JP2003095630A - シリコンシートとそれを含む太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速成長と良好な半導体特性を両立させ得る
シリコンシートおよびそれを用いた太陽電池を提供す
る。 【解決手段】 シリコンシートは、シリコン融液に冷却
基体を接触させることによって液相シリコンからの凝固
により直接的に形成されたシリコンシートであって、こ
のシートがシリコン融液に接していた第１主面（１）と
冷却基板に接していた第２主面（２）に現れた平均シリ
コン結晶粒径はそれら両主面のいずれにおいても１０ｍ
ｍ未満であり、第１主面（１）に現れた平均結晶粒径は
第２主面（２）に現れた平均結晶粒径より大きいことを
特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリコンシートの低
コスト化に関し、特に、たとえば太陽電池用として十分
な半導体特性を有する低コストのシリコンシートに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池作製用を主要目的としたシリコ
ン基板としては、例えば特開平１１−２１１２０号公報
に開示されているようなキャスト法を用いて製造された
多結晶シリコンが多く利用されている。キャスト法は、
坩堝内で溶解したシリコンを坩堝底面から徐々に冷却す
ることによってシリコン融液を固化させ、坩堝底面から
上方に向けて成長した長い柱状結晶構造を主体とするイ
ンゴット（凝固塊）を製造する方法である。その冷却開
始当初にはシリコンの固液界面が坩堝底部の冷却面に近
いが、固化の進行により固液界面が冷却面から次第に遠
ざかる。また、固相シリコンの熱伝導率は液相に比べて
小さく、このことも半導体特性を均質にするために望ま
れる一定速度の固相成長を困難にしている。

【０００３】これを改善し得るものとして、特開平１１
−９２２８４号公報は、シリコン固液界面の上昇移動速
度と坩堝下面からの熱放出量との関係を予め求めてお
き、その熱放出量を制御することによって凝固速度を安
定化して良好な半導体特性のシリコンインゴットを得て
いる。そのインゴットの水平横断面に現れる平均結晶粒
径は、１０ｍｍより大きくなる。この技術によれば、坩
堝底から上方に向かう安定した一方向擬固成長が可能に
なる。このキャスト法で作製したインゴットから水平方
向に切り出した基板の厚さ方向断面は、図９に示されて
いるように、その厚さ方向にほぼ平行な結晶粒界を含ん
でいる。すなわち、キャスト法を利用して得られるシリ
コン基板は坩堝底に平行な水平方向にスライスして作製
され、この基板の両主面における半導体特性はほぼ同一
である。

【０００４】しかし、キャスト法においては、インゴッ
トから多結晶シリコン基板を得るためにスライス工程が
必要であることから、シリコン基板の低コスト化には限
界を来している。他方、約２０年前からスライスが不要
なウエブ（ｗｅｂ）法やＥＦＧ(edge-defined film-fed
growth)法によるシリコンリボンの成長も研究されてい
る。また、近年ではより速い成長を目指して、シリコン
融液から直接的に薄板状のシリコンリボンを作製するＲ
ＧＳ(ribbon growth on substrate)法が注目されるよう
になっている（２６ｔｈＰＶＳＣ，１９９７，ｐｐ．９
１−９３）。

【０００５】ＲＧＳ法の原理は、凝固成長面に近い面か
らの高速熱移動（抜熱）によってシリコンリボンの高速
成長を行うものである。具体的には、溶融シリコンの側
部周囲を支える側部支持枠に対してその開放下面を支え
る下面支持平板を冷却しながら相対的に横方向に移動さ
せることにより、その下面支持平板上にシリコンリボン
を高速成長させる。

【０００６】溶融シリコンの底面に接している下面支持
平板部分を横方向に引出した直後にはその平板上のシリ
コンは液相であり、引出された支持平板の下面とシリコ
ン表面との両面から同時に冷却されることとなる。この
方法によるシリコンリボンにおいては、支持平板の移動
方向に平行な垂直断面において固液界面が支持平板面に
対して斜めの状態となり、シリコン結晶が斜めに伸びて
固化成長することが示されている。すなわち、成長した
結晶粒の形状は支持平板面に対して斜め方向の柱状晶に
なる。

【０００７】なお最近では、シリコン融液に基体を接触
させて液相からの凝固によって直接的にシリコンシート
を得る方法が、たとえば特開２００１−２２３１７２号
公報に開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】キャスト法は、インゴ
ットにクラックを生じさせないようにして成長させるた
めに、また半導体品質確保の観点から、一つのシリコン
インゴットの製造には数十時間もの長時間を要する。そ
して、インゴットからシリコン基板を切り出す際にも、
マルチワイヤーソーによるスライス技術を用いても数十
時間を要する。したがって、キャスト法を利用してシリ
コン基板を作製するコストの低減は困難な状況にある。

【０００９】ＲＧＳ法などのリボン製造方法では、凝固
相の安定成長自体に課題が多く、シリコンリボンの結晶
化状態の制御の問題をも含み、太陽電池などに実用化さ
れ得る安定な半導体特性を有するシリコンリボンが得ら
れる段階にはない。

【００１０】また、特開２００１−２２３１７２号公報
に開示された技術においても、好ましい結晶構造や半導
体特性を有するシリコンシートを得るために、さらなる
改善が望まれている。

【００１１】そこで、本発明は、高速成長と良好な半導
体特性を両立させ得るシリコンシートおよびそれを用い
た太陽電池を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によるシリコンシ
ートは、シリコン融液に基体を接触させることによって
液相シリコンからの凝固により直接的に形成されたシリ
コンシートであって、このシートがシリコン融液に接し
ていた第１主面と冷却基板接していた第２主面に現れた
平均結晶粒径はそれら両主面のいずれにおいても１０ｍ
ｍ未満であり、第１主面に現れた平均結晶粒径は第２主
面に現れた平均結晶粒径より大きいことを特徴としてい
る。

【００１３】なお、第１主面と第２主面に現れる平均結
晶粒径が３ｍｍ以下であるシリコンシートは、比較的容
易に低コストで作製され得る。また、第１主面と第２主
面に現れる平均結晶粒径の大きさの差が１０μｍ以上５
ｍｍ以下であるシリコンシートを得ることができる。平
均結晶粒径は、第１主面上または第２主面上の任意の直
線と結晶粒界との交点の平均間隔として規定され得る。

【００１４】シリコンシートは、周期的でなだらかな厚
さ変化を有してもよい。この厚さ変化において周期的に
現れる厚さの極小値領域には、その厚さ方向に実質的に
平行な結晶粒界が形成されている。その厚さ変化の周期
は、１０ｍｍ以下であることが適当である。その厚さ変
化における凹凸の高低差はシリコンシートが基体に接し
ていた第２主面側に比べてシリコン融液に接していた第
１主面側において大きくなっている。

【００１５】シリコンシートは、１００μｍから１ｍｍ
の範囲内の平均厚さを有することが好ましい。また、シ
リコンシートは、５ナイン以上の純度を有することが好
ましい。さらに、シリコンシートに含まれる表面凹凸の
高低差は、２００μｍ以下であることが好ましい。シリ
コンシートは、３０μｍ以上のキャリヤ拡散長を有し得
る。

【００１６】以上のようなシリコンシートは、太陽電池
に好ましく用いられ得る。光電変換されるべき光は、シ
リコンシートの比較的大きな結晶粒径を有する第１主面
側から入射させられることが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】まず、本発明によるシリコンシー
トを作製する基本的な手順について説明する。図１
（ａ）の模式的な断面図に示されているように、シリコ
ンの融点である１４１５℃より低い温度に加熱冷却し得
る温度制御手段６によって温度制御された耐熱性の基体
３の表面を坩堝４中のシリコン融液５に接触（または浸
漬）させることによって、基体３の表面にシリコンシー
ト７が成長する。必要な厚さのシリコンシート７が成長
した後に、そのシートが付着した基体３が坩堝４から取
り出される。シート７と一体の基体３が高温から冷却さ
れる段階で、図１（ｂ）に示されているように、それら
の熱膨張係数差に起因して基体３とシート７は自然に分
離し、または小さい衝撃を基体３に加えることにより分
離され、液相からの凝固によって直接的に形成されたシ
リコンシート７が得られる。

【００１８】本発明によるシリコンシートは、基体３の
初期温度をシリコン融点（１４１５℃）よりも１２０℃
から１０００℃だけ低い温度範囲で制御すること、適当
な厚さのグラファイト材料を用いることによって基体３
の熱容量を適切にすること、基体３の加熱冷却を行う温
度制御手段６内に冷媒として気体を用いること、シリコ
ン融液５への基体３の浸漬時間を最適厚さのシリコンシ
ートが得られるよう制御すること、さらには基体３の表
面の微細凹凸形状によりシリコン溶液の固化を促進させ
る等の基本的条件を設定することにより、基体３の表面
上に多結晶シリコンシートを高速かつ安定に形成するこ
とができる。

【００１９】すなわち、基体３がシリコン融液５の温度
より低い温度に制御されているので、基体表面にシリコ
ンの結晶核が随所に発生する。そして、これらの結晶核
がシリコン融液に接している方向に向けて一方向に結晶
成長して、多結晶シリコンシートが形成される。基体３
から分離されたシリコンシートにおいては、一方の主面
に現れた平均結晶粒径の大きさが他方の主面に現れた平
均結晶粒と異なる。

【００２０】さらに詳しく説明すれば、シリコンシート
の厚さ方向に平行な模式的断面図である図２に示されて
いるように、シートの一方の主面１に現れた結晶粒と他
方の主面２に現れた結晶粒とでは、平均結晶粒径の大き
さが異なる。すなわち、主面２に発生した複数の結晶核
が主面１側へ向かって種々の方向に拡大成長し、その成
長途中で結晶粒同士がぶつかりあうことで新たな小さい
結晶粒の発生や成長が抑制される。その結果として、主
面１と主面２のそれぞれの面上において、任意の直線と
結晶粒界との交点間の平均長さが互いに異なることにな
る。より具体的には、シート作製時に基体３に接してい
た主面２上では任意の直線と結晶粒界との交点間の平均
値長さがが小さく、シリコン融液５に接していた主面１
上では大きくなる。

【００２１】平均結晶粒径が大きければ半導体特性の低
下原因となる結晶粒界密度が減少してキャリヤの拡散長
が伸び、シリコンシートの半導体特性を改善することが
できる。この改善効果により、液相からの凝固によって
直接的に形成されたシリコンシートが、太陽電池等のデ
バイス用として用いることが可能になる。

【００２２】シリコンシートの一方の主面に現れた結晶
粒の平均断面積が他方の主面に現れた結晶粒の平均断面
積よりも大きいことにより、より具体的には、厚さ方向
断面においてシートの一方の主面１と結晶粒界との交点
間の平均値長さ（平均粒径）と、他方の主面２と結晶粒
界との交点間の平均長さ（平均粒径）との差の絶対値が
１０μｍ以上５ｍｍ以下であることにより、このシート
を使用した半導体素子たとえば太陽電池の製造が可能と
なる。半導体特性の観点からは、シートの主面１と主面
２との間の平均結晶粒径差は５０μｍ以上１ｍｍ以下で
あることがより好ましい。

【００２３】シリコンシートの厚さを１００μｍ以上に
することにより、そのシートを利用した太陽電池の作製
プロセスにおいて高いハンドリング性を得ることができ
る。また、シート厚を１ｍｍ以下にすることにより、シ
ートの製造時間を短縮できて、低コストのシリコン基板
の提供が可能になる。シートの平均厚さを１００μｍか
ら１ｍｍの範囲内に設定することにより、キャスト法の
場合のようなスライス工程が不要になり、また良好な半
導体特性を得ることができる。シート製造の容易さの観
点からは、平均厚さが２００〜６００μｍの範囲内にあ
ることがより好ましい。

【００２４】シリコンシートの純度が５ナイン以上であ
ることにより、太陽電池等へ利用した場合にも、良好な
デバイス特性値を得ることができる。太陽電池の特性の
観点からは、７ナイン以上の純度であることがより好ま
しい。シリコンシートの表面凹凸における高低差の最大
値が２００μｍ以下であることにより、スライスや研磨
等のプロセスを経ることなくシートの太陽電池等への利
用が可能となり、表面エッチング時間の短縮または表面
エッチングの省略が可能になる。シリコンシート内のキ
ャリヤの拡散長が３０μｍ以上であることにより、変換
効率の比較的良好な太陽電池を得ることができる。

【００２５】シリコンシートの各主面に現れた結晶粒に
関して、前述の平均粒径の具体的な測定と評価の方法に
ついて述べる。まず、シリコンシートのほぼ中央部を含
んで厚さ方向に沿って、そのシートを切断する。その切
り口を２０００番以上の砥石研磨仕上げをした後、１０
質量％のＮａＯＨ水溶液を用いて８０℃で１０分間のエ
ッチングを行えば、エッチング速度の結晶方位依存性に
起因して結晶粒が明瞭に現れる。次にＣＣＤ素子などを
利用した映像拡大装置を用いて、図２に示されているよ
うな拡大断面像を得る。２０倍の拡大断面像を用いて、
シートの一方主面における距離１０ｍｍ（拡大状態では
２００ｍｍ）当りの表面と結晶粒界との交点の数を数え
る。次に他方主面の距離１０ｍｍ当たりの表面と結晶粒
界との交点の数を数える。

【００２６】図２を例にとれば、表面と結晶粒界との交
点の数は、主面１において７個で、主面２では１３個と
なっている。この場合、表面と結晶粒界との交点間の平
均値長さである平均粒径としては、主面１上において１
０ｍｍ÷（７＋１）＝１．２５ｍｍが得られ、主面２上
においては１０ｍｍ÷（１３＋１）＝０．７１４ｍｍが
得られる。

【００２７】シリコンシートを用いた太陽電池からその
厚さ方向に沿った断面における各主面と結晶粒界との交
点間の平均長さを求める場合には、濃硝酸や王水を加熱
した酸溶液で電極金属などを除去してシリコンシートを
抽出した後に、前述のようにシートのほぼ中央部を含ん
で厚さ方向に沿って切断し、その断面における結晶粒が
明瞭に現れるようにする。しかし、電極金属などを除去
した後でも、合金層形成部分に関してはシリコンシート
の最外表面が不明瞭な場合がある。その場合には、合金
層と半導体層との界面をもってシリコンシートの表面と
する。

【００２８】（実施例１）シリコンシートを製造するた
めの装置構成と方法について以下に述べる。しかし、本
発明によるシリコンシートを得る装置はこれに限定され
るものはない。もちろん、図１に示した枚葉式でのシー
ト製造装置やその他の装置も利用し得ることは言うまで
もない。

【００２９】図３は、本発明によるシリコンシートを得
ることができるシート製造装置の模式的な縦断面図を示
している。この装置においては、ステンレス製チャンバ
７０内に、坩堝７１、ヒータ７２、シリコン融液７３、
基体７４、および基体の回転軸７５が設けられ、そして
チャンバ上部のシート取出し孔から外側にシートを巻き
取るための巻取り機構７６が設けられている。さらに、
シリコン原料投入機構７７が取付けられており、図面に
おいてその詳細は省略されている。ヒータ７２には抵抗
加熱方式を用いているが、同等の能力を有する高周波加
熱方式等が用いられてもよい。

【００３０】なお、基体７４の円筒形面に接するように
付加基体７８を取り付けて、付加基体７８の表面にシリ
コンシートを成長させることもできる。基体７４または
付加基体７８の材質としてはグラファイトを基本とした
が、その表面に炭化珪素を熱ＣＶＤ法で形成した基体を
用いてもよい。付加基体７８の材質としては、このほか
に窒化珪素のようなセラミックスや高温に耐える耐熱性
金属も可能であるし、セラミックスを部分的もしくは全
面的にコートしたカーボン、セラミックス、または耐熱
金属も可能である。

【００３１】基体７４または付加基体７８の表面としは
平坦面であってもよく、基体７４の回転方向に沿った
溝、または規則的もしくは不規則に配置した微細凹凸面
が形成されていてもよい。基体の表面に形成された溝や
微細凹凸面は、シリコンシートの成長を高速化する機能
を有する。

【００３２】基体７４の温度制御手段としては、円筒形
の基体７４の内部表面近くに空洞を設けて窒素、アルゴ
ン、または空気のいずれかを加圧導入させるガス冷媒方
式を採用しているが、その基体内にステンレス、銅など
の金属製配管を埋め込んで温度制御を行う液体冷媒方式
を採用してもよい。

【００３３】次に、図３の装置においてシリコンシート
を製造する手順について述べる。まず純度６ナイン程度
の原料シリコンを坩堝７１内に投入した後に、チャンバ
７０内を真空ポンプで排気してアルゴンガスに置換し
た。シリコン原料を加熱しながら、チャンバ７０内のＡ
ｒ圧力は１０Ｔｏｒｒ程度に保たれた。ただし、シリコ
ン原料からの脱ガスを促進するためにさらに真空度を高
めてもよい。シリコンの溶融後には、シリコン原料投入
機構７７から顆粒状シリコンを追加投入して、坩堝７１
内のシリコン溶湯面高さを調整した。

【００３４】シリコンシート製造時におけるシリコン溶
湯温度は１４５０℃としたが、シートの成長条件との兼
ね合いに応じて、過冷却温度の１３８０℃以上からより
高温の１６００℃までの範囲内に設定され得る。シリコ
ン融液面が規定の高さになった後に、基体７４内に冷媒
ガスを通じて温度制御を行い、基体７４の表面温度が１
２００℃に安定化した状態でその表面がシリコン融液に
浸漬された。基体７４の温度としては、シリコン融点に
比べて１０００℃から１２０℃だけ低い範囲内にあるこ
とが望ましい。

【００３５】以上のような状態で回転軸７５により基体
７４を回転駆動すれば、その基体７４上において、シリ
コン多結晶が高速かつ制御性良く安定してシートに成長
した。こうして形成されたシリコンシートにおいては、
基体７４がシリコンの融点温度以下に制御されているこ
とにより、基体表面側からシリコン融液側に向かって多
結晶が均一な厚さで成長していた。基体７４とシリコン
シートが室温に冷却される過程では、相互の熱膨張係数
差により自然にまたは小さい衝撃を加えることにより、
その基体からシリコンシートが容易に剥離された。得ら
れたシートの平均厚さは約５００μｍで、シリコン融液
に接していた側の主面に現れた平均結晶粒径は基体７４
と接していた側の主面に比べて大きい。

【００３６】図４は、上述のようにして作製されたシリ
コンシートの一例の断面写真を示している。この断面写
真において、シリコンシートの下方の主面が基体と接し
ていた面であり、その下方主面と結晶粒界との交点の数
が多く、すなわち交点間の平均長さ（平均粒径）が小さ
い。他方、シリコンシートの上方の主面はシリコン融液
に接していた面であり、その上方主面と結晶粒界との交
点の数が少なく、すなわち交点間の平均長さ（平均粒
径）が大きいことがわかる。このシリコンシートの下方
主面における平均結晶粒径は約０．２２ｍｍであり、上
方主面における平均粒径は約０．３８ｍｍであった。そ
して、これらの下方主面と上方主面とにおける平均粒径
の差の絶対値は、０．１６ｍｍである。

【００３７】なお、図４の写真断面における主面と結晶
粒界との交点の数は、基体７４と接していた下方主面に
おいて４５個であり、シリコン融液と接していた上方主
面においては２６個であった。その写真断面においてシ
ートの主面と結晶粒界とがなす角のうち、鋭角側の角度
が８０度以上９０度以下であるものは全体の９４％であ
った。キャリヤ拡散長の測定を行なったところでは、基
体と接していた下方主面側では４５μｍであり、シリコ
ン融液に接していた上方主面側では６０μｍの値を得る
ことができた。表面の凹凸状態を段差計を用いて測定し
たところでは、最大値はシートの下方主面側で１２０μ
ｍであり、上方主面側で１５０μｍであった。シリコン
シート中の不純物濃度を測定したところでは、７ナイン
のシリコン純度が得られていた。この純度の向上は、溶
融シリコンに含まれる不純物の固液分配係数の相違によ
り得られたものと考えられる。

【００３８】このようにして作製したシリコンシートを
利用して太陽電池を作製する方法について述べる。この
方法は、図５のフロー図に示された手順に従うことがで
きる。この実施例では、シリコンシートがｐ型半導体に
されたが、ｎ型半導体であってもよい。ｐまたはｎの導
電型のシリコンシートを形成する場合には、原料シリコ
ンの溶融時にボロン（Ｂ）またはリン（Ｐ）のようなド
ーパントを混入することが望ましい。得られるシリコン
シートにおいては、その両主面に現れる平均結晶粒径が
互いに異なるので作製すべき太陽電池の受光面をどちら
の主面にするかを最初に決める必要がある。これは、シ
リコンシートの表面状態や半導体特性と太陽電池プロセ
スとの適合性を考慮して決定する。この実施例１では、
表面に現れた平均結晶粒径が大きい方の主面が受光面と
して選択された。

【００３９】図５のフロー図では、まずステップＳｌと
Ｓ２において、硝酸とフッ酸との混合液を用いてシリコ
ンシートの洗浄と表面エッチングを行った。その後のス
テップＳ３において、水酸化ナトリウムを用いて、シー
トの光入射側主面にテクスチヤエッチングを行った。こ
のエッチングとしてはプラズマ放電によるドライエッチ
ング法なども可能であるが、ウエットエッチング法を用
いることで、より低コストで表面テクスチャの形成が可
能となる。ステップＳ４では、ＰＳＧ拡散（リンシリケ
ートガラス膜を用いた拡散方法）によりｎ型拡散層を形
成した。ステップＳ５においては、表面に形成されてい
るＰＳＧ膜をフッ酸で除去した後に、受光面側主面に反
射防止膜としてシリコン窒化膜を形成した。次にステッ
プＳ６において、裏面側に形成された拡散層を硝酸とフ
ッ酸の混合液を用いて除去した。ステップＳ７では、Ａ
ｌペーストを用いて裏面側に合金層と裏面電極を同時に
形成した。最後にステップＳ８において、受光面側の電
極が銀ペースト材料のスクリーン印刷により形成され
た。

【００４０】このようにして、図６の模式的断面図に示
されているような太陽電池セルが５つ作製された。図６
の太陽電池セルは、シリコンシート５０、拡散層５１、
光電変換層５２、合金層５３、表面電極５４、および裏
面電極５５を含んでいる。

【００４１】実施例１で作製したシリコンシートの構造
とこのシートを用いて作製した太陽電池の光電変換効率
が表１に示されている。

【００４２】（実施例２）実施例２においては、基体７
４の表面全面に厚さ１００μｍのＳｉＣ層をコーティン
グした状態で、シリコンシートの製造を行った。実施例
２において使用した製造装置と製造方法に関する他の条
件は、実施例１の場合と同様である。したがって、実施
例２のシリコン融液と基体の温度は、実施例１と同様
に、それぞれ１４５０℃と１２００℃である。

【００４３】シリコンシートが凝固成長する際に、基体
７４の表面状態は結晶成長に大きな影響を与える。シリ
コン融液に対してグラファイトより濡れ性が高いＳｉＣ
層を基体表面にコーティングすることによって、融液か
ら基体への熱流が大きくなってシリコン融液の過冷却度
がより小さくなることで、巨大なデンドライト成長を抑
制しつつより迅速な結晶核生成と結晶成長が可能とな
る。また、本実施例２において、シリコン融液に対する
濡れ性を向上させるためには、ＳｉＣに代えて緻密なハ
イドロカーボンをコートしてもよい。

【００４４】実施例２では実施例１に比べてシリコンシ
ートの結晶粒の大きさが全面でより均一化し、またシリ
コン融液に接していた側の主面において表面平滑度が向
上した。表面凹凸の高低差の最大値は、基体に接してい
た主面側で３０μｍであり、シリコン融液に接していた
主面側で５０μｍであった。なお、実施例２における表
面コーティングにより、基体とシリコンシートとの剥離
が実施例１の場合と同様に容易であった。より表面平滑
度の高いシリコンシートを用いて太陽電池を作製すれ
ば、その電極形成が容易となった。

【００４５】実施例２で作製したシリコンシートの構造
とこのシートを用いて作製した太陽電池の光電変換効率
も、実施例１の場合と同様に表１に示されている。

【００４６】（実施例３）実施例３においては、図７
（ａ）に示すように表面に溝加工を施した付加基体７８
が用いられた。溝の幅と段差の双方を約１ｍｍとし、そ
の付加基体７８は回転軸７５の回転方向と溝方向が一致
するようにして冷却回転体７４に取付けられた。また、
図７（ｂ）に示すように全面に規則的な間隔でピラミッ
ド状の小突起が形成されるように凹凸加工を施した付加
基体７８も用いられた。それらの凹凸の間隔と段差の双
方が、約１ｍｍにされた。実施例３において図７（ａ）
と（ｂ）に示す付加基体を用いたことを除けば、使用し
た製造装置と製造方法に関する他の条件は、実施例１の
場合と同様である。

【００４７】図７（ａ）と（ｂ）に示されているような
付加基体の溝や凹凸は、シリコン結晶成長の起点となり
やすい。したがって、それらの溝や凹凸の分布を決める
ことによって結晶成長の起点を決めることができる。す
なわち、溝間隔や凹凸間隔を規則的に形成することによ
り、シリコン結晶粒の大きさや均一性が改善されると共
に、広い領域に渡るシート厚さの均一性を改善すること
もできる。なお、個々の溝や凹凸の配置が不規則である
場合にも結晶粒の大きさやシート厚さの若干の変化は認
められるが、シートを得ることは可能である。

【００４８】実施例３で得られたシリコンシートにおけ
る表面凹凸の高低差の最大値は、付加基体に接していた
主面側で４０μｍであり、シリコン融液に接していた主
面側で８０μｍである。なお、シリコンシート成長の間
において、シリコン融液は付加基体の溝または凹凸（い
ずれも約１ｍｍの段差）の頂点部のみに接して、底部に
は接触しない。また、本実施例３においては、溝間隔ま
たは凹凸間隔を大きめに設定することにより、シリコン
結晶粒を大きくすることができた。

【００４９】図８は、図７（ａ）に示されているような
溝付の付加基体を用いて作製されたシリコンシートの一
例の断面写真を示している。この断面写真において、シ
リコンシートの下方の主面が付加基体と接していた面で
あり、上方の主面はシリコン融液に接していた面であ
る。

【００５０】図８の断面写真に見られるように、そのシ
ートの厚さは、溝幅の周期に対応して周期的に変動して
いる。すなわち、シート厚さの極大値と極小値が周期的
に現れている。そして、その厚さの極小値領域の各々に
は、厚さ方向に実質的に平行な結晶粒界が形成されてい
る。

【００５１】実施例３において図７（ａ）および（ｂ）
の付加基体を用いて作製したシリコンシートの構造とこ
のシートを用いて作製した太陽電池の光電変換効率も、
表１においてそれぞれ実施例３（ａ）および（ｂ）とし
て示されている。

【００５２】

【表１】

【００５３】

【発明の効果】以上のように、本発明のシリコンシート
は高速成長が可能であって多結晶状態で良好な半導体特
性を有しているので、太陽電池用基板として用いればそ
の大幅な低コスト化を可能にし、その他の各種半導体デ
バイスの低コスト化をも可能にし得る。

【００５４】また、本発明によるシリコンシートを用い
る太陽電池の構造と作製プロセスをそのシートの結晶粒
構造と半導体特性の特徴に適合させることにより、良好
な特性の太陽電池を安価に大量生産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるシリコンシートの製造方法を概
略的に示す模式的断面図であり、（ａ）はシリコンシー
トの成長段階を示し、（ｂ）は基体からシリコンシート
が剥離される状態を示している。

【図２】 本発明によるシリコンシートの一例の厚さ方
向に平行な模式的断面図である。

【図３】 本発明によるシリコンシートを製造するため
の装置の一例を示す模式的断面図である。

【図４】 本発明によるシリコンシートの一例を示す断
面写真図である。

【図５】 本発明によるシリコンシートを用いて太陽電
池を作製する工程の一例を示すフロー図である。

【図６】 本発明によるシリコンシートを用いて作製し
た太陽電池の一例を模式的に示す断面図である。

【図７】 本発明発明によるシリコンシートを作製する
ために用い得る付加基体の表面形状を示す模式的な斜視
図であり、（ａ）は表面に周期的溝が形成された付加基
体を示し、（ｂ）は表面に周期的なピラミッド状凹凸が
形成された付加基体を示している。

【図８】 図７（ａ）の付加基体を用いて作製されたシ
リコンシートの一例を示す断面写真図である。

【図９】 従来のキャスト法によるインゴットから切り
出されたシリコン基板の一例を示す厚さ方向に平行な模
式的断面図である。

【符号の説明】

１ 基体に接していた主面、２ シリコン融液に接して
いた主面、３ 基体、４ 坩堝、５ シリコン融液、６
冷却手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長野 尉絵 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 4G072 AA01 BB09 BB12 DD04 GG01 HH01 NN05 NN21 TT01 UU02 5F051 AA03 CB04 CB30 DA03 DA20

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン融液に基体を接触させることに
   よって液相シリコンからの凝固により直接的に形成され
   たシリコンシートであって、このシートが前記融液に接
   していた第１主面と前記基体に接していた第２主面に現
   れた平均結晶粒径はそれら両面のいずれにおいても１０
   ｍｍ未満であり、前記第１主面に現れた平均結晶粒径は
   前記第２主面に現れた平均結晶粒径より大きいことを特
   徴とするシリコンシート。
2. 【請求項２】 前記第１主面と前記第２主面に現れた平
   均結晶粒径はそれら両面のいずれにおいても３ｍｍ以下
   であることを特徴とする請求項１に記載のシリコンシー
   ト。
3. 【請求項３】 前記第１主面と前記第２主面に現れた平
   均結晶粒径の大きさの差が１０μｍ以上５ｍｍ以下であ
   ることを特徴とする請求項１に記載のシリコンシート。
4. 【請求項４】 前記平均結晶粒径は、前記第１主面上ま
   たは前記第２主面上の任意の直線と結晶粒界との交点の
   平均間隔として規定されたものであることを特徴とする
   請求項１から３のいずれかの項に記載のシリコンシー
   ト。
5. 【請求項５】 前記シートは周期的でなだらかな厚さ変
   化を有していることを特徴とする請求項１から４のいず
   れかの項に記載のシリコンシート。
6. 【請求項６】 前記厚さ変化において周期的に現れる厚
   さの極小値領域にはその厚さ方向に実質的に平行な結晶
   粒界が形成されていることを特徴とする請求項５に記載
   のシリコンシート。
7. 【請求項７】 前記厚さ変化の周期は１０ｍｍ以下であ
   ることを特徴とする請求項５または６に記載のシリコン
   シート。
8. 【請求項８】 前記厚さ変化における凹凸の高低差は前
   記第２主面側に比べて前記第１主面側において大きいこ
   とを特徴とする請求項５から７のいずれかの項に記載の
   シリコンシート。
9. 【請求項９】 １００μｍから１ｍｍの範囲内の平均厚
   さを有することを特徴とする請求項１から８のいずれか
   の項に記載のシリコンシート。
10. 【請求項１０】 ５ナイン以上の純度を有することを特
    徴とする請求項１から９のいずれかの項に記載のシリコ
    ンシート。
11. 【請求項１１】 前記シートに含まれる表面凹凸の高低
    差は２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１か
    ら１０のいずれかの項に記載のシリコンシート。
12. 【請求項１２】 ３０μｍ以上のキャリヤ拡散長を有す
    ることを特徴とする請求項１から１１のいずれかの項に
    記載のシリコンシート。
13. 【請求項１３】 請求項１から１２のいずれかの項に記
    載されたシリコンシートを含むことを特徴とする太陽電
    池。
14. 【請求項１４】 光電変換されるべき光は前記シリコン
    シートの前記第１主面側から入射させられることを特徴
    とする請求項１３に記載の太陽電池。