(57)【要約】    【課題】電磁誘導加熱にプラズマ加熱を併用して、太陽電池の基板材として用いられる、太陽電池特性（ライフタイム）が良好に維持された多結晶シリコンを製造することができるシリコンインゴットの製造装置および製造方法を提供する。    【解決手段】無底冷却モールド１と、加熱用誘導コイル２を有し、さらに、加熱源としてプラズマトーチ３を有し、電磁誘導加熱とプラズマ加熱を併用するシリコンインゴットの製造装置であって、前記プラズマトーチ内に配設されたプラズマ電極１２としてタングステン（Ｗ）を用いる製造装置。前記プラズマ電極を陽極とし、被加熱物であるシリコン１１を陰極とすれば、電極の消耗、電極金属による汚染を僅少に抑え、ライフタイムをより長く維持できるので望ましい。本発明の製造方法は、この装置を用いて容易に実施することができる。【選択図】図１
2012056796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の一部が周方向で複数に分割された導電性の無底冷却モールドと、このモールドを取り囲む誘導コイルを有し、さらに、加熱源として、前記冷却モールドの上方に昇降可能に設置された、プラズマアークを発生させるためのプラズマトーチを有し、前記誘導コイルによる電磁誘導加熱とプラズマアークによるプラズマ加熱を併用して溶融したシリコンを下方に引き下げ凝固させる多結晶シリコンの製造装置であって、
前記プラズマトーチ内に配設されたプラズマ電極としてタングステンを用い、
かつ、当該装置はｎ型多結晶シリコンの製造に用いられるものであることを特徴とする多結晶シリコンの製造装置。
【請求項２】
前記プラズマ電極を陽極とし、被加熱物であるシリコンを陰極と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の製造装置。
【請求項３】
シリコン原料を無底の冷却モールドに装入し、電磁誘導加熱とプラズマアークによるプラズマ加熱を併用して溶融し、当該溶融したシリコンを下方に引き下げ凝固させることにより多結晶シリコンを連続的に鋳造する多結晶シリコンの鋳造方法であって、
前記プラズマアークを発生させるためのプラズマ電極としてタングステンを用い、
かつ、ｎ型多結晶シリコンを製造することを特徴とする多結晶シリコンの製造方法。
【請求項４】
前記プラズマ電極を陽極とし、被加熱物であるシリコンを陰極とすることを特徴とする請求項３に記載の多結晶シリコンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導による連続鋳造技術を適用してｎ型多結晶シリコンを製造することができる多結晶シリコンの製造装置および製造方法に関し、特に、プラズマアークによるプラズマ加熱を併用して、太陽電池の基板材として用いられるｎ型多結晶シリコンを、太陽電池特性を低下させずに製造することができる多結晶シリコンの製造装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周方向に分割された無底の冷却モールドが取り付けられた電磁誘導による連続鋳造装置（以下、「電磁鋳造装置」という）を使用すれば、溶解された物質（ここでは、溶融シリコン）とモールドとはほとんど接触しないので、不純物汚染のない鋳塊（シリコンインゴット）を製造することができる。モールドからの汚染がないので、モールドの材質として高純度材料を使用する必要がないという利点もあり、また、連続して鋳造することができるので、製造コストの大幅な低下が可能である。したがって、電磁鋳造装置は、従来から太陽電池の基板材として用いられる多結晶シリコンの製造に適用されてきた。
【０００３】
図４は、多結晶シリコンの製造に使用される電磁鋳造装置の構成例を模式的に示す図である。同図に示すように、加熱用誘導コイル２の内側に、内部を水冷できる縦方向に長い銅製の板状片が、誘導コイル２の巻き軸方向と平行に、かつ誘導コイル２内では相互に絶縁された状態で配列されており、この板状片によって囲まれた空間がモールド（すなわち、側壁部が水冷されている無底の冷却モールド）１を構成する。冷却モールド１には、通常、板状片を銅片とした水冷銅モールドが用いられる。
【０００４】
加熱用誘導コイル２の下端位置（すなわち、冷却モールド１の底部に相当する位置）には下方に移動できる支持台４が設置されている。また、加熱用誘導コイル２の下側には、凝固した鋳塊（シリコンインゴット５）を加熱して、急激な冷却を防ぐための保温装置６が設置されており、保温装置６の下側には、均熱筒７が取り付けられている。シリコンインゴット５は引抜き装置（図示せず）により下方に引き抜かれる。
【０００５】
冷却モールド１の上方には、溶解中に原料をモールド１内に投入できる原料投入機１５が設置されている。さらに、この例では、モールド１の上方に、必要に応じて原料シリコンを加熱するためのプラズマトーチ３が取り付けられている。
【０００６】
これらの諸装置は、溶融シリコン１１および高温のシリコンインゴット５が大気と直接触れることがないように、密閉容器８内に設置され、通常は、容器８内を不活性ガスで置換して、若干の加圧状態で連続鋳造が行えるように構成されている。
【０００７】
上記の電磁鋳造装置を用いた電磁鋳造法では、モールド１にシリコン原料を装入し、誘導コイル２に交流電流を通じると、モールド１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、これによりモールド１の内壁側に電流が生じ、モールド１内に磁界が形成され、シリコン原料が加熱溶解される。
【０００８】
モールド１内のシリコン原料は、モールド１内壁の電流がつくる磁界と溶融シリコン１１表面の電流の相互作用によって、溶融シリコン１１表面の内側法線方向の力を受けることから、モールド１と非接触の状態で溶解される。
【０００９】
溶融シリコン１１が十分均一化した後、支持台４を少しずつ下方に移動させていけば、誘導コイル２から離れることにより冷却が始まり、モールド１内の溶融シリコン１１に向けての一方向性凝固が進行してモールド断面と同じ形状の断面を有するシリコンインゴット５が形成される。
【００１０】
支持台４の下方への移動分に対応して溶融シリコン１１の量が減少するので、その分の原料シリコンを原料投入機１５から供給し、溶融シリコン１１の上面が常に同じ高さレベルを保つようにして、加熱溶解、引き抜き、原料供給を継続していくことにより、多結晶シリコンインゴット５を連続して製造することができる。
【００１１】
この電磁鋳造装置を用いて製造される多結晶シリコンを高純度化し、その品質、特に太陽電池の基板として用いたときの変換効率（入射した光のエネルギーに対し、電気エネルギーに変換して取り出すことができるエネルギーの割合）を高めるために、従来から多くの技術開発がなされている。その際、誘導コイルによる電磁誘導加熱とプラズマアークによるプラズマ加熱を併用する方法の開発が積極的に進められている。
【００１２】
例えば、特許文献１には、電磁誘導加熱とプラズマ加熱を併用して太陽電池としての品質を向上させたシリコン連続鋳造方法が開示されている。同文献に記載の鋳造方法によれば、鋳造途中の原料溶解にプラズマ加熱を併用することにより電磁誘導加熱の負担を軽減でき、その軽減により、電磁力による溶融シリコンの熱対流が抑制され、下方への熱流速が抑制されることにより、固液界面が平坦化される。その結果、凝固直後のシリコン鋳塊の半径方向の温度勾配が低減し、結晶内部に発生する熱応力が緩和され、太陽電池の変換効率を悪化させる結晶欠陥の発生が抑制されるとしている。
【００１３】
そして、同特許文献では、プラズマ加熱の効果を最大限活用するために、加熱をルツボ内のシリコン融液の中心部に固定的に行わず、シリコン融液上でプラズマアークトーチを水平方向に走査させる方法が提案され、さらに、プラズマアークは、シリコン鋳造に必要な大出力を得やすい移行式プラズマアークが望ましいとしている。
【００１４】
このような電磁誘導加熱とプラズマ加熱を併用するシリコン連続鋳造方法においては、プラズマトーチの電極（プラズマ電極）として銅（Ｃｕ）電極が用いられる。プラズマ加熱では高温のプラズマアークを発生させるため電極が高温になるが、銅材は熱伝導率が高く水冷が有効だからである。
【００１５】
しかしながら、プラズマ電極としてＣｕ電極を用い、これを陰極とした場合、プラズマ電極（陰極）と溶解対象物（溶融シリコン；陽極）間のアーク放電により、プラズマ電極にプラズマ媒体である気体（通常はＡｒ）分子と電離したＡｒイオンが衝突する。そのため、プラズマ電極は損傷を受けて蒸発、溶損し、消耗するとともに、Ｃｕがプラズマ媒体中に混入する。なお、プラズマ電極では電子の放出が促進される。
【００１６】
プラズマ電極（Ｃｕ電極）を陽極とし、溶解対象物であるシリコンを陰極としても、Ｃｕ電極を陰極とした場合ほどではないが、アーク放電によりプラズマ電極は損傷して溶損、消耗する。
【００１７】
プラズマ電極（Ｃｕ電極）の溶損によりプラズマ媒体中に混入し、さらには雰囲気中に導入されたＣｕは、電磁鋳造により製造中の多結晶シリコンインゴットや凝固前の溶融シリコンを汚染する。金属不純物は、光によって発生するキャリアの再結合のトラップ（捕獲）準位となってキャリアを消滅させ（つまり、キャリア寿命が短くなる）、多結晶シリコンのライフタイムを短くし、ひいては当該多結晶シリコンを基板として構成した太陽電池の変換効率を低下させる。その場合、特に、ｎ型シリコンのライフタイムに及ぼす影響が大きく、Ｃｕ汚染量が同じであっても、ｎ型シリコンの場合はｐ型シリコンに比べてライフタイム値が大幅に悪化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００１−１９５９４号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】宮崎守正：“シリコン結晶・ウェーハ技術の課題−大口径化、平坦化−”、編集  岸野正剛、リアライズ社、１９９４、ｐ２７３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、プラズマアークによるプラズマ加熱を併用して電磁誘導法によりｎ型多結晶シリコンを製造するに際し、太陽電池の基板材として用いられる多結晶シリコンを、金属による汚染の影響を抑えて、太陽電池特性（特に、ライフタイム）を低下させずに製造することができる多結晶シリコンの製造装置および製造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】
【００２１】
本発明者らは、上記の課題を解決するために、ｐ型、またはｎ型の結晶シリコンに混在する金属不純物（ＣｕまたはＷ）が当該結晶シリコンのライフタイムに及ぼす影響を文献により調査した。
【００２２】
ライフタイムは、光照射などにより生成されたキャリアが再結合により減少してその濃度が１／ｅになる時間で定義される。太陽電池のシリコン基板に格子欠陥や金属不純物が存在すると、これらがトラップ（捕獲）準位となってキャリアが再結合により消滅し、ライフタイムが短くなる。
【００２３】
一方、太陽電池の基板では、光によって発生するキャリアの寿命が長いほど高い変換効率が得られる。したがって、基板のライフタイムを調査することにより、その基板を用いた太陽電池の変換効率についてのある程度の評価が可能となる。
【００２４】
図２は、前掲の非特許文献１に記載されている図で、シリコン基板表面に存在する不純物Ｃｕの表面濃度とライフタイムの関係を示す図である。表面濃度の単位はａｔｏｍｓ／ｃｍ2である。
【００２５】
図２に示されるように、ｐ型シリコンの場合（図中に□印で表示）は、Ｃｕの表面濃度が増大してもライフタイムにそれほど大きな変化はない。これに対し、ｎ型シリコンの場合（図中に■印で表示）は、Ｃｕの表面濃度が低いとき（１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2程度）は、ｎ型シリコンの方がｐ型シリコンよりもライフタイムが長いが、表面濃度の増大に伴いライフタイムは逆転してｐ型シリコンの方が長くなり、表面濃度が１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2程度になるとライフタイムの差はかなり大きくなる。
【００２６】
すなわち、プラズマ加熱を併用して電磁誘導法によりｎ型多結晶シリコンを製造するに際し、プラズマ電極としてＣｕ電極を使用する場合は、Ｃｕ電極の溶損に起因する溶融シリコンやインゴットの汚染が避けられず、汚染が進行した場合には太陽電池特性（特に、ライフタイム）の著しい低下が予測される。
【００２７】
図３は、前掲の非特許文献１に記載されている図で、シリコン基板表面に存在する不純物タングステン（Ｗ）の表面濃度とライフタイムの関係を示す図である。図３に示されるように、ｐ型シリコン（図中に□印で表示）、ｎ型シリコン（図中に○印で表示）のいずれの場合も、表面濃度の増大に伴いライフタイムは次第に短くなるが、ｎ型シリコンの方が常にｐ型シリコンよりもライフタイムが長くなっている。なお、図３および前記の図２は、いずれもシリコン単結晶についての結果であるが、金属不純物がキャリア再結合のトラップになるという点に関しては、単結晶、多結晶でそれほど大きな違いが生じるとは考えられない。
【００２８】
図２および図３を対比すると、ｎ型シリコンについては、不純物（汚染）金属がＣｕであるかＷであるかによってライフタイムに及ぼす影響が大きく異なることがわかる。不純物金属がＣｕの場合は（図２参照）、Ｃｕの表面濃度の増大に伴いｎ型シリコンのライフタイムはほぼ直線的に短くなっており、Ｃｕによる汚染が進行して表面濃度がさらに増大した場合は、ライフタイムはより一層短縮されることが予想される。これに対し、不純物金属がＷの場合は（図３参照）、ライフタイムに及ぼす悪影響（ライフタイムの短縮）は比較的少なく、しかも表面濃度の増大に伴い飽和する傾向が認められる。
【００２９】
したがって、プラズマ加熱を併用して電磁誘導法によりｎ型多結晶シリコンを製造する場合、ライフタイムが長く（すなわち、キャリア寿命が長く）、太陽電池の基板として用いた場合に高い変換効率が得られる多結晶シリコンを製造するには、プラズマ電極の電極材料としてＷが適していると考えられる。
【００３０】
本発明者らは、このような検討結果を踏まえ、実際にプラズマ加熱を併用する電磁誘導法によりｎ型多結晶シリコンを製造して、電極材料の違いが多結晶シリコンのライフタイムに及ぼす影響を調査した。その結果、後述する実施例に示すように、プラズマ電極の材料としてＷが適していることが確認できた。
【００３１】
本発明はこのような検討の結果なされたもので、下記（１）の多結晶シリコンの製造装置、および（２）の多結晶シリコンの製造方法を要旨とする。
【００３２】
（１）軸方向の一部が周方向で複数に分割された導電性の無底冷却モールドと、このモールドを取り囲む誘導コイルを有し、さらに、加熱源として、前記冷却モールドの上方に昇降可能に設置された、プラズマアークを発生させるためのプラズマトーチを有し、前記誘導コイルによる電磁誘導加熱とプラズマアークによるプラズマ加熱を併用して溶融したシリコンを下方に引き下げ凝固させる多結晶シリコンの製造装置であって、前記プラズマトーチ内に配設されたプラズマ電極としてＷを用い、かつ、当該装置はｎ型多結晶シリコンの製造に用いられるものであることを特徴とする多結晶シリコンの製造装置。
【００３３】
本発明の多結晶シリコンの製造装置において、前記プラズマ電極を陽極とし、被加熱物であるシリコンを陰極とすれば、電極の消耗を僅少に抑えるとともに、この装置を用いて製造されるｎ型多結晶シリコンのライフタイム値を悪化させずに高く維持できるので望ましい。
【００３４】
（２）シリコン原料を無底の冷却モールドに装入し、電磁誘導加熱とプラズマアークによるプラズマ加熱を併用して溶融し、当該溶融したシリコンを下方に引き下げ凝固させることにより多結晶シリコンを連続的に鋳造する多結晶シリコンの鋳造方法であって、前記プラズマアークを発生させるためのプラズマ電極としてＷを用い、かつ、ｎ型多結晶シリコンを製造することを特徴とする多結晶シリコンの製造方法。
【００３５】
本発明の多結晶シリコンの製造方法において、前記プラズマ電極を陽極とし、被加熱物であるシリコンを陰極とする実施形態を採用すれば、電極の消耗を僅少に抑えるとともに、得られるｎ型多結晶シリコンのライフタイム値を悪化させずに高く維持できるので望ましい。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の多結晶シリコンの製造装置は、加熱源として、誘導コイルに加えてプラズマトーチを有し、プラズマ電極としてＷを用いる製造装置であり、通常は、さらに、プラズマ電極（Ｗ電極）を陽極とする望ましい実施形態が採用される。この製造装置を使用すれば、電極に用いた金属による汚染の影響を抑えて、ライフタイムが長く、太陽電池の基板材として好適なｎ型多結晶シリコンを製造することができる。本発明の多結晶シリコンの製造方法は、前記本発明の製造装置を用いれば容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の多結晶シリコンの製造装置の概略構成例を示す縦断面図である。
【図２】シリコン基板表面に存在する不純物Ｃｕの表面濃度とライフタイムの関係を示す図である。
【図３】シリコン基板表面に存在する不純物Ｗの表面濃度とライフタイムの関係を示す図である。
【図４】多結晶シリコンの製造に使用される電磁鋳造装置の構成例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の多結晶シリコンの製造装置は、軸方向の一部が周方向で複数に分割された導電性の無底冷却モールドと、このモールドを取り囲む誘導コイルを有する電磁鋳造装置であることを前提としている。
【００３９】
このような電磁鋳造装置を前提とするのは、太陽電池の基板材として用いられるｎ型多結晶シリコンを製造するに際し、モールド内で、溶融シリコンとモールドとをほとんど接触させずに鋳造を行い、モールドからの金属汚染がなく、太陽電池の基板材として好適なｎ型多結晶シリコンを製造することができるからである。モールドの材質として高純度材料を使用する必要がなく、また、連続して鋳造することができるので、製造コストの大幅な低下も可能である。
【００４０】
本発明の製造装置が、さらに、加熱源として、前記冷却モールドの上方に昇降可能に設置された、プラズマアークを発生させるためのプラズマトーチを有することを前提とするのは、前掲の特許文献１に記載されるように、原料溶解にプラズマアークによるプラズマ加熱を併用することにより太陽電池としての品質を向上させたシリコンインゴットを製造することができるからである。
【００４１】
本発明の製造装置の特徴は、プラズマトーチ内に配設されたプラズマ電極としてタングステン（Ｗ）を用い、かつ、当該装置はｎ型多結晶シリコンの製造に用いられることにある。
【００４２】
プラズマ電極としてＷを用いるのは、前述のように、プラズマ加熱を併用して電磁誘導法によりｎ型多結晶シリコンを製造するに際し、ライフタイムが長く、太陽電池の基板として用いた場合に高い変換効率が得られる多結晶シリコンを製造するためである。
【００４３】
また、本発明の製造装置がｎ型多結晶シリコンの製造に用いられることとするのは、特にｎ型多結晶シリコンを製造する場合に本発明の製造装置の効果が発揮されるからである。なお、以下に述べるように、電磁鋳造装置によりｎ型多結晶シリコンを製造する利点はきわめて大きいといえる。
【００４４】
すなわち、リン（Ｐ）などのドーパントを添加したシリコン原料を石英るつぼ内で溶融し、その融液からチョクラルスキー（ＣＺ）法により単結晶シリコンを製造する場合であっても、融液を石英るつぼ中で、または鋳型に流し込んで凝固させる鋳造法により多結晶シリコンを製造する場合であっても、結晶の成長過程でドーパントの偏析が生じる。特にＰを添加する場合は偏析の影響を受けやすい。しかし、電磁鋳造装置により多結晶シリコンインゴットを連続して製造する場合は、モールド内の溶融シリコンに向けての一方向性凝固が進行してシリコンインゴットが形成されるので、ドーパントは平均化され偏析は生じない。
【００４５】
図１は、本発明の多結晶シリコンの製造装置の概略構成例を示す縦断面図で、（ａ）は全体図、（ｂ）および（ｃ）はプラズマトーチの部分拡大図である。同図（ａ）に示すように、本発明の製造装置は、導電性の無底冷却モールド１と、このモールド１を取り囲む誘導コイル２を有し、さらに、加熱源として、プラズマアークを発生させるためのプラズマトーチ３を有している。プラズマトーチ３は冷却モールド１の上方に昇降可能に設置されている。
【００４６】
誘導コイル２の下端位置（すなわち、冷却モールド１の底部に相当する位置）には下方に移動できる支持台４が設置されている。また、誘導コイル２の下側には、凝固したシリコンインゴット５を加熱して、急激な冷却を防ぐための保温装置６が設置されており、保温装置６の下側には、均熱筒７が取り付けられている。シリコンインゴット５は引抜き装置１０により下方に引き抜かれる。これらの諸装置は、溶融シリコン１１および高温のシリコンインゴット５が大気と直接触れることがないように、密閉容器８内に設置されている。
【００４７】
プラズマトーチ３内にはプラズマ電極が配設されており、図示した例では、直流電源９の正極に接続されている。直流電源９の負極はインゴット５の引抜き装置１０およびシリコンインゴット５を介して溶融シリコン１１に接続されている。
【００４８】
図１（ｂ）はプラズマ電極を陰極とした場合のプラズマトーチ３の先端部とその周辺の状態を模式的に示している。陰極を構成するプラズマ電極１２と陽極を構成する溶融シリコン１１との間でアーク放電１３が発生する。プラズマ電極（陰極）にはＡｒ分子や電離したＡｒイオンが衝突し、Ｗの蒸発物１４が発生してプラズマ媒体中に混入し、雰囲気中に金属汚染物質（Ｗ）が導入される。しかし、Ｗは高融点金属であり、Ｗの蒸発による溶損量は、プラズマ電極としてＣｕを用いた場合に比べると著しく少なく、電極１２の消耗も僅かである。
【００４９】
本発明の多結晶シリコンの製造装置においては、プラズマ電極１２としてＷを用い、さらに、プラズマ電極（Ｗ電極）を陽極とし、被加熱物である溶融シリコン１１を陰極とするのが望ましい。
【００５０】
プラズマ電極を陰極とした場合は（図１（ｂ）参照）、プラズマ電極（陰極）にはＡｒ分子や電離したＡｒイオンが衝突し、少ないとはいえ、蒸発によりＷが溶損し、電極が消耗する。この状態を改善して、Ｗの溶損を抑え、得られるシリコンのライフタイムを長くする（短縮させない）ためには、プラズマ電極の極性を逆にしてプラズマ電極を陽極とするのが効果的である。
【００５１】
図１（ｃ）はこのように接続されたプラズマトーチ３の先端部とその周辺の状態を模式的に示している。プラズマ電極１２と溶融シリコン１１との間でアーク放電１３が発生するが、Ａｒ分子や電離したＡｒイオンのプラズマ電極１２への衝突が回避されるので、電極の消耗が僅少であり、雰囲気中への金属汚染物質（Ｗ）の導入も抑えられる。
【００５２】
プラズマ電極の電極材料として用いるＷとしては、純Ｗの他に、例えば、ＴＩＧ溶接の電極として用いられるＴｈＯ2、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2などを１〜２％添加・分散させたＷ合金等、従来から精錬や溶接などの分野で使用されているＷ材料を用いればよい。
【００５３】
加熱源として誘導コイルと併用するプラズマトーチとしては、図１に示した被加熱物を対極とする移行形と、トーチ内の電極間で放電させ、発生したプラズマをトーチから噴出させる非移行形があるが、大出力が得やすく、熱効率が高い移行形のプラズマトーチが望ましい。
【００５４】
本発明の多結晶シリコンの製造方法は、シリコン原料を無底の冷却モールドに装入し、電磁誘導加熱とプラズマアークによるプラズマ加熱を併用して溶融し、当該溶融したシリコンを下方に引き下げ凝固させることにより多結晶シリコンを連続的に鋳造することを前提とし、前記プラズマアークを発生させるためのプラズマ電極としてＷを用い、かつ、ｎ型多結晶シリコンを製造することを特徴とする方法である。この前提をおいた理由、およびプラズマ電極としてＷを用い、ｎ型多結晶シリコンを製造する理由は前述のとおりである。
【００５５】
本発明の製造方法においても、プラズマ電極としてＷを用い、さらに、プラズマ電極（Ｗ電極）を陽極とし、被加熱物であるシリコンを陰極とする実施形態の採用が望ましい。Ｗは高融点金属であり、陰極として用いても電極の消耗は少ないが、Ｗ電極を陽極とすることにより電極の消耗をさらに僅少とし、雰囲気中への金属汚染物質（Ｗ）の導入を抑えて、得られる多結晶シリコンのライフタイムをより長くすることができる。
【００５６】
プラズマ加熱を併用するに際し、プラズマ媒体としては、通常使用されているＡｒを用いればよい。その他の条件についても、プラズマトーチのＣｕ電極をＷ電極に変更することによって基本的には変わることはなく、従来の方法に準拠して操業すればよい。
【００５７】
本発明の製造方法は、前述の本発明の多結晶シリコンの製造装置を用い、従来行われている操業手順により容易に実施することができる。
【００５８】
以上説明したように、本発明の多結晶シリコンの製造装置および製造方法は、太陽電池特性（特に、ライフタイム）が、プラズマ電極の電極材料（Ｗ、Ｃｕ）とそれに起因する金属不純物（汚染）濃度、ならびに多結晶シリコンの導電型（ｐ型、ｎ型）によって大きく相違することを利用して、プラズマ電極にＷ電極を採用し、ｎ型多結晶シリコンを対象としてそのライフタイムを短縮させず長くできる技術である。ライフタイムが長いほどキャリア寿命が長いので、太陽電池を構成したときに高い変換効率が得られる。
【実施例】
【００５９】
前記図１に示した概略構成を有する本発明の多結晶シリコンの製造装置を用い、本発明の方法を適用して、断面寸法が３４５ｍｍ×５０５ｍｍで、長さが７ｍのｎ型シリコンインゴットを製造し、電極の消耗速度、電極材料によるインゴット汚染量およびライフタイムを調査した。なお、比較のために、Ｃｕ電極を用いた場合についても同様の調査を行った。また、ｐ型シリコンインゴットについても同様な調査をした。
【００６０】
プラズマアークによるプラズマ加熱を併用した場合における加熱の条件は以下のとおりである。
プラズマ電流          ：１１００Ａ
プラズマ電圧          ：１２０Ｖ
プラズマ照射時間      ：７０時間
被加熱物と電極間の距離：２００ｍｍ
【００６１】
調査結果を表１に示す。表１において、「インゴット汚染量」は、電極消耗量から算出した。また、「ライフタイム」については、用いた電極材料別に、極性をマイナスとし、ｐ型多結晶シリコンを製造した場合のライフタイムをそれぞれ１（基準）として、相対的に表示した。なお、ライフタイムの測定は、得られたそれぞれのインゴットから切り出したシリコンウェーハについて、μ−ＰＣＤ法により行った。
【００６２】
【表１】
2012056796.tif 000003
【００６３】
表１に示したように、電極材料をＷとした場合（本発明例）、プラズマトーチの極性の如何にかかわらず、ｐ型よりもｎ型の多結晶シリコンを製造する場合の方が、ライフタイムの長いシリコンを製造することができた。
【００６４】
また、プラズマトーチの極性がプラスのとき（つまり、Ｗを陽極としたとき）と、極性がマイナスのとき（つまり、Ｗを陰極としたとき）とを比較すると、前者の方が、電極消耗速度が著しく低下した。これは、Ｗ電極を陽極としたことによりＡｒ分子や電離したＡｒイオンのＷ電極への衝突を回避できたことによるもので、インゴット汚染量が大きく低減し、得られたインゴットから切り出したシリコンウェーハのライフタイムが良好であった。一方、後者（Ｗを陰極としたとき）では、ライフタイムがその１／２となり前者に比べて低かった。
【００６５】
これに対し、電極材料をＣｕとした場合は（比較例）、極性をプラスとしてＡｒ分子や電離したＡｒイオンのＣｕ電極への衝突を回避したときであっても、電極材料をＷとした場合に比べて、電極消耗速度およびインゴット汚染量がかなり高い値を示した。その結果、ライフタイムは、電極材料をＷとした場合に比べて著しく短かった。その場合、Ｃｕによる汚染がライフタイムに及ぼす影響は、ｐ型シリコンにおけるよりもｎ型シリコンにおいて顕著であった。
【００６６】
上記の実施例により、プラズマ加熱を併用して電磁誘導法により多結晶シリコンを製造する場合、ライフタイムが長く、太陽電池を構成したときの変換効率を高く維持し得るという観点から、プラズマ電極の電極材料をＷとし、ｎ型の多結晶シリコンを製造するのが有利であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の多結晶シリコンの製造装置および製造方法によれば、金属による汚染の影響を抑えてライフタイムの長い、太陽電池の基板材として好適な多結晶シリコンを製造することができる。したがって、本発明は、太陽電池の製造分野において有効に利用することができ、自然エネルギー利用技術の進展に大きく寄与することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１：モールド、  ２：誘導コイル、  ３：プラズマトーチ、  
４：支持台、  ５：シリコンインゴット、  ６：保温装置、  
７：均熱塔、  ８：密閉容器、  ９：直流電源、  
１０：引抜き装置、  １１：溶融シリコン、  １２：プラズマ電極、  
１３：アーク放電、  １４：Ｃｕの蒸発物、  １５：原料投入機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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