[发明专利]太阳能电池用多晶硅及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是涉及一种太阳能电池用多晶硅及其制造方法。

背景技术

太阳能电池是可将光能直接转变为电的半导体的一种。由于可不排出导致地球变暖的二氧化碳或有害废气而发电，因此作为清洁的发电方法而受到注目，也作为一般家用电源开始普及。根据用作基板的半导体，太阳能电池可分为几个种类，可大致分为硅类和化合物类。目前，市场上供应的太阳能电池的大部分为硅类。硅类太阳能电池进一步分为单晶型和多晶型，由于多晶型在降低成本方面有利，因此成为主流。

作为多晶硅的制造方法之一，已知有使用铸模培养熔融硅、使其凝固的浇铸法。作为铸模，可使用石英坩埚或石墨坩埚。此时，为了防止硅粘着在铸模、且防止因凝固时的热应力所致的硅破裂，通常在铸模内表面涂布由氮化硅（Si₃N₄）形成的脱模剂。

然而，若多晶硅中含有杂质，即便其为极微量也会对转换效率等电池性能造成不良影响，因此通常要求6N以上的高纯度硅。因此，在多晶硅的制造中，为了不使脱模剂所含的微量Fe、C、Al和Ca等杂质扩散到硅内而降低硅的纯度，期待使用不含杂质的高纯度脱模剂。杂质中，Fe对硅的扩散常数较大，因此特别期待切实从脱模剂中将其除去。

因此，在日本特开2007-261832号公报（专利文献1）中记载，对于通过在氮化硅脱模剂粉末中添加有水的混合物，反复进行使用球磨机的捏炼和使用特氟龙（Teflon）（注册商标）涂覆的磁搅拌子搅拌，可将氮化硅脱模剂粉末所含的Fe浓度降低至20ppm以下，并且在实施例中记载将Fe浓度降低至5ppm。

专利文献

专利文献1：日本特开2007-261832号公报

发明内容

然而，根据本发明者的研究可知，即便氮化硅脱模剂中所含的Fe浓度减少至5ppm左右仍不足够，多晶硅的培养中，Fe依然从脱模剂扩散至硅侧，在硅表层形成载流子寿命较短的区域。载流子寿命直接关系到太阳能电池的转换效率，因此为了获得高的转换效率，较理想为多晶硅具有长的载流子寿命。此外，若将载流子寿命较短的硅表层作为边角料削去，则也会产生产率降低的问题。

因此，本发明的课题之一是提供一种切实排除Fe引起的表层的载流子寿命较短区域的多晶硅，另一课题是提供一种用以制造上述多晶硅的方法。

本发明者为了解决上述课题而反复深入研究，结果发现，仅抑制脱模剂中的Fe浓度仍不足够，重要的是对涂布于铸模的脱模剂的厚度也进行控制，当氮化硅脱模剂中的Fe浓度与涂布于铸模的脱模剂的厚度满足特定关系时，才能切实消除Fe引起的表层的寿命较短的区域。

具体而言，发现使用氮化硅作为脱模剂的材料，将脱模剂中的Fe浓度设为x（原子ppm），将涂布于铸模的脱模剂的厚度设为y（μm），满足x≦5.0、20≦y≦100、x×y≦100的条件，在涂布有脱模剂的铸模内制造多晶硅时，寿命良好的区域急剧扩大。通过该制法得到的多晶硅在表面未研磨的状态下，最表面的Fe浓度为1原子ppm以下，通常为低至检出下限以下（10ppb以下）。在Fe浓度为1原子ppm以下时，可忽略Fe所致的对寿命的不良影响（K.A.Yamakawa,“The Effects of Impurities on the Performance of Silicon Solar Cells”,JPL Publication,1981年9月1日）。若最表面的Fe浓度为1原子ppm以下，则根据扩散原理，其内部的Fe浓度会更低。

因此，本发明的一方面是一种多晶硅的制造方法，所述制造方法包括在铸模上涂布在氮化硅粉末中混合粘合剂和溶剂而制成的脱模剂，在该铸模内使熔融硅凝固，其特征在于：将氮化硅粉末中作为杂质含有的Fe浓度设为x（原子ppm），将涂布于铸模的脱模剂的厚度设为y（μm），满足x≦5.0、20≦y≦100以及x×y≦100。

本发明的多晶硅的制造方法的一个实施方式中，经过使盐酸或王水与氮化硅粉末接触的步骤，降低氮化硅粉末中的Fe浓度，上述步骤是在超声波中和/或在粉碎机中进行，所述粉碎机使用不以Fe作为材料的粉碎介质。

本发明所述的多晶硅的制造方法的另一实施方式中，x≦1.0。

进一步，本发明所述的多晶硅的制造方法的另一实施方式中，30≦y≦80。

本发明所述的多晶硅的制造方法的一个实施方式中，x×y≦30。

进一步，本发明所述的多晶硅的制造方法的另一实施方式中，盐酸或王水的温度为60～100℃。