[发明专利]多晶硅锭制造方法、多晶硅锭的用途的制造方法和多晶硅锭

说明书

本发明的目的在于提供能够以良好的控制性制造晶体缺陷密度低、优选作为太阳能电池用锭的高品质的多晶硅锭的多晶硅锭制造方法，由此以低价格提供高品质的多晶硅锭及其用途。在坩埚3的底板上表面上配置平均结晶粒径为15mm以下的多晶硅块1，然后将硅原料2投入至坩埚内，使投入的硅原料熔融后，使其定向凝固，制造多晶硅锭。

技术领域

本发明涉及多晶硅锭制造方法、多晶硅锭的用途的制造方法和多晶硅锭。

背景技术

作为给地球环境造成各种问题的石油等的替代品，自然能源的利用受到关注。其中，太阳能电池由于不需要大型设备、运转时不产生噪音等原因，在日本、欧洲等被特别积极地引入。

使用碲化镉等化合物半导体的太阳能电池也得到了部分实用化，但从物质本身的安全性、目前为止的成效和性价比的方面出发，使用晶体硅基板的太阳能电池占有较大份额，其中，使用多晶硅基板的太阳能电池(多晶硅太阳能电池)占有较大份额。

作为多晶硅太阳能电池的基板而通常广泛使用的多晶硅晶片是将通过在坩埚内使熔融硅定向凝固而得到大的多晶硅锭的所谓铸造法的方法制造的锭切出为块体，通过切片进行晶片化而得到的。

通过铸造法制造的多晶硅晶片根据锭或块体内的高度方向的位置，通常具有如图8所示的太阳能电池的输出功率特性分布。

产生图8的特性分布的原因通常如下进行说明。首先，在定向凝固的初期的区域I，由于从坩埚扩散出的杂质的影响，引起特性降低。在其上部侧的区域II，由偏析导致的原料中的杂质向晶体中的混入和晶体缺陷的发生少，因此，在块体中特性最为良好。在更上部侧的区域III，混入到晶体中的杂质量逐渐增加，而且晶体缺陷增加，与区域II相比特性降低。在更上部侧的区域IV，与区域III同样，混入到晶体中的杂质量和晶体缺陷进一步增加，而且在锭凝固至最后之后，从形成在最上部表面部分的杂质高浓度部分发生杂质的反扩散，杂质量进一步增加，因此与区域III相比特性进一步显著降低。

在上述的说明中，考虑了原料中的杂质和从坩埚中溶出的杂质的影响，但即使在没有这些杂质的影响的情况下，在区域III和IV，随着朝向上部，少数成为载流子阱的晶体缺陷也逐渐增加，因此太阳能电池的特性具有降低的倾向。

以往，为了多晶硅锭的高品质化，提出了增大结晶粒径、使其接近单晶的方法，但近年来，例如如专利文献1所记载，反而明确了结晶粒径小者能够抑制晶体缺陷的生长，整体作为太阳能电池用锭是优选的。

本发明人目前已提出了通过将多晶硅锭开始生长时的温度变化率设定得较小而促进硅的初期成核、从而生长结晶粒径小的多晶硅锭的方法(专利文献1)。

本发明人迄今为止还提出了在多晶硅锭铸造用铸模的底板部上表面上以促进硅晶体的成核的方式配置晶粒的方法(专利文献2)。

另外，在专利文献3、4中，提出了在多晶硅锭铸造用铸模的底上载置成核促进层(anucleation promotion layer)，在其上装填硅原料，对至少一个热参数进行控制的方法。作为成核促进层，提出了由粒子具有随机几何结构、尺寸小于50mm的多数晶粒和熔点高于1400℃的材质构成、与硅熔液的界面的粗糙度从300微米至1000微米的板作为具体例。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-129580号公报

专利文献2：日本特开2013-177274号公报

专利文献3：美国专利申请公开第2013-0136918号说明书

专利文献4：美国专利申请公开第2014-0127496号说明书

发明内容

发明所要解决的问题