(57)【要約】【課題】切断面にクラックなどが生じない切断方法を提供する。【解決手段】一方向凝固させた多結晶シリコンインゴット４の複数箇所を切断する多結晶シリコンインゴット４の切断方法であって、上記多結晶シリコンインゴット４を凝固方向に対して先ず垂直に切断する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向凝固させた多結晶シリコンインゴットの複数箇所を切断する多結晶シリコンインゴットの切断方法において、前記多結晶シリコンインゴットを凝固方向に対して先ず垂直に切断することを特徴とする多結晶シリコンインゴットの切断方法。
【請求項２】
前記多結晶シリコンインゴットを凝固方向に対して先ず垂直に切断した後に、凝固方向に対して水平に切断することを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコンインゴットの切断方法。
【請求項３】
前記多結晶シリコンインゴットの凝固方向に対して垂直な所定箇所を回転駆動される二個以上のプーリー間に張設したエンドレスベルト状のブレードで切断することを特徴とする請求項１または２に記載の多結晶シリコンインゴットの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多結晶シリコンインゴットの切断方法に関し、特に一方向凝固させた多結晶シリコンインゴットの切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池は入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。太陽電池のうち主要なものは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類される。このうち、現在市場で流通しているのはほとんどが結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコン太陽電池はさらに単結晶型、多結晶型に分類される。単結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質がよいために高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造が高コストになるという短所を有する。これに対して多結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質が劣るために高効率化が難しいという短所はあるものの、低コストで製造できるという長所がある。また、最近では多結晶シリコン基板の品質の向上やセル化技術の進歩により、研究レベルでは１８％程度の変換効率が達成されている。
【０００３】
一方、量産レベルの多結晶シリコン太陽電池は低コストであったため、従来から市場に流通してきたが、近年環境問題が取りざたされる中でさらに需要が増してきている。
【０００４】
多結晶シリコン太陽電池に用いる多結晶シリコン基板は一般的にキャスティング法と呼ばれる方法で製造される。このキャスティング法とは、シリコン原料をるつぼで溶解して離型材を塗布した黒鉛などからなる鋳型に注湯して冷却固化させることによってシリコンインゴットを形成する方法である。多結晶シリコンインゴットを製造する他の方法には、シリコン原料を鋳型内で溶解してそのまま凝固させる方法などがある。
【０００５】
このようにして形成したシリコンインゴットを所望の大きさに切断してさらに所望の厚みにスライスすることによって多結晶シリコン基板を得る。多結晶シリコンインゴットを切断する一般的な装置としてバンドソー型切断装置がある。
【０００６】
図４は従来のバンドソー型切断装置の概略図である。図４中の１はプーリー、２はブレード、３はブレード固定具、４はシリコンインゴット、５は作業テーブルである。プーリー１間に張設されたエンドレスベルト状のブレード２を適度な速度で周回駆動させながらブレード２を下方に移動させることにより、シリコンインゴット４を切断する。
【０００７】
このとき、シリコンインゴット４を作業テーブル５上に直接固定したり（例えば特願２００２‐２８０９９９号明細書参照）、シリコンインゴット４の底部をカーボンなどの基材に樹脂接着剤で接着固定した後、その基材ごと切断したりしている（例えば特願２００２‐２８１０００号明細書参照）。このときにインゴット側面の鋳型に触れていた鋳肌面は端材として取り除かれる。
【０００８】
その後、切断されたシリコンインゴットをスライスし、インゴット上下にあるいわゆる端材と呼ばれる不要部分以外の部分をシリコン基板として使用していた。
【０００９】
上記方法によれば、インゴット側面の端材を切断により切り落とすとともに、所望の大きさに切断し、その後スライスを行うだけでシリコン基板を得ることができるため、最も少ない工数でシリコン基板を得ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記方法によると、最初にインゴット４を凝固方向に対して水平に切断したときに、図６に示すように、切断面８に切断クラック９が発生することがあった。このようにクラックが発生してしまうと、その部分からは基板を切り出すことができず、歩留まりを大きく低下させてしまっていた。
【００１１】
このことは次のように説明できる。キャスティング法などによって多結晶シリコンインゴットを形成する場合、鋳型内の溶融されたシリコンは下部から徐々に冷却固化されるいわゆる一方向凝固法で形成される。つまりインゴットの凝固中は、インゴット下部のシリコンは冷却されて先に固体となり、上部はまだ冷却されずに液体として存在するという状況になる。
【００１２】
溶融シリコンは固化した後に冷却されるときに収縮するので、図５に示すように、後から固化するインゴット４の上部では中央に収縮しようとするにも関わらず、先に固化したインゴット４の下部に引っ張られて収縮できない力が残存することになる。つまり、インゴット４の中央へ向いた荷重がかかった状態になる。荷重がかかっている物体内部にはこれに抵抗する応力が働いて釣り合っているため、インゴット４の上部では外向きの応力が残留し、反対にインゴット４の下部では上部の内側に向いた荷重に逆らう外向きの荷重がかかることから、内向きの応力が残留することとなる。なお、図５はインゴット縦断面のインゴット上部と下部の応力の概略図である。
【００１３】
図５に示すように、インゴット４の上部と下部ではインゴットの凝固方向に対して垂直に、上部では外向きの引っ張り応力が、下部では内向きの圧縮応力が残留している状態になっている。インゴット４の最上部は開放となっているため、ある程度応力が逃げるが、特にインゴット４の最下部は内向きの圧縮応力がもっとも強く集中する。
【００１４】
このように、インゴット４の上下で凝固方向に対して垂直に逆向きの応力が残留したインゴット４を凝固方向に対して水平に切断すると、逆方向の応力が一気に開放するためにインゴット４内の応力の釣り合いがとれなくなり、図６に示すように、切断面８に切断クラック９が発生する。
【００１５】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、切断面にクラックが生じない切断方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る多結晶シリコンインゴットの切断方法では、一方向凝固させた多結晶シリコンインゴットの複数箇所を切断する多結晶シリコンインゴットの切断方法において、前記多結晶シリコンインゴットを凝固方向に対して先ず垂直に切断する。
【００１７】
上記多結晶シリコンインゴットの切断方法では、前記多結晶シリコンインゴットを凝固方向に対して先ず垂直に切断した後に、凝固方向に対して水平に切断することが望ましい。
【００１８】
また、上記多結晶シリコンインゴットの切断方法では、前記多結晶シリコンインゴットの凝固方向に対して垂直な所定箇所を回転駆動される二個以上のプーリー間に張設したエンドレスベルト状のブレードで切断することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る多結晶シリコンインゴットの切断方法について図を用いて詳細に説明する。本発明に係る多結晶シリコンインゴットの切断方法を図１に示す。図１中の１はプーリー、２はブレード、３はブレード固定具、５は作業テーブル、１０はシリコンインゴット、１１はシリコンインゴットの固定治具である。バンドソー型切断機の基本構造は図４に示す一般的なバンドソー型切断装置の概略図と同様である。
【００２０】
最初に、シリコンインゴット１０を上下部が横に位置する状態、つまり側面が上に位置する状態で、かつシリコンインゴット１０の凝固方向に対してブレード２が垂直に入るような状態で作業テーブル５に設置する。このとき、作業テーブル５に固定された固定治具１１でシリコンインゴット１０を加圧して固定するか、カーボンなどの基材に接着して固定することで精度の良い切断が可能である。
【００２１】
次に、ブレード２を周回運動させながら下降させてシリコンインゴット１０の凝固方向に対して垂直に切断する。切断するときのブレードの回転スピードは５０ｍ／ｍｉｎ〜４００ｍ／ｍｉｎ程度であり、ブレードの下降スピードは１５ｍｍ／ｓｅｃ〜５０ｍｍ／ｓｅｃである。
【００２２】
このようにシリコンインゴット１０の側面方向から凝固方向に対して垂直に切断することで、インゴット１０の内部に残留した凝固方向に対して垂直な向きでかつ上下で逆向きの応力が緩和されるため、切断面にクラックが生じない切断が可能となる。
【００２３】
本願は凝固方向の温度差が比較的小さなインゴット長が短いインゴットにおいても有効であるが、インゴット長が長いほど上下の温度差が大きくなって残留する応力が大きくなるため、さらに有効となる。
【００２４】
ところで、近年、生産性の向上の点からシリコンインゴット１０が例えば３５０ｍｍ×３５０ｍｍ×３５０ｍｍと大型化している。そのため、そのシリコンインゴット１０から１５０ｍｍ角のインゴットを得るときに、インゴット１０の側面方向から凝固方向に対して垂直に切断するだけでは、所望のインゴット１０が得られなくなってきている。
【００２５】
このような場合の切断方法の概略を図２に示す。図２中の１２は先に説明した方法によってインゴット１０の側面方向から凝固方向に対して垂直に切断した後のシリコンインゴット、１３は切断位置を示している。インゴット１０の側面方向から凝固方向に対して垂直に切断した後のシリコンインゴット１２をブレード２が凝固（成長）に対して水平に入るように作業テーブル５に設置する。その後、ブレード２を周回運動させながら下降させ、インゴット１０の凝固方向に対して水平な切断位置１３で切断することで、４分割した所望のシリコンインゴット１０（１２）を得ることができる。
【００２６】
このとき、先にインゴット１０の凝固方向に対して垂直に切断することにより、インゴット１０の上下に残留する逆向きの応力が緩和されているため、インゴット１０の凝固方向に対して水平に切断を行っても切断面にクラックは生じない。ここではシリコンインゴット１０の上下部が横に位置する状態、つまり側面が上に位置する状態の例を説明したが、インゴット１０の上下部が上に位置する状態で切断してもインゴット１０の側面方向から凝固方向に対して垂直に切断した後であれば切断面にクラックは生じない。
【００２７】
また、シリコンインゴット１０を作業テーブル５に固定して上方からバンドソー型切断機のブレード２を下降させる装置を例にとって説明したが、たとえば上方に固定したブレード２に対してシリコンインゴット１０を下方から上昇させることによって切断することも可能であるし、シリコンインゴット１０を上方に位置させるとともに、ブレード２を下方に位置させることも可能である。
【００２８】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図３により説明する。図３に示すシリコンインゴット１０は図中の下方から上方に向けて一方向凝固させたものである。図３の点線は切断位置を示している。すなわち、これらの点線の位置にブレードを位置させてそこから垂直に切り込んでいってシリコンインゴット１０を切断したものである。石英ルツボ内で溶解した７０ｋｇのシリコン原料を鋳型内に注湯するキャスト法により３５０ｍｍ×３５０ｍｍ×３５０ｍｍのシリコンインゴットを製造して切断順序を変えて切断した。その結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１から明らかなように、クラックが見られなかったのは、図３中のＡＢＣから切断した場合のみであることが分かる。このことから、最初にインゴットの側面方向から凝固方向に対して垂直に切断することでクラックのない切断が可能であることが確認された。
【００３１】
また、インゴットのインゴット１０の側面方向から凝固方向に対して垂直に切断した後、凝固方向に対して水平に切断することで、大型のインゴットでもクラックを発生させることなく切断できることが確認された。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る多結晶シリコンインゴットの切断方法によれば、一方向凝固させた多結晶シリコンインゴットを凝固方向に対して先ず垂直に切断することから、インゴット内の残留応力を緩和でき、クラックを生じることなく所望の大きさに切断することが可能となる。
【００３３】
また、多結晶シリコンインゴットの凝固方向に対して垂直に切断した後に、凝固方向に対して水平に切断することで、インゴット内の残留応力を緩和した後に、インゴットを所望の大きさに切断することになる。これにより、大型のインゴットもクラックを発生させることなく所望の大きさに切断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る切断方法の概略図である。
【図２】本発明に係る他の切断方法の概略図である。
【図３】本発明の実施例を説明するための図である。
【図４】従来のバンドソー型切断装置を示す図である。
【図５】インゴットのの上部と下部の応力状態を模式的に示す図である。
【図６】インゴットの切断面のクラックの状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１・・・プーリー、２・・・ブレード、３・・・ブレード固定具、４・・・シリコンインゴット、５・・・作業テーブル、６・・・シリコンインゴットの縦断面、７・・・応力の方向、８・・・シリコンインゴットの切断面、９・・・クラック、１０・・・シリコンインゴット、１１・・・固定治具、１３・・・切断位置
【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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