(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶シートが形成されるべき主表面を有する板状体と、
融液を保持する容器と、
前記板状体の主表面が融液に接触した後、融液から離れるように前記板状体を移動させるために前記板状体を保持する可動部材と、
前記可動部材を冷却するための冷却手段とを備え、
前記可動部材から搬送された前記板状体の主表面に形成された結晶シートを前記主表面から剥離する剥離手段をさらに備え、前記板状体には貫通孔が形成されており、前記剥離手段は前記貫通孔に嵌まり合う第１の突起を有し、
前記可動部材は、前記貫通孔に嵌まり合う第２の突起を有し、
前記第２の突起が前記貫通孔に嵌まり合ったとき前記第２の突起の頂面と前記主表面の高さとが等しくなり、
前記剥離手段には前記板状体の移動方向に沿って前記第１の突起が設けられており、前記可動部材には前記板状体の移動方向に沿って前記第２の突起が設けられ、
前記板状体を前記可動部材から前記剥離手段に案内するベルト状の案内部材をさらに備え、前記案内部材により複数の前記板状体が連結されてキャタピラ状に形成されており、
前記第１の突起の長さは前記第２の突起の長さよりも長く、前記第１の突起は前記貫通孔に挿入されて前記板状体の表面から突き出している、結晶シートの製造装置。
【請求項２】
結晶シートが形成されるべき主表面を有する板状体と、
融液を保持する容器と、
前記板状体の主表面が融液に接触した後、融液から離れるように前記板状体を移動させるために前記板状体を保持する可動部材と、
前記可動部材を冷却するための冷却手段とを備え、
前記可動部材から搬送された前記板状体の主表面に形成された結晶シートを前記主表面から剥離する剥離手段をさらに備え、前記板状体には貫通孔が形成されており、前記剥離手段は前記貫通孔に嵌まり合う第１の突起を有し、
前記可動部材は、前記貫通孔に嵌まり合う第２の突起を有し、
前記第１の突起の長さは前記第２の突起の長さよりも長く、
前記剥離手段には前記板状体の移動方向に沿って前記第１の突起が設けられており、前記可動部材には前記板状体の移動方向に沿って前記第２の突起が設けられ、
前記板状体を前記可動部材から前記剥離手段に案内するベルト状の案内部材をさらに備え、前記案内部材により複数の前記板状体が連結されてキャタピラ状に形成されており、
前記第１の突起は前記貫通孔に挿入されて前記板状体の表面から突き出している、結晶シートの製造装置。
【請求項３】
前記板状体の材質と前記第２の突起の材質とが異なる、請求項１または２に記載の結晶シートの製造装置。
【請求項４】
前記板状体の両端部に立設部が設けられており、隣り合う前記板状体を前記案内部材に締結するための締結部が前記立設部に設けられている、請求項３に記載の結晶シートの製造装置。
【請求項５】
前記板状体を前記可動部材から前記剥離手段に案内するレール状の案内部材をさらに備えた、請求項１から３のいずれか１項に記載の結晶シートの製造装置。
【請求項６】
前記可動部材は多角柱形状である、請求項１から５のいずれか１項に記載の結晶シートの製造装置。
【請求項７】
前記可動部材と前記板状体とは、互いに嵌合し合う凹凸形状を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の結晶シートの製造装置。
【請求項８】
前記板状体の主表面は平坦である、請求項１から７のいずれか１項に記載の結晶シートの製造装置。
【請求項９】
前記板状体の主表面に凹凸が形成されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の結晶シートの製造装置。
【請求項１０】
前記可動部材内に前記冷却手段が設けられている、請求項１から９のいずれか１項に記載の結晶シートの製造装置。
【請求項１１】
冷却された状態の板状体を融液に接触させる工程と、
融液に接触した前記板状体の主表面を融液から離すことによって前記主表面に結晶シートを凝固成長させる工程と、
前記板状体から結晶シートを剥離する工程とを備え、
前記結晶シートを剥離する工程は、前記板状体上に成長した結晶シートを加熱室外に案内して剥離回収することを含み、
前記結晶シートを凝固成長させる工程は、可動部材を用いて前記板状体の主表面を融液に接触させた後、融液から離れるように前記板状体を移動させることを含み、
前記板状体を融液に接触させる工程は、貫通孔が形成された前記板状体に融液を接触させることを含み、前記結晶シートを剥離する工程は、第１の突起が設けられた剥離手段を用いて、結晶シートが形成された前記板状体の主表面の反対側から前記剥離手段の第１の突起を前記板状体の貫通孔に嵌め合わせることにより結晶シートを前記板状体から剥離することを含み、
前記剥離手段は回転可能であり、前記剥離手段の回転方向に沿って複数の前記第１の突起が設けられ、前記結晶シートを剥離する工程は、前記剥離手段を回転させることにより複数の前記板状体の前記貫通孔の１つ以上に複数の前記第１の突起を嵌め合わせて結晶シートを前記板状体から剥離することを含む、結晶シートの製造方法。
【請求項１２】
前記板状体を融液に接触させる工程は、第２の突起が形成された前記可動部材を用いて、前記可動部材の第２の突起が前記貫通孔に嵌め合わされた状態で前記板状体を融液に接触させることを含む、請求項１１に記載の結晶シートの製造方法。
【請求項１３】
前記可動部材は回転可能であり、前記可動部材の回転方向に沿って複数の前記第２の突起が設けられ、前記板状体を融液に接触させる工程は、前記可動部材を回転させることにより複数の前記板状体の前記貫通孔の各々に複数の前記第２の突起の各々を嵌め合わせて、前記板状体に融液を接触させることを含む、請求項１２に記載の結晶シートの製造方法。
【請求項１４】
前記結晶シートを凝固成長させる工程は、シリコンの結晶シートを凝固成長させることを含む、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の結晶シートの製造方法。
【請求項１５】
前記板状体を連結し、キャタピラ状に形成することによって前記結
晶シートを前記加熱室外へ案内することを含む、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の結晶シートの製造方法。
【請求項１６】
前記板状体を案内するレール状の案内部材を設置することによって前記結晶シートを前記加熱室外へ案内することを含む、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の結晶シートの製造方法。
【請求項１７】
前記板状体の主表面を融液に接触させる工程において融液の水平面から融液内部に向かって前記板状体を移動させることを含む、請求項１１から１６のいずれか１項に記載の結晶シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体または金属の融液から結晶シートを製造する結晶シートの製造方法および製造装置に関し、特に、太陽電池の基板として使用されるシリコンのシートを製造する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、結晶シリコン基板は、チョコラルスキー法またはキャスティング法により作製したインゴットをワイヤソーなどでスライスして製造されていた。しかし、スライス工程にはコストがかかり、また、切り代はシリコン原料の損失になる。そのため、低コスト化が重要な課題である太陽電池の分野では、シリコン融液からシート状のシリコンを直接引出すことにより、スライス工程を不要としたシリコンリボン法の開発が注目されている。
【０００３】
シリコンリボン法のうち、広い凝固界面を持つ結晶成長法が、たとえば特開昭６１−２７５１１９号公報に開示されている。図４９は、上記公報に開示されたシリコンリボン法によるシリコン製造方法の概略図である。図４９を参照して、円筒形状をした回転冷却体９０２の側面の一部を溶融シリコン９０３に浸漬し、回転冷却体９０２を回転させながら円筒面に凝固するシリコンリボン９０１を連続的に引出す。なお、溶融シリコン９０３は容器９０４により保持されている。
【０００４】
また、特開平１０−２９８９５号公報にも、シリコンリボンの製造装置が開示されている。図５０は、上記公報に開示されたシリコンリボンの製造装置の概略図である。図５０を参照して、この装置は、円筒形状の回転冷却体９３１と、溶融シリコン９３２を保持する容器９３４と、シリコンリボン９３３を案内するローラ９３５とにより構成される。
【０００５】
円筒形状の回転冷却体９３１の円筒側面の一部を溶融シリコン９３２に浸漬する。回転冷却体９３１を回転させながら円筒側面に凝固成長するシリコンリボン９３３が連続的に引出される。
【０００６】
また、融液から直接結晶シートを製造する方法として、スリット状の開口部を有するダイを用いて毛管現象で融液を上昇させ、その上端部で種結晶を用いてシリコンリボンを引き出すＥＦＧ(Edge-defined Film-fed Growth)法や、融液表面を過冷却状態に保って結晶シートを製造するデントライトＷｅｂ法がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、円筒形状の回転冷却体を利用する方法では、円筒の外側を覆うようにシリコンが凝固成長するため、成長したシリコンは円筒に沿った曲率を持ち、曲がった形状となる。このため、シリコンを太陽電池基板として使用する際には、電極のスクリーン印刷、ラミネート、真空チャックなどの、基板が平らであることが要求される工程で不都合が生じる。また、従来の基板トレイなども平坦な形状の基板を想定しているために従来の基板トレイを使用できないという問題があった。また、成長したシリコンを回転冷却体から剥離しながら連続して一定方向に引出すためには、引出し方向へかける張力に微妙なコントロールが要求される。また、成長したシリコン結晶シートの形状自体が反っているために、連続して一定方向に引出すことが困難であるという問題があった。
【０００８】
さらに、ＥＦＧ法、デントライトＷｅｂ法では、結晶シートの成長速度は、発生する凝固熱と、結晶シートと融液の間の固液界面近傍の温度分布によって定まる熱の移動量に大きく影響される。したがって、結晶シートを連続的に安定して製造するためには、固液界面の温度およびその近傍の温度分布を精密に制御することが必要となる。しかしながら、現状の温度制御系では、一般に結晶成長の速度に比例してその応答性は十分とは言えない。また、上述の方法における結晶シートの成長時の冷却は徐冷または自然放熱によるため、結果として結晶シートの成長速度は低く抑えなければならないという問題があった。
【０００９】
さらに、回転冷却体からシリコンリボンを剥離する場合には、シリコンリボン自体が後続のシリコンリボンを回転冷却体から引張って剥離することになり、多大な負担がシリコンリボンにかかるため、シリコンリボンが破損しやすい。また、シリコンリボンの破損時には、即時にシリコンリボンを引出すことが再開できず、安定した連続引出しが困難である。
【００１０】
また、従来の方法では、結晶シートの面内の温度分布を制御することが難しく、熱伝導率などを考慮して基板および周辺部材の材質を選択し、かつヒータなどの加熱部または冷却部の配置および形状を最適化する必要があった。しかし、熱伝導率だけでなく結晶シートとの濡れ性および剥離性、熱膨張率のマッチング、耐熱性および耐久性さらにはコストなどを考慮して部材を選ぶ必要があるため、温度分布を最適化することは難しい。また、加熱部および冷却部を、結晶シートの結晶品質および剥離性の両者について最適化することは技術的だけでなく装置機構的にも非常に難しいケースが多い。特に、剥離性は基板材料に大きく依存するパラメータであり、微妙な制御を行なうのは極めて困難である。そのため、連続して、かつ安定して高品質な結晶シートを製造することは困難であった。
【００１１】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものである。この発明の目的は、安定して、連続的に結晶シートを取出すことができる結晶シートの製造方法およびその製造装置ならびにその結晶シートを用いた太陽電池を提供することである。
【００１２】
さらに、この発明の別の目的は、高品質な結晶シートを製造することができる結晶シートの製造方法およびその製造装置ならびにその結晶シートを用いた太陽電池を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った結晶シートの製造装置は、結晶シートが形成されるべき主表面を有する板状体と、融液を保持する容器と、板状体の主表面が融液に接触した後、融液から離れるように板状体を移動させるために板状体を保持する可動部材と、可動部材を冷却するための冷却手段とを備える。
【００１４】
このように構成された結晶シートの製造装置では、結晶シートは板状体の主表面に形成され、その板状体を保持する可動部材は冷却手段により冷却される。このため、板状体の主表面に形成された結晶シートを可動部材を介して最適な速度で冷却することが可能となり、品質の高い結晶シートを提供することができる。さらに、板状体の主表面に結晶シートを形成するため、反りがなく、品質の高い結晶シートを製造することができる。
【００１５】
結晶シートの製造装置は、可動部材から搬送された板状体の主表面に形成された結晶シートを主表面から剥離する剥離手段をさらに備える。板状体には貫通孔が形成されており、剥離手段は貫通孔に嵌まり合う第１の突起を有する。
【００１６】
この場合、剥離手段の第１の突起を板状体の貫通孔に嵌め合わせることにより、板状体から結晶シートを剥離することができる。
【００１７】
可動部材は、板状体の貫通孔に嵌まり合う第２の突起を有する。この場合、貫通孔に第２の突起を嵌め合わせた状態で主表面に結晶シートを成長させれば、板状体の貫通孔には結晶が形成されない。その結果、板状体の貫通孔を用いて板状体の主表面から結晶シートを剥離させることが容易となる。
【００１８】
１つの局面では、第２の突起が貫通孔に嵌まり合ったとき第２の突起の頂面と主表面との高さとが等しくなる。この場合、第２の突起の頂面と主表面の高さとが等しいため、平坦な面を有する結晶シートを製造することができる。
【００１９】
別の局面では、第１の突起の長さは、第２の突起の長さよりも長い。この場合、板状体上に成長した結晶シートを第１の突起で確実に剥離させることができる。
【００２０】
また好ましくは、板状体の材質と第２の突起の材質とは異なる。これにより、たとえば板状体の材質として結晶シートが剥離しやすい材質を選び、第２の突起の材質として、結晶シートが成長しやすい材質を選ぶことにより、容易に板状体から結晶シートを剥離させることができる。
【００２１】
剥離手段には、板状体の移動方向に沿って第１の突起が設けられており、可動部材には、板状体の移動方向に沿って第２の突起が設けられている。この場合、可動部材および剥離手段を回転させて第１の突起および第２の突起のそれぞれを貫通孔に嵌め合わせることにより、効率よく結晶シートを製造することができる。
【００２２】
結晶シートの製造装置は、板状体を可動部材から剥離手段に案内するベルト状の案内部材をさらに備える。案内部材により複数の板状体が連結されてキャタピラ状に形成されている。第１の突起は貫通孔に挿入されて板状体の表面から突き出している。この場合、案内部材が、順次、板状体を案内するため効率よく結晶シートを製造することができる。さらに案内部材が連結されてキャタピラ状に形成されているため結晶シートの成長および剥離を繰返して行なうことができる。
【００２３】
また好ましくは、板状体の両端部に立設部が設けられており、隣り合う板状体を案内部材に締結するための締結部が立設部に設けられている。
【００２４】
また好ましくは、結晶シートの製造装置は、板状体を可動部材から剥離手段に案内するレール状の案内部材をさらに備える。この場合、レール状の案内部材が設けられているため、可動部材から剥離手段へ板状体を搬送することができ、効率よく結晶シートを製造することができる。さらに案内部材がレール状であり、このレール上を移動させることにより滑らかに板状体を移動させることができる。
【００２５】
また好ましくは、可動部材は多角柱形状である。この場合、多角柱の各々の面が各々の基板に接触することができ、効率よく結晶シートを製造することができる。
【００２６】
また好ましくは、可動部材と板状体とは、互いに嵌合し合う凹凸形状を有する。この場合、可動部材と板状体との接触面積が大きくなるため可動部材が効率よく板状体を冷却することができる。
【００２７】
また好ましくは、板状体の主表面は平坦である。この場合、平坦な面を有する結晶シートを製造することができる。
【００２８】
また好ましくは、板状体の主表面に凹凸が形成されている。この場合、凹凸面を有する結晶シートを製造することができる。
【００２９】
さらに好ましくは、可動部材内に冷却手段が設けられている。この場合、装置を小型化できるとともに、冷却手段が効率よく可動部材を冷却することができる。
【００３０】
この発明に従った結晶シートの製造方法は、冷却された状態の板状体を融液に接触させる工程と、融液に接触した板状体の主表面を融液から離すことによって主表面に結晶シートを凝固成長させる工程と、板状体から結晶シートを剥離する工程とを備える。
【００３１】
このように構成された結晶シートの製造方法に従えば、板状体の主表面に結晶シートを凝固成長させる。そのため、板状体の主表面での温度制御が容易となり、品質の高い結晶シートを製造することができる。また、板状体に結晶シートを成長させるため、結晶シートが曲率を有することなく、板状の結晶シートを製造することが容易となる。
【００３２】
結晶シートを剥離する工程は、板状体上に成長した結晶シートを加熱室外に案内して剥離回収することを含む。
【００３３】
結晶シートを凝固成長させる工程は、可動部材を用いて板状体の主表面を融液に接触させた後、融液から離れるように板状体を移動させることを含む。
【００３４】
板状体を融液に接触させる工程は、貫通孔が形成された板状体に融液を接触させることを含む。結晶シートを剥離する工程は、第１の突起が設けられた剥離手段を用いて、結晶シートが形成された板状体の主表面の反対側から剥離手段の第１の突起を板状体の貫通孔に嵌め合わせることにより結晶シートを板状体から剥離することを含む。この場合、貫通孔に第１の突起を嵌め合わせて容易に板状体から結晶シートを剥離することができる。
【００３５】
剥離手段は回転可能であり、剥離手段の回転方向に沿って複数の第１の突起が設けられ、結晶シートを剥離する工程は、剥離手段を回転させることにより複数の板状体の貫通孔の１つ以上に複数の第１の突起を嵌め合わせて、結晶シートを板状体から剥離することを含む。
【００３６】
この場合、剥離手段を回転させることにより連続的に第１の突起を貫通孔に嵌め合わせることができ、効率よく板状体から結晶シートを剥離することができる。
【００３７】
また好ましくは、板状体を融液に接触させる工程は、第２の突起が形成された可動部材を用いて、可動部材の第２の突起が貫通孔に嵌め合わされた状態で板状体を融液に接触させることを含む。この場合、第２の突起を貫通孔に嵌め合わせた状態で板状体を融液に接触させるため、融液は貫通孔内には入り込まず貫通孔には結晶シートは形成されない。その結果、結晶シートを剥離しやすくなる。
【００３８】
また好ましくは、可動部材は回転可能であり、可動部材の回転方向に沿って複数の第２の突起が設けられ、板状体を融液に接触させる工程は、可動部材を回転させることにより複数の板状体の貫通孔の各々に複数の第２の突起の各々を嵌め合わせて、板状体に融液を接触させることを含む。
【００３９】
この場合、可動部材を回転させて第２の突起の各々を貫通孔の各々に嵌め合わせることにより、効率よく板状体を融液に接触させることができる。
【００４０】
また好ましくは、結晶シートを凝固成長させる工程は、シリコンの結晶シートを凝固成長させることを含む。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った結晶シート製造装置の模式的な断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従った結晶シートの製造装置５０ａは、本体チャンバ１と、本体チャンバ１内の断熱材７と、断熱材７内の可動部材２と、板状体としての基板３と、ヒータ４と、るつぼ台５と、原料投入ポート６と、融液８と、融液８を保持する容器としてのるつぼ９とを有する。
【００４３】
この実施の形態では、基板３の材質には黒鉛を使用し、融液８にはシリコン融液を使用して、それらからシリコンシートを製造する結晶シート製造装置について説明を行なう。
【００４４】
結晶シートの製造装置５０ａでは、板状体としての基板３は、結晶シートが形成されるべき主表面を有する。容器としてのるつぼ９は、融液８を保持する。可動部材２は、基板３の主表面が融液８に接触した後、融液８から離れるように基板３を移動させるために基板３を保持する。冷却手段（図１では図示せず）は、可動部材２を冷却する。
【００４５】
本体チャンバ１の内部には断熱材で構成した加熱室が設けられる。抵抗加熱を用いたヒータ４により、るつぼ９内の原料を融点以上に加熱できる。るつぼ９は、昇降機構を備えたるつぼ台５上に設けられる。シリコン原料は溶融すると体積が減るため、原料投入ポート６を設け、原料の追加投入を行ない湯面高さの調整ができる構造となっている。可動部材２は矢印Ｒで示す方向に回転することが可能である。
【００４６】
図２は、可動部材を拡大して示す斜視図である。図２を参照して、可動部材２は、十二角柱型である。厚さが５ｍｍの「コ」の字形をした基板３が可動部材２に接触するように設けられる。基板３の側面と可動部材２とがボルト１０で固定されている。可動部材２は軸１００に固定され、軸１００は矢印Ｒで示す方向に回転することが可能である。
【００４７】
図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た断面を示す図である。図３を参照して、可動部材２の内部には、可動部材２を冷却するための冷却手段としてのノズル１１０が設けられている。可動部材２の内側は図３で示すように中空構造となっており、ノズル１１０が設けられている。ノズル１１０の孔１１１から矢印１１２で示す方向に吹き出した冷却ガスが可動部材２の内側に吹き付けられることで可動部材２が冷却される。基板３には孔３１が設けられ、この孔３１にボルト１０が差し込まれて、主表面を有する基板３が可動部材２に固定される。
【００４８】
融液８を構成する元素は、この実施の形態ではシリコンであるが、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、砒素（Ａｓ）、インジウム（Ｉｎ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）の半導体または金属の融液を使用することができる。すなわち、いずれの場合でも、各元素の融点よりも融液が十分に過冷却となって基板３表面に初晶が生成されるよう基板３の温度を制御することで、上述の元素についても結晶シートを成長させることが可能である。
【００４９】
また、可動部材２および基板３の素材としては、熱伝導性、耐熱性に優れた黒鉛を用いたが、融液に対して耐性があればよい。融液と反応などを起こしにくい炭化ケイ素、石英、窒化ケイ素、窒化ホウ素、アルミナ、酸化ジルコニウムといった素材を、使用する融液に応じて最適なものを選択すればよい。特に、シリコン融液は高温であり、反応性に富むため、部材の選定は極めて難しく、熱伝導率、膨張率およびコストなどの多くの観点から、いずれの部材にも黒鉛が極めて優れている。すなわち、基板の材質については、工業的に低コストかどうか、成長シートの品質、特性などを考慮して選択される。成長元素と基板の幅広い材質の組合せが可能である。また、可動部材２はこの実施の形態のように内部を不活性ガスによって冷却するものの他に水冷された金属の表面を黒鉛や石英などでコートしたものを用いてもよい。
【００５０】
次に、結晶シート製造装置を用いたシリコンシートの製造方法の例について説明する。
【００５１】
まず、本体チャンバ１内をアルゴンで置換する。原料投入ポート６からるつぼ９にシリコンを充填しながら、約３時間でシリコンの融点よりも７０℃高い温度１５００℃までるつぼ９を昇温する。シリコン原料を完全に溶融させてシリコンの湯面は、るつぼ９上端から１０ｍｍ低い位置になるように保持した。この状態で設定温度を下げ、融点よりも３０℃高い温度に融液８を保持した。一方、可動部材２には、ノズル１１０から窒素ガスを導入して冷却状態とした。窒素ガスの代わりにヘリウムガス、アルゴンガスなどの他のガスで冷却することも可能である。また、構造の工夫次第で水冷も可能である。
【００５２】
温度が安定したところで、冷却ガスを流した可動部材２を１ｒｐｍで回転させ湯面と基板３との距離が１０ｍｍの位置となるまでるつぼ台５を上昇させた。さらに温度が平衡状態に達するまで待った。るつぼ台５をさらに上昇させ、５ｍｍの厚さの基板３を、その表面から３ｍｍ程度の深さでシリコンの融液８に浸漬して凝固成長を行なった。可動部材２が１回転する直前にるつぼ台５を下降させて浸漬を中止し、ヒータ４への電力の供給を停止した。本体チャンバ１が放冷して室温と同程度まで温度が下がったところで、得られたシリコンシートの回収を行なった。基板３は可動部材２によって冷却されているため、シリコン融液の浸透や反応がほとんど起こっておらず、手で軽く触れる程度の軽いショックで基板３からシリコンシートを剥離し、回収することができた。
【００５３】
得られたシリコンシートは基板寸法に沿ったサイズであり縦×横が７０ｍｍ×２５ｍｍで厚みが０．４ｍｍのサイズであった。最後に浸漬したために融液の液垂れができてしまった１枚を除く１１枚を太陽電池セル基板として用いることができた。得られたシリコンシートを、プラズマＣＶＤ（化学気相蒸着法）によるＳｉＮ膜反射防止膜形成を含む多結晶太陽電池セルプロセスで太陽電池を作製したところ、その太陽電池の縦×横が２ｃｍ×２ｃｍのセルサイズであり、変換効率が１３％であった。
【００５４】
この実施の形態では、可動部材２が１回転した後に回転を止めてから剥離および回収を行なっているが、真空チャンバなどの装置を利用することにより回転中に剥離および回収作業を行なうことも可能である。
【００５５】
（実施の形態２）
図４はこの発明の実施の形態２に従った可動部材の断面図である。実施の形態２と実施の形態１との異なる点は、図４で示すように、可動部材２と基板３との接触面に凹凸形状２１および３２を設け、互いに嵌合し合うような構造を採用した点である。すなわち、可動部材２と基板３とは互いに嵌合し合う凹凸形状２１および３２を有している。
【００５６】
図４で示すような装置を用いて、実施の形態１と同様のプロセスでシリコン結晶シートの製造を行なった。接触面に凹凸形状２１および３２を施すことで、可動部材２と基板３の熱伝導が向上し、基板３の冷却効率が向上した。その結果、冷却ガスの流量を実施の形態１の８〜９割にしても、実施の形態１と同様の効果を得ることができた。
【００５７】
（実施の形態３）
図５は、この発明の実施の形態３に従った基板の断面図である。実施の形態３と実施の形態１との異なる点は、図５で示すように、基板３の平坦な成長面に凹凸部３３が形成されている点である。
【００５８】
図５で示すような基板を用いて、実施の形態１と同様のプロセスでシリコンの結晶シートの製造を行なった。基板３の表面に凹凸部３３を設けない場合には、基板３に沿って数センチ程度の長さを持つ樹枝状晶が見られたが、凹凸部３３を形成した場合には、基板３の凸部の先端が結晶成長の起点となった。凸の部分は厚く、凹の部分は逆に薄くなり、溝加工に沿った周期的な凹凸形状（コルゲート型）のシリコンシートを得ることができた。このシリコンシートは実施の形態１で製造されたシリコンシートに比べ、薄い部分では膜厚は２００μｍ以下と薄くなっているが、周期的な凹凸形状を有するため、ピンセットなどでハンドリングしても割れない程度の機械的強度を得ることができた。
【００５９】
図６〜図８は、この発明の実施の形態３の別の局面に従った基板の斜視図である。図６で示すように、凹凸部３３ａを、ピッチが１ｍｍで深さが１ｍｍの線状のＶ字形の溝で構成してもよい。また、図７で示すように、凹凸部３３ｂを線状のＵ字形の凹凸部３３ｂで構成しても同様の効果が得られる。また、線状の溝は可動部材２の回転方向に対し平行に形成されるが、回転方向に対し直角に形成しても同様の効果が得られる。また、図８で示すように、凹凸部３３ｃを山状に形成してもよい。図８で示すように、Ｖ字形の点状の溝を形成した場合には、結晶成長の起点となる凸の部分が均一に分散するため、結晶粒径の揃った均一な柱状結晶が成長し、シリコンシートの成長を乱す樹枝状晶の発生をさらに抑制することができる。
【００６０】
（実施の形態４）
図９は、この発明の実施の形態４に従った結晶シートの製造装置の模式的な断面図である。実施の形態４に従った装置と実施の形態１に従った装置の主な相違点は、図９で示すように、実施の形態４に従った製造装置５０ｂでは、キャタピラ状に連結した基板３を可動部材２に案内するような構造を採用し、シリコンシートを連続的に成長および回収できるようにしている点である。
【００６１】
実施の形態４に従った結晶シートの製造装置５０ｂは、本体チャンバ１と、本体チャンバ内の断熱材７と、可動部材２と、基板３と、断熱材７内のヒータ４と、原料投入ポート６と、融液８と、融液８を保持するるつぼ９と、るつぼを支持するるつぼ台５と、上部扉１４と、ローラ１５と、取出しチャンバ１６とで構成される。実施の形態４では、実施の形態１と同様に基板３は黒鉛で構成し、融液８としてシリコン融液を用いた。それらからシリコンシートを製造する結晶シートの製造装置について説明を行なう。
【００６２】
すなわち、結晶シートの製造装置５０ｂは、結晶シートが形成されるべき主表面を有する板状体としての基板３と、融液８を保持する容器としてのるつぼ９と、基板３の主表面３０が融液８に接触した後、融液８から離れるように基板３を移動させるために基板３を保持する可動部材２と、可動部材２を冷却するための冷却手段（図９では示さず）とを備える。なお、冷却手段は図４で示すノズル１１０と同様のものであり、軸１００内に設けられる。結晶シートの製造装置５０ｂは、基板３の主表面３０に形成された結晶シートを主表面３０から剥離する剥離手段としてのローラ１５をさらに備える。ローラ１５は軸１０２に固定されている。
【００６３】
キャタピラ状に連結された基板３が、可動部材２と、上方の取出しチャンバ１６に設置したローラ１５とに掛けられる。可動部材２とローラ１５を同期して回転させることで融液８と取出しチャンバ１６の間を連続して基板３が移動できるように構成されている。取出しチャンバ１６は、上部扉１４を閉じた状態で気密性を保つことができる。本体チャンバ１をアルゴンガスで置換した後は上部扉１４を開放し、真空チャッキング１７により、シリコンシートを回収することができる構造となっている。なお、本体チャンバ１のスリットをアルゴンガスでシールしている。これにより、取出しチャンバ１６を開放系にした場合にも外気に対して取出しチャンバ１６を不活性ガス雰囲気に保つことができる。可動部材２は矢印Ｒで示す方向に回転するため、基板３は矢印Ｌで示す方向に移動する。
【００６４】
図１０は、図９で示す可動部材を拡大して示す斜視図である。図１１は、図１０中のＸＩ−ＸＩ線に沿って見た断面を示す図である。図１２は、キャタピラ状に連結された基板の構成を示す斜視図である。
【００６５】
図１０を参照して、軸１００に多角柱形状の可動部材２が設けられている。可動部材２には爪１０１が設けられており、爪１０１が隣り合う基板３の間に嵌まり合う。爪１０１は、軸１００および可動部材２とともに矢印Ｒで示す方向に回転するため、爪１０１に引っ掛かった基板３も矢印Ｒで示す方向に回転する。
【００６６】
図１１を参照して、可動部材２内には冷却手段としてのノズル１１０が設けられている。ノズル１１０の孔１１１からは矢印１１２で示す方向に冷却ガスが吹き出す。ノズル１１０はパイプ１２０と接続されている。基板３は可動部材２と接触するように設けられる。基板３は結晶シートを成長させるための主表面３０を有する。基板３には立設部３４が設けられている。立設部３４にはボルト１０とナット１８とプレート１１９が設けられている。
【００６７】
図１２を参照して、耐熱性および潤滑性に優れた黒鉛製のナット１８、プレート１１９およびボルト１０で基板３同士が連結されている。ボルト１０は、基板３およびプレート１１９の孔に挿入される。基板３はプレート１１９に対して回動可能な構造となっている。また、立設部３４には締結部としての孔３４ａが設けられている。ボルト１０は、基板３およびプレート１１９の孔に挿入されて、基板３がプレート１１９に対して回動可能な構造となっている。複数のプレート１１９がボルト１０およびナット１８により連結されて案内部材１９を構成している。
【００６８】
連結された基板３は、図１０で示すように、可動部材２に対しキャタピラのように巻き付けることができる。ボルト１０、ナット１８およびプレート１１９は、可動部材２を融液に浸漬したときに融液面よりも高い位置となるように位置決めされ、結晶成長後も可動部が固着しないようにする。基板同士の連結はこのような方法の他に、カーボンワイヤなどの耐熱性の高いワイヤで連結した構成とすることも可能である。すなわち、結晶シートの製造装置５０ｂは、基板３を可動部材２およびローラ１５に案内するベルト状の案内部材１９をさらに備える。案内部材１９はボルト１０、ナット１８およびプレート１１９からなる。案内部材１９により複数の基板３が連結されてキャタピラ状に形成されている。基板３の両端に立設部３４が設けられており、隣り合う基板を案内部材１９に締結するための締結部としての孔３４ａが立設部３４に設けられている。
【００６９】
実施の形態１と同様のプロセスでシリコンを溶融した後、可動部材２とローラ１５を同期回転させ、基板３を順次融液８に含浸させて結晶成長を行なった。また、基板３を、ガスシールされたスリットを通過させて取出しチャンバ１６まで搬送した。このときに真空チャッキング１７により基板３からシリコンシートを順次剥離および回収した。上記プロセスを経て、実施の形態１と同様のシリコンシートを１分間に１２枚ずつ連続的に作製することができた。
【００７０】
この実施の形態では、回転機構を有する可動部材２を使用したが、連結した基板が順次冷却体に案内される構造であれば、可動部材が回転する必要はなく、固定型のものでもよい。また、可動部材２を十二角柱型のものとし、基板３に平坦な形状をそれぞれ用いたが、基板３と可動部材２が接触する構成であれば、他の形状でもよい。また、可動部材２に基板３を案内する手段として、基板３がキャタピラ状に連結した構成を示したが、基板３を連結して構成したものを冷却された可動部材２に接触させながら移動させて巻き取るような構成を採用することができる。
【００７１】
また、実施の形態４において、基板３と可動部材２の接触面に凹凸加工を施したところ、実施の形態２で示した基板冷却効果の向上が見られた。さらに、凹凸が噛み合うために、基板３と可動部材２とが横滑りすることを防止する効果が見られた。また、基板３の表面に凹凸部１３を形成することにより、実施の形態３と同様の効果が得られた。
【００７２】
本発明によれば、可動部材を回転させて可動部材の外周面に設けられた基板が融液に浸漬しているときに結晶を成長させる。融液から引き上げられたとき結晶を基板から剥離することにより、平らで反りのない結晶シートを連続的に製造することができる。
【００７３】
基板に耐熱性の黒鉛材料を用いて、シリコン融液からシリコンシートを製造する場合には次のようになる。すなわち、シリコン融液が焼結体である黒鉛の気孔にシリコン融液が浸透または基板表面が化学変化を起こして強固なＳｉＣ層を形成する。基板シリコン層が浸漬したＳｉやＳｉＣによって強固に結合するため基板に成長層であるＳｉ層が固着する。
【００７４】
これに対し、基板をシリコンの融点よりもさらに２００℃程度低い温度まで冷却している場合には、最初にシリコン融液が黒鉛に浸透する前に凝固して基板表面がシリコンの固体層で覆われる。その後、さらにシリコンの厚みを増加するようにシリコンが成長する。次に、基板が融液より引き上げられたときには、急速にシリコン層の温度低下が進行する。シリコンの場合、温度５００℃程度までシリコンが冷却されると黒鉛との熱膨張係数差により、機械的な力をほとんど加えることなしにシリコン層は基板から剥離して板状のシリコンが容易に得られるようになる。
【００７５】
また、この発明によれば、案内部材により、順次基板を可動部材に供給することができるため生産性が向上する。また、本発明では、基板はキャタピラ状に連結した構成である。本発明によれば、案内部材がたとえばキャタピラ状に連結した基板を順次送り出す構成を採用しているため、効率よく結晶シートを製造することができる。
【００７６】
また本発明では、基板は両端に立設部を有し、基板を連結するための連結部を立設部に設ける。本発明によれば、基板連結のための連結部を融液に浸漬させないようにすることができるため、連結部の破損を防止することができる。
【００７７】
また本発明では、可動部材は多角柱の形状である。本発明によれば、多角柱形状の冷却体に平坦な基板を組合せることで、基板は可動部材に対し面接触し、冷却体である可動部材と基板との接触面積が広くなる。その結果、基板の冷却効率を高めることができる。
【００７８】
また、本発明では、可動部材と基板とは凹凸形状で嵌合し合う構造である。本発明によれば、基板と冷却体としての可動部材の接触面に凹凸構造を設けることで、平面接触の場合よりも接触面積が増え、冷却効率をさらに高めることができる。また、連続して基板を可動部材に案内する場合には、動作中に基板が可動部材から外れることを防止する効果が得られる。
【００７９】
また、本発明では、平坦な基板の結晶成長面に凹凸部が形成され、凸部が点状または線状に設けられる。本発明によれば、基板の成長面を凹凸形状にすることで、凸部の先端に結晶核を発生させることができる。その結果、容易に結晶粒の大きさやシリコンシートの厚みを制御でき、所望の厚みおよび形状のシートを得ることができる。
【００８０】
また、本発明によれば、冷却体としての可動部材を回転させて可動部材の外周面に設けられた基板が融液に浸漬しているときに結晶を成長させる。融液から引き上げられたときに結晶を基板から剥離することにより、平らで反りのない結晶シートを連続的に製造することができる。また、基板を可動部材に連続的に案内することにより、基板を可動部材に連続的に供給することができるため、生産性が向上する。
【００８１】
また、本発明によれば、案内部材を用いて多数の基板を順次可動部材へ搬送させて融液に含浸して結晶成長を行ない、基板が可動部材から離れた後結晶シートの剥離を加熱室外で行なうことができるため剥離しやすくなる。また、剥離のために使用される機構が高温にさらされることがなくなる。
【００８２】
（実施の形態５）
図１３は、この発明の実施の形態５に従った結晶シートの製造装置の模式的な断面図である。図１３を参照して、この発明の実施の形態５に従った結晶シートの製造装置５０ｃは、結晶シートが形成されるべき主表面を有する板状体としての基板３と、融液８を保持する容器としてのるつぼ９と、基板３の主表面３０が融液８に接触した後融液８から離れるように基板３を移動させるために基板３を保持する可動部材２と、可動部材２を冷却するための冷却手段（図１３では示さず）とを備える。また、結晶シートの製造装置５０ｃは、基板３の主表面に形成された結晶シートを主表面から剥離する剥離手段としてのローラ１５をさらに備える。
【００８３】
基板３には貫通孔が形成されており、ローラ１５は貫通孔に嵌り合う第１の突起１５ａを有する。第１の突起１５ａが貫通孔に嵌り合ったとき第１の突起１５ａは貫通孔から突出する。
【００８４】
図１３で示すこの発明の実施の形態５に従った結晶シートの製造装置５０ｃは、融液８および表面に第２の突起２ａを有する可動部材２を備える。可動部材２の周囲には貫通孔を有する基板３が配置される。基板３が可動部材２の周囲を通過する際に、その一部または全体が融液８内に浸漬されて基板３表面に結晶シートが成長する。可動部材２から基板３を移動させた際に基板３の貫通孔から第１の突起１５ａを挿入することにより結晶シートを基板から容易かつ連続的に剥離することが可能となる。
【００８５】
可動部材２、第２の突起２ａ、基板３の材質として、高温下で十分な耐久性のある材質が要求される。たとえば、高純度の黒鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素および窒化ケイ素または窒化ホウ素などが考えられるが、価格および加工性の観点から黒鉛材料がより望ましい。また、中空状の可動部材２の内部には、ガスなどの冷媒を流し可動部材２を冷却する冷却手段が設けられる。そのため、より低融点の材料により可動部材２等を構成することも可能である。
【００８６】
結晶シートの製造装置５０ｃは、密閉可能なチャンバ（図示せず）内に設置されており、排気してチャンバ内を真空にした後に不活性ガスがチャンバ内に充填されてガスの置換が行なわれる。その場合の不活性ガスには、融液８と反応しないという条件が必要であり、アルゴンやヘリウムなどを用いることができる。値段の点において、アルゴンがより望ましい。チャンバ内では、精度よく温度分布を制御するために、複数の加熱装置を設置することが望ましい。これにより、るつぼ９内の融液８の温度分布を精度よく制御することができ、より再現性よく結晶シートを製造することが可能となる。なお、可動部材２が融液８に接した際には、急激に融液８の温度が下がるため、融液８の温度が凝固点近傍であると可動部材２の浸漬時に融液８が凝固してしまうことがある。そのため、融液８の温度はその融点より数十度高いことが望ましい。
【００８７】
るつぼ９は、可動部材２などと同様に高温下での耐久性が要求されるため通常可動部材２と同様の材質とすることが好ましい。さらに、るつぼ９には昇降機構（図示せず）が備えられていることが望ましい。これは、可動部材２の表面で結晶シートを成長させるためには、常に可動部材２が融液８に対して同じ深さで浸漬していることが必要だからである。上述のような昇降機構によって、るつぼ１０を昇降させて浸漬時の深さを一定に保つことができる。これは、原料融液または原料粉末などを融液８に順次追加していくことでも実現できる。このような装置構成とすることで、連続的に結晶シートを形成することが可能となる。
【００８８】
次に、結晶シートの製造装置５０ｃのそれぞれの構成部分について詳細に説明する。
【００８９】
図１４は、図１３で示す可動部材を拡大して示す斜視図である。また、図１５は、図１４で示す可動部材に対応した基板の斜視図である。なお、図１５で示す基板には実施の形態４と同様の立設部が設けられるが、この立設部は図１５では省略している。図１４および図１５を参照して、可動部材２の表面には第１の突起２ａが複数設けられる。第１の突起２ａは、可動部材２の回転方向に沿って設けられる。基板３は結晶シートが成長すべき主表面３０を有する。基板３に貫通孔３ａが設けられている。第１の突起２ａに対応した位置に貫通孔３ａが設けられる。基板３が可動部材２の周囲に配置されたときには、すべての貫通孔３ａに第１の突起２ａが挿入されることになる。本発明の基板３は貫通孔３ａを有する構造であり、その貫通孔３ａに冷却体としての可動部材２の第１の突起２ａが挿入されることになる。このような構造とすることにより、基板３に貫通孔があっても、可動部材２側に貫通孔３ａと一致した第１の突起２ａが存在することで、可動部材２に金属材料や半導体材料のうち少なくとも一部の融液材料が可動部材２側に浸透することはない。第１の突起２ａと貫通孔３ａの形状は、必ずしも図１４および図１５で示すような円柱である必要はない。
【００９０】
図１６から図１９は、別の局面に従った可動部材の斜視図である。図１６で示すように、第１の突起２ｂを角柱形状としてもよい。図１７で示すように、第１の突起２ｃを円錐台形状とし、上面と下面で面積または形状が異なるものとしてもよい。図１８で示すように、第２の突起２ｄを一方向に延びる柱状としてもよい。また、図１９で示すように、第２の突起２ｅが非常に大きな面積を占めるものとしてもよく、第２の突起はさまざまな形状とすることが可能である。これらの第２の突起を用いる場合には、それぞれの突起形状に対応して、基板側の貫通孔も対応した同様の形状とすることができる。すなわち、基板側の貫通孔の形状は、円錐台の貫通孔や、角柱形の貫通孔や、非常に大きな面積を占める貫通孔とすればよい。しかしながら、基板の高温化での強度や基板上に成長する結晶シートの剥離性などを考慮して設計する必要がある。
【００９１】
また、基板３の貫通孔の形状、径、数などによって、基板の温度制御を容易に行なうことができる。基板３において貫通孔３ａの配置された付近は、貫通孔３ａのない部位と比べて可動部材２との接触面積が増加または減少しており、可動部材２による基板３の冷却能力を各部位ごとに制御することが可能である。特に、可動部材２の表面の突起が直接融液８に接触する部位においては、冷却効果が著しく高い。そのため、この貫通孔３ａの配置によって基板３の成長面内の温度を均一化するだけでなく、任意の温度分布を形成することも可能である。
【００９２】
図２０〜図２３は、別の局面に従った基板の斜視図である。なお、以下に示す基板には実施の形態４と同様の立設部が設けられるが、この立設部は省略している。図１５で示した基板の表面は平坦であるが、図２０〜図２３のように、基板表面に微細な凹凸を形成することも可能である。図２０で示す基板３では、線状の凸部３ｂが形成されている。図２１で示す基板３では、点状の凸部３ｃが形成されている。ここでの線状の凸部および点状の凸部は、貫通孔３ａを有する基板の表面に溝を形成することで得ることができる。線状の凸部および点状の凸部とは、そのときの基板表面に存在する凸部のことを示す。
【００９３】
このように、基板表面に凹凸構造を設けることで、結晶シートの成長面で結晶核の発生する起点を容易に制御することが可能になる。基板表面が平坦であると、結晶核の起点を制御するのが困難なために、他の成長条件（たとえば設定温度、冷却速度など）で結晶核の起点を制御する必要がある。再現性という観点からは、凸部を設けることで、結晶成長の制御が非常に容易となる。これは、成長基板が平面であると、結晶核が発生する位置が不規則であるためデンドライト成長が支配的となり、成長する結晶シートの凹凸が大きくなる傾向があるためである。線状の凸部や点状の凸部を形成することで、デンドライト成長を抑制できるようになり、平滑性が良好になる。さらには、得られる結晶シートと基板３とが線接触あるいは点接触することにより剥離性が向上する。
【００９４】
また、図２２で示すように、基板３の表面に線状の凸部３ｂと面状の凸部３ｄを形成してもよい。また、図２３で示すように、基板３の表面に点状の凸部３ｃと面状の凸部３ｄが形成されてもよい。面状の凸部３ｄを設けることで、平坦性が向上する。平坦部だけの基板とは異なり、線状の凸部３ｂや点状の凸部３ｃが設けられ、さらに面状の凸部３ｄが部分的に設けられているため、デンドライト成長も抑制できるようになる。部分的に面状の凸部３ｄを有する基板３を用いることで、電極形成が必要なデバイスを作成する場合には、そのデバイスに適した結晶シートを形成することができる。これは、平坦部に電極を設けることで、断線せずに細い電極を形成することができるからである。さらに、面状の凸部３ｄを設けることで、微妙なシートの剥離性も容易に制御できるようになる。
【００９５】
図２２および図２３では、面状の凸部３ｄが形成されている部分に基板の貫通孔３ａを設けているが、貫通孔３ａの位置は特に限定されない。すなわち、貫通孔３ａは基板３内に存在していればよく、平坦部に設ける必要はない。平坦部に設けることで、基板３から成長した平坦なシート部分に剥離用突起部を挿入することができるため、基板が破損することがなくなるため好ましい。
【００９６】
いずれの場合であっても、基板３の表面に凹凸構造を設けることで、融液８に接触する部分である凹凸構造の凸部に優先的に結晶核が発生する。基板３が冷却されているために、発生した結晶核から結晶成長が始まる。凸部から成長した曲面状の結晶は隣り合った凸部から結晶が成長するにつれてつながり、曲面形状部を有する結晶シートが形成されることになる。
【００９７】
図２４は基板の一部分を示す斜視図であり、図２５は、図２４で示す基板を用いて得られた結晶シートの斜視図である。図２４および図２５で示すように、基板３の線状の凸部３ｂおよび面状の凸部３ｄから結晶核が発生し、それから結晶成長が始まる。そのため、得られるシートにおいて、成長が開始する部分は曲面形状を有することになる。このように凸部が存在するシートでは曲面形状を有する。一方、基板の平面形状の部分から成長した結晶シートは、平面状に形成する。このように、結晶シートの平面部は、電極を必要とする電子デバイスでは電極を形成するのに非常に最適な場所となる。
【００９８】
図２６および図２７はさらに別の局面に従った基板の断面図である。図２６および図２７を参照して、貫通孔を有する基板の凹凸構造の断面構造を説明する。図２６および図２７の違いは、基板の貫通孔３ｅおよび３ｆの深さである。すなわち、図２６では、線状の凸部３ｄおよび点状の凸部よりも低い位置に貫通孔３ｅがある。図２７では、線状の凸部３ｂ（点状の凸部でもよい）よりも高い位置に貫通孔３ｆがある。貫通孔３ｅおよび３ｆはそれぞれテーパ形状である。図２６で示す基板では、線状の凸部が形成されている場合もある。図２７では、線状の凸部３ｂと平坦な凸部３ｄとを設けた基板３を示す。円錐台形状の第２の突起を有する可動部材を用いた場合には、図２６および図２７で示すように、円錐台形状の貫通孔３ｅおよび３ｆを用いれば、貫通孔３ｅおよび３ｆと第２の突起とが一致し、融液材料が浸透することはなくなる。
【００９９】
なお、上述のような、基板表面の凹凸構造は、平坦な基板に溝を形成することで容易に作製することができる。この溝の凹部は、図２６および図２７では、Ｖ字溝の形状となっているが、Ｕ字溝、台形溝などの形状であってもよい。また、溝のピッチや深さは、シートの成長速度、剥離性などを考慮して調整することが可能である。これは、使用する金属材料または半導体材料の融液の表面張力、基板３の温度、基板３の移動速度によって成長形態がかわったり、基板３表面への接着性または剥離性に影響を及ぼすためである。
【０１００】
特に、溝のピッチ、すなわち、凸部の頂点から隣りの凸部の頂点までの距離は０．０５ｍｍ以上であることが望ましい。溝の溝のピッチが０．０５ｍｍよりも小さくなると、得られるシートの結晶粒が細かくなり、電子デバイスを作製した際には、電気特性が悪化する傾向にある。
【０１０１】
図２８〜図３０は、基板表面に形成される結晶シートの断面図である。これらの図を用いて、基板の厚みと、可動部材の第２の突起の高さの関係を説明する。図２８では、可動部材の第２の突起と、基板の貫通孔３ａが一致して設けられており、さらに、平坦な基板３上に結晶シート３００が形成されている。
【０１０２】
図２８で示したように、可動部材２の第２の突起２ａの高さと基板３の厚みを等しくすることによって、得られる結晶シート３００の成長面を平面にすることができる。しかしながら、必ずしも結晶シート３００の成長面が平板になる必要はなく、図２９および図３０で示す可動部材２の第２の突起２ａのように、第２の突起２ａの高さを基板３の厚さより小さくしたり（図２９）または第２の突起２ａの高さを基板３の厚さより大きくする（図３０）ことにより結晶シート３００の成長面に、任意の凹凸を形成することができる。これにより、任意形状の結晶シート３００を製造することが可能である。
【０１０３】
図３１〜３３は、それぞれ図２８〜図３０で示した基板と可動部材との組合せで作製した結晶シートの斜視図である。図３１で示すように、第２の突起２ａの高さと基板３の厚みが同じ場合（図２８）には、図３１で示すようにほぼ平坦な結晶シート３００を作成することが可能となる。第２の突起２ａの長さが基板３の厚みよりも小さい場合（図２９）には、図３２で示すように、結晶シート３００の表面に凸部３０１を形成することができる。逆に、第２の突起２ａの長さが基板３の厚みよりも大きい（図３０）場合には、図３３で示すように、結晶シート３００の表面に凹部３０２を形成することができる。
【０１０４】
これにより、上述の基板表面に凹凸を設けることで得られる結晶シートの凹凸（図２５参照）よりも大きい凹凸を持った結晶シートを得ることができる。また、可動部材２の第２の突起２ａの高さを変化させたり、基板３表面に凹凸構造を形成することにより、所望の形状のシートを得ることが可能となる。
【０１０５】
図３４および３５は、結晶シートを基板から剥離する工程を示す断面図である。基板上に成長したシートの剥離方法を図３４および図３５を用いて説明する。図３４で示すように、まず可動部材２の第２の突起２ａが基板３の貫通孔３ａに嵌め合された状態で基板３が融液に浸される。これにより基板３表面に結晶シート３００が成長する。なお、基板３の主表面３０には凹凸溝は形成されていない。さらに、第２の突起２ａの高さと基板３の厚みはほぼ等しい。つまり、第２の突起２ａが貫通孔３ａに嵌まり合ったとき、第２の突起２ａの頂面２ｔと基板３の主表面３０の高さとはほぼ等しい。可動部材２が基板３を融液から引き上げて結晶シート３００が成長する。その後、可動部材２の第２の突起２ａを貫通孔３ａから引き抜く。なお、基板３と結晶シート３００とは一体となっており、第２の突起２ａが貫通孔３ａから引き抜かれてもそのまま搬送することが可能となる。
【０１０６】
次に、図３５を参照して、貫通孔３ａにローラ１５の第１の突起１５ａを挿入する。これにより基板３から結晶シート３００を剥離することができる。すなわち、基板３の厚みよりも高い第１の突起１５ａを挿入することにより直接結晶シート３００を押すことができ、基板３から結晶シート３００を剥がすことができる。第１の突起１５ａが貫通孔３ａに嵌まり合ったとき、第１の突起１５ａの頂面１５ｔは貫通孔３ａから突出する。第１の突起１５ａの高さを基板３の厚みの１０５〜１２０％とすることで、第１の突起１５ａの高さを最低限に抑えることができる。第１の突起１５ａは高温条件下で非常に弱い部分であり、その高さが大きいほど高温条件下で強度が低くなる。そのために第１の突起１５ａの高さを最低限に抑えることで装置の耐久性を向上させ、本発明における結晶シートの製造装置の歩留りを向上させることができる。
【０１０７】
また、主に融液付近は非常に高温にさらされるため、装置のそれぞれの機構には耐高温性が必要とされるが、本発明における剥離機構には機械的可動部がほとんど必要ないため、高温下でも問題なく動作を続けることができる。この際、第１の突起１５ａは最低１つあればよく、可動部材２の第２の突起２ａのように基板の貫通孔３ａと同じ数である必要はない。しかしながら、第１の突起１５ａの位置は貫通孔３ａのいずれかの位置に対応している必要がある。
【０１０８】
図３６および図３７は、別の局面に従った結晶シートを基板から剥離する工程を示す断面図である。図３６および図３７で示すように、基板３の表面に線状の凸部３ｄのような溝が形成されていてもよい。この場合でも、図３６で示すように基板３の表面に結晶シート３００を成長させる。その後第２の突起２ａを貫通孔３ａから引き抜き、図３７で示すように、第１の突起１５ａを貫通孔３ａに差し込むことにより基板３から結晶シート３００を剥離することができる。この場合には、基板３の主表面が平坦である場合よりもより少ない力で剥離することができる。これは、上述のように、得られた結晶シート３００と基板３との接着力によるものである。すなわち、基板３表面に線状の凸部３ｂまたは点状の凸部が形成されることにより、基板３と結晶シート３００との接触が点接触または線接触になる。その結果、平坦な基板を用いた場合よりも接触面積が少なくなるためである。
【０１０９】
このように、基板３の表面に貫通孔３ａを形成し、成長面に凹凸構造を設けることで、基板３表面に容易に結晶シート３００を成長させるだけでなく、さらに容易に剥離することもできる。
【０１１０】
以上のことから明らかなように、基板３の表面と結晶シート３００との接着力は、結晶シート３００を成長させ剥離するのに重要な因子である。
【０１１１】
次に、その密着力の制御方法について説明する。図３８は、ある材質で構成した基板の斜視図であり、図３９は、別の材質で構成された突起を有する可動部材の斜視図である。すなわち、図３８では、窒化ホウ素板３ｘにより基板３が構成されている。なお、基板３は主表面３０と貫通孔３ａとを有する。図３９を参照して、可動部材２の第２の突起２ａは炭化ケイ素柱２ｘにより構成される。すなわち、第２の突起２ａの先端と基板３の表面とを異なる材質で構成することによって、同一の結晶シートの成長面内において複数の異なる剥離性および接着性を持つ材質を用いることが可能となる。これにより、接着性を制御することが可能となる。たとえば、図３８および図３９における主表面３０で結晶シートとの接着性の低い材質を選定し、一方で、第２の突起２ａ先端部で結晶シートとの接着性の高い物質を選定することにより、これらの２種類の物質の中間的な接着性を実現することが可能となる。これは、基板３の開孔率すなわち、貫通孔３ａの径および数によってさらに制御することが可能となる。
【０１１２】
また、上述のような組合せの際には、基板３が可動部材２から移動し第２の突起２ａの先端部が結晶シート３００から離れることによって基板３と結晶シート３００との接着性が極端に下がることになる。そのため、条件によっては、搬送中に結晶シート３００が基板３から不意に剥離し落下することがある。しかしながら、基板３における開孔率および貫通孔３ａの配置を最適化することで基板３と結晶シート３００との接着性を制御することが可能となる。
【０１１３】
逆に、基板３の主表面３ａを結晶シート３００との接着性の高い物質で構成し、第２の突起２ａの先端部に結晶シート３００との接着性の低い物質を選ぶことにより落下を防止することができる。
【０１１４】
基板３の主表面３ａおよび第２の突起２ａの先端には、結晶シート３００との適度な接着性も要求される。結晶シート３００との接着性が高い基板３を用いた際には、結晶シート３００が基板３に固着し剥離が難しくなる。一方で、結晶シート３００との接着性が低い基板３を用いた場合には、結晶シート３００が成長しにくくまた搬送中に結晶シート３００が落下してしまい回収できなくなるおそれがある。そのため、基板３には微妙な接着性が要求されるが、第２の突起２ａの先端と基板３の主表面３０とを異なる材質で構成することで、非常に容易に剥離性と接着性の両立が実現可能となる。
【０１１５】
基板３を構成する材質および第２の突起２ａを構成する材質として、炭化ケイ素、窒化ケイ素および窒化ホウ素が挙げられる。これらの材質は、融液の材料および使用温度によって適宜選択することが可能である。融液としてシリコンを用いる場合には、基板３および第２の突起２ａを炭化ケイ素、窒化ケイ素または窒化ホウ素で形成することがよい。
【０１１６】
さらに、基板３の主表面３０および可動部材２の第２の突起２ａの先端部だけ、上述の材料を被覆するだけでも十分剥離性および接着性を制御することが可能となる。このときには、可動部材２の第２の突起２ａの材料および基板３の主表面３０の材料と被覆材料との熱膨張係数の差をできるだけ近い値にしておく必要がある。すなわち、あまりにも熱膨張係数が違いすぎると被覆材料が剥離するおそれがあるためである。また、被覆材料は単層である必要はなく、多層構造にすることも可能である。また、このような被覆をすることにより、第２の突起２ａからの汚染を防ぐことが可能となる。しかも、熱伝導性の制御も容易となる。
【０１１７】
次に、図４０を用いて搬送機構を説明する。図４０は、剥離工程を説明するための図である。剥離手段としてのローラ１５は、基板３の貫通孔３ａに嵌り合う第１の突起１５ａを有する。第１の突起１５ａが貫通孔に嵌り合ったとき第１の突起１５ａは貫通孔３ａから突出する。ローラ１５は回転可能でありローラ１５の回転方向に沿って第１の突起１５ａが設けられている。ローラ１５は矢印Ｒで示す方向に回転することが可能である。
【０１１８】
第１の突起１５ａが基板３の貫通孔３ａに嵌め合されると基板３からは結晶シート３００が剥離する。剥離された結晶シート３００は何らかの搬送機構を用いて装置外部へ取出す必要があるが、この実施の形態では、ある角度を持たせた滑り台状のガイド２００により取出される。これにより、剥離された結晶シート３００は、自重または後から送り出される結晶シート３００によって押出され、滑り台状のガイド２００上をすべり、径外へ持ち出すことが可能となる。また、剥離部分の温度にもよるが、ベルトコンベアを用いて剥離された結晶シート３００を取出すことも可能である。また、剥離された結晶シート３００は、ある程度チャンバ内にストックされて、複数枚取出される方法でもよい。いずれの方法においても、結晶シートの製造装置の密閉性を保持するため、エアカーテンや２段階式取出し室などを設ける必要がある。
【０１１９】
（実施の形態６）
図４１は、この発明の実施の形態６に従った結晶シートの製造装置の模式的な断面図である。図４１を参照して、この発明の実施の形態６に従った結晶シートの製造装置５０ｄでは、基板１３０のそれぞれが連結されていない点で実施の形態５で示す装置と異なる。複数の基板１３０はそれぞれ連結されておらず案内部材としてのレール１４０上を滑る。
【０１２０】
この実施の形態においては、基板１３０が装置内で循環するのではなく、外部から順次送り込みおよび送り出しをされている点で実施の形態５と異なる。実施の形態５と比較した場合に、本体チャンバ１の開孔部が増えるため、空気を含む不純物が本体チャンバ１内へ入りやすくなる。これを防ぐために、より精度の高い密閉性を保持するための機構が必要となる。
【０１２１】
また、基板１３０を本体チャンバ１の外に取出すために、基板１３０に与える温度差が大きくなり、基板１３０の連続耐用回数が下がる。しかしながら、結晶シート３００の剥離および剥離後の搬送を低温下で行なえるため歩留まりが高いという利点がある。また、実施の形態５では基板３のすべてが数珠つなぎになっていたために１つの基板３が破損すると運転が完全に停止してしまうが、実施の形態６の結晶シートの製造装置５０ｄでは基板１３０はレール１４０上に配置されているだけでありそれぞれの基板１３０は連結していないため基板１３０が１つまたは複数破損してもそれによって運転を停止する必要は必ずしもない。そのため、連続生産性および量産性に優れている。なお、この実施の形態６で示す結晶シートの製造装置５０ｄの主要な構成については、上述の実施の形態５と同様である。すなわち、軸１００内には冷却手段としてのノズル１１０が設けられており、可動部材２および基板３を冷却する。
【０１２２】
製造装置に導入された基板１３０は、レール１４０上を滑り、可動部材２に達する。可動部材の第２の突起２ａが基板１３０の貫通孔（図４１では示さず）に嵌め合わされて基板１３０が送り出される。また、基板１３０の主表面が冷却されて融液に接触することで、融液成分が主表面に凝固成長する。
【０１２３】
送り出された基板１３０と基板の主表面１３３に成長した結晶シートは、加熱室から外部に出された後に、ローラ１５を通過する際に、貫通孔に第１の突起１５ａが差し込まれて主表面から結晶シート３００が剥離する。その後、結晶シート３００は滑り台またはベルトコンベアなどの搬送機構によって取出され結晶シート３００を得ることができる。なお、ベルトコンベアは、ベルト３３０とローラ３２０とにより構成される。
【０１２４】
また、基板１３０は必要であれば、洗浄および／または研磨等の処理をした後、再びレール１４０に載せられて結晶シートの製造装置５０ｄ内に順次送り込まれる。
【０１２５】
図４２および図４３は、実施の形態６に従った基板の斜視図である。図４２を参照して、１つの局面に従った基板１３０は、コの字状のベース部分１３２と、ベース部分１３２の両側に形成されたフック型のガイド１３１とを有する。ガイド１３１により溝部１３１ａが形成されており、この溝部１３１ａに２本のレール１４０が嵌め合される。レール１４０に嵌め合された基板１３０は、重力、可動部材２の駆動力およびローラ１５の駆動力によって順次送り出される。また、ベース部分１３２には貫通孔１３０ａが形成されており、主表面１３３は融液に浸漬される。
【０１２６】
さらに、図４３で示すように、基板１３０の表面には線状の凸部１３０ｂおよび点状の凸部（図４３では図示せず）および面状の凸部１３０ｄを形成することも可能となる。この基板１３０の表面の凹凸機構は、上述の図２０〜２３で示したような形状とすることが可能である。また、貫通孔も円錐台形状や角柱形状にすることができる。貫通孔１３０ａの形状、径、数、平坦部の有無、突起の被覆材料などは適宜に選択して使用することができる。
【０１２７】
このような本発明によれば、搬送機構により基板を移動させた後に、連続的に結晶シートを基板から剥離することができる。本発明においては極めて簡易な機構による剥離が可能であり、高度の設備および制御が必要なく、剥離プロセスの低コスト化が可能である。
【０１２８】
また、主に融液付近は非常に高温にさらされるためそれらの装置のそれぞれの機構には耐高温性が必要とされるが、本発明における連続剥離機構には、機械的可動部がほとんど必要ない。その結果、高温下でも問題なく動作を続けることができる。
【０１２９】
なお、剥離用の第１の突起の数は、基板の貫通孔の数以下であればよく、必ずしも基板の貫通孔の数と同じ数の突起は必要ない。これにより、高温下で機械的強度の低い部分である突起の数を減らすことができる。また、突起が何らかの原因により結晶シート作製中に破損した場合も最低１つの突起が残っていれば結晶シートを剥離させることが可能であり、本発明により歩留りの高い剥離機構を提供することができる。
【０１３０】
また本発明によれば、結晶シートの成長面である基板の平面を平坦に構成することが可能であり平坦な結晶シートを基板表面上に成長させることが可能である。これにより、電極接地部分などの良好な接触が要求される部分の平坦化が可能である。また、凹凸を約８０μｍ程度として基板を平坦化することによって搬送に真空チャックなどのプロセスを使用することも可能である。これにより、プロセスコストの低減および歩留りの向上などに大きく貢献することができる。
【０１３１】
さらに、可動部材の第２の突起の高さを基板の厚みより大きくすることまたは小さくすることで、基板表面の結晶シート成長面に凹部または凸部を形成し、任意形状の結晶シートが得られる。さらに、基板から結晶シートを剥離するためには、剥離用の第１の突起の高さは第２の突起の高さよりも大きい必要がある。また同時に、剥離用の第１の突起の高さを第２の突起の高さの１０５〜１２０％程度とすることにより、剥離用の第１の突起の高さを最低限に抑えることができる。第１の突起は高温条件下で機械的強度が低い。その高さが大きいほど機械的強度が低くなる。第１の突起の高さを最低限に抑えることで装置の耐久性を向上させ、本発明における結晶シート製造装置の歩留りを向上させることができる。
【０１３２】
また、本発明によれば、第２の突起の先端部と基板の主表面とを異なる材質で構成することによって、同一の結晶シートの成長面内において複数の異なる接着性を持つ材質を用いることが可能となる。また、本発明によれば、基板の表面に凹凸を設けることで、結晶シートの基板表面側に任意形状の凹凸を作製することが可能である。これにより、たとえば結晶シートの任意の箇所にのみピラミッド状の凹凸形状やＶ溝のような任意形状の表面を作製することが可能となる。結晶シートを太陽電池として用いる場合には、光閉込め構造のために結晶シートの表面の一部に凹凸を形成する一方で電極接地部には、電極と結晶シートとの良好な接触のために接触面を平坦化するということも可能である。
【０１３３】
本発明によれば、太陽電池の重要な課題である低コスト化が可能となる。つまり、原料損失の低減、スライスコスト低減および剥離性の制御による歩留りの向上を図ることができる。さらに、研磨やグルーブ加工などのプロセスによらずに結晶シート表面に任意形状の凹凸を作製することができる。また、温度分布制御を用いた結晶核発生の制御による結晶品質の向上を図ることもできる。
【０１３４】
【実施例】
以下、この発明の実施例について具体的に説明するなお、以下の実施例においては、融液の温度は１４３０〜１４５０℃の範囲とし、可動部材の回転数は毎分０．１〜２０回転の範囲とした。冷却ガスの流量は毎分０〜８００ｄｍ3とした。
【０１３５】
可動部材２および基板３の形状については、それぞれ図１４および図２８から図３０で示すものを用いた。また、基板３表面の開孔率（主表面３０の面積に対する貫通孔３ａの面積の割合）は５〜７５％とした。またそれぞれについて、第２の突起２ａの高さが基板３の厚みよりも大きいもの、小さいものおよび等しいものを用いた。第２の突起２ａの先端および基板３の表面について被覆層が有るものおよび無いものでの実験を行なった。また、被覆層を構成する場合には、炭化ケイ素、窒化ケイ素または窒化ホウ素のいずれかで被覆を行なった。さらに、各実施例において得られた結晶シートから簡単なプロセスで太陽電池を作製した。
【０１３６】
（実施例１）
まず、実施の形態５で説明した結晶シートの製造装置５０ｃを用いて結晶シートを作製した。基板３を５０枚連結し、循環系を構成した。循環系をほぼ１周させて実験を行なった。実験条件は上述の範囲とした。詳細な条件および手順を以下に示す。
【０１３７】
まず、図１７で示すような第２の突起２ｃを有する可動部材２を用意した。また、この第２の突起２ｃに対応した形状の貫通孔を有する基板３を準備した。基板３表面での開孔率を５０％とした。基板３の主表面３０を窒化ケイ素で被覆した。第２の突起２ｃの先端は特に被覆を行なわなかった。また、基板３の結晶シートの成長面は平面のものとした。つまり、表面に溝を形成しなかった。質量１０ｋｇのシリコン原料（純度９９．９９９９９９９９９％）を高純度の黒鉛製のるつぼ内に入れた。チャンバ内を圧力６．７×１０-3Ｐａまで減圧した。チャンバ内にアルゴンガスを導入して常圧にした。以後は毎分１０ｄｍ3でチャンバ上部よりアルゴンガスを流し続けた。
【０１３８】
続いて、チャンバ内を温度１５００℃まで昇温して完全にシリコンを融解した。さらに新たにシリコン原料を投入して湯面位置を所定の位置に設定した。その後、チャンバ内を温度１４３０℃まで温度を下げた。３０分間その状態のまま保持してチャンバ内部およびシリコンの融液８の温度を安定化させた。続いて、図１３で示す可動部材２を毎分０．５回転の速度で回転させながら可動部材２の内部に冷却ガスとして窒素ガスを毎分７００ｄｍ3で導入し、内部から可動部材２を冷却した。その後、るつぼ９を徐々に上昇させて可動部材２をシリコンの融液８に浸漬しほぼ循環系を１周させた。それと同時に、基板３の主表面にシリコンの結晶シートが成長した。この基板３を順次可動部材２から送り出し、ローラ１５で基板３からシリコンの結晶シートを剥離させた。
【０１３９】
図４４は、太陽電池の製造プロセスを示す工程図である。まず、上述の工程で製造したシリコンの結晶シート（基板）を洗浄した（ステップＳ５０１）。次に、シリコンの結晶シートをアルカリエッチングした（ステップＳ５０２）。結晶シートにｎ+層を拡散して形成した（ステップＳ５０３）。結晶シートの表面に反射防止膜を形成した（ステップＳ５０４）。結晶シートの裏面をエッチングした（ステップＳ５０５）。結晶シートの裏面にアルミニウムをペースト印刷し、焼成した（ステップＳ５０６）。受光面に銀ペーストを印刷し焼成した（ステップＳ５０７）。これにより、太陽電池を作製した。この太陽電池の寸法は縦×横が２ｃｍ×２ｃｍとした。この太陽電池の変換効率を測定したところ１２％であった。
【０１４０】
（実施例２）
ここでは、実施の形態６にしたがった装置で結晶シートを作製した。基板１３０を順次送り込み６０枚の基板１３０を融液８に浸漬させて実施例１と同様の条件で結晶シートを作製し、その結晶シートを元に太陽電池を作製したところ実施例１と同様の結果を得た。
【０１４１】
（実施例３〜実施例６）
実施例３〜実施例６では、基板３の表面に凹凸形状を形成したこと以外は実施例１と同様の方法で行なった。すなわち、実施例３では図２０で示す基板３を用いた。実施例４では図２１で示す基板を用いた。実施例５では図２２で示す基板を用いた。実施例６では図２３で示す基板を用いた。それぞれの溝のピッチは１ｍｍとした。溝の深さは１ｍｍとした。図２２および２３において、面状の凸部３ｄの幅は５ｍｍとした。それぞれの基板３を用いて作製した太陽電池の特性を表１に示す。
【０１４２】
【表１】
0004121697.tif 000002
【０１４３】
（実施例７）
まず、比抵抗が２Ω・ｃｍとなるようにボロンの濃度を調整したシリコン原料を用意した。このシリコン原料を高純度のカーボン製のるつぼに保護された石英製のるつぼに入れた。そのるつぼを図４１で示す本体チャンバ１内に固定した。本体チャンバ１内を減圧し、圧力を６．７×１０-1Ｐａ以下とした。その後、本体チャンバ１内にアルゴンガスを導入し、常圧とした。その後は、常に１ｄｍ3／分でチャンバ上部よりアルゴンガスを流出させた。
【０１４４】
次に、シリコンを溶解させるためにヒータ４の温度を１５５０℃とした。これにより、完全にシリコンを溶融状態とした。このとき、シリコン原料は溶解することで液面が低くなったため、追加投入管（図示せず）により、新たにシリコン原料を投入して、湯面位置を所定の位置とした。その後、シリコン融液の温度を１４５０℃とし３０分間そのまま保持し、融液温度の安定化を図った。
【０１４５】
次に、可動部材２を回転させずに窒素ガスの流量を７００ｄｍ3／分で可動部材２に吹き付け冷却した。このとき用いた基板１３０の表面には、図４３で示すような線状の凸部１３０ｂと面状の凸部１３０ｄを形成した。基板１３０の貫通孔１３０ａが面状の凸部１３０ｄに形成される。線状の凸部１３０ｂのピッチは０．５ｍｍとし、面状の凸部１３０ｄの幅は２ｍｍとした。基板１３０の外寸法は３０ｍｍ×３０ｍｍとした。その後、るつぼ９を徐々に上昇させ、基板１３０表面が深さ５ｍｍまで浸漬する位置にまでるつぼ９を上昇させた。可動部材２を５ｒｐｍ（毎分の回転数）で回転させ、シリコンの結晶シートを作製した。
【０１４６】
次に、連続的に基板１３０を投入することにより、シリコンの結晶シートが成長した基板１３０も順次送り出された。その後、基板１３０ごと本体チャンバ１の外へ搬送し、剥離用のローラ１５も回転させることにより、基板１３０からシリコンの結晶シート３００を剥離した。このとき得られたシリコンの結晶シート３００は基板１３０から容易に剥離することができた。
【０１４７】
シリコンの結晶シート３００は、基板１３０のサイズとほぼ一致しており、縦×横が３０ｍｍ×３０ｍｍであった。得られたシリコンの結晶シート３００の厚みは厚い部分で約０．４ｍｍ、薄い部分で約０．２５ｍｍであった。
【０１４８】
次に、得られたシリコンの結晶シート３００を用いて、太陽電池の作製を行なった。得られたシリコンの結晶シートを、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ない、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なった。その後、ＰＯＣｌ3を拡散させてｐ型基板にｎ型層を形成した。結晶シート表面に形成されるＰＳＧ（リンシリケイトガラス膜）をフッ酸で除去した後、太陽電池の受光面となるｎ型層上にプラズマＣＶＤを用いてシリコン窒化膜を形成した。次に、太陽電池の裏面側となる面に形成されているｎ型層を硝酸とフッ酸との混合溶液でエッチング除去した。これにより、ｐ型基板を露出させた。その上に裏面電極およびｐ+層を同時に形成した。
【０１４９】
次に受光面側の電極をスクリーン印刷法を用いて形成した。このとき、図２５で示すようにシリコンの結晶シートの平坦部に電極が形成されるようにスクリーン印刷を行なった。その後、はんだディップを行ない太陽電池を作製した。作製した太陽電池について、ＡＭが１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の照射条件でセル特性を測定した。測定結果は、短絡電流が２９．８ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧が５９４ｍＶ、フィルファクタが０．７３、効率が１２．９％であった。
【０１５０】
（実施例８）
実施例８では、ニッケルシートの作製を行なった。ニッケル原料を高純度アルミナ製のるつぼ９内に入れ、そのるつぼ９を図１３で示す結晶シートの製造装置５０ｃのチャンバ内に固定した。チャンバ内の圧力を６．７×１０-2Ｐａ以下とした。その後、チャンバ内にアルゴンガスを導入し、常圧とした。その後は常に１ｄｍ3／分でチャンバ上部よりアルゴンガスを流出させた。
【０１５１】
次に、ニッケル溶解用のヒータの温度を１５６０℃とし、完全にニッケルを溶融状態とした。このとき、ニッケル原料は溶融することで液面が低くなることから、追加投入管により、新たにニッケル原料を導入することで湯面位置を所定の位置とした。その後、ニッケルの融液８の温度を１４７０℃とし、３０分間そのまま保持し、融液８の温度の安定化を図った。
【０１５２】
次に、可動部材２を５ｒｐｍで回転させたまま、窒素ガスの流量を１４００ｄｍ3／分として可動部材２の内部に吹き付け可動部材２を冷却した。このとき用いた基板３の表面には、図２１で示すように点状の凸部３ｃを形成した。点状の凸部３ｃのピッチは０．０７ｍｍであり、溝の深さは０．０７ｍｍであり、基板３の外寸法は縦×横が２０ｍｍ×２０ｍｍとした。
【０１５３】
その後、るつぼ９を徐々に上昇させ、基板３が深さ５ｍｍまで浸漬する位置までるつぼ９を上昇させた。これによりニッケルシートを作製した。得られたニッケルのシートの厚みは、厚い部分で６００μｍ、薄い部分で４５０μｍであった。
【０１５４】
（実施例９）
実施例９では、アルミニウムのシートの作製を行なった。アルミニウム原料を高純度の黒鉛製のるつぼ９内に入れ、そのるつぼ９を図１３で示すような結晶シートの製造装置５０ｃのチャンバ内に固定した。チャンバ内の圧力を１．３Ｐａ以下とした。その後、チャンバ内にアルゴンガスを導入し常圧とした。その後は、常に流量０．５ｄｍ3／分でチャンバ上部からアルゴンガスを流出させた。
【０１５５】
次に、ヒータの温度を８００℃とし、完全にアルミニウムを溶融状態とした。このとき、アルミニウム原料は溶解することで液面が低くなるため、追加投入管により新たにアルミニウム原料を投入することで湯面位置を所定の位置に合わせた。
【０１５６】
その後、アルミニウム融液の温度を７００℃とし、５分間そのまま保持し、融液温度の安定化を図った。
【０１５７】
次に、可動部材２を１０ｒｐｍで回転させたまま、窒素ガスの流量を８００ｄｍ3／分として可動部材２内部に吹き付け可動部材２を冷却した。このとき用いた基板３には、図２０で示すような線状の凸部３ｂが形成されていた。凸部３ｂのピッチは０．０７ｍｍであり、溝の深さは０．０７ｍｍであり、基板３の外寸は縦×横が１５ｍｍ×１５ｍｍであった。
【０１５８】
その後、るつぼ９を徐々に上昇させ、基板３が５ｍｍの深さまで浸漬する位置にまでるつぼ９を上昇させアルミニウムのシートを作製した。
【０１５９】
これにより得られたシートの厚みは厚い部分で３００μｍ、薄い部分で１５０μｍであった。
【０１６０】
（実施例１０）
図４５は、実施例１０で用いた結晶シートの製造装置の模式的な断面図である。実施例１０では、図４５に示す装置を用い、結晶シートの製造装置５０ｅ以外の条件はすべて実施例７とすべて同じ条件としてシリコン結晶シートを作製した。図４５を参照して、本実施例においては剥離手段４０２および可動部材４０１が回転しない。剥離手段４０２および可動部材４０１は、矢印４０２ａおよび４０１ａで示す方向に上下動する。可動部材４０１内には冷却手段としてのノズルが設けられており、ノズルから噴出する冷却ガスが可動部材４０１および可動部材４０１に接する基板を冷却する。
【０１６１】
まず、可動部材４０１について説明する。図４６を参照して、ベルト状の案内部材１９によりキャタピラ状に基板３が連結され順次送られてくる。テンションロール４００によってキャタピラには一定のテンションがかかっている。
【０１６２】
図４７を参照して、回転しない可動部材４０１が上部から基板３を押込み、基板３をシリコン融液８に浸漬させる。その後、可動部材４０１が上昇し、図４６で示す状態に戻る。基板３が１枚分だけ矢印４０３で示す方向に送り出され、続いて可動部材４０１は下降して次の基板３をシリコン融液８に浸漬させる。これを繰返すことにより、順次シリコンシートを作製することができた。
【０１６３】
次に、剥離手段４０２について説明する。図４８を参照して、キャタピラ上に連結されて基板３が順次送られる。回転しない剥離手段４０２が上下動することによって基板３から結晶シート３００を剥離させ、ベルト３３０を有するベルトコンベアを用いて矢印３１０で示す方向に結晶シート３００を運搬して取出すことができた。剥離手段４０２は、図４８で示すように１つでも十分であるが、複数設置した場合も同様に効率よく結晶シート３００を取出すことができた。
【０１６４】
また、基板３を順次動かし続けるためには、可動部材４０１および剥離手段４０２が、基板３に同期して基板３の移動方向へも可動することが望ましい。なお、剥離手段４０２は突起４０２ｂを有する。また、図４８では案内部材１９は省略している。
【０１６５】
以上、この発明の実施の形態および実施例について説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【０１６６】
今回開示された実施の形態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。
【０１６７】
【発明の効果】
この発明に従えば、基板を冷却された可動部材に接触させて冷却しながら結晶シートを成長させることで、基板と融液が反応することを防ぎ、基板に沿った平面形状を有する結晶シートを得ることができる。また、基板をキャタピラ状に連結し、冷却体と接触している部分で結晶成長させ、基板ごと加熱室外へ搬送することで加熱室外への搬送が容易になる。また、剥離回収を加熱室外で行なうため、結晶シートの基板からの剥離が容易となる。さらに、真空チャッキングなどの回収治具も温度が低い領域に設置されるため、耐熱性を考慮しなくてもよく設計しやすい。さらに、基板を冷却体に連続的に供給するため生産効率が向上する。
【０１６８】
また、キャタピラ状に連結した基板の連結部を融液に浸漬させないことにより、融液が可動部に浸透することによる破損を防止することができる。
【０１６９】
また、冷却体である可動部材と基板との接触面を凹凸形状とすることで、その接触面積を広くすることができ、効率よく基板を冷却することができる。
【０１７０】
また、可動部材の周囲に配置した基板に貫通孔を設け、可動部材にはそれに対応した突起を設けることで、連続的に基板から結晶シートを剥離することが可能となった。機械的可動部分をほとんど必要としないため、シリコン融液を用いるような高温下でも問題なく動作させることができる。
【０１７１】
また、上述の突起によって任意の凹凸形状を持った結晶シートの作製が可能である。これにより製造される結晶シートの形状が大まかに定められることで、結晶シートを加工する際の手間が省け、低コスト化が望まれる。また、基板表面と突起先端部とを結晶シートとの接着性の異なる２種類以上の材質で被覆することで、基板と結晶シートとの接着性の制御を容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に従った結晶シートの製造装置の模式的な断面図である。
【図２】  可動部材を拡大して示す斜視図である。
【図３】  図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た断面を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態２に従った可動部材の断面図である。
【図５】  この発明の実施の形態３に従った基板の断面図である。
【図６】  この発明の実施の形態３の別の局面に従った基板の斜視図である。
【図７】  この発明の実施の形態３のさらに別の局面に従った基板の斜視図である。
【図８】  この発明の実施の形態３のさらに別の局面に従った基板の斜視図である。
【図９】  この発明の実施の形態４に従った結晶シートの製造装置の模式的な断面図である。
【図１０】  図９で示す可動部材を拡大して示す斜視図である。
【図１１】  図１０中のＸＩ−ＸＩ線に沿って見た断面を示す図である。
【図１２】  キャタピラ状に連結された基板の構成を示す斜視図である。
【図１３】  この発明の実施の形態５に従った結晶シートの製造装置の模式的な断面図である。
【図１４】  図１３で示す可動部材を拡大して示す斜視図である。
【図１５】  図１４で示す可動部材に対応した基板の斜視図である。
【図１６】  この発明の別の局面に従った可動部材の斜視図である。
【図１７】  この発明のさらに別の局面に従った可動部材の斜視図である。
【図１８】  この発明のさらに別の局面に従った可動部材の斜視図である。
【図１９】  この発明のさらに別の局面に従った可動部材の斜視図である。
【図２０】  この発明の別の局面に従った基板の斜視図である。
【図２１】  この発明のさらに別の局面に従った基板の斜視図である。
【図２２】  この発明のさらに別の局面に従った基板の斜視図である。
【図２３】  この発明のさらに別の局面に従った基板の斜視図である。
【図２４】  基板の一部分を示す斜視図である。
【図２５】  図２４で示す基板を用いて得られた結晶シートの斜視図である。
【図２６】  この発明のさらに別の局面に従った基板の断面図である。
【図２７】  この発明のさらに別の局面に従った基板の断面図である。
【図２８】  基板表面に形成される結晶シートの断面図である。
【図２９】  基板表面に形成される結晶シートの断面図である。
【図３０】  基板表面に形成される結晶シートの断面図である。
【図３１】  図２８で示す基板の斜視図である。
【図３２】  図２９で示す基板の斜視図である。
【図３３】  図３０で示す基板の斜視図である。
【図３４】  結晶シートを基板から剥離する工程を示す断面図である。
【図３５】  結晶シートを基板から剥離する工程を示す斜視図である。
【図３６】  別の局面に従った結晶シートを基板から剥離する工程を示す断面図である。
【図３７】  別の局面に従った結晶シートを基板から剥離する工程を示す断面図である。
【図３８】  ある材質で構成された基板の斜視図である。
【図３９】  別の材質で形成された突起を有する可動部材の斜視図である。
【図４０】  剥離工程を説明するための図である。
【図４１】  この発明の実施の形態６に従った結晶シートの製造装置の模式的な断面図である。
【図４２】  この発明の実施の形態６の１つの局面に従った基板の斜視図である。
【図４３】  実施の形態６の別の局面に従った基板の斜視図である。
【図４４】  太陽電池の製造プロセスを示す工程図である。
【図４５】  実施例１０で用いた結晶シートの製造装置の模式的な断面図である。
【図４６】  図４５で示す装置の動作を説明するための図である。
【図４７】  図４５で示す装置の動作を説明するための図である。
【図４８】  剥離手段の動作を説明するための図である。
【図４９】  従来のシリコンリボン法によるシリコンの製造方法の概略図である。
【図５０】  従来のシリコンリボン製造装置の概略図である。
【符号の説明】
２  可動部材、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  第２の突起、３，１３０  基板、３ａ  貫通孔、３ｂ，３ｃ，３ｄ  凸部、８  融液、９  るつぼ、１５  ローラ、１５ａ  第１の突起、１９  案内部材、３０  主表面、１１０  ノズル、１４０レール、３００  結晶シート。
【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】
0004121697.tif 000007
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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