造コストが上昇する。さらに、キャスト法は造塊法であり、連続した鋳造が困難であることから、生産効率の低下を招くという問題がある。
【０００８】
これらの問題を解決する方法として、溶融シリコンがるつぼや鋳型にほとんど接触することなく、シリコン結晶を鋳造することのできる電磁鋳造法が開発されている。
【０００９】
電磁鋳造法では、高周波誘導コイルの内側に、周方向に相互に電気的に絶縁され、かつ内部が水冷された、電気伝導性と熱伝導性のよい物質を短冊状に並べた装置を用いる。コイルの断面形状およびるつぼを構成する短冊状の物体で囲まれた部分の断面形状は、円筒状および角筒状のいずれもが適用可能である。
【００１０】
溶解容器として構成された冷却銅るつぼに原料シリコンを装入し、高周波誘導コイルに交流電流を通じると、冷却銅るつぼを構成する短冊状の各素片は互いに電気的に分割されていることから、各素片内で電流がループを作り、冷却るつぼの内壁側の電流が冷却るつぼ内に磁界を形成することにより、るつぼ内のシリコンを加熱溶解することができる。るつぼ内のシリコンは、冷却るつぼ内壁の電流がつくる磁界と溶融シリコン表皮の電流の相互作用によって、溶融シリコン表面の内側法線方向の力（ピンチ力）を受けることにより、るつぼと非接触の状態で溶解される。
【００１１】
この電磁鋳造法では、凝固に対し溶解に用いた水冷銅るつぼを利用する。具体的には、るつぼ内のシリコンを溶解させながら、溶融シリコンとインゴットを下部で保持する支持台を下方へ移動させると、高周波誘導コイルの下端から遠ざかるにつれて誘導磁界が小さくなることから、発熱量およびピンチ力が減衰し、水冷銅るつぼからの冷却にて、溶融シリコンの外周部から凝固が進行する。支持台の下方への移動に合わせて、るつぼの上方から原料を連続的に投入して溶解および凝固を継続することにより、シリコンの溶融液はるつぼ壁と接することなく、水冷銅るつぼ下部から凝固させながらシリコン多結晶を連続して鋳造することができる。
【００１２】
上述のとおり、電磁鋳造法では、溶融シリコンがるつぼにほとんど接触することがないという利点や、るつぼに高純度材料を使用する必要がないという利点、また、冷却面積が広く鋳造速度を速くすることが可能である利点があることから、多結晶シリコンを基板として用いる太陽電池の品質を高めるとともに、製造コストを低減するため、従来から、種々の検討が行われている。
【００１３】
例えば、特許文献１には、上述の冷却るつぼを用いた電磁鋳造法において、密閉容器内を大気圧よりわずかに加圧した不活性雰囲気とし、連続的に鋳造されたインゴットを、密閉容器の下部に実質的に非接触なシールを設けて連続的に引き抜き、密閉容器から外れた部位で機械的に切断する装置構成が提案されている。これにより、従来は電磁鋳造炉の容量に制限され、間欠的にしか鋳造できなかったシリコンインゴットを連続して鋳造することが可能となった。
【００１４】
また、連続鋳造工程のみならず、鋳造されたインゴットからシリコンブロックを製造する工程においても、太陽電池の品質の向上および製造コストの低減を図るため、種々の検討が行われている。
【００１５】
図１は、電磁鋳造法を用いて鋳造されたインゴットの縦断面の結晶模様を模式的に示す図である。図１に示すように、インゴットの縦断面の結晶模様は、インゴットの側面から結晶粒径の微細なチル層１が側面に対して垂直に成長し、中心部に向かうにつれて、上部の熱源方向へむけて柱状晶２ａ、２ｂが成長、肥大化する。
【００１６】
大きな結晶粒径を成長させた柱状晶２ａ、２ｂが存在するインゴット内部の半導体特性は良好であるが、チル層１は粒径が小さく、結晶欠陥が多いことから半導体特性は良好とはいえない。このため、チル層１を取り除くためインゴット側面から一定厚さの部分（以下、「エッジ」ともいう）を切除する必要がある。このエッジの切除は、通常、インゴットからシリコンブロックを切り出す際に行われる。
【００１７】
図２は、従来のシリコンインゴットからシリコンブロックを切り出す方法を模式的に説明する図であり、同図（ａ）はシリコンブロックの切り出し方向を示す概念図であり、同図（ｂ）はシリコンインゴットの断面図である。図２（ａ）に示すように、従来のシリコンブロックの製造方法では、太陽電池基板が正方形であることから、断面形状が正方形で鋳造されたインゴット４から正方形断面のシリコンブロック５を鋳造方向に４個切り出す方法を採用している。
【００１８】
また、図２（ｂ）に示すように、インゴット４は側面のチル層を形成するエッジ６が切除された後に、切断代７に沿って４個のシリコンブロック５に切り分けられる。このように、エッジ６を切除することにより、結晶粒径が大きく、結晶欠陥の少ない半導体特性の良好なシリコンブロックを得ることができる。
【００１９】
上述のとおり、従来の電磁鋳造法を用いたシリコンインゴットの切断方法では、歩留低下を防止するため、太陽電池基板が正方形であることを考慮した合理的な切り出し方法が採用されている。
【００２０】
【特許文献１】特開平２−５１４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
電磁鋳造法がキャスト法よりも優れている点は、前述した溶融シリコンがるつぼに接触しないこと、るつぼに高純度材料を使用する必要がないこと、およびその生産効率が高いことが挙げられる。しかし、電磁鋳造法では、太陽電池の製造コストをより一層低下させることを目的として、シリコンインゴットの生産効率および歩留のさらなる向上が望まれている。
【００２２】
シリコンインゴットの生産効率を飛躍的に向上させるには、水冷銅るつぼの冷却能を向上させ、凝固促進により鋳造速度を上げること等が考えられる。しかし、冷却能向上による凝固促進は、鋳造されるインゴットに大きな温度勾配が生じることによる応力の蓄積、およびそれにともなう割れの発生が懸念される。
【００２３】
また、インゴットの断面積を相似的に増加させることにより、単位時間当たりの鋳造量を増加させて、生産効率の向上を図る方法も考えられる。しかしながら、この方法を用いた場合には、インゴットの中心部から側面までの距離が増加することから、溶融されたシリコンが完全凝固するまでに時間を要するので、固液界面の深さが増大する。
【００２４】
図３は、電磁鋳造法を用いるとともに、インゴットの中心部から側面までの距離を増加させて鋳造されたインゴットの縦断面の結晶成長模様を模式的に示す図である。図３に示すように、インゴットの中心部から側面までの距離を増加させることにより、固液界面が深くなった場合には、溶解コイルからの熱供給が不足することから、中心近傍に結晶粒径の小さい等軸晶３が生成する。この等軸晶３の生成領域は、結晶粒界を多数有するので、半導体特性が良好とはいえない。このため、品質の低下を回避するには、固液界面が深くならないように、鋳造速度を低下させることが必要となる。
【００２５】
一方、歩留を向上させるためには、エッジの切除量を減少させることが考えられるが、エッジの切除量は歩留と品質とのバランスを考慮して決定されるものであり、歩留のみを考慮して切除量を減少させた場合には、太陽電池の品質の低下は避けることができない。
【００２６】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、シリコンインゴットの生産効率および歩留を向上させるとともに、変換効率の高い太陽電池を得ることができるシリコンインゴットの鋳造方法および切断方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明者らは、前記の課題を解決するために、電磁鋳造法によるインゴットの鋳造からシリコンブロックの切り出しに至る全ての工程を見直し、種々の検討を行った。その結果、単位長さで鋳造されるインゴットの重量を増やすために、鋳造されるインゴットの断面積が増加された場合にも、従来の断面積における鋳造速度とほぼ同等の鋳造速度で電磁鋳造を行うことが可能であることを知得した。
【００２８】
また、インゴットの断面積を増加させるとともに、正方形断面のインゴットからシリコンブロックを４個切り出していた従来法よりも、縦方向または横方向の切り出し数を増やすことによって、シリコンブロック１個当たりのエッジの切除量を減少させることができることにも着目した。
【００２９】
さらに、鋳造されるインゴットの断面積を増加させるとともに、その断面形状を矩形とすることにより、長辺方向における側面からの凝固の影響が低減され、インゴット内における粒径の大きい柱状晶の比率を増加させることが可能であることを知得した。
【００３０】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）のシリコンインゴットの鋳造方法、並びに下記（２）および（３）のシリコンインゴットの切断方法を要旨としている。
（１）電磁誘導による連続鋳造法を用いて、その後に切断される出発素材であり、かつその断面形状が正方形であるシリコンブロックが切り出されるシリコンインゴットを鋳造する方法であって、前記シリコンインゴットの断面形状を矩形とすることを特徴とする生産効率に優れるシリコンインゴットの鋳造方法。
（２）電磁誘導による連続鋳造法を用いて鋳造されたシリコンインゴットから、その後に切断される出発素材であり、かつその断面形状が正方形であるシリコンブロックを切り出す方法であって、前記シリコンインゴットの断面形状を矩形とし、そのシリコンインゴットから前記シリコンブロックを同一寸法で６個以上、かつ矩形の短辺を２分割して切り出すことを特徴とするシリコンインゴットの切断方法。
（３）上記（２）に記載のシリコンインゴットの切断方法では、切り出された前記シリコンブロックを切断して太陽電池用基板に用いることにより、太陽電池の変換効率を高めることができるので望ましい。
【００３１】
本発明において「シリコンブロック」とは、その後に切断される出発素材として、シリコンインゴットから切り出される正方形断面を有する直方体ブロック形状のシリコン塊を意味する。このシリコンブロックの正方形断面の寸法は、製品となる太陽電池基板のニーズにより決定されるものであり、近年、大型化の傾向にあり、最近では一辺が１５０〜１６０ｍｍが一般的である。これをシリコンブロックの正方形断面に対して平行に厚さ２００μｍ程度でスライスすることにより、太陽電池に用いられる基板を得ることができる。
【００３２】
また、「生産効率に優れる」とは、従来の電磁鋳造法と比較して、単位時間当たりの鋳造量を増加させることが可能であることを意味する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明のシリコンインゴットの鋳造方法によれば、インゴットの製造に際し、従来のインゴットの鋳造方法と比較して、同等の鋳造速度を保持しつつ、断面積が増加されたインゴットを製造することから、生産効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００３４】
また、本発明のシリコンインゴットの切断方法によれば、インゴットの断面積を増加させるとともに、切り出されるシリコンブロックの個数を増加させることにより、シリコンブロック１個当たりのエッジの切除量が減少するので、歩留を向上させることができる。
【００３５】
さらに、鋳造するインゴットの断面形状を矩形とし、かつ、断面積を増加させることにより、インゴット内における粒径の大きい柱状晶の比率を増加させることができることから、切り出されたシリコンブロックを基板として用いた太陽電池の変換効率を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図４は、本発明に用いるシリコンインゴットを鋳造する電磁鋳造炉の一例を模式的に示す図であり、図５は、本発明に用いる断面形状が矩形である冷却るつぼの一例を模式的に示す斜視図である。チャンバー８は、内部の発熱から保護されるように二重壁構造の水冷容器になっており、上部に遮断手段９によって仕切られた原料装入装置と連結され、底部にインゴットを抜き出すための引出し口１０を有している。チャンバー８には上部側壁に不活性ガス導入口１１および下部側壁に真空吸引口１２が設けられている。
【００３７】
チャンバー８の中央部には電磁鋳造手段としての冷却るつぼ１３、誘導コイル１４およびアフターヒーター１５が設けられている。冷却るつぼ１３は銅製の水冷角筒体で、部分的な縦方向のスリット２３により周方向に複数分割されている。誘導コイル１４は、冷却るつぼ１３のスリット２３を設けた位置の外周側に同芯に周設され、図示されていない同軸ケーブルにて電源に接続される。アフターヒーター１５は、冷却るつぼ１３の下方に同芯に連設され、冷却るつぼ１３から引き下げられるインゴット４を加熱して、その軸方向に所定の温度勾配を与える。
【００３８】
チャンバー８内に設けられた遮蔽手段９の下方には原料導入管１６が設けられ、原料導入管１６内に装入された粒状、塊状のシリコン材料１７が冷却るつぼ１３内の溶融シリコン１８に供給されるようになっている。冷却るつぼ１３の真上にはグラファイト等からなる補助ヒーター１９が昇降可能に設けられ、下降した状態で冷却るつぼ内に装入されるようになっている。
【００３９】
アフターヒーター１５の下方には、ガスシール部２０が設けられるとともに、インゴット４を支えながら下方へ引き出す引き抜き装置２１が設けられている。ガスシール部２０の下方でチャンバー８の外部には、機械的な切断手段としてのダイヤモンド切断機２２が設けられ、これはシリコンインゴット４の引き抜き速度に同期して下降できるようになっており、前記引出し口１０よりチャンバー８外に引き出されてくるインゴット４をその移動に追随しながら切断する。このような動作を繰り返すことにより、所望のシリコンインゴットが半連続的に鋳造される。
【００４０】
本発明のシリコンインゴットの鋳造方法は、正方形断面のインゴットを鋳造する従来の鋳造方法に対し、インゴットの断面形状を矩形とすることを特徴としている。本発明によれば、矩形の短辺を従来の正方形断面の一辺と同じ長さとすることができるので、界面深さの増加を伴うことなくシリコンインゴットを鋳造でき、かつ、矩形の長辺を延長することにより断面積の増加を図ることから、生産効率を向上させることが可能となる。
【００４１】
図６は、本発明の鋳造方法により鋳造されたシリコンインゴットからシリコンブロックを切り出す方法を模式的に説明する図であり、同図（ａ）寸法の異なる２種類のシリコンブロックを切り出す方法を説明する図であり、同図（ｂ）同一寸法のシリコンブロックを６個切り出す方法を説明する図である。従来の正方形断面のインゴットでは、縦２分割、横２分割として同一寸法のシリコンブロックが４個切り出されるのに対し、本発明の鋳造方法により鋳造されたシリコンインゴットからは、図６（ａ）に示すように、矩形の長辺方向への増加部分２４からもシリコンブロックの切り出しが可能となる。
【００４２】
しかし、シリコンブロックの切断回数、および得られたシリコンブロックから基板を切り出す工程を考慮すると、同一寸法のシリコンブロックの方が、寸法の異なる２種類のシリコンブロックに比べて、工業生産的に設備投資を低く抑えることが可能である。このため、シリコンインゴットの長辺の長さは、図６（ｂ）に示すように、同一のシリコンブロックが６個以上切り出せる寸法が望ましい。
【００４３】
さらに、本発明者らは、インゴットの生産効率のみならず、その歩留の向上を図るため、インゴットの切断方法と歩留との関係について検討を行った。具体的には、インゴットからのシリコンブロックの切り出し数が４個、６個および８個の場合を想定し、それぞれエッジの切除幅を０ｍｍから２０ｍｍまで変化させて、各切除幅に対する歩留を調査した。なお、シリコンブロックに切り分けるときの切断幅は、ブレード切断を想定して５ｍｍとした。
【００４４】
図７は、矩形断面のシリコンインゴットからの同一寸法のシリコンブロックの切り出し数を変化させた場合における、エッジ切除幅と歩留との関係を示す図である。図７から、エッジの切除幅が３ｍｍ以上であれば、インゴットの矩形断面からのシリコンブロックの切り出し数が多いほど歩留が向上することが確認できた。すなわち、インゴットの断面積を増加させるとともに、切り出されるシリコンブロックの個数を増加させることにより、インゴットの生産効率および歩留を向上させることが可能となる。
【００４５】
さらに、本発明によるインゴットの内質の向上効果について説明する。前述のとおり、凝固速度が速いインゴットの側面では、粒径が小さく、結晶欠陥が多いチル層が成長し、凝固速度の遅い内部では粒径の大きな柱状晶が成長する。すなわち、側面からの離隔が大きい部分ほど粒径の大きな柱状晶が成長し、内部の半導体特性は良好となる。このため、本発明では、インゴットの断面形状を矩形とし、かつ、断面積を増加させることにより、側面からの離隔が大きい部分の割合を増加させ、側面からの凝固の影響を低減させる構成としている。
【００４６】
図８は、矩形断面のシリコンインゴットからの同一寸法のシリコンブロックの切り出し方法を模式的に示す図であり、同図（ａ）はシリコンブロックを６個切り出す断面図であり、同図（ｂ）はシリコンブロックを８個切り出す断面図である。
【００４７】
図８（ａ）に示す６個切り出しの場合には、短辺方向については側面からの離隔は従来の４個切り出しのシリコンブロックと同じであるが、長辺方向については、側面からの離隔の増加にともない、側面からの凝固の影響が低減されたシリコンブロック５ａ（図の破線部）が２個得られる。すなわち、６個切り出しの場合は、従来の製造方法と比較して、粒径の大きい結晶の比率が増加することから、太陽電池としての変換効率が高いシリコンブロックを製造することができる。
【００４８】
また、図８（ｂ）に示す８個切り出しの場合には、短辺方向については側面からの離隔は従来の４個切り出しのシリコンブロックと同じであるが、長辺方向については、側面からの離隔の増加にともない、側面からの凝固の影響が低減されたシリコンブロック５ａ（図の破線部）が４個得られる。すなわち、本発明では、６個切り出しよりも、８個切り出しの方が、粒径の大きい結晶の割合が高く、太陽電池としての変換効率が高いシリコンブロックを製造することができる。
【００４９】
これと同様に、矩形断面の長辺を更に延長することにより、１０個切り出し、または１２個切り出しを実施した場合にも、歩留および変換効率の高いシリコンブロックの製造が可能となる。しかし、シリコンインゴットの断面積が過度に増加すると、近年のシリコン基板の一般的な断面寸法である１５０〜１６０ｍｍに対応するシリコンインゴットの製造においては、溶解コイルおよび冷却るつぼの肥大化や、その後の工程への物流におけるシリコンインゴットの重量増加に対応するために大幅な設備改造が必要となる。このことから、シリコンブロックの切り出し数は、８個切り出しまでが望ましい。
【実施例】
【００５０】
本発明の効果を確認するため、シリコンブロックを製造し、生産効率、歩留および太陽電池としての変換効率を評価した。
【００５１】
シリコンブロックの素材となるインゴットは、断面寸法が３４５ｍｍ×３４５ｍｍの正方形断面のインゴットと、断面寸法が３４５ｍｍ×４５０ｍｍ、３４５ｍｍ×５０６ｍｍおよび３４５ｍｍ×６６７ｍｍの矩形断面のインゴットの４種類とした。鋳造には、前記図４に示した電磁鋳造炉を使用し、全長１ｍのインゴットを鋳造した。
【００５２】
得られた４種類のインゴットから断面寸法が１５６ｍｍ×１５６ｍｍのシリコンブロックを切り出した。いずれのインゴットもシリコンブロック間の切断代の幅を５ｍｍ、エッジの切除幅を１４ｍｍとした。
【００５３】
本発明例の試験番号Ｔ２は断面寸法が３４５ｍｍ×４５０ｍｍのインゴットから長さ３１７ｍｍのシリコンブロックを４個と、長さ１００ｍｍのシリコンブロックを６個切り出し、試験番号Ｔ３は断面寸法が３４５ｍｍ×５０６ｍｍのインゴットから長さ３１７ｍｍのシリコンブロックを６個切り出し、また試験番号Ｔ４は断面寸法が３４５ｍｍ×６６７ｍｍのインゴットから長さ３１７ｍｍのシリコンブロックを８個切り出した。比較例の試験番号Ｔ１は断面寸法が３４５ｍｍ×３４５ｍｍの正方形断面のインゴットから長さ３１７ｍｍのシリコンブロックを４個切り出した。
【００５４】
得られた各シリコンブロックの正方形断面から厚さ２〜３ｍｍの板を切り出し、その正方形板の４つのコーナーから１辺１５ｍｍの正方形の試験片を採取して、厚さ３００〜４００μｍまで表面研磨することにより、試験用の基板を製作した。その後、表面を鏡面研磨して、ケミカルエッチング後リン拡散によりｎ層を形成させ、反射防止膜、電極の焼き付け等をおこなって太陽電池素子を作製した。
【００５５】
太陽電池素子の性能は、ＪＡＳＣＯ社の試験装置（ＹＱ−２５０ＢＸ）を用い、ＡＭ１．５のソーラーシミュレータ（１００ｍＷ／ｃｍ2）を光源として測定した。前記正方形板の４つのコーナーから得られた変換効率の平均値を正方形板の変換効率とし、さらにその変換効率をシリコンブロックから得られた全ての正方形板で荷重平均した値を用いて、各実施例における変換効率を評価した。
【００５６】
シリコンインゴットの生産効率および歩留、並びに太陽電池としての変換効率の測定結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
表１に示すように、本発明例のシリコンインゴットは、生産効率、歩留および太陽電池としての変換効率のいずれもが、比較例のシリコンインゴットを上回る結果となった。特に生産効率は、比較例のシリコンインゴットに比べ大幅に向上することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明のシリコンインゴットの鋳造方法によれば、インゴットの製造に際し、従来のインゴットの鋳造方法と比較して、同等の鋳造速度を保持しつつ、断面積が増加されたインゴットを製造することから、生産効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００６０】
また、本発明のシリコンインゴットの切断方法によれば、インゴットの断面積を増加させるとともに、切り出されるシリコンブロックの個数を増加させることにより、シリコンブロック１個当たりのエッジの切除量が減少するので、歩留を向上させることができる。
【００６１】
さらに、鋳造するインゴットの断面形状を矩形とし、かつ、断面積を増加させることにより、インゴット内における粒径の大きい柱状晶の比率を増加させることができることから、切り出されたシリコンブロックを基板として用いた太陽電池の変換効率を高めることが可能となる。これらにより、低製造コストかつ高品質な太陽電池の生産を可能とするシリコンインゴットの鋳造方法および切断方法として広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】電磁鋳造法を用いて鋳造されたインゴットの縦断面の結晶模様を模式的に示す図である。
【図２】従来のシリコンインゴットからシリコンブロックを切り出す方法を模式的に説明する図であり、同図（ａ）はシリコンブロックの切り出し方向を示す概念図であり、同図（ｂ）はシリコンインゴットの断面図である。
【図３】電磁鋳造法を用いるとともに、インゴットの中心部から側面までの距離を増加させて鋳造されたインゴットの縦断面の結晶成長模様を模式的に示す図である。
【図４】本発明に用いるシリコンインゴットを鋳造する電磁鋳造炉の一例を模式的に示す図である。
【図５】本発明に用いる断面形状が矩形である冷却るつぼの一例を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の鋳造方法により鋳造されたシリコンインゴットからシリコンブロックを切り出す方法を模式的に説明する図であり、同図（ａ）寸法の異なる２種類のシリコンブロックを切り出す方法を説明する図であり、同図（ｂ）同一寸法のシリコンブロックを６個切り出す方法を説明する図である。
【図７】矩形断面のシリコンインゴットからの同一寸法のシリコンブロックの切り出し数を変化させた場合における、エッジ切除幅と歩留との関係を示す図である。
【図８】矩形断面のシリコンインゴットからの同一寸法のシリコンブロックの切り出し方法を模式的に示す図であり、同図（ａ）はシリコンブロックを６個切り出す断面図であり、同図（ｂ）はシリコンブロックを８個切り出す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１．チル層                  ２ａ、２ｂ．柱状晶
３．等軸晶                  ４．シリコンインゴット
５、５ａ．シリコンブロック  ６．エッジ
７．切断代                  ８．チャンバー
９．遮断手段              １０．引出し口
１１．不活性ガス導入口      １２．真空吸引口
１３．冷却るつぼ            １４．誘導コイル
１５．アフターヒーター      １６．原料導入管
１７．シリコン材料          １８．溶融シリコン
１９．補助ヒーター          ２０．ガスシール部
２１．引き抜き装置          ２２．ダイヤモンド切断機
２３．スリット              ２４．増加部分
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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