(57)【要約】【課題】  品質に優れた多結晶シリコンインゴット、前記インゴットを作製する鋳造方法、また、前記インゴットからスライスした品質に優れた多結晶シリコンウエハ、太陽電池素子を提供することを目的とする。【解決手段】  多結晶シリコンインゴットにおいて、前記多結晶シリコンインゴットの外側面は、ライフタイムの平均値が２μｓ以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が３ｍｍ以下である多結晶シリコンインゴット。【選択図】図１
2007015905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶シリコンインゴットにおいて、
前記多結晶シリコンインゴットの外側面は、ライフタイムの平均値が２μｓ以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が３ｍｍ以下である多結晶シリコンインゴット。
【請求項２】
前記多結晶シリコンインゴットは、前記多結晶シリコンインゴットの外側面より１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の位置における平均粒径が３ｍｍ以下である請求項１に記載の多結晶シリコンインゴット。
【請求項３】
前記多結晶シリコンインゴットの略中心を通る縦断面において、
前記多結晶シリコンインゴットの高さを１００％とし、前記多結晶シリコンインゴットの上端部から３０％の位置での前記多結晶シリコンインゴットの平均ライフタイムが２μｓ以下となる領域の直線距離をＡ、
前記多結晶シリコンインゴットの上端部から７０％の位置での前記多結晶シリコンインゴットの平均ライフタイムが２μｓ以下となる領域の直線距離をＢとしたときに、
Ａ／Ｂ≧１．１が成り立つようにした請求項２に記載の多結晶シリコンインゴット。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の多結晶シリコンインゴットからスライスして得た多結晶シリコン基板。
【請求項５】
請求項４に記載の多結晶シリコン基板を用いて形成された太陽電池素子。
【請求項６】
鋳型を予熱する工程と、前記鋳型へ溶融させたシリコンを注ぎ込む工程と、前記溶融させたシリコンを鋳型内にて凝固させる工程と、を備えた多結晶シリコンインゴットの鋳造方法において、
前記鋳型を予熱する工程は、前記鋳型内面を４００℃から９００℃とした多結晶シリコンインゴットの鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に太陽電池用多結晶シリコンインゴット、多結晶シリコン基板、太陽電池素子、および多結晶シリコンの鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、化合物系等に分類される。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良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、基板の製造コストが高い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、離型材を塗布した石英等からなる鋳型内のシリコン融液を冷却固化す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。このシリコンインゴットの端部を除去し、所望の大きさに切断して切り出し、切り出したインゴットを所望の厚みにスライスして太陽電池を形成するための多結晶シリコン基板を得る。その後、電極などを形成して太陽電池素子とすることができる。
【０００５】
特許文献１に開示されたシリコン等を鋳造する一般的な鋳造装置を図２に示す。図２において１ａは溶融坩堝、１ｂは保持坩堝、２は注湯口、３は加熱手段、４はシリコン融液、５は鋳型を示す。
【０００６】
鋳造装置の上部にシリコン原料を溶融するための溶融坩堝１ａが保持坩堝１ｂに保持されて配置され、溶融坩堝１ａの上縁部には溶融坩堝１ａを傾けてシリコン融液を注湯するための注湯口２が設けられる。また、溶融坩堝１ａ、保持坩堝１ｂの周囲には加熱手段３が配置され、溶融坩堝１ａ、保持坩堝１ｂの下部にはシリコン融液が注ぎ込まれる鋳型５が配置される。溶融坩堝１ａは耐熱性能とシリコン融液中に不純物が拡散しないこと等を考慮して、例えば高純度の石英等が用いられる。保持坩堝１ｂは石英等でできた溶融坩堝１ａがシリコン融液近傍の高温で軟化してその形状を保てなくなるため、これを保持するためのものであり、その材質はグラファイト等が用いられる。加熱手段３は、例えば抵抗加熱式のヒーターや誘導加熱式のコイル等が用いられる。
【０００７】
上記の溶融坩堝１ａ、保持坩堝１ｂの下部に配置された鋳型５は石英や黒鉛等からなる。通常、鋳型５の内表面に離型材６を被覆したものが用いられる。一般的に離型材６としてはシリコンの窒化物である窒化珪素、シリコンの炭化物である炭化珪素、シリコンの酸化物である二酸化珪素等の粉末が用いられ、これらの粉末を適当なバインダーと溶剤とから構成される溶液中に混合・攪拌してスラリーとし、鋳型内壁に被覆もしくはスプレー等の手段でコーティングすることが公知の技術として知られている。また、この鋳型５の周りには抜熱を抑制するため鋳型断熱材７が設置される。鋳型断熱材は耐熱性、断熱性等を考慮してカーボン系の材質が一般的に用いられる。また、鋳型５の下方には注湯されたシリコン融液を冷却・固化するための冷却手段８が設置される場合もある。なお、これらはすべて真空容器（不図示）内に配置される。
【０００８】
この図２に示される鋳造装置では、溶融坩堝１ａ内にシリコン原料を投入し、加熱手段３により溶融坩堝１ａ内のシリコン原料を溶融させ、その後、溶融坩堝１ａ内のシリコン原料がすべて溶融したのちに、坩堝を傾けて溶融坩堝１ａの上縁部にある注湯口２から下部に設置してある鋳型５にシリコン融液が注湯される。
【０００９】
注湯後は、鋳型内のシリコンを底部から冷却して一方向凝固させた後、炉外に取り出せる温度まで温度制御しながら徐冷し、最終的に炉外に取り出して鋳造が完了する。
【特許文献１】特開平１１−１８０７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般的に、インゴットの周辺部分の品質は悪く太陽電池用材料として使用できないことが知られている。これは鋳型に存在する不純物による汚染が原因とされている。この問題を解決するための方法として、太陽電池用基板から太陽電池を作製するプロセス中に不純物をゲッタリングする工程を行うことにより、不純物の影響を取り除くことがなされている。しかしながら、不純物を取り除くゲッタリング工程は高温で長時間行う必要がある。このような工程では、長時間の高温状態により、基板に転位などを発生させる要因となるため、不純物の影響は取り除けても、それ以外の要因で太陽電池品質を落とすことになっていた。そのため、できるだけ低温で短時間の工程で行われているが、完全に不純物の影響を取り除くことはできておらず太陽電池としての品質は充分ではなかった。
【００１１】
このような理由からインゴット周辺の低品質な領域は少なければ少ないほどインゴットの品質は良いとされるが、実際にそのようなインゴットを作製する方法に関する知見は不足しており、また現在の太陽電池プロセスにおいて、インゴットの品質として優れたものが必ずしも太陽電池としての品質に優れているとは限らず、どのような品質のインゴットであれば、歩留りよく品質に優れた太陽電池が作製可能かなどの知見は不足していた。
【００１２】
本発明は、品質に優れた多結晶シリコンインゴット、前記インゴットを作製する鋳造方法、また、前記インゴットからスライスした品質に優れた多結晶シリコンウエハ、太陽電池素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明の請求項１にかかる多結晶シリコンインゴットは、多結晶シリコンインゴットにおいて、前記多結晶シリコンインゴットの外側面は、ライフタイムの平均値が２μｓ以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が３ｍｍ以下となるようにした。
【００１４】
本発明の請求項２に係る多結晶シリコンインゴットは、請求項１に記載の多結晶インゴットであって、前記多結晶シリコンインゴットは、前記多結晶シリコンインゴットの外側面より１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の位置における平均粒径が３ｍｍ以下となるようにした。
【００１５】
本発明の請求項３に係る多結晶シリコンインゴットは、請求項２に記載の多結晶インゴットであって、前記多結晶シリコンインゴットの略中心を通る縦断面において、前記多結晶シリコンインゴットの高さを１００％とし、前記多結晶シリコンインゴットの上端部から３０％の位置での前記多結晶シリコンインゴットの平均ライフタイムが２μｓ以下となる領域の直線距離をＡ、前記多結晶シリコンインゴットの上端部から７０％の位置での前記多結晶シリコンインゴットの平均ライフタイムが２μｓ以下となる領域の直線距離をＢとしたときに、Ａ／Ｂ≧１．１が成り立つようにした。
【００１６】
本発明の請求項４に係る多結晶シリコン基板は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の多結晶シリコンインゴットからスライスして得た多結晶シリコン基板とした。
【００１７】
本発明の請求項５に係る太陽電池素子は、請求項４に記載の多結晶シリコン基板を用いて形成された太陽電池素子とした。
【００１８】
本発明の請求項６に記載の多結晶シリコンインゴットの形成方法は、鋳型を予熱する工程と、前記鋳型へ溶融させたシリコンを注ぎ込む工程と、前記溶融させたシリコンを鋳型内にて凝固させる工程と、を備えた多結晶シリコンインゴットの鋳造方法において、
前記鋳型を予熱する工程は、前記鋳型内面を４００℃から９００℃とするようにした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の多結晶シリコンインゴットは、多結晶シリコンインゴットにおいて、前記多結晶シリコンインゴットの外側面は、ライフタイムの平均値が２μｓ以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が３ｍｍ以下となるようにした。このような多結晶シリコンインゴットは、内部と比べて外表面に結晶粒径の小さく、ライフタイムの平均値も内部と比較して２μｓ以下と小さくした。このため、多結晶シリコンインゴットと接触している離型材や、鋳型等から浸入する不純物を、多結晶シリコンインゴット外表面に存在する粒径の小さなシリコン結晶により、効果的に浸入を抑えることができる。この結果、本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、従来と比較して内部の不純物濃度が少ない多結晶シリコンインゴットとすることができる。
【００２０】
そして、上述のようにシリコンインゴット外表面から浸入した不純物の濃度を抑えた多結晶シリコンインゴットであるため、このような多結晶シリコンインゴットから得られた多結晶シリコン基板を用いて作製された太陽電池素子は従来に比べて品質が優れたものが得られる。
【００２１】
また、本発明に係る多結晶シリコンインゴットの形成方法は、鋳型を予熱する工程と、前記鋳型へ溶融させたシリコンを注ぎ込む工程と、前記溶融させたシリコンを鋳型内にて凝固させる工程と、を備えた多結晶シリコンインゴットの鋳造方法において、前記鋳型を予熱する工程は、前記鋳型内面を４００℃から９００℃とした。鋳型の余熱温度を４００℃未満とした場合は、形成した多結晶シリコンインゴットの外表面には、本発明よりもシリコン結晶の平均粒径が小さくなり不純物の浸入は好適に抑制することができるが、シリコン結晶の粒径が小さな領域が多結晶シリコンインゴット内部まで進行してしまうため、シリコン基板、太陽電池素子としたときの特性が低下してしまう。また、鋳型の余熱温度を９００℃よりも高くした場合、形成した多結晶シリコンインゴットの外表面は、本発明よりも大きなシリコン結晶の粒径が得られるが、それと同時にシリコンインゴット内部にも外部からの不純物の浸入を防止できなくなり、多結晶シリコンインゴットの不純物濃度の低減にはつながらない。
【００２２】
しかしながら、本発明においては、鋳型を予熱する工程で鋳型内面を４００℃から９００℃としたことにより、本発明に係る多結晶シリコンインゴットの外表面において、ライフタイムの平均値が２μｓ以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が３ｍｍ以下のシリコン結晶を形成することができるため、多結晶シリコンインゴット内の不純物濃度を低下させ、尚且つ、多結晶シリコンインゴット内部におけるシリコン結晶のサイズは、多結晶シリコンインゴット外表面のものよりも大きくなり、品質に優れた多結晶シリコンインゴットを提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
まず、本発明におけるライフタイムはμＰＣＤ法（マイクロ波光導電率減衰法）などで評価されるライフタイムτである。
【００２４】
ここで、本発明に係るライフタイムの測定方法は、多結晶シリコンインゴットの略中心を通る様に切断した縦断面において、ＳＥＭＩＬＡＢ社製ＷＴ−２０００を用いて測定を行った。測定条件は、波長が９０４ｎｍの光源を照射して測定し、サンプル数は本発明に係る多結晶シリコンインゴットの任意の位置で８回測定した平均値を用いた。
【００２５】
また、平均粒径については、図５に示されるように多結晶シリコンインゴットを縦に切断した際、多結晶シリコンインゴットの頭部から、任意の位置、例えば５０％の位置における水平方向の測定距離の間をまたぐ粒界の数を求め、その粒界の数で測定距離を割った値を平均粒径とした。
【００２６】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２７】
本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、多結晶シリコンインゴットの外側面を、ライフタイムの平均値が２μｓ以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が３ｍｍ以下とした。
【００２８】
このとき、多結晶シリコンインゴットの外側面におけるライフタイムの測定は、鋳造後の多結晶シリコンインゴットの外側面に付着している離型材等を落とし、その後、外側面に存在する凹凸を機械的研磨により平坦にした後、ライフタイムの測定を行った。
【００２９】
このような多結晶シリコンインゴットは、内部と比べて外表面に結晶粒径の小さく、ライフタイムの平均値も内部と比較して２μｓ以下と小さくした。このため、多結晶シリコンインゴットと接触している離型材や、鋳型等から浸入する不純物を、多結晶シリコンインゴット外表面に存在する粒径の小さなシリコン結晶により、効果的に浸入を抑えることができる。この結果、本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、従来と比較して内部の不純物濃度が少ない多結晶シリコンインゴットとすることができる。
【００３０】
また、本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、多結晶シリコンインゴットの外側面に沿って、外側面より１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の位置における平均粒径が３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３１】
特に、外側面より１５ｍｍ以上の場合に平均粒径が３ｍｍ以下であれば不純物の侵入をより効果的に抑制することが出来るが、シリコンインゴットの外側面から２０ｍｍよりも深い位置まで、平均粒径が３ｍｍ以下である場合は、単に多結晶シリコンインゴット内部におけるシリコン結晶のサイズが小さい可能性があるため好ましくない。したがって、本発明に係る多結晶シリコンインゴットの外側面より１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の位置を測定したとき、平均粒径が３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
図４は本発明における多結晶シリコンインゴットの略中央部を切断した断面のライフタイムを示す図である。図４において、多結晶シリコンインゴットの高さを１００％としたときに、Ａは、多結晶シリコンインゴットの上端部から３０％の位置での前記多結晶シリコンインゴットの平均ライフタイムが２μｓ以下となる領域の直線距離、Ｂは、多結晶シリコンインゴットの上端部から７０％の位置での前記多結晶シリコンインゴットの平均ライフタイムが２μｓ以下となる領域の直線距離を示す。このとき、多結晶シリコンインゴットの端部より１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲の位置における平均粒径が３ｍｍ以下とし、多結晶シリコンインゴットの略中心を通る縦断面において、Ａ／Ｂ≧１．１が成り立つようにした。
【００３３】
このような多結晶シリコンインゴットでは、特に、多結晶シリコンインゴット内部への不純物の侵入を効果的に抑制できるため、多結晶シリコンインゴットの特性の変化をさらに抑制することができる。
【００３４】
そして、本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、バンドソーなどで所定の大きさに切断され、その後ワイヤーソーなどで所定の厚みにすることによりシリコン基板とすることができる。このシリコン基板は、上述の効果に加え多結晶シリコンインゴット内部まで不純物が浸入していないため、上述の切断・スライス加工において、不純物を起因としたマイクロクラックや割れの発生等を防ぐことができる。
【００３５】
さらに、上述の効果に加え、本発明に係るシリコン基板を使用してｐ−ｎ接合を形成した後、電極等を取り付けることで、太陽電池素子とすることができる。本発明に係る太陽電池素子は、上述したように、不純物濃度を従来の多結晶シリコンインゴットよりも低減した多結晶シリコンインゴットを使用しているため、光の入射により発生した光励起起源の電子キャリアおよび正孔キャリア（光生成キャリア）の再結合が防ぐことができ、電力が有効に取り出され、発電効率のよい太陽電池素子を作製することができる。
【００３６】
本発明の多結晶シリコンインゴットから作製されたシリコン基板、太陽電池素子は品質の優れたものが得ることができる。
【００３７】
（以下、一般的な多結晶シリコンインゴットの形成方法）
次に、本発明の多結晶シリコンインゴットの鋳造方法に用いられる鋳造装置について説明する。図１は、本発明の多結晶シリコンインゴットの鋳造方法に用いられる鋳造装置の縦断面図である。ここで示した例は一例であって、本発明に用いられる鋳造装置はこの例に限定されるものではない。図中、１ａは溶融坩堝、１ｂは保持坩堝、２注湯口、３は加熱手段、４はシリコン融液、５は鋳型、６は離型材、７は断熱材、８は冷却手段、９は上面加熱手段、１０は鋳型台を示す。
【００３８】
溶融坩堝１ａは、投入されたシリコン原料を内部に保持して加熱溶融してシリコン融液４を鋳型５に注湯するものである。なお、溶融坩堝１ａで溶融されて鋳型５に注湯されたシリコン融液４が冷却・凝固した多結晶シリコンインゴットは、例えば太陽電池用の多結晶シリコン基板材料等に用いられる。
【００３９】
溶融坩堝１ａは通常、高純度の石英等が用いられるが、シリコン原料の融解温度以上の温度において、融解、蒸発、軟化、変形、分解等を生じにくく、かつ太陽電池特性を落とさない純度（太陽電池素子用基板として用いる場合）であれば特に限定されない。また、溶融坩堝１ａは高温になると軟化して、形を保てないために、グラファイト等からなる保持坩堝１ｂで保持される。また、溶融坩堝１ａ、保持坩堝１ｂの寸法は、一度に溶融する溶融量に応じたシリコン原料を内包できる寸法とする。シリコン原料の溶融量は、およそ１ｋｇから２５０ｋｇの範囲である。
【００４０】
溶融坩堝１ａ、保持坩堝１ｂの周囲には加熱手段３が配置されている。これらの加熱手段３によって、溶融坩堝１ａ内部のシリコン原料を加熱溶融して、シリコン融液４とするものである。なお、これらの加熱手段としては、例えば、抵抗加熱式のヒーターや誘導加熱式のコイル等を用いることができる。
【００４１】
溶融坩堝１ａの上縁部にはシリコン融液を注湯させる注湯口２が設けられており、シリコン原料を溶融し、完全に融液となった後に坩堝を傾けて溶融坩堝１ａの上縁部にある注湯口２から下部に設置してある鋳型３にシリコン融液が注湯される。また、溶融坩堝１ａの本体の形状は、特に図に限定されるものではない。
【００４２】
ここで、溶融坩堝１ａ、保持坩堝１ｂの下部に配置される鋳型５は、上方に向かって開放した開放部を有し、出湯したシリコン融液４をこの開放部によって受けるとともに、その内部においてこのシリコン融液を保持しつつ、下方から上方へ向けて一方向凝固させる役割を有する。この鋳型５は、例えば黒鉛などのカーボン材や石英、溶融シリカ等から成る。また鋳型５の内表面部には離型材６が被覆されている。この離型材６は、例えば、窒化珪素、酸化珪素、炭化珪素などの各粉体、または混合粉をポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、メチルセルロースなどの有機バインダーと溶剤とから構成される溶液中に混ぜ合わせて鋳型５の内面に塗布することによって形成することができる。
【００４３】
鋳型５の周りには、鋳型側面からの抜熱を抑制するために断熱材７を設けても良い。断熱材７は耐熱性、断熱性等を考慮してカーボンフェルト等の材質が一般的に用いられる。また、鋳型５の下方には鋳型の安定を保つための鋳型台１０を設け、その下方には注湯されたシリコン融液を下方から抜熱して冷却・固化するための金属板等から成る冷却手段８を設置してある。
【００４４】
鋳型５の上方には、カーボンヒーター等から成る上面加熱手段９を配置している。これによって鋳型５に出湯したシリコン融液を適度に加熱し融液４の表面を適度に加熱することで、下方から上方に向けた温度勾配をより正確に制御することができる。
【００４５】
なお、これらの鋳造装置は、真空容器（不図示）内に配置し、不活性ガス等の還元雰囲気下で行うようにすることが、不純物の混入や酸化を防ぐ点で望ましい。
【００４６】
次に、上述した図１に示す鋳造装置を用いて、本発明の多結晶シリコンインゴットの鋳造方法を実施する方法の特徴部分について説明する。図３中、５は鋳型、６は離型材、７は断熱材、８は冷却手段、９は上面加熱手段、１０は鋳型台、１１は初期凝固層を示す。
【００４７】
本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、鋳型を予熱する工程と、前記鋳型へ溶融させたシリコンを注ぎ込む工程と、前記溶融させたシリコンを鋳型内にて凝固させる工程と、を備えた多結晶シリコンインゴットの鋳造方法において、前記鋳型を予熱する工程は、前記鋳型内面を４００℃から９００℃とした。
【００４８】
（本発明の特徴部分）
［予熱工程］
シリコン原料を溶融させたシリコン融液４を注ぎ込む鋳型５を注ぎ込む前にあらかじめ所定の温度に加熱するものであり、以下のような手順で行う。
【００４９】
（１）下記注湯工程を行う前に、上面加熱手段９によって鋳型５を加熱する。これにより、下記注湯工程において鋳型５の内面に被覆された離型材６がシリコン融液４との温度差により剥離損傷し、シリコン融液４に取り込まれることを防止することができる。また、注ぎこまれたシリコン融液４が鋳型５内で急速に凝固することを防止することができる。
【００５０】
このとき鋳型５の予熱温度を４００℃〜９００℃とするが、これについては下記注湯工程で説明する。
【００５１】
［注湯工程］
最初に溶融坩堝１ａ内に投入されたシリコン原料を内部に保持して加熱溶融させる。その後、シリコン融液４とし、一部が開放し鋳型５に対して、その開放部から、シリコンを溶融させたシリコン融液４を注ぎ込むものであり、以下のような手順で行う。
【００５２】
（２）溶融坩堝１ａ内に所定量のシリコン原料を投入する。
【００５３】
（３）加熱手段３によって、溶融坩堝１ａ内部のシリコン原料を加熱溶融して、シリコン融液４とする。
【００５４】
（４）溶融坩堝１ａ内部のシリコン原料が全て溶融した後、所定のタイミングで坩堝を傾倒し溶融坩堝１ａの上縁部に設けられた注湯口より鋳型５内にシリコン融液４が注湯される。なお、所定のタイミングとは、例えば、鋳型５の内表面の温度や溶融坩堝１ａ内のシリコン融液４の温度が適切な範囲になったときを指す。
【００５５】
（５）注湯されたシリコン融液４は、シリコンの融点よりも低い温度である鋳型５の内表面と接触したときに、熱が奪われて凝固し、鋳型５の内表面に沿って初期凝固層１１が形成される。
【００５６】
このとき前記予熱工程において、鋳型内面の温度を４００℃〜９００℃、注湯工程においてシリコン融液４の温度は融点（１４２０℃）近傍の温度が好ましく、１４３０℃〜１５８０℃程度とする。これにより、鋳型５の内表面に沿って初期凝固層１１が形成されるが、側面の初期凝固層１１はシリコン融液４の上端まで急速に凝固する。そのため、下記凝固工程を経て作製された多結晶シリコンインゴットの側面は微細な結晶粒とすることができる。
【００５７】
上述した予熱工程において鋳型５の温度を４００℃〜９００℃とする理由は、鋳型の余熱温度を４００℃未満とした場合は、形成した多結晶シリコンインゴットの外表面には、本発明よりもシリコン結晶の平均粒径が小さくなり不純物の浸入は好適に抑制することができるが、シリコン結晶の粒径が小さな領域が多結晶シリコンインゴット内部まで進行してしまうため、シリコン基板、太陽電池素子としたときの特性が低下してしまう。また、鋳型の余熱温度を９００℃よりも高くした場合、形成した多結晶シリコンインゴットの外表面は、本発明よりも大きなシリコン結晶の粒径が得られるが、それと同時にシリコンインゴット内部にも外部からの不純物の浸入を防止できなくなり、多結晶シリコンインゴットの不純物濃度の低減にはつながらないためである。
【００５８】
しかしながら、上述した予熱工程においては、鋳型を予熱する工程で鋳型内面を４００℃から９００℃としたことにより、本発明に係る多結晶シリコンインゴットの外表面において、ライフタイムの平均値が２μｓ以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が３ｍｍ以下のシリコン結晶を形成することができるのである。
【００５９】
[凝固工程]
凝固工程は、上述の注湯工程の後に行われ、鋳型５内のシリコン融液４を保持しつつ凝固させるものであり、以下のような手順で行う。
【００６０】
（６）シリコン融液４を鋳型５の内部に保持しつつ一方向凝固させ、多結晶シリコンインゴットを形成する。このとき、鋳型５の下方に配された冷却手段８や、鋳型５を上方から加熱する鋳型加熱手段９等によって、鋳型５に対して下方から上方に向けて所定の温度勾配を付与しながら行う。
【００６１】
このようにして、形成された多結晶シリコンインゴットは、多結晶シリコンインゴットにおいて、前記多結晶シリコンインゴットの外側面は、ライフタイムの平均値が２μｓ以下で、尚且つ、シリコン平均粒径が３ｍｍ以下とすることができる。そのため、内部と比べて外表面に結晶粒径の小さく、ライフタイムの平均値も内部と比較して２μｓ以下と小さい。この結果、多結晶シリコンインゴットと接触している離型材や、鋳型等から浸入する不純物を、多結晶シリコンインゴット外表面に存在する粒径の小さなシリコン結晶により、効果的に不純物の浸入を抑えることができる。このようにして、本発明に係る多結晶シリコンインゴットは、従来と比較して内部の不純物濃度が少ない多結晶シリコンインゴットを提供することができる。
【００６２】
なお、鋳型の温度制御によれば任意の形状に上述した初期凝固層を形成できることは、いうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の多結晶シリコンインゴットの鋳造方法に用いられる鋳造装置の縦断面図である。
【図２】一般的な鋳造装置の概略断面構造図である。
【図３】注湯工程において形成される初期凝固層の概略図である。
【図４】本発明における多結晶シリコンインゴットの略中央部を切断した断面のライフタイムを示す図である。
【図５】本発明におけるインゴット端部の平均粒径を測定する位置を説明する図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ａ・・溶融坩堝
１ｂ・・保持坩堝
２・・注湯口
３・・加熱手段
４・・シリコン融液
５・・鋳型
６・・離型材
７・・断熱材
８・・冷却手段
９・・上面加熱手段
１０・・鋳型台
１１・・初期凝固層
【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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