(57)【要約】【課題】従来の板状シリコンは平均粒径が小さく、それを用いて太陽電池を作製した場合、粒界部の影響で特性を下げる問題がある。これを解決し結晶粒径を大きく、さらに低価格化することにより板状シリコン太陽電池の単位発電量あたりの価格を下げる。【解決手段】板状シリコンを成長させる下地板に、点状の先端を有し、かつ３本以下の稜線からなる成長起点凸部を設ける。この下地板を用いて板状シリコンを作製することにより、結晶粒径の大きな板状シリコンの製造を可能とする。また、上記製造方法で作製された板状シリコンを用いて太陽電池を作製することで、太陽電池の単位発電量あたりの価格を下げることができ、環境に対する負荷を軽減することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンの融液に下地板を接触させ、シリコンを該下地板表面に結晶成長させる板状シリコンの製造方法において、該下地板に設けた成長起点凸部が点状の先端を有し、かつ３本以下の稜線からなる形状であることを特徴とする板状シリコン製造方法。
【請求項２】
シリコンの融液に下地板を接触させ、シリコンを該下地板表面に結晶成長させる板状シリコンの製造方法において、該下地板に設けた成長起点凸部が、三角錐形状であることを特徴とする板状シリコン製造方法。
【請求項３】
成長起点凸部の配置が、各成長起点凸部のまわりに３回対称であることを特徴とする請求項２記載の板状シリコン製造方法
【請求項４】
シリコンの融液に下地板を接触させ、シリコンを該下地板表面に結晶成長させる板状シリコンの製造方法において、該下地板に設けた成長起点凸部が、円錐形状であることを特徴とする板状シリコン製造方法。
【請求項５】
シリコンの成長起点凸部が点状の先端を有し、かつ３本以下の稜線からなる形状であることを特徴とする板状シリコン製造用下地板。
【請求項６】
成長起点凸部が三角錐形状であることを特徴とする請求項５記載の板状シリコン製造用下地板。
【請求項７】
成長起点凸部の配置が、各成長起点凸部のまわりに３回対称であることを特徴とする請求項６記載の板状シリコン製造用下地板。
【請求項８】
成長起点凸部は円錐形状であることを特徴とする請求項５記載の板状シリコン製造用下地板。
【請求項９】
請求項１から４のいずれかに記載の板状シリコン製造方法で作製したことを特徴とする板状シリコン。
【請求項１０】
請求項９記載の板状シリコンを用いて作製したことを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状シリコンの製造方法、板状シリコン製造用下地板、板状シリコンおよび該板状シリコンを用いた太陽電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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て製造されていたため、スライスによるシリコンの損失やスライスにかかるコストが問題となっていた。これら問題を回避し、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、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本発明者らは考案した（特許文献１参照）。この製造方法は、原料の融液に凹凸構造をもつ下地板を浸漬し、その下地板上に板状シリコンを成長させるというものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２２３１７２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法で得られた板状シリコンは、平均粒径が比較的小さく、その板状シリコンを用いて太陽電池を作製した場合、粒界部の影響で特性を下げてしまうという問題があった。太陽電池をさらに普及させ、環境に対する負荷を低減するためには、さらに結晶粒径を大きくする、あるいは低価格化により、板状シリコン太陽電池の単位発電量あたりの価格を下げる必要があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは詳細な観察の結果、下地板上に形成された成長起点凸部の形状と、板状シリコンの平均粒径の間に密接な関係があることを見出した。また、上記問題を解決し、平均粒径の大きな板状シリコンの製造が可能な方法を完成し、本発明に至った。
【０００６】
すなわち、本発明の板状シリコン製造方法は、シリコンの融液に下地板を接触させ、シリコンを該下地板表面に結晶成長させる板状シリコンの製造方法において、該下地板に設けた成長起点凸部が点状の先端を有し、かつ３本以下の稜線からなる形状であることを特徴とする。また、本発明の板状シリコン製造方法は、上記成長起点凸部が、三角錐形状であることを特徴とする。また、本発明の板状シリコン製造方法は、上記三角錐形状の成長起点凸部の配置が、各成長起点凸部のまわりに３回対称であることを特徴とする。さらに、本発明の板状シリコン製造方法は、前記成長起点凸部が、円錐形状であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の板状シリコン製造用下地板は、成長起点凸部が点状の先端を有し、かつ３本以下の稜線からなる形状であることを特徴とする。また、本発明の板状シリコン製造用下地板は、三角錐形状の成長起点凸部を有することを特徴とする。また、本発明の板状シリコン製造用下地板は、各成長起点凸部のまわりに３回対称の位置に配置された三角錐形状の成長起点凸部を有することを特徴とする。また、本発明の板状シリコン製造用下地板は、円錐形状の成長起点凸部を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の板状シリコンは、本発明の製造方法で作製したことを特徴とする。
また、本発明の太陽電池は、本発明の板状シリコンを用いて作製したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（板状シリコンの製造装置）
本発明の板状シリコンの製造方法に用いられる製造装置を図５にしたがって説明する。ここでは板状シリコンの製造装置の一例を示すもので、本発明はこの製造装置による製造方法に限定されず、シリコン融液に下地板を接触させることが可能な装置であれば各種の装置が採用できる。
【００１０】
図５の板状シリコンの製造装置は、得られた板状シリコンＳ、下地板Ｃ、坩堝１、シリコン融液２、加熱用ヒーター３、坩堝台４、断熱材５、坩堝昇降用台６、下地板に固定された軸７を備えている。
【００１１】
図５に示すように、シリコン融液温度以下の下地板Ｃが、図中左側から、坩堝１中にあるシリコン融液２に浸漬される。このとき、シリコン融液は、加熱用ヒーター３で融点以上に保持されている。安定して板状シリコンＳ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、下地板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。
下地板Ｃ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。下地板の材質は、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。下地板の材質は、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、下地板に金属を用いる場合、常に冷却し続けるなど、下地板の融点以下の温度で使用し、得られた板状シリコンの特性にさほど影響を与えなければ、特に問題はない。
【００１２】
温度制御を容易にするには、銅製の固定下地板を用いると都合がよい。固定下地板とは、軸７と下地板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。固定下地板や下地板Ｃは冷却する手段と連結されているのが好ましい。冷却機構と連結されていることで、下地板Ｃの温度調節がより容易になるためである。さらに、下地板Ｃを加熱する加熱機構を有する方が好ましい。すなわち、下地板の温度は、冷却機構を備えているだけでなく、加熱機構を備えている方が好ましい。シリコン融液中へ進入した下地板は、その下地板表面に板状シリコンが成長する。その後、下地板は融液から脱出するが、下地板側はシリコン融液から熱を受け、下地板の温度が上昇する傾向にある。しかし、次に同じ下地板を同じ温度でシリコン融液へ浸漬させようとすると、下地板の温度を下げるための冷却機構が必要となる。すなわち、一度シリコン融液から脱出した下地板は、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、下地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、抵抗加熱方式、ランプ加熱方式でも構わない。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。
【００１３】
下地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、下地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ことができる。
【００１４】
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する恐れがあるために、汚染を防止する構造にする必要がある。制御方法は、坩堝などに熱電対を挿入するなどして、間接的に制御するか、放射温度計によりシリコン融液の温度を測定できるような構造にすることが好ましい。
【００１５】
融液の入った坩堝１は、断熱材５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５の上には、坩堝台４が設置されている。この坩堝台４には、坩堝昇降軸６が接続されており、昇降機構が設けられている。これは、下地板Ｃ上で板状シリコンが成長するため、常に下地板Ｃが、シリコン融液の湯面から同じ深さで浸漬できるように上下動させるためである。
【００１６】
次に、本発明の板状シリコンの製造方法に使用される他の製造装置を図６を用いて説明する。シリコン融液から板状シリコンを得る方法は、例えば図６のような構成の製造装置によって製造可能となる。図６において、坩堝６１上に熱遮蔽板７２の開口部７３を有し、その開口部７３を移動することが可能な支持体６８と下地板Ｃが固定脚６７に接続され、その固定脚６７は、冷却器６９に接続されている。また、この冷却器６９は、角度が変更できる関節部７０を有するアーム７１に接続されている。ただし、この図において、アームや関節部を移動させる手段、真空排気ができるようなチャンバーなどの装置は示していない。本装置においては、坩堝６１上には、熱遮蔽板７２が開口されており、下地板Ｃは任意の軌道を描けるような構成になっている。なお図６の製造装置は、シリコン融液６２、坩堝台６４、断熱材６５、坩堝昇降用台６６を有している。
【００１７】
その下地板Ｃ上で結晶が成長し、板状シリコンＳが形成される。このとき、下地板Ｃの温度、シリコン融液６２の温度などを制御することにより、形成される板状シリコンの厚みを制御することが可能になる。この装置においては、アーム７１が関節部７０を有することにより、下地板Ｃが移動する構成であるが、アーム７１ごと移動する構成であっても構わない。このように、アームごと移動させるような機構を設けることで、下地板Ｃをシリコン融液の湯面から同じ深さで浸漬させることが可能となる。
（板状シリコンの製造方法）
次に、図５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。ここでは図５の板状シリコン製造装置を用いた板状シリコンの製造方法の一例を示すが、本発明は特定の形状の下地板を、融液に接触させて板状シリコンを製造することに特徴を有する。なお本発明は下地板の材質または坩堝材質等に限定されない。
【００１８】
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、高純度黒鉛製坩堝１に一杯になるまで充填する。その坩堝を、図５に示すような装置内に設置する。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。
【００１９】
次に、シリコン溶融用のヒーター３の温度を１５００℃に設定し、坩堝１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１上面から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。シリコン溶融の用のヒーターは、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。
【００２０】
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、坩堝昇降機構６を用いて、坩堝１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、シリコンの融点以上、１５００℃以下が好ましい。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。
【００２１】
次に、板状シリコンを成長させるが、例えば図１に示すような下地板Ｃを、図５中の矢印の方向に、左側から右側へ移動させる。このとき、下地板Ｃの成長面Ｇ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、下地板Ｃの成長面Ｇがシリコン融液に接することで、下地板の表面に板状シリコンが成長する。
【００２２】
下地板Ｃ上に板状シリコンを作製するための軌道は、図５に示したような軌道であってもいいし、円軌道、楕円軌道であっても構わない。特に、任意の軌道さらには、下地板の傾きも任意に変更できるような機構を搭載しておくことが好ましい。
【００２３】
シリコン融液への進入時の下地板の表面温度は、１１００℃以下が好ましい。下地板の温度が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、下地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、下地板の表面温度によって、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。
【００２４】
次に、図６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。ここでは板状シリコン製造装置を用いた板状シリコンの製造方法の一例を示すが、本発明は使用される製造装置には限定されず、特定形状の下地板を融液に接触させて板状シリコンを製造することに特徴がある。また、本発明は下地板の材質、坩堝材質等にも限定されない。
【００２５】
得られる板状シリコンの比抵抗が１Ω・ｃｍになるようにボロンの濃度を調節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坩堝６１内に充填し、図６に示す装置内に設置する。その後、本体チャンバー内の圧力を、例えば約３００Ｐａになるまでロータリーポンプを用いて排気を行い、その後、例えば約６Ｐａになるまで、メカニカルブースターポンプを用いてさらに排気を行う。
【００２６】
次に、坩堝を坩堝加熱用ヒーター６３に周波数が例えば４ｋＨｚ、電力が例えば８０ｋＷのインバーターを用いて、例えば４℃／ｍｉｎの昇温レートにて例えば５００℃まで昇温する。本体チャンバー内の圧力を６Ｐａ、坩堝温度を５００℃に維持した状態で例えば９０分間保持することにより、カーボン製坩堝に含まれている水分を除去する。また、一度に昇温しないのは、坩堝の角部などに熱応力が集中的にかかり、坩堝の破損を防止するのが目的である。
【００２７】
このようなベーキングを経た後、一旦インバーターの出力を停止し、坩堝の加熱を停止する。この状態で、本体チャンバーの圧力を例えば８００ｈＰａになるまでＡｒガスを充填する。本体チャンバー内が８００ｈＰａに達した時点で、再び坩堝を昇温レートが例えば１０℃／ｍｉｎにて加熱し、坩堝温度が例えば１５５０℃になるまで昇温する。坩堝温度を１５５０℃で安定させることにより、坩堝内のシリコン塊はやがて全て溶融して、シリコン融液となる。シリコン塊が完全に溶解したのを確認し、シリコン湯面の高さが坩堝上端より例えば約１５ｍｍになるように、シリコン塊もしくはシリコン粉末を追加投入する。追加投入したシリコン塊が全て溶融したことを確認したのち、坩堝の設定温度を例えば１４３０℃まで落として、シリコン融液の温度安定化のため例えば３０分間その状態を保持する。
【００２８】
次に、板状シリコンを下地板Ｃ上に成長させるが、下地板の成長面が、シリコン融液に接触するように移動させる。このように、下地板の成長面Ｇがシリコン融液に接することで、下地板の表面に板状シリコンＳが成長する。下地板Ｃ上に板状シリコンＳを作製するための軌道は、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図６のような装置構造にすることで、得られる板状シリコンＳの歩留まりを向上させることができる。
【００２９】
図６に示すように、下地板Ｃと板状シリコンＳはチャンバー内で剥離してもいいし、チャンバー外へ搬出しても構わない。特に、生産速度を上げるのであれば、チャンバー内で、下地板Ｃから剥離し、板状シリコンＳだけをチャンバー外へ搬出するのが好ましい。このようにすることで、下地板Ｃをチャンバー外へ搬出することがなくなるだけでなく、Ａｒガスの消費量も大幅に低減することが可能となり、より安価な板状シリコンを提供することが可能となる。
（板状シリコン製造用下地板）
まず、図７及び図８を用いて、従来の下地板における成長起点凸部を用いて板状シリコンを成長させた例について説明する。図７は下地板Ｃの各成長起点凸部Ｇが四角錘形状の場合を示している。例えば、図７（Ｂ）のＸ７−Ｘ７断面図として示す図７（Ｃ）において、成長起点凸部の先端を通る断面形状は、ジグザグ状を形成する。次に、図８は下地板Ｃの各成長起点凸部Ｇの先端が線状の場合を示している。例えば、図８（Ｂ）のＸ８−Ｘ８断面図として示す図８（Ｃ）において、成長起点凸部の先端を通る断面形状は、ジグザグ状を形成する。
【００３０】
これらの下地板を、シリコンの融液に接触させ、下地板表面上に板状シリコンを成長させた。このようにして得られた板状シリコンをフッ酸と硝酸の混合溶液で粒界部分を選択的にエッチングした後、光学顕微鏡で粒界の位置を観察した。その結果、シリコン結晶は、成長起点凸部の先端付近の稜線近傍で核発生することが明らかとなった。これを図７（Ｂ）、図８（Ｂ）において、中点線で核発生領域Ｎとして示す。これは、稜線の両側からシリコン融液が接触し、稜線部で特に温度が上がり、反応性が高くなるためであると考えられる。また、成長起点凸部の先端付近でしか核発生しないのは、シリコン融液が表面張力のために、凸部の根元部分まで入り込まないためである。また、観察の結果、核発生領域Ｎ内では成長起点凸部先端から離れるほど、核発生の頻度は少なくなる傾向にある。そのため、図７と図８のように点状の成長起点凸部と、線上の成長起点凸部を有する場合では、点状の成長起点凸部を有する下地板の方が核発生数が少ない、すなわち平均粒径が大きくなり、太陽電池を作製した場合の特性が高くなる。
【００３１】
発明者らは、上記知見をもとに点状の成長起点凸部を有し、かつ稜線の数が３本以下であることを特徴とする板状シリコン製造用下地板を考案した。このような形状にすることで、従来用いられてきた下地板よりも、各成長起点凸部あたりの核発生数を少なくすることが出来、太陽電池を作製した場合にさらに特性が向上する。
【００３２】
本発明において、成長起点凸部の形状として、例えば図９に示す円錐形状で形成されて側面Ｔに稜線が存在しない成長起点凸部、図１０に示す側面が曲面のみで形成された１本の稜線（Ｒ１）を有する成長起点凸部、図１１に示す側面が曲面あるいは平面と曲面から形成された２本の稜線（Ｒ２およびＲ３）を有する成長起点凸部、図１２に示す３つの曲面あるいは平面から形成された３本の稜線（Ｒ４、Ｒ５およびＲ６）を有する成長起点凸部などがある。
【００３３】
表面加工の容易さなどの面を考慮すると、三角錐形状のもの、円錐形状のものが特に好ましい。特に円錐形状の場合は稜線が存在せず、成長起点凸部先端付近のみで核発生するため、平均粒径の大きな板状シリコンが得られる。また、３角錐形状の成長起点凸部の場合には、特に図１に示すような、各成長起点凸部まわりに３回対称の配置の下地板は、図２に示した刃を用いて表面加工することで容易に形成できる。すなわち、図１（Ｂ）に示したα１、β１、γ１の３つの方向から図２に示した刃を用いて切削することで可能である。このように表面加工が容易であり、下地板を低コストにすることが出来、結果的に板状シリコンを低コストに提供できるというメリットがある。なお図１（Ａ）は本発明の凸部が三角錐からなる下地板の概略斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）における成長面の真上から見た下地板表面の詳細図であり、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＸ１−Ｘ１で切断したときの下地板の断面図であり、（Ｄ）は（Ｂ）におけるＹ１−Ｙ１で切断したときの下地板の断面図である。
【００３４】
隣り合う成長起点凸部の先端間の距離は０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度が好ましい。０．５ｍｍ以下であると、各成長起点凸部での核発生数は従来のものより少なくなるものの、成長起点凸部の数が多くなり、結晶粒径の面からは不利である。一方、成長起点部の距離が５．０ｍｍ以上になると、板状シリコン表面の凹凸が大きくなる傾向となり、安価なスクリーン印刷法を用いることが困難となる。以上のように、得られる板状シリコンの平均粒径と表面形状との兼ね合いから、成長起点部の距離は、１．０ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下が好適となる。
成長起点凸部の高さは、シリコン融液の表面張力と、下地板とシリコン融液との界面のエネルギーとの兼ね合いによって決めればよい。表面張力は設定する融液温度によって異なり、また界面エネルギーについては、融液温度のほかに下地板の材質、成長起点凸部間距離（凸部の頂角）などによっても異なるため、適宜状況にあわせて変更する必要がある。目安としてはおよそ０．０５ｍｍ以上、より好ましくは０．１ｍｍ以上であればよい。
【００３５】
【実施例】
ここでは実施例および比較例として、高純度処理した黒鉛製の下地板を用いた場合を示すが、本発明は下地板の材質に限定されない。
実施例１
（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保護された石英製坩堝内に入れ、図５に示すチャンバー内に固定した。まずチャンバー内を５Ｐａ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１４２０℃に保持し、安定化を図る。
【００３６】
次に、図１に示した形状の下地板のシリコン融液への突入時の温度を７００℃とし、シリコン融液表面から９ｍｍの位置を通過するような軌道で浸漬し、下地板表面に板状シリコンを成長させた。用いた下地板は、外寸が縦１３０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚み３０ｍｍの高純度処理した黒鉛製の下地板であった。また、隣り合う成長起点凸部間距離は約１．３ｍｍ、成長起点凸部の高さは０．１ｍｍであった。
【００３７】
得られた板状シリコンは、図４のような形状であり、得られる板状シリコンの曲面形状部を中心としてほぼ３回対称の配置になっていることを確認した。
（板状シリコンの評価）
得られた板状シリコンを鏡面状になるまで研磨し、その後、フッ酸と硝酸の混合液で、粒界の選択的エッチングを行った。このとき、Σ３対応粒界や積層欠陥は発生した結晶核が成長する際に導入される｛１１１｝面の欠陥であると考えられるため、これらは粒界として含めずに、各成長起点凸部に発生した結晶粒の数をカウントし、それを結晶核発生数とした。
【００３８】
得られた板状シリコンの縦５０ｍｍ、横５０ｍｍの正方形の面内において、結晶核発生数を評価したところ、各成長起点凸部から平均２．８個の核発生が起こっていることがわかった。すなわち平均粒径は、０．９０ｍｍ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、縦１２５ｍｍ×横１２５ｍｍ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ｎ＋層を形成した。板状シリコン表面に形成されている余分な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＋層を硝酸とフッ酸の混合液でエッチング除去し、ｐ型部を露出させ、その上にアルミペーストを主成分とした裏面電極を形成し、焼成することで同時にｐ＋層も形成した。次に、受光面側の銀を主成分とする電極を、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。
【００３９】
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密度３０．４（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５８３（ｍＶ）、曲線因子０．７５０、効率１３．３（％）であった。
比較例１
図７に示す成長起点凸部が４角錐からなる下地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。用いた下地板は、外寸が縦１３０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚み３０ｍｍの高純度処理した黒鉛製の下地板であった。また、下地板表面の隣り合う成長起点凸部の先端間距離は約１．５ｍｍで、実施例１とほぼ成長起点凸部の数密度が同じものを用いた。また、成長起点凸部の高さは０．１ｍｍのものを用いた。
【００４０】
得られた板状シリコンの結晶粒の観察を、実施例１と同様の方法で行ったところ、各成長起点凸部あたり４．４個の核発生が確認された。すなわち平均粒径は、０．７２ｍｍであった。
【００４１】
また、得られた板状シリコンを用いて実施例１と同じプロセスで太陽電池の作製も行った。作製した太陽電池の測定結果は平均値で、短絡電流密度２９．３８（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５７１（ｍＶ）、曲線因子０．７３０、効率１２．２５（％）であった。
【００４２】
完成した太陽電池について、ＬＢＩＣ（光誘起電流）測定を行った。ＬＢＩＣ測定は、レーザー光を太陽電池表面に照射し、そのとき、誘起される微小電流を測定したものである。ここでは、波長８２２ｎｍと１０１４ｎｍの２本のレーザーを用いて測定した。
【００４３】
ＬＢＩＣ測定結果、電流の落ち込みのない部分はほとんど見られず、多数存在する粒界部分において、電流損失があることを確認した。さらに、特に長波長レーザーでの感度が落ちていることが判明した。これも同様に凸部あたりの核発生密度が大きいために、実施例１で作製した板状シリコンより粒界が多く存在するためであると考えられる。
実施例２
図３に示した、成長起点凸部が円錐形状からなる下地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、実施例１と同じプロセスで太陽電池の作製も行った。なお図３（Ａ）は下地板Ｃの概略斜視図、図３（Ｂ）は下地板の平面図、図３（Ｃ）は図２（Ｂ）のＸ３−Ｘ３断面図である。用いた下地板は、外寸が縦１３０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚み３０ｍｍの高純度処理した黒鉛製の下地板であった。また、下地板表面の隣り合う成長起点凸部間距離は約１．５ｍｍで、実施例１とほぼ成長起点凸部の数密度が同じものを用いた。また、成長起点凸部の高さは０．１ｍｍのものを用いた。
【００４４】
得られた板状シリコンの結晶の観察を実施例１と同様の方法で行ったところ、各成長起点凸部あたりの核発生密度は１．８個であった。すなわち平均粒径は、１．１ｍｍであった。
【００４５】
また作製した太陽電池の測定結果は平均値で、短絡電流密度３１．３（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧５９３（ｍＶ）、曲線因子０．７５４、効率１４．０（％）であった。
実施例３〜６
下地板の成長起点突起が図９〜図１２に示したものである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、実施例１と同じプロセスで太陽電池の作製を行った。図９〜図１２はそれぞれ成長起点凸部が、稜線を有さないもの、１本の稜線を有するもの、２本の稜線を有するもの、３本の稜線を有するものを示している。
【００４６】
下地板の外寸は、縦１３０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚み３０ｍｍで、銅で作製した。また、下地板表面の隣り合う成長起点凸部の先端間距離は約１．５ｍｍで、実施例１とほぼ成長起点凸部の数密度が同じものを用いた。成長起点凸部の高さは０．１５ｍｍのものを用いた。
【００４７】
実施例１と同様に、得られた板状シリコンの結晶の観察、および太陽電池の作製を行った。得られた平均粒径および太陽電池特性の結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
比較例２
下地板の材質が銅であること以外全て比較例１と同じ方法で板状シリコンを作製し、実施例１と同じプロセスで太陽電池の作製も行った。得られた板状シリコンの平均粒径および太陽電池特性の結果を表１に示す。
【００５０】
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。
（発明の効果）
本発明による板状シリコンの製造方法により結晶粒径の大きな板状シリコンを作製することが可能となる。その結果、板状シリコン太陽電池の単位発電量あたりの価格を下げることが可能となり、太陽電池の普及促進、環境に対する負荷低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の凸部が三角錐からなる下地板の概略斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）における成長面の真上から見た下地板表面の平面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＸ１−Ｘ１で切断したときの下地板の断面図であり、（Ｄ）は（Ｂ）におけるＹ１−Ｙ１で切断したときの下地板の断面図である。
【図２】下地板の表面加工方法を示した概略斜視図である。
【図３】（Ａ）は本発明の凸部が円錐からなる下地板の概略斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）における成長面の真上から見た下地板表面の平面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＸ３−Ｘ３で切断したときの下地板の断面図である。
【図４】図１の形状の下地板を用いて作製した板状シリコンの概略斜視図である。
【図５】本発明の板状シリコンを製造するために使用される製造装置の一例の概略図である。
【図６】本発明の板状シリコンを製造するために使用される製造装置の一例の概略図である。
【図７】（Ａ）は四角錐の成長起点凸部を有する下地板の概略斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）における成長面の真上から見た下地板表面の平面図であり、（Ｃ）は（Ａ）におけるＸ７−Ｘ７で切断したときの下地板の断面図である。
【図８】（Ａ）は線状の成長起点凸部を有する下地板の概略斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）における成長面の真上から見た下地板表面の平面図であり、（Ｃ）は（Ａ）におけるＸ８−Ｘ８で切断したときの下地板の断面図である。
【図９】点状の先端を有し稜線を有さない成長起点凸部の概略図である。
【図１０】点状の先端を有し１本の稜線からなる成長起点凸部の概略図である。
【図１１】点状の先端を有し２本の稜線からなる成長起点凸部の概略図である。
【図１２】点状の先端を有し３本の稜線からなる成長起点凸部の概略図である。
【符号の説明】
Ｓ  板状シリコン、Ｃ  下地板、Ｇ  下地板の成長面、Ｎ  核発生領域、Ｂ  加工治具の刃、Ｒ  稜線、Ｔ  成長起点凸部。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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