(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融シリコンを収納するための溶融シリコン収納部と、この溶融シリコン収納部の上方に回転可能に配設されかつシリコンリボンを表面で固化成長させるためのシリコンリボン生成部分を有する回転冷却体とを備えてなるシリコンリボン製造装置において、
回転によって溶融シリコンに一旦浸漬された後に溶融シリコンから引き上げられた回転冷却体の表面におけるシリコンリボン生成部分が溶融シリコンに再び浸漬される前にそのシリコンリボン生成部分に生成したシリコンリボンを剥離するとともに、剥離したシリコンリボンを回転冷却体の回転による慣性力及び／または重力による落下を利用して装置外へ搬出するための剥離・搬出機構が設けられていることを特徴とするシリコンリボン製造装置。
【請求項２】
回転冷却体の表面が、シリコンリボン生成部分になる複数の平坦面を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシリコンリボン製造装置。
【請求項３】
剥離・搬出機構が、回転冷却体に物理的衝撃を与えることによってシリコンリボンを剥離するための衝撃発生部材を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコンリボン製造装置。
【請求項４】
剥離・搬出機構が、回転冷却体の表面におけるシリコンリボン生成部分でシリコンリボンの回転方向上流側の端部に接触することによってシリコンリボンを剥離するための鋭角状剥離部材を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコンリボン製造装置。
【請求項５】
剥離・搬出機構は、回転冷却体の表面におけるシリコンリボン生成部分が溶融シリコンに浸漬した最下点にある位置を０度とし、その最下点から回転方向へ１回転した位置を３６０度とした場合に、９０度から２７０度の位置範囲でシリコンリボンを剥離することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のシリコンリボン製造装置。
【請求項６】
剥離・搬出機構が、剥離したシリコンリボンを受けて装置外へ搬出するための搬出用樋部材を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のシリコンリボン製造装置。
【請求項７】
樋部材は、剥離したシリコンリボンがその樋部材との摩擦力に抗して自重により滑り落ちることのできる角度に傾斜されていることを特徴とする請求項６に記載のシリコンリボン製造装置。
【請求項８】
剥離・搬出機構が、樋部材に加えて、シリコンリボンの搬出を補助するための搬出補助部材を備えていることを特徴とする請求項６または７に記載のシリコンリボン製造装置。
【請求項９】
樋部材が、請求項４に記載の鋭角状剥離部材と一体化されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載のシリコンリボン製造装置。
【請求項１０】
鋭角状剥離部材は、回転冷却体の表面におけるシリコンリボン生成部分が溶融シリコンに浸漬した最下点にある位置を０度とし、その最下点から回転方向へ１回転した位置を３６０度とした場合に、１８０度から２７０度の位置範囲でシリコンリボンの回転方向上流側の端部に接触することによってシリコンリボンを剥離することを特徴とする請求項９に記載のシリコンリボン製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として太陽電池等に用いることができるシリコンリボン製造装置及びそのシリコンリボ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、回転冷却体を溶融金属中に浸漬して、冷却体表面に生成するシリコンを取り出す方法としては、米国特許第４２３１７５号公報に開示されたシリコン精製方法がある。
【０００３】
この方法によると、回転冷却体の円筒面の一部を融液中に浸漬し、該冷却体を回転させながら、円筒面にシリコン凝固殻を成長させ、これを再溶解して液体シリコンを取り出すことにより、不純物が除去されたシリコン融液を取り出すことができる。
【０００４】
また、回転冷却体を溶融シリコン中に浸漬して、回転冷却体の表面に生成するシリコンリボンを直接取り出す装置としては、特開平１０−２９８９５号公報に開示されたシリコンリボン製造装置がある。
【０００５】
このシリコンリボン製造装置の主要部分は、シリコンの加熱溶解部と、回転冷却体を含む冷却部とで構成されている。
【０００６】
図６に、この製造装置によるシリコンリボンの引出方法を示す。すなわち、耐熱材で構成された回転冷却体６１の円筒面の一部を、上下可動型るつぼ６４内の溶融シリコン６３中に浸漬し、回転冷却体６１を回転させながらカーボンネット６５を引き出すことによって、カーボンネット６５に固着されたシリコンリボン６２を連続的に取り出す。
【０００７】
この方法によると、インゴットをワイヤーソー等によりスライスしてウエハを得る従来のシリコンウエハの製造法よりも、プロセスコスト及び原料費の双方を低減することができる。
【０００８】
この方法を改良した発明として、特願平１１−１８３４６３号に開示された結晶シート製造装置がある。
【０００９】
図７に、この製造装置による結晶シートの引出方法を示す。すなわち、凹凸構造を備えた回転冷却体７１を、金属あるいは非鉄金属の溶融液７３に凸部７７のみ浸漬する。すると、凸部７７に結晶核が発生して成長し、隣り合った凸部から成長した結晶と接触して結晶シート７２が形成される。
【００１０】
この方法によると、凹部７８は溶融液７３に浸漬されないため、回転冷却体７１と結晶シート７２との接着強度が低下し、結晶シート７２は回転冷却体７１から容易に剥離することができる。また、結晶核を凸部７７のみで発生するように制御することができ、比較的大きな結晶粒が得られる。さらに、回転冷却体７１の凹部７８に先端部が挿入された結晶シート掻取部７５を備えることによって、結晶シート７２は容易かつ連続的に回転冷却体７１から掻き取られて剥離する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許第４２３１７５号公報に開示された方法においては、金属を再融解させて液体状態で取り出す必要がある。すなわち、板状金属を直接取り出すことは不可能であり、再融解した金属を再結晶化させる必要がある。そのため、この方法をシリコンリボンの製造に適用した場合は、溶融、凝固殻生成、再溶融、再結晶化と多数の過程が必要であり、製造電力、時間、コストが大きくなる。また、シリコンリボンの連続製造も不可能である。
【００１２】
特開平１０−２９８９５号公報に開示されたシリコンリボン製造装置においては、円筒型の回転冷却体６１上に生成したシリコン凝固殻を、引き出し始めのカーボンシートで引っ張り、引き伸ばすことにより、平面状のシリコンリボン６２を引き出すことになる。
【００１３】
しかし、連続引き出しを行う場合、定常的にはシリコンリボン６２自体で後続のシリコンリボン６２を引っ張ることになり、多大な負荷がかかるためにシリコンリボン６２が破損しやすい。この場合、引き出し始めにカーボンシートなどを使用するため、シリコンリボン６２の引き出しを即座に再開することが不可能であり、安定的な連続引き出しは困難である。
【００１４】
また、回転冷却体６１に成長した結晶を引っ張ることで平面状に引き出すため、シリコンリボン６２には内部応力が残存してシリコンリボン６２の強度が低下し、引出過程、徐冷却過程においてシリコンリボン６２の破損するおそれが高く、安定連続供給は困難であり、半導体特性も応力によって低下する。さらに、シリコンリボン６２が完全に引き伸ばせない場合はシリコンリボン６２に湾曲が残り、連続取り出しは不可能であり、取り出せたシリコンリボン６２も平面状にはならない。
【００１５】
特願平１１−１８３４６３号に開示された結晶シート製造装置においては、円筒型回転冷却体７１上に生成したシリコン凝固殻を取り出すため、平面状シリコンリボンを直接引き出すことは不可能であり、またシリコンリボンが平面でないため、連続引き出しが困難である。
【００１６】
また、掻取部を延長し、掻取部に沿った平面状の結晶シート７２を引き出す場合においても、結晶成長は円筒型回転冷却体７１上で行われるため、円筒に沿った結晶シート７２を平面に引き伸ばす方法となり、完全に引き伸ばせない場合は結晶シート７２に湾曲が残り、連続取り出しは不可能であり、取り出せた結晶シート７２も平面状にはならない。
【００１７】
さらに、条件により完全に引き伸ばせた場合でも、結晶シート７２に内部応力が残存するため結晶シート７２の強度が低下し、引出過程、徐冷却過程において結晶シート７２が破損するおそれがあり、安定的な連続供給は困難である。
【００１８】
これらの問題点によって、上述した従来の技術ではいずれも、平面状シリコンリボンを大量かつ安定的に低コストで連続生産を行うことは困難となっている。
【００１９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、平面状シリコンリボンを大量かつ安定的に低コストで連続生産することのできるシリコンリボン製造装置及びそれによるシリコンリボンを用いた太陽電池を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、溶融シリコンを収納するための溶融シリコン収納部と、この溶融シリコン収納部の上方に回転可能に配設されかつシリコンリボンを表面で固化成長させるためのシリコンリボン生成部分を有する回転冷却体とを備えてなるシリコンリボン製造装置において、回転によって溶融シリコンに一旦浸漬された後に溶融シリコンから引き上げられた回転冷却体の表面におけるシリコンリボン生成部分が溶融シリコンに再び浸漬される前にそのシリコンリボン生成部分に生成したシリコンリボンを剥離するとともに、剥離したシリコンリボンを回転冷却体の回転による慣性力及び／または重力による落下を利用して装置外へ搬出するための剥離・搬出機構が設けられていることを特徴とするシリコンリボン製造装置が提供される。
【００２１】
本発明の作用について述べる。ステンレス鋼で構成した装置外壁の内部に断熱材が張りめぐらせてある。この内部にヒーターを２ヶ所に配置する。そして。その中央部に配置したるつぼ（溶融シリコン収納部）でシリコンを溶解させる。るつぼの上方には回転軸によって支持された回転冷却体を配置する。この回転冷却体の表面を溶融シリコンに浸漬すると、表面にシリコンリボンが生成する。
【００２２】
シリコンウエハのような平板状のシリコンリボンを得るために、回転冷却体表面に平坦面部分を有する構造は、シリコンをスライスする必要がなく、平板型シリコンリボンを直接、得ることが可能であり、スライスによる損失がないため、低コスト化に寄与する。
【００２３】
図１を用いて、本発明の作用の第１例を示す。回転冷却体１１のシリコンリボン生成部（平坦面部分）に生成したシリコンリボン１２は、走査型電子顕微鏡による剥離面観察によると、回転冷却体表面と固着している領域がシリコンリボン面積に対して５〜１０％であることが分かっている。つまり、シリコンリボン１２はその全体で回転冷却体表面に固着しているわけではないため、成長後に適切な衝撃を与えると回転冷却体表面から容易に剥離することが可能である。
【００２４】
また、回転冷却体の回転による微小振動や重力の影響で、外的衝撃を与えなくても、回転冷却体から剥離して落下するシリコンリボンも存在する。
【００２５】
重力の作用について述べる。回転冷却体１１はまず、シリコンを成長させる平坦面部を最下点にして溶融シリコン１３に浸漬されることで、シリコンリボン１２を回転冷却体１１の表面に成長させることになる。この回転冷却体１１が最下点にある位置を０度とする。この後、回転冷却体１１は回転し、シリコンリボン１２は回転冷却体１１とともに回転する。３６０度回転すると、回転冷却体１１はは再び溶融シリコン１３に浸漬するため、３６０度回転する前にシリコンリボン１２を取り出す必要がある。
【００２６】
上述したように、回転冷却体１１の回転による微小振動によりシリコンリボン１２が剥離した場合のうち、０度〜９０度で剥離した場合は、シリコンリボン１２は回転冷却体１１のそのシリコンリボン生成部よりも下方に位置するため、重力によってすぐに落下する。このシリコンリボン１２を回収する手段として、シリコンリボン搬出用樋部材１７を設置する必要がある。
【００２７】
また、０度〜１８０度以内で落下しないシリコンリボン１２は、回転冷却体１１のシリコンリボン生成部に載ったまま回転する。特に、回転冷却体１１の回転による微小振動で剥離しないシリコンリボン１２に関しては、上述したように、衝撃発生部材１５による衝撃を与えて剥離する必要がある。シリコンリボン１２を剥離させ、回転による慣性力及び重力による落下を利用して取り出すためには、シリコンリボン１２を剥離した後も、装置外へ搬出するための搬出用樋部材１６を設置した位置まで、シリコンリボン１２は回転冷却体１１の上に載った状態で移動する必要がある。
【００２８】
シリコンリボン１２をシリコンリボン生成部の０度〜９０度以内（回転冷却体の回転が４分の１周以下）で、衝撃発生部材１５を用いて剥離させた場合は、そのシリコンリボン生成部が回転冷却体１１よりも下方に位置するため、シリコンリボン１２は即座に落下する。したがって、シリコンリボン１２はシリコンリボン搬出用樋部材１７を用いて取り出すことが可能であるが、この場合は搬出用樋部材１７と衝撃発生部材１５とが近接する構造となる。
【００２９】
９０度〜１８０度で剥離させた場合は、シリコンリボン１２は回転冷却体１１に載った状態であり、また回転による慣性力の方向と重力の方向とが逆になるため、シリコンリボン１２は回転冷却体１１から落下せずに、回転冷却体１１に載ったまま最上点へ移動する。つまり、この場合は最上点１８０度で剥離した場合と同等の結果となる。
【００３０】
１８０度〜２７０度で剥離させた場合は、シリコンリボン１２と回転冷却体１１表面との静止摩擦力よりも慣性力、重力が大きいと、その時点でシリコンリボン１２は回転冷却体１１を離れて落下する。これに対して、慣性力、重力よりも静止摩擦力が大きいと、シリコンリボン１２は、最大２７０度までは回転冷却体１１に載ったまま移動し、２７０度の時点で静止摩擦係数の大きさに関わらず真下に落下する。
【００３１】
つまり、９０度〜２７０度の範囲でシリコンリボン１２に衝撃を与えて剥離した場合、静止摩擦力と慣性力、重力との関係に関わらず、シリコンリボン１２は１８０度〜２７０度の範囲で回転冷却体１１から分離し、落下することがわかる。
【００３２】
２７０度〜３６０度で剥離させた場合は、０度〜９０度で剥離させた場合と同様に、シリコンリボン１２がそのシリコンリボン生成部よりも下方に位置するため、シリコンリボン１２は即座に落下する。したがって、この場合はシリコンリボン搬出用樋部材１６を剥離位置の真下に設置する必要があり、また、搬出用樋部材１６と衝撃発生部材１５とが近接する。
【００３３】
装置構成上は、剥離のために衝撃を与える衝撃発生装置１５と、落下したシリコンリボンを搬出する搬出用樋部材１６とを近接させることは困難であるため、衝撃を与えて剥離する位置は９０度〜２７０度の範囲にすることが望ましい。
【００３４】
また、上述の理由から、シリコンリボン搬出用樋部材１６は、１８０度〜２７０度の範囲におけるシリコンリボン１２が回転冷却体１１から分離し落下する軌道の下方に設置することが望ましい。
【００３５】
図１は、一方のシリコン搬出用樋部材１７を６０度の位置で回転冷却体１１に近接するように設置し、衝撃発生部材１５をその衝撃がシリコンリボン面に対して垂直方向に与えられるように最上点１８０度の上方位置に設置し、他方の搬出用樋部材１６を２７０度の位置で回転冷却体１１に近接するように設置した場合の例である。
【００３６】
衝撃発生部材１５については、どのような手段を用いても構わないが、固体物質をシリコンリボン１２の表面に適切な力で押し当てる物理的衝撃発生手段がもっとも簡単である。
【００３７】
また、鋭角状剥離部材をシリコンリボンの進行方向前端側の１辺（回転方向上流側の端部）に接触させることでシリコンリボンを剥離する方法も、可動部が存在しない点から有効な手段と考えられる。
【００３８】
シリコンリボンの端部に、シリコンリボン面に対して平行な方向へ衝撃を与える場合、その衝撃力は、上述のシリコンリボン表面への垂直な衝撃力に対して、はるかに小さい力で足りることが容易に予想できる。また、シリコンリボンが破壊される衝撃力の上限もはるかに大きい。ただし、平行方向に衝撃を与える場合、回転冷却体には接触せずにシリコンリボンにだけ衝撃を与える必要がある。すなわち、シリコンリボンの板厚の範囲にのみ接触する必要がある。
【００３９】
鋭角状剥離部材を用いて平行方向に衝撃を与える方法としては、回転冷却体の回転を利用する方法が挙げられる。図２に本発明の作用の第２例を示す。
【００４０】
シリコンリボン２２及びシリコンリボン生成面は平坦な形状であるため、それらの進行方向の前端（先端）及び後端（末端）の２辺は、他の部位よりも回転半径が大きい。したがって、下地である回転冷却体２１の平坦面部の端には接触することなくシリコンリボン２２の進行方向前端側（回転方向上流側）の１辺２７にのみ接触してシリコンリボン２２の剥離を促すための鋭角状剥離部材２５を固定しておけば、その剥離部材２５によってシリコンリボン２２の剥離が効果的に行われる。すなわち、鋭角状剥離部材２５の剥離先端は、シリコンリボン２２を生成する回転冷却体２１の平坦面部における進行方向前端側の角が通る最大回転半径の円軌道と、そこからシリコンリボン２２の厚さ分だけ外側に位置する円軌道との間に設置する必要がある。
【００４１】
図３に、その鋭角状剥離部材２５とシリコンリボン２２とが接触する直前の状態を示す。鋭角状剥離部材２５の剥離先端は、シリコンリボン２２を生成する回転冷却体２１の平坦面部における進行方向前端側の角（稜線）３０が通る最大回転半径の円軌道３１よりもやや外側に設置されている。
【００４２】
図３によれば、シリコンリボン２２の進行方向前端側における１辺２７以外の部位は、軌道３１よりも内側を通ることがわかる。この状態から回転が進み、鋭角状剥離部材２５とシリコンリボン２２とが接触した直後の状態を図４に示す。
【００４３】
図４において、回転冷却体２１は鋭角状剥離部材２５とは一切接触しない。シリコンリボン２２は、その進行方向前端側の１辺のみが鋭角状剥離部材２５と接触し、回転冷却体２１から剥離してシリコンリボン搬出用樋部材２６へ滑り落ちた後に搬出される構造となっている。
【００４４】
図２におけるシリコンリボン２２の厚さは、溶融シリコン２３などの温度条件、回転冷却体２１の回転数や冷却条件などによって異なるが、通常の太陽電池用として用いる場合、数１００μｍであるので、鋭角状剥離部材２５を数１００μｍの精度で設置することが可能である。
【００４５】
また、鋭角状剥離部材２５を設置する位置に関しては、上述のシリコンリボン２２の表面に衝撃を与える場合とほぼ同一に検討できる。上述した場合と同様に最下点を０度とすると、３６０度回転し再び溶融シリコン２３に浸漬する前にシリコンリボン２２を取り出す必要がある。上述した場合と異なる点は、鋭角状剥離部材２５が固定状設置であるため、剥離後のシリコンリボン２２が、回転冷却体２１に載ったまま移動することなく、設置位置に関わらず即座に回転冷却体２１から分離する点である。
【００４６】
このことから、鋭角状剥離部材２５を０度〜１８０度に設置した場合は、シリコンリボン２２は、回転冷却体２１の回転方向と逆方向に反転しながら回転冷却体２１から分離落下することとなる。このため、シリコンシート搬出用樋部材２８にシリコンリボン２２が滑り落ち、取り出すことが可能である。ただし、剥離位置と搬出用樋部材２８との距離が大きいほど、落下による衝撃は大きくなる。
【００４７】
落下による衝撃緩和と装置簡略化のためには、剥離のための鋭角状剥離部材２５と搬出用樋部材２６を近接させるか、もしくは一体化することが望ましい。鋭角状剥離部材２５を１８０度〜２７０度に設置する場合、特に鋭角状剥離部材２５と搬出用樋部材２６とを一体化して設置する構造においては、シリコンリボン２２は剥離後、回転冷却体２１から分離してスムーズに搬出用樋部材２６へ滑り落ちることとなる。また、剥離のための衝撃を与えるのに際し、回転冷却体２１の回転以外の特別な可動部材を必要としないため、装置の単純化に寄与し、また装置の耐久性、メンテナンス性の向上が可能である。
【００４８】
上述の第１例、第２例ともに、搬出用樋部材は装置構成の単純化のためにシリコンリボンの自重を利用して搬出できる構造にすることが望ましい。すなわち、回転動力などによる強制搬送ではなく、搬送用樋部材を、シリコンリボンが樋部材との摩擦に抗して自重落下する角度以上に傾斜させ、シリコンリボンが樋部材上を自重によって滑り落ちて装置外へ搬出されるような構造にするのが望ましい。
【００４９】
また、ローラーなどの搬出補助部材を付加することによって、シリコンリボンをより効率的に搬出することも可能である。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００５１】
実施例１
実施例１は、シリコンリボンを生成する回転冷却体の平坦面及び平面状シリコンリボンに対し、垂直方向から衝撃を与えてシリコンリボンを剥離する方法に関するものである。
【００５２】
図１は実施例１に沿ったシリコンリボン製造装置である。すなわち、このシリコンリボン製造装置は、角型るつぼ１４、このるつぼ１４に供給されたシリコンを溶融するための加熱ヒーター、シリコンリボン生成部になる複数の平坦面を備えている回転冷却体１１、この回転冷却体１１を回転可能に支持する回転軸、シリコンリボン１２を剥離するために衝撃を与える衝撃発生部材１５、剥離したシリコンリボン１２を装置の外へ搬出する２つの搬出用樋部材１６、１７で構成されている。
【００５３】
これらの構成要素は、直方体状の装置外壁及び断熱材の中に収納されている。装置内部は、断熱材に囲まれて、内部をアルゴンガス雰囲気下で保持することができるようにシールされている。
【００５４】
回転冷却体１１の表面に生成したシリコンリボン１２のうち、回転冷却体１１の回転による微小振動で剥離するものは、一方の搬出用樋部材１７によって搬出される。
【００５５】
回転冷却体１１の回転による微小振動で剥離しないシリコンリボン１２を剥離するための衝撃を与える方法は、規定の衝撃力を回転冷却体の回転に同期させながらすべてのシリコンリボン１２に対して与えることができる機構であればどのような方法を用いても構わない。
【００５６】
本実施例では、カーボン棒を回転冷却体１１の真上に吊し、回転冷却体１１の回転と同期させてシリコンリボン１２が最上点に到達すると同時にそのカーボン棒を落下させて、シリコンリボンすべてに衝撃を与える機構発生部材１５とした。衝撃をカーボン棒の自重落下で行うため、衝撃を与える位置は回転冷却体の最下点を０度としたときの１８０度（最上点）の位置において、シリコンリボン１２表面に垂直方向の衝撃を与えることに相当する。
【００５７】
ただし、衝撃を与えるためには自重落下である必要はなく、特に回転軸とギアなどで連動した軸を直進運動に変換することで完全に同期させることも可能であり、衝撃を与える位置、角度は任意の設置方法をとることが可能である。部材の材料に関しては、本実施例ではカーボン棒としたが、これに限られず、装置内の温度に耐え、かつシリコンへの汚染の影響が少ない材料であればどのようなものでも適用することができる。
【００５８】
特に、カーボンにＳｉＣなどをコートした部材などのように、シリコンよりも硬い部材により、もしくはシリコンよりも硬い材料をコートした部材により、耐久性を向上させることも有効であり、カーボン粉などによる汚染防止の効果も得られる。
【００５９】
また、部材の形状も規定の衝撃力を与えられる形状であればどのようなものも適用できるが、衝撃力の１点集中を防ぐためにも鈍角な形状もしくは平坦面形状などが望まれる。また、衝撃は複数の部材により同時にシリコンリボン表面内の複数箇所へ与えることで、衝撃点での衝撃力の集中が緩和できる。
【００６０】
剥離したシリコンリボン１２を搬出する搬出用樋部材１６、１７は、シリコンリボン１２が自重により滑り落ちる板状の構造で構わないが、シリコンリボン１２の搬出用樋部材１６、１７から横方向への落下を防ぐために、側部に図５に示すような落下防止用ガイド５４を設置しても構わない。
【００６１】
また、図５に示すように、シリコンリボン５２の自重による滑りをより促進するために、搬出補助部材としてのローラー５３を有する構造が望まれる。
【００６２】
本実施例では、このようなガイド５４及びローラー５３を備えたシリコンリボン搬出用樋部材５１を、６０度及び２７０度の位置に設置した。樋部材５１の設置角度（傾斜角度）は、水平に対して３０度下方へ傾け、シリコンリボン５２が自重で装置外へ搬出される構造とした。
【００６３】
樋部材５１の設置位置に関しては、装置の構成や、シリコンリボン５２が回転冷却体１１から分離、落下する位置などを考慮する必要がある。設置角度に関しては、搬出用樋部材の材料とシリコンリボン５２との摩擦などから、シリコンリボン１２が自重により滑り落ちる条件内に設定する必要がある。
【００６４】
搬出用樋部材５１（１６、１７）の表面形態に関しては、シリコンリボン５２（１２）との摩擦力を低減するために、なるべく表面が平滑なものを選ぶことが望まれる。この材料としてシリコンリボン１２よりも柔らかいものを選んだ場合は、シリコンリボン１２が搬出用樋部材１６、１７に滑り落ちた際の衝撃を緩和することができ、シリコンリボン１２の破壊を防止できるが、耐久性は低下する。ＳｉＣコートのように硬い材料を選んだ場合でも、設置角度、設置位置を考慮することによって、シリコンリボン１２が破壊されない構造をとることが可能である。
【００６５】
回転冷却体１１に関しては、シリコンリボン１２を生成する平坦面部以外は溶融シリコン１３に浸漬しない構造が望まれる。もっとも単純な構造は横断面形状が多角柱構造であるが、この場合は、隣接する平坦面どうしが接続しているため隣り合うシリコンリボン１２どうしが一体化するおそれもある。本実施例では、図１のように、多角柱の頂点を内側へカットした歯車型回転冷却体１１を適用した。この構造では、衝撃に関しても一定時間間隔に連続して衝撃を与える単純構造を適用できる。
【００６６】
上述の装置を用いて、固体状シリコンを充填したるつぼ１４をヒーターによって加熱し、シリコンを溶融させた。次に、るつぼ１４を上昇させ、図１のように、回転冷却体１１の平坦面部分を溶融シリコン１３中に浸漬し、回転冷却体１１を回転させた。
【００６７】
すると、歯車型回転冷却体１１の平坦面部のすべてにシリコンリボン１２が同条件で生成した。衝撃発生部材１５は、平面状シリコンリボン１２が最上点で水平になった瞬間に垂直に落下してシリコンリボン１２に衝撃を与えるように、一定時間間隔で落下、上昇を繰り返すよう制御した。
【００６８】
このようにしてシリコンリボン１２を成長させ、装置の覗き孔から確認したところ、シリコンリボン１２のうちの約３０％は０度〜１８０度で振動により落下し、一方の搬出用樋部材１７を滑り落ちて装置外へ搬出、回収することができた。シリコンリボン１２の残りである約７０％は、すべて最上点で剥離し、続いて回転冷却体１１から分離して他方の搬出用樋部材１６へ滑り落ちた後、装置外へ搬出、回収することができた。
【００６９】
搬出されたシリコンリボン１２は、平滑であって厚さが均一であり、平均厚さ約２７０μｍの柱状シリコンリボンであり、また、安定的に連続成長できた。
【００７０】
実施例２
実施例２は、シリコンリボンを生成する回転冷却体の平坦面及び平面状シリコンリボンに対して平行な方向から衝撃を与えてシリコンリボンを剥離する方法に関するものである。
【００７１】
図２は実施例２に沿ったシリコンリボン製造装置である。このシリコンリボン製造装置は、実施例１とほぼ同等の構成からなる。実施例１と異なる点は、平面状シリコンリボン２２の表面に衝撃を与える衝撃発生部材が削除された点と、回転冷却体２１の最下点０度に対して２７０度の位置にシリコンリボンを剥離するための鋭角状剥離部材２５が設けられ、この剥離部材２５が搬出用樋部材２６に一体化されている点である。
【００７２】
鋭角状剥離部材２５に関して、図３を用いて説明する。鋭角状剥離部材２５は先端を鋭角加工したカーボンを使用した。この剥離部材２５は、回転冷却体２１の最下点０度に対し２７０度の位置における、回転冷却体平坦面部の角が作る円軌道３１に対する接線と平行に、かつ、円軌道３１から１００μｍ外側に離れて設置した。これにより、厚さ１００μｍ以上のシリコンリボン２２は剥離できることとなる。鋭角状剥離部材２５は、水平に対し３０度傾けた搬出用樋部材２６の先端部に一体化することにより、装置部材の簡略化を行った。
【００７３】
剥離したシリコンリボン２２を搬出する搬出用樋部材２６、２８は、実施例１と同様に、ガイド５４、ローラー５３を備えた部材とした。樋部材２６、２８の設置位置、角度、表面形態、材質に関しても、実施例１と同様の考察結果が得られる。
【００７４】
回転冷却体２１に関しても、実施例１と同様に、多角柱の頂点を内側へカットした歯車型冷却体を適用した。特に、鋭角状剥離部材２５を使用する場合は、隣接するシリコンリボン１２どうしが一体化していると、シリコンリボン１２の進行方向前端側の１辺に鋭角状剥離部材２５を接触させ、平面状シリコンリボン１２に対して平行方向に衝撃を与えることが困難となるため、歯車型冷却体のような構造が望ましいが、回転冷却体２１と同期して可動する部材が存在しないため、周期的に連続した構造である必要性は特に存在しない。
【００７５】
上述の装置を用いて、固体状シリコンを充填したるつぼ２４をヒーターによって加熱し、シリコンを溶融させた。次に、るつぼ２４を上昇させ、図２のように、歯車型回転冷却体２１の平坦面部分を溶融シリコン２３中に浸漬し、回転冷却体２１を回転させた。すると、シリコンリボン２２は回転冷却体２１の平坦面部のすべてに同条件で生成した。
【００７６】
このようにしてシリコンリボン２２を成長させ、覗き孔から確認したところ、シリコンリボン２２の約３０％は０度〜１８０度で振動により落下し、搬出用樋部材２８を滑り落ちて装置外へ搬出、回収することができた。シリコンリボン２２の残りである約７０％は、すべて鋭角状剥離部材２５と接触することで剥離、分離して搬出用樋部材２６へ落下した後、搬出用樋部材２６を滑り落ちて装置外へ搬出、回収することができた。
【００７７】
搬出されたシリコンリボン２２は、実施例１とまったく同様に、平滑で均一の厚さを有する、平均厚さ約２７０μｍの柱状シリコンリボンであり、また、安定的に連続成長できた。
【００７８】
実施例３
実施例３は、従来技術によるシリコンリボン製造方法に関するものであり、シリコンリボンを生成する回転冷却体が凹凸構造を備えたシリコンリボン製造装置（比較例）を用いた。
【００７９】
図７はこの比較例に沿ったシリコンリボン製造装置を示すものである。図７に示すシリコンリボン製造装置は、実施例１とほぼ同様の構成からなる。実施例１と異なる点は、回転冷却体７１が円筒型であり、その円筒表面に凹凸を備えている点、また、凹部７８に先端部が挿入されたシリコンリボン掻取部７５を備えている点である。
【００８０】
まず、固体状シリコンを充填したるつぼ７４をヒーターによって加熱し、シリコンを溶融した。次に、るつぼ７４を上昇させ、図７のように、回転冷却体７１の凸部７７のみを溶融シリコン７３中に浸漬し、回転冷却体７１を回転させた。すると、シリコンリボン７２は、円筒型冷却体７１の凸部７７のみで結晶核を生成し、この核を起点にして結晶が成長した。
【００８１】
そして、シリコン融液７３は、隣り合う凸部７７から成長する結晶と接触することによって、凹部７８には接触せず、回転冷却体７１との間に空洞を持ったシリコンリボン７２が生成した。また、凹部７８すなわちシリコンリボン７２と回転冷却体７１との間の空洞部に先端部を挿入したシリコンリボン掻取部７５が設置されているため、シリコンリボン７２は円筒形状から強制的に平面形状に変化し、シリコンリボン掻取部７５に沿うように装置外へ搬出された。
【００８２】
このようにしてシリコンリボン７２を成長させ、覗き孔から確認したところ、シリコンリボン７２は数分に一度、掻取部７５に沿う領域で破損した。これは、湾曲を完全に引き伸ばせない部分が存在し、シリコンリボン７２の直線的な搬出が阻まれたためである。
【００８３】
搬出されたシリコンリボン７２は、凸部７７に相当する部分で厚く、凹部７８に相当する部分で薄く成長し、平均厚さは凸部で約２５０μｍ、凹部で約２００μｍであった。
【００８４】
実施例４
実施例１〜３によって製造されたシリコンリボンを用いて、太陽電池を作製した。作製の手順の一例は、洗浄、テクスチャエッチング、拡散層形成、酸化膜除去、反射防止膜形成、バックエッチ、裏面電極形成、受光面電極形成の工程順であり、一般的な手法である。各工程間は基本的には自動搬送機構による受け渡しを行った。
【００８５】
実施例１及び実施例２によるシリコンリボンに関しては、すべての自動搬送を行うことができたが、実施例３によるシリコンリボンに関しては、湾曲が残ること、凹凸があることにより、自動搬送機構が使えないシリコンリボンも生じた。
【００８６】
次に、実施例１〜３によるシリコンリボンから製作した太陽電池の特性をソーラーシミュレータによって測定した結果を表１に示す。
【００８７】
【表１】
0004451556.tif 000002
【００８８】
表１からわかるように、実施例１及び実施例２による太陽電池の短絡電流密度はいずれも２７ｍＡ／ｃｍ2であり、実施例３の２５ｍＡ／ｃｍ2よりも大きい。これは、内部応力が残留するための歪みによる欠陥が原因であると考えられる。曲線因子については、実施例３では内部応力が残留するための歪みによる欠陥の影響で大幅に低減している。変換効率（％）については、実施例３では１０％であるのに対し、実施例１及び実施例２ではいずれも１２％と大幅に改善できた。
【００８９】
以上の説明から明らかなように、実施例１に沿ったシリコンリボン製造装置によれば、平坦面部を持った回転冷却体の平坦面部にシリコンを成長させることで、内部応力のない平面状シリコンリボンを得ることができ、また、連続して安定的にシリコンリボンを取り出すことが可能である。取り出したシリコンリボンは平滑、均一であるため、研磨工程やスライス工程によらずにシリコンウエハを形成することができ、スライスロスがなく、より低コストでシリコンウエハを提供することが可能である。
【００９０】
また、実施例２に沿ったシリコンリボン製造装置によれば、内部応力のない平面状シリコンリボンを得ることができ、また、連続して安定的にシリコンリボンを取り出すことが可能である。さらに、実施例１と比較して、シリコンリボンを剥離する際の機械的可動部がないため、剥離動作を回転冷却体に同期させる必要がなく、装置を簡単化できるため、装置の低コスト化、耐久性向上、メンテナンス性向上が可能である。
【００９１】
【発明の効果】
請求項１に係るシリコンリボン製造装置にあっては、溶融シリコンを収納するための溶融シリコン収納部と、この溶融シリコン収納部の上方に回転可能に配設されかつシリコンリボンを表面で固化成長させるためのシリコンリボン生成部分を有する回転冷却体とを備えてなるシリコンリボン製造装置において、回転によって溶融シリコンに一旦浸漬された後に溶融シリコンから引き上げられた回転冷却体の表面におけるシリコンリボン生成部分が溶融シリコンに再び浸漬される前にそのシリコンリボン生成部分に生成したシリコンリボンを剥離するとともに、剥離したシリコンリボンを回転冷却体の回転による慣性力及び／または重力による落下を利用して装置外へ搬出するための剥離・搬出機構が設けられていることを特徴とする。
したがって、このような剥離・搬出機構により、平面状シリコンリボンを大量かつ安定的に低コストで連続生産することができる。
【００９２】
請求項２に係るシリコンリボン製造装置にあっては、回転冷却体の表面が、シリコンリボン生成部分になる複数の平坦面を備えていることを特徴とする。
したがって、請求項１に係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、シリコンをスライスする必要がなく、平板型シリコンリボンを直接、得ることが可能であり、スライスによる損失がないため、低コスト化に寄与する。
【００９３】
請求項３に係るシリコンリボン製造装置にあっては、剥離・搬出機構が、回転冷却体に物理的衝撃を与えることによってシリコンリボンを剥離するための衝撃発生部材を備えていることを特徴とする。
したがって、請求項１または２に係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、衝撃発生部材によって成長後のシリコンリボンに適切な衝撃を与えることで、シリコンリボンは回転冷却体表面から容易に剥離することが可能になる。
【００９４】
請求項４に係るシリコンリボン製造装置にあっては、剥離・搬出機構が、回転冷却体の表面におけるシリコンリボン生成部分でシリコンリボンの回転方向上流側の端部に接触することによってシリコンリボンを剥離するための鋭角状剥離部材を備えていることを特徴とする。
したがって、請求項１または２に係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、機械的可動部が存在しない鋭角状剥離部材を用いてシリコンリボンを剥離すれば剥離動作を回転冷却体に同期させる必要がなく、装置を簡単化できるため、装置の低コスト化、耐久性向上、メンテナンス性向上が可能である。
【００９５】
請求項５に係るシリコンリボン製造装置にあっては、剥離・搬出機構は、回転冷却体の表面におけるシリコンリボン生成部分が溶融シリコンに浸漬した最下点にある位置を０度とし、その最下点から回転方向へ１回転した位置を３６０度とした場合に、９０度から２７０度の位置範囲でシリコンリボンを剥離することを特徴とする。
したがって、請求項１〜４のいずれか１つに係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、９０度〜２７０度の範囲でシリコンリボン１２に衝撃を与えて剥離した場合、静止摩擦力と慣性力、重力との関係に関わらず、シリコンリボンは１８０度〜２７０度の範囲で回転冷却体から分離し、落下することになり、シリコンリボンのいっそう確実な搬出を行うことができる。
【００９６】
請求項６に係るシリコンリボン製造装置にあっては、剥離・搬出機構が、剥離したシリコンリボンを受けて装置外へ搬出するための搬出用樋部材を備えていることを特徴とする。
したがって、請求項１〜５のいずれか１つに係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、搬出用樋部材という簡単な構成でシリコンリボンを装置外へ搬出することが可能になる。
【００９７】
請求項７に係るシリコンリボン製造装置にあっては、樋部材は、剥離したシリコンリボンがその樋部材との摩擦力に抗して自重により滑り落ちることのできる角度に傾斜されていることを特徴とする。
したがって、請求項６に係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、このような搬出用樋部材によって、回転動力などによる強制搬送ではなくシリコンリボンの自重を利用した自然搬出が可能になり、装置構成の単純化を図ることができる。
【００９８】
請求項８に係るシリコンリボン製造装置にあっては、剥離・搬出機構が、樋部材に加えて、シリコンリボンの搬出を補助するための搬出補助部材を備えていることを特徴とする。
したがって、請求項６または７に係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、搬出補助部材によってシリコンリボンの自重による滑りをより促進することが可能になる。
【００９９】
請求項９に係るシリコンリボン製造装置にあっては、樋部材が、請求項４に記載の鋭角状剥離部材と一体化されていることを特徴とする。
したがって、請求項６〜８のいずれか１つに係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、装置部材の簡略化を行うことが可能になる。
【０１００】
請求項１０に係るシリコンリボン製造装置にあっては、鋭角状剥離部材は、回転冷却体の表面におけるシリコンリボン生成部分が溶融シリコンに浸漬した最下点にある位置を０度とし、その最下点から回転方向へ１回転した位置を３６０度とした場合に、１８０度から２７０度の位置範囲でシリコンリボンの回転方向上流側の端部に接触することによってシリコンリボンを剥離することを特徴とする。
したがって、請求項９に係るシリコンリボン製造装置が奏する前記効果に加えて、鋭角状剥離部材を１８０度〜２７０度に設置する場合、特に鋭角状剥離部材と搬出用樋部材とを一体化して設置する構造において、シリコンリボンは剥離後、回転冷却体から分離してスムーズに搬出用樋部材へ滑り落ちることとなる。また、剥離のための衝撃を与えるのに際し、回転冷却体の回転以外の特別な可動部材を必要としないため、装置の単純化に寄与し、また装置の耐久性、メンテナンス性の向上が可能になる。
【０１０１】
請求項１１に係る太陽電池にあっては、請求項１〜１０のいずれか１つに記載のシリコンリボン製造装置によるシリコンリボンを用いて製造されたことを特徴とする。
したがって、従来のシリコンリボン製造装置により製造したシリコンリボンを用いる太陽電池に比べて、短絡電流密度、曲線因子が大きくなることから、変換効率を向上させつつ、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明における実施例１によるシリコンリボン製造装置の構成説明図である。
【図２】図２は、本発明における実施例２によるシリコンリボン製造装置の構成説明図である。
【図３】図３は、本発明における実施例２によるシリコンリボン製造装置における剥離方法の第１段階を説明する説明図である。
【図４】図４は、本発明における実施例２によるシリコンリボン製造装置における剥離方法の第２段階を説明する説明図である。
【図５】図５は、本発明における実施例１あるいは実施例２における搬出用樋部材に搬出補助部材としてのローラー及びガイドが備わった場合の構成説明図である。
【図６】図６は、従来技術による１つのシリコンリボン製造装置の構成説明図である。
【図７】図７は、従来技術による別の１つのシリコンリボン製造装置の構成説明図である。
【符号の説明】
１１、２１                回転冷却体
１２、２２                シリコンリボン
１３、２３                シリコン融液
１４、２４                るつぼ
１５                      衝撃発生部材
１６、１７、２６、２８    搬出用樋部材
２５                      鋭角状剥離部材
３０                      平坦面部の角
３１                      平坦面部の角の軌道
５１                      搬出用樋部材の１例
５２                      シリコンリボン
５３                      ローラー（搬出補助部材）
５４                      ガイド（搬出補助部材）
【図１】
0004451556.tif 000003
【図２】
0004451556.tif 000004
【図３】
0004451556.tif 000005
【図４】
0004451556.tif 000006
【図５】
0004451556.tif 000007
【図６】
0004451556.tif 000008
【図７】
0004451556.tif 000009