(57)【要約】【課題】廉価にゲッタリング効果を得つつ高品質化を図る。【解決手段】溶融シリコンを坩堝内の下方から上方に向けて一方向に凝固させることにより生成させた多結晶シリコンインゴットであって、上端部および下端部における酸素濃度が、この上端部とこの下端部との間の中央部における酸素濃度より高い。また、上端部における酸素濃度が下端部における酸素濃度より高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融シリコンを坩堝内の下方から上方に向けて一方向に凝固させることにより生成させた多結晶シリコンインゴットであって、
上端部および下端部における酸素濃度が、該上端部と該下端部との間の中央部における酸素濃度より高く、
前記上端部における酸素濃度が前記下端部における酸素濃度より高い、多結晶シリコンインゴット。
【請求項２】
請求項１に記載の多結晶シリコンインゴットを切断することにより形成された、多結晶シリコンウエハ。
【請求項３】
請求項２に記載の多結晶シリコンウエハから形成された基板を含む、多結晶シリコン太陽電池。
【請求項４】
坩堝内でシリコンを加熱して溶融させる溶融工程と、
前記坩堝を冷却して、溶融シリコンを前記坩堝内の下方から上方に向けて一方向に凝固させる一方向凝固工程と、
溶融シリコン中に酸素を導入する酸素導入工程
とを備える、多結晶シリコンインゴットの製造方法。
【請求項５】
前記坩堝は、前記溶融工程においてすべてのシリコンが溶融した際の溶融シリコンの液面より上方で、かつ、前記一方向凝固工程においてすべてのシリコンが凝固した際の多結晶シリコンインゴットの上端面より下方の位置の内面上に酸素含有体を有し、
前記一方向凝固工程において、溶融シリコンが下方から順に凝固するにしたがって溶融シリコンの凝固膨張により溶融シリコンの液面が上昇し、
前記酸素導入工程において、溶融シリコンと前記酸素含有体とが接触して溶融シリコン中に前記酸素含有体から酸素が拡散する、請求項４に記載の多結晶シリコンインゴットの製造方法。
【請求項６】
前記一方向凝固工程にて溶融シリコンが５０％以上凝固した後、前記酸素導入工程において溶融シリコン中に酸素含有粉体を投入する、請求項４に記載の多結晶シリコンインゴットの製造方法。
【請求項７】
前記一方向凝固工程にて溶融シリコンが５０％以上凝固した後、前記酸素導入工程において溶融シリコン中に酸素ガスを供給する、請求項４に記載の多結晶シリコンインゴットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコンインゴット、多結晶シリコンウエハ、多結晶シリコン太陽電池、および、多結晶シリコンインゴットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池などに用いられる多結晶シリコンインゴットの製造方法として、キャスト法により製造されたインゴットからウエハを切り出す方法が広く用いられている。
【０００３】
キャスト法とは、鋳型となる坩堝内で溶融シリコンを凝固させてシリコンインゴットを製造する方法である。溶融シリコンを坩堝内で凝固させる方法としては、固体状のシリコン原料を坩堝内に投入し、溶解させて溶融シリコンにした後、同一の坩堝内でシリコン溶湯を凝固させる方法、または、固体状のシリコン原料を坩堝内に投入し、溶解させて溶融シリコンにした後、別の坩堝内に溶融シリコンを移し、その坩堝内で溶融シリコンを凝固させる方法などがある。
【０００４】
キャスト法においては、シリコンインゴットを製造する際に、坩堝の底部から一方向に温度勾配をつけながら溶融シリコンを凝固させることで、偏析係数が小さな金属不純物類(Ｆｅ，Ａｌ，Ｔｉなど)をシリコンインゴットの上端部に凝集させて、上端部以外の部分の金属不純物濃度を数ｐｐｍ程度にまで低減可能な一方向凝固が広く行なわれている。金属不純物濃度の高い上端部分を取り除いたシリコンインゴットからウエハを製造することにより、不純物濃度の少ないウエハが得られる。
【０００５】
しかしながら、上記の製造方法によりウエハを製造する場合、溶融シリコンを一方向に凝固させた後の冷却工程において、多結晶シリコンインゴットの上端部に偏析させた金属不純物が、この上端部の下方に熱拡散することがある。この場合、多結晶シリコンインゴットにおいて上端部以外の部分の不純物濃度が高くなるため、この多結晶シリコンインゴットから切り出されたウエハから形成された基板に設けられた太陽電池の出力特性が低下する。
【０００６】
半導体デバイス製造プロセス中においてウエハを高温処理することにより酸素析出欠陥を形成し、その歪応力によってウエハ中の金属不純物などをゲッターするゲッタリングが広く用いられている。たとえば、８００℃の温度において酸素欠陥の核を形成し、１０００℃の温度において析出成長させることによりゲッタリングを行なってウエハの品質を向上している。
【０００７】
ゲッタリングを行なう半導体シリコンウエハの製造方法を開示した先行文献として、特許文献１(特開平７−８６２８９号公報)がある。特許文献１に記載された半導体シリコンウエハの製造方法においては、シリコンウエハの一方の面に多結晶シリコン堆積層を設け、不活性ガス、還元性ガスまたはこれらの混合ガス中で熱処理してシリコンウエハの他方の面近傍から酸素を放出させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−８６２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ウエハにおけるゲッタリングには、高温のデバイスプロセスおよび長い処理時間が必要となるため処理コストが高くなる問題がある。さらに、基板を長時間高温処理するため、転位などの結晶欠陥が発生しやすくなる。そのため、ウエハにおいてゲッタリングすることにより不純物の影響を低減することは可能となるが、そのウエハから形成された基板に設けられた太陽電池の出力特性を安定して向上することができない。
【００１０】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、廉価にゲッタリング効果を得つつ高品質化を図れる、多結晶シリコンインゴット、多結晶シリコンウエハ、多結晶シリコン太陽電池、および、多結晶シリコンインゴットの製造方法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】
【００１１】
本発明に基づく多結晶シリコンインゴットは、溶融シリコンを坩堝内の下方から上方に向けて一方向に凝固させることにより生成させた多結晶シリコンインゴットである。多結晶シリコンインゴットにおいては、上端部および下端部における酸素濃度が、この上端部とこの下端部との間の中央部における酸素濃度より高い。また、上端部における酸素濃度が下端部における酸素濃度より高い。
【００１２】
本発明に基づく多結晶シリコンウエハは、上記の多結晶シリコンインゴットを切断することにより形成されている。
【００１３】
本発明に基づく多結晶シリコン太陽電池は、上記の多結晶シリコンウエハから形成された基板を含む。
【００１４】
本発明に基づく多結晶シリコンインゴットの製造方法は、坩堝内でシリコンを加熱して溶融させる溶融工程と、坩堝を冷却して、溶融シリコンを坩堝内の下方から上方に向けて一方向に凝固させる一方向凝固工程と、溶融シリコン中に酸素を導入する酸素導入工程とを備える。
【００１５】
本発明の一形態においては、坩堝は、溶融工程においてすべてのシリコンが溶融した際の溶融シリコンの液面より上方で、かつ、一方向凝固工程においてすべてのシリコンが凝固した際の多結晶シリコンインゴットの上端面より下方の位置の内面上に酸素含有体を有している。一方向凝固工程において、溶融シリコンが下方から順に凝固するにしたがって溶融シリコンの凝固膨張により溶融シリコンの液面が上昇する。酸素導入工程において、溶融シリコンと酸素含有体とが接触して溶融シリコン中に酸素含有体から酸素が拡散する。
【００１６】
本発明の一形態においては、一方向凝固工程にて溶融シリコンが５０％以上凝固した後、酸素導入工程において溶融シリコン中に酸素含有粉体を投入する。
【００１７】
本発明の一形態においては、一方向凝固工程にて溶融シリコンが５０％以上凝固した後、酸素導入工程において溶融シリコン中に酸素ガスを供給する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、廉価にゲッタリング効果を得つつ高品質化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る多結晶シリコンインゴットにおける酸素濃度の分布を示すグラフである。
【図２】同発明の実施形態１に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法を示すフローチャートである。
【図３】同実施形態に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法を実施するための製造装置の構成を示す一部断面図である。
【図４】同実施形態に係る坩堝内において、シリコンがすべて溶融した状態を示す断面図である。
【図５】同実施形態に係る坩堝内において、溶融シリコンの一部が凝固して溶融シリコンの液面が上昇した状態を示す断面図である。
【図６】同実施形態に係る坩堝内において、溶融シリコンが完全に凝固した状態を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る坩堝内において、溶融シリコンの一部が凝固して溶融シリコンの液面が上昇した状態を示す断面図である。
【図８】同実施形態に係る坩堝内において、溶融シリコンが完全に凝固した状態を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る坩堝内において、溶融シリコンの一部が凝固して溶融シリコンの液面が上昇した状態を示す断面図である。
【図１０】同実施形態に係る坩堝内において、溶融シリコンが完全に凝固した状態を示す断面図である。
【図１１】比較例および各実施例における多結晶シリコンインゴットにおける酸素濃度の分布を示すグラフである。
【図１２】比較例および各実施例における多結晶シリコンインゴットから切り出された多結晶シリコンウエハから形成された基板を含む多結晶シリコン太陽電池の最大出力分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態に係る多結晶シリコンインゴットについて図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る多結晶シリコンインゴットにおける酸素濃度の分布を示すグラフである。図１においては、縦軸に酸素濃度、横軸に多結晶シリコンインゴットの高さ方向における位置を示している。
【００２２】
なお、多結晶シリコンインゴットの位置は、下端を０、上端を１としている。また、多結晶シリコンインゴットにおける酸素濃度は、多結晶シリコンインゴットの下端部における酸素濃度を１として規格化している。
【００２３】
図１に示すように、多結晶シリコンインゴットの酸素濃度は、下端部から上方に行くにしたがって低下し、０．７５程度から一転して上方に行くにしたがって増加している。上端部における酸素濃度は、下端部の約１．５倍になっている。
【００２４】
このように、本実施形態に係る多結晶シリコンインゴットにおいては、上端部および下端部における酸素濃度が、この上端部とこの下端部との間の中央部における酸素濃度より高い。また、上端部における酸素濃度が下端部における酸素濃度より高い。
【００２５】
上記のように多結晶シリコンインゴットの酸素濃度が下端部から上方に行くにしたがって低下する理由は、坩堝からシリコン結晶内に拡散する酸素量が坩堝の下面から離れるにしたがって減少するためである。坩堝からシリコン結晶内に拡散する酸素量は、坩堝とシリコンとの接触面積に依存し、下面から離れた位置においては坩堝の側面からのみ酸素が拡散することになって低下する。
【００２６】
一方、多結晶シリコンインゴットの酸素濃度が、０．７５程度の高さから上方に行くにしたがって増加する理由は、後述するように、溶融シリコン中に酸素を導入したためである。
【００２７】
本実施形態に係る多結晶シリコンインゴットにおいては、上端部に高酸素濃度領域が設けられることにより、この高酸素濃度領域に酸素析出欠陥を発生させてゲッタリングサイトとすることができる。その結果、金属不純物を酸素析出欠陥に固着させて捕獲することにより、多結晶シリコンインゴットの上端部より下方に金属不純物が拡散することを抑制できる。
【００２８】
このように生成された多結晶シリコンインゴットの中央部からから切り出された多結晶シリコンウエハは、不純物濃度が低く、かつ、結晶欠陥が少ない高品質のウエハである。その多結晶シリコンウエハから形成された基板を含む多結晶シリコン太陽電池は、安定して高い出力特性を示す。
【００２９】
以下、上記の多結晶シリコンインゴットを製造するための本発明の実施形態１に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法について図面を参照して説明する。
【００３０】
(実施形態１)
図２は、本発明の実施形態１に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法を示すフローチャートである。
【００３１】
図２に示すように、本発明の実施形態１に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法は、坩堝内でシリコンを加熱して溶融させる溶融工程(Ｓ１００)と、坩堝を冷却して、溶融シリコンを坩堝内の下方から上方に向けて一方向に凝固させる一方向凝固工程(Ｓ１０１)と、溶融シリコン中に酸素を導入する酸素導入工程(Ｓ１０２)とを備える。
【００３２】
図３は、本実施形態に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法を実施するための製造装置の構成を示す一部断面図である。なお、図３においては、後述する酸素含有体を図示していない。
【００３３】
図３に示すように、本発明の実施形態１に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法を実施するための製造装置１は、ステンレスからなる略直方体状の筐体２を含む。筐体２の上部には、後述するガス供給管５の一端を筐体２の内部に導入するための開口３が設けられている。筐体２の下部に、筐体２内を排気するための排気口４が設けられている。
【００３４】
筐体２の内部に、坩堝６が配置されている。坩堝６は、載置台８上に載置されている。坩堝６は、シリカで構成されている。ただし、坩堝６の材質はシリカに限らずグラファイトなどでもよい。坩堝６の内面には、溶融シリコンとの反応を防止するために、窒化珪素粉７が塗布されている。窒化珪素粉７は、乾燥された後、焼結されている。
【００３５】
載置台８は、支持台９上に載置されている。載置台８および支持台９は、高い熱伝導性および耐熱性を有する材料で形成されている。支持台９は、下部で支持部１２に接続されている。支持部１２は、矢印１３で示すように上下に移動可能となるように、筐体２の外に配置された駆動部１１に接続されている。駆動部１１は、モータを有している。
【００３６】
駆動部１１は、筐体２の外に配置された冷却部１４と接続されている。冷却部１４は、冷却媒体を駆動部１１および支持部１２の内部で循環させることにより、駆動部１１および支持部１２を冷却している。冷却部１４は、ポンプおよび熱交換器を有している。冷却部１４により支持部１２を冷却することにより、支持台９および載置台８を介して、坩堝６の底部を冷却することができる。
【００３７】
坩堝６の周囲に抵抗加熱ヒータ１６が配置されている。抵抗加熱ヒータ１６は、筐体２の外に配置された電源１５に接続されている。
【００３８】
支持台９の上方に断熱材からなる中蓋１０が配置されている。中蓋１０は、抵抗加熱ヒータ１６の周囲を囲む側壁部と、支持台９に対向する天井部とを有している。天井部には、ガス供給管５の一端を中蓋１０の内側に導入するための孔が設けられている。側壁部と天井部とに囲まれた中蓋１０の内側が加熱領域１７となる。
【００３９】
加熱領域１７には、図示しない熱電対が配置されている。熱電対は電源１５に接続されている。熱電対による測定温度が電源１５にフィードバックされることにより、抵抗加熱ヒータ１６への印加電圧が制御される。
【００４０】
ガス供給管５の一端は加熱領域１７内において坩堝６の上方に位置し、他端は筐体２の外に配置された図示しないガス供給部に接続されている。ガス供給部から送られるＡｒなどの不活性ガスは、ガス供給管５の内部を通過して加熱領域１７内に供給される。ガス供給部は、各種のガスを貯蔵した複数のガスボンベおよびマスフローコントローラを含む。
【００４１】
排気口４は、筐体２の外に配置された図示しない排気部に接続されている。排気部は、各種の真空ポンプを含む。加熱領域１７内に供給された不活性ガスは、排気口４を通過して筐体２の外部に排出される。
【００４２】
図４は、本実施形態に係る坩堝内において、シリコンがすべて溶融した状態を示す断面図である。図５は、本実施形態に係る坩堝内において、溶融シリコンの一部が凝固して溶融シリコンの液面が上昇した状態を示す断面図である。図６は、本実施形態に係る坩堝内において、溶融シリコンが完全に凝固した状態を示す断面図である。
【００４３】
図４に示すように、本実施形態に係る坩堝６は、溶融工程(Ｓ１００)においてすべてのシリコンが溶融した際の溶融シリコン２０の液面２１より上方の位置の内面上に酸素含有体１９を有している。
【００４４】
具体的には、窒化珪素粉７上に、シリカなどからなる酸素含有物の粉体を塗布し、乾燥させた後、焼結させることにより酸素含有体１９を形成する。ただし、酸素含有体１９の材料はシリカに限らず、酸化物などの酸素をシリコン結晶に導入可能な材料であればよい。
【００４５】
酸素含有体１９を上記の位置に設けることにより、シリコンがすべて溶融した状態においては、溶融シリコン２０と酸素含有体１９とは接触していない。そのため、酸素含有体１９から導入される酸素が溶融シリコン２０の全体に拡散することを防止できる。
【００４６】
図５に示すように、一方向凝固工程(Ｓ１０１)において、溶融シリコン２０が下方から順に凝固するにしたがって溶融シリコン２０の凝固膨張により溶融シリコン２０の液面２１は上昇する。凝固膨張によりシリコンの体積は、約８％増加する。
【００４７】
一方向凝固工程(Ｓ１０１)において溶融シリコンが７０％程度凝固した段階で、下端部および中央部に位置するシリコンは凝固して多結晶シリコンインゴット２２となり、上端部に位置するシリコンは溶融シリコン２０として残存している。
【００４８】
この段階で、多結晶シリコンインゴット２２と溶融シリコン２０との界面２３は、酸素含有体１９より下方に位置している。溶融シリコン２０と酸素含有体１９とは接触して、溶融シリコン２０中に酸素含有体１９から酸素が拡散している。すなわち、酸素導入工程(Ｓ１０２)に入っている。なお、酸素導入工程(Ｓ１０２)は、溶融シリコン２０が完全に凝固する前に行なわれればよい。
【００４９】
図６に示すように、一方向凝固工程(Ｓ１０１)においてすべてのシリコンが凝固した段階で、酸素含有体１９は完全に多結晶シリコンインゴット２２内に取り込まれている。すなわち、一方向凝固工程(Ｓ１０１)においてすべてのシリコンが凝固した際の多結晶シリコンインゴット２２の上端面２４より下方の位置に、酸素含有体１９が設けられている。
【００５０】
上記のように酸素含有体１９を配置することにより、多結晶シリコンインゴット２２の上端部に高酸素濃度領域２２ａを設けることができる。この高酸素濃度領域２２ａに酸素析出欠陥を発生させることによりゲッタリングサイトとすることができる。その結果、金属不純物を酸素析出欠陥に固着させて捕獲することにより、多結晶シリコンインゴット２２の上端部より下方に金属不純物が拡散することを抑制できる。
【００５１】
なお、一方向凝固工程(Ｓ１０１)において溶融シリコン２０が５０％以上凝固した際の溶融シリコン２０の液面２１より高い位置から、一方向凝固工程(Ｓ１０１)においてすべてのシリコンが凝固した際の多結晶シリコンインゴット２２の上端面２４より下方の位置まで酸素含有体１９を設けることにより、多結晶シリコンインゴット２２の上端部のみに高酸素濃度領域２２ａを設けることができる。このようにした場合、多結晶シリコンインゴット２２の中央部に酸素析出欠陥が現れることを抑制できる。
【００５２】
本実施形態に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法では、ウエハ形成後に高温処理を伴うゲッタリングを行なう必要がないため、廉価にゲッタリング効果を得つつ高品質の基板を得ることができる。
【００５３】
以下、本発明の実施形態２に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法について図面を参照して説明する。なお、本実施形態に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法は、酸素導入工程(Ｓ１０２)における酸素の導入方法のみ実施形態１に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法と異なるため、他の工程については説明を繰り返さない。
【００５４】
(実施形態２)
図７は、本発明の実施形態２に係る坩堝内において、溶融シリコンの一部が凝固して溶融シリコンの液面が上昇した状態を示す断面図である。図８は、本実施形態に係る坩堝内において、溶融シリコンが完全に凝固した状態を示す断面図である。
【００５５】
図７に示すように、本実施形態においては、酸素導入工程(Ｓ１０２)において、溶融シリコン２０中に酸素含有粉体を投入する。具体的には、一方向凝固工程(Ｓ１０１)において溶融シリコンが７０％程度凝固した段階で、投入器２８内のシリカ粉末などの酸素含有粉体２９を坩堝６内に残存している溶融シリコン２０に投入する。
【００５６】
その後、溶融シリコン２０の温度を一定時間保持することにより対流による撹拌を行ない、溶融シリコン２０中の酸素濃度を均一化する。なお、酸素導入工程(Ｓ１０２)は、溶融シリコン２０が５０％以上凝固した後、溶融シリコン２０が完全に凝固する前に行なわれればよい。
【００５７】
図８に示すように、一方向凝固工程(Ｓ１０１)においてすべてのシリコンが凝固した段階で、酸素含有粉体２９は完全に多結晶シリコンインゴット２２内に取り込まれている。
【００５８】
上記のように酸素含有粉体２９を投入することにより、多結晶シリコンインゴット２２の上端部にのみ高酸素濃度領域２２ｂを設けることができる。この高酸素濃度領域２２ｂに酸素析出欠陥を発生させることによりゲッタリングサイトとすることができる。その結果、金属不純物を酸素析出欠陥に固着させて捕獲することにより、多結晶シリコンインゴット２２の上端部より下方に金属不純物が拡散することを抑制できる。
【００５９】
以下、本発明の実施形態３に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法について図面を参照して説明する。なお、本実施形態に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法は、酸素導入工程(Ｓ１０２)における酸素の導入方法のみ実施形態１に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法と異なるため、他の工程については説明を繰り返さない。
【００６０】
(実施形態３)
図９は、本発明の実施形態３に係る坩堝内において、溶融シリコンの一部が凝固して溶融シリコンの液面が上昇した状態を示す断面図である。図１０は、本実施形態に係る坩堝内において、溶融シリコンが完全に凝固した状態を示す断面図である。
【００６１】
図９に示すように、本実施形態においては、酸素導入工程(Ｓ１０２)において、溶融シリコン２０中に酸素ガスを供給する。具体的には、一方向凝固工程(Ｓ１０１)において溶融シリコンが７０％程度凝固した段階で、酸素ガス用配管３８の一端を坩堝６内に残存している溶融シリコン２０に浸漬し、酸素ガス用配管３８を通じて溶融シリコン２０中に酸素ガス３９を流し込む。
【００６２】
その後、溶融シリコン２０の温度を一定時間保持することにより対流による撹拌を行ない、溶融シリコン２０中の酸素濃度を均一化する。なお、酸素導入工程(Ｓ１０２)は、溶融シリコン２０が５０％以上凝固した後、溶融シリコン２０が完全に凝固する前に行なわれればよい。
【００６３】
図１０に示すように、一方向凝固工程(Ｓ１０１)においてすべてのシリコンが凝固した段階で、酸素ガス３９は完全に多結晶シリコンインゴット２２内に溶け込んでいる。
【００６４】
上記のように酸素ガス３９を供給することにより、多結晶シリコンインゴット２２の上端部にのみ高酸素濃度領域２２ｃを設けることができる。この高酸素濃度領域２２ｃに酸素析出欠陥を発生させることによりゲッタリングサイトとすることができる。その結果、金属不純物を酸素析出欠陥に固着させて捕獲することにより、多結晶シリコンインゴット２２の上端部より下方に金属不純物が拡散することを抑制できる。
【００６５】
以下、実施形態１から３に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法でそれぞれ製造した多結晶シリコンインゴットの特性と、比較例として高酸素濃度領域を設けずに生成した多結晶シリコンインゴットの特性とを比較した実験例について説明する。
【００６６】
(実験例)
比較例の多結晶シリコンインゴットを下記のように製造した。
【００６７】
＜比較例＞
まず、約４００ｋｇの粒状または塊状のシリコンを坩堝６内に入れる。その後、排気部の真空ポンプを稼動させて筐体２内を減圧する。ガス供給管５から加熱領域１７内にＡｒガスを１０リットル／分程度供給する。この状態で、筐体２内の圧力が０．６Ｐａ以上０．９Ｐａ以下程度となるように排気部による排気量を調節する。
【００６８】
次に、電源１５をＯＮにして抵抗加熱ヒータ１６に電圧を印加する。抵抗加熱ヒータ１６に電圧が印加されることにより、加熱領域１７内の温度が上昇する。本実験例においては、加熱領域１７内の温度を１５５０℃まで上昇させて２時間保持する。融点が１４１０℃であるシリコンは、坩堝６内で完全に融解する。
【００６９】
その後、溶融シリコン２０の温度が融点付近になるように抵抗加熱ヒータ１６に印加する電圧を下げる。融点より少し高い温度まで溶融シリコン２０が冷却されると、駆動部１１を稼動させて支持部１２を下方に移動させつつ、抵抗加熱ヒータ１６に印加する電圧をさらに下げる。
【００７０】
支持部１２が下降することにより、坩堝６の底部が加熱領域１７の外側に位置するようになる。そこで、冷却部１４を稼動することにより坩堝６の底部を冷却する。その結果、坩堝６は、底部から上部に向けて冷却される。溶融シリコン２０を１℃／時間程度の冷却速度で徐冷する。その結果、坩堝６内において、底部から順に溶融シリコン２０が凝固する。
【００７１】
多結晶シリコンインゴットの温度が９００℃付近まで下がると、ガス供給部から送られるガスをＡｒからＨｅに変える。その後、多結晶シリコンインゴットを室温まで冷却する。
【００７２】
このようにして得られた多結晶シリコンインゴットの酸素濃度を測定し、そのインゴットから切り出されたウエハを用いて太陽電池を製造し、その太陽電池の出力特性を調べた。
【００７３】
＜実施例１＞
上記の比較例の多結晶シリコンインゴットの製造方法に、上述した実施形態１に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法における酸素導入工程(Ｓ１０２)を追加して，実施例１の多結晶シリコンインゴットを製造した。
【００７４】
本実施例においては、すべてのシリコンが溶融した際の溶融シリコン２０の液面２１より少し上方の位置から、すべてのシリコンが凝固した際の多結晶シリコンインゴット２２の上端面２４の位置まで、シリカの粉体を塗布し、乾燥させた後、焼結させた。
【００７５】
このようにして得られた多結晶シリコンインゴットの酸素濃度を測定し、そのインゴットから切り出されたウエハを用いて太陽電池を製造し、その太陽電池の出力特性を調べた。
【００７６】
＜実施例２＞
上記の比較例の多結晶シリコンインゴットの製造方法に、上述した実施形態２に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法における酸素導入工程(Ｓ１０２)を追加して，実施例２の多結晶シリコンインゴットを製造した。
【００７７】
本実施例においては、すべてのシリコンが溶融した際の溶融シリコン２０の液面２１より、多結晶シリコンインゴット２２と溶融シリコン２０との界面２３の位置が、上方または同じ高さになった段階で、シリカ粉末を投入した。
【００７８】
シリカ粉末を投入した後、対流による撹拌を行なうために、支持部１２の下降、および、抵抗加熱ヒータ１６に印加する電圧の低下を一時中断して、溶融シリコン２０の温度を２時間保持した。その後、再び、支持部１２の下降、および、抵抗加熱ヒータ１６に引加する電圧の低下を再開した。
【００７９】
このようにして得られた多結晶シリコンインゴットの酸素濃度を測定し、そのインゴットから切り出されたウエハを用いて太陽電池を製造し、その太陽電池の出力特性を調べた。
【００８０】
＜実施例３＞
上記の比較例の多結晶シリコンインゴットの製造方法に、上述した実施形態３に係る多結晶シリコンインゴットの製造方法における酸素導入工程(Ｓ１０２)を追加して，実施例３の多結晶シリコンインゴットを製造した。
【００８１】
本実施例においては、すべてのシリコンが溶融した際の溶融シリコン２０の液面２１より、多結晶シリコンインゴット２２と溶融シリコン２０との界面２３の位置が、上方または同じ高さになった段階で、酸素ガス用配管３８の一端を坩堝６内に残存している溶融シリコン２０に浸漬し、酸素ガス用配管３８を通じて溶融シリコン２０中に酸素ガス３９を流し込んだ。
【００８２】
酸素ガスを流し込んだ後、対流による撹拌を行なうために、支持部１２の下降、および、抵抗加熱ヒータ１６に印加する電圧の低下を一時中断して、溶融シリコン２０の温度を２時間保持した。その後、再び、支持部１２の下降、および、抵抗加熱ヒータ１６に引加する電圧の低下を再開した。
【００８３】
このようにして得られた多結晶シリコンインゴットの酸素濃度を測定し、そのインゴットよりスライスしたウエハを用いて太陽電池を製造し、その太陽電池の出力特性を調べた。
【００８４】
図１１は、比較例および各実施例における多結晶シリコンインゴットにおける酸素濃度の分布を示すグラフである。図１１においては、縦軸に酸素濃度、横軸に多結晶シリコンインゴットの高さ方向における位置を示している。
【００８５】
なお、多結晶シリコンインゴットの位置は、下端を０、上端を１としている。また、多結晶シリコンインゴットにおける酸素濃度は、多結晶シリコンインゴットの下端部における酸素濃度を１として規格化している。
【００８６】
図１１に示すように、比較例の多結晶シリコンインゴットにおいては、下端部から上方に行くにしたがって酸素濃度が低下している。実施例１から３の多結晶シリコンインゴットにおいては、上端部および下端部における酸素濃度が、この上端部とこの下端部との間の中央部における酸素濃度より高くなっていた。また、上端部における酸素濃度が下端部における酸素濃度より高くなっていた。
【００８７】
実施例１の多結晶シリコンインゴットは、実施例２および実施例３の多結晶シリコンインゴットに比べて、上端部の近傍における中央部において酸素濃度が高くなった。これは、実施例１において、すべてのシリコンが溶融した際の溶融シリコン２０の液面２１のすぐ近くまでシリカ粉体を塗布したためである。そのため、多結晶シリコンインゴット２２と溶融シリコン２０との界面２３がシリカ粉体の下端と同じ高さに達する前に、溶融シリコン２０とシリカ粉体とが接触して、中央部に位置する溶融シリコン２０中にも酸素が拡散したためである。
【００８８】
実施例２および実施例３においては、多結晶シリコンインゴット２２と溶融シリコン２０との界面２３の位置が、すべてのシリコンが溶融した際の溶融シリコン２０の液面２１より、上方または同じ高さになった段階で酸素を導入したため、多結晶シリコンインゴット２２の上部１割程度の範囲に高酸素濃度領域２２ｂ，２２ｃが形成されている。
【００８９】
図１２は、比較例および各実施例における多結晶シリコンインゴットから切り出された多結晶シリコンウエハから形成された基板を含む多結晶シリコン太陽電池の最大出力分布を示すグラフである。図１２においては、縦軸に最大出力、横軸に多結晶シリコンインゴットの高さ方向における位置を示している。
【００９０】
なお、多結晶シリコンインゴット２２の位置は、下端を０、上端を１としている。また、最大出力は、多結晶シリコンインゴット２２の下端部から切り出された多結晶シリコンウエハから形成された基板を含む多結晶シリコン太陽電池の最大出力を１として規格化している。
【００９１】
図１２に示すように、実施例１から３に係る多結晶シリコン太陽電池の最大出力は、多結晶シリコンインゴット２２の上部から切り出されたウエハから形成された基板を含む太陽電池において、比較例に係る多結晶シリコン太陽電池の最大出力より高かった。
【００９２】
実施例１に係る多結晶シリコン太陽電池の最大出力が、実施例２および実施例３に係る多結晶シリコン太陽電池の最大出力より、多結晶シリコンインゴット２２の上部の近傍における中央部から切り出されたウエハから形成された基板を含む太陽電池において高い最大出力を示したのは、上述の多結晶シリコンインゴット２２中における酸素濃度の影響が現れたためである。
【００９３】
本実験例により、多結晶シリコンインゴット２２の上端部に高酸素濃度領域を形成することによって、ゲッタリング効果を得つつ多結晶シリコンインゴット２２の高品質化を図れることが実証された。
【００９４】
今回開示された実施形態および実験例はすべての点で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て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。
【符号の説明】
【００９５】
１  多結晶シリコンインゴットの製造装置、２  筐体、３  開口、４  排気口、５  ガス供給管、６  坩堝、７  窒化珪素粉、８  載置台、９  支持台、１０  中蓋、１１  駆動部、１２  支持部、１４  冷却部、１５  電源、１６  抵抗加熱ヒータ、１７  加熱領域、１９  酸素含有体、２０  溶融シリコン、２１  液面、２２  多結晶シリコンインゴット、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  高酸素濃度領域、２３  界面、２４  上端面、２９  酸素含有粉体、３８  酸素ガス用配管、３９  酸素ガス。
【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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