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太阳能多晶硅基片多晶硅的制造方法和装置以及太阳能电池用硅基片的制造方法

作者:admin 浏览量:356 来源:本站 时间:2022-02-22 09:52:01

信息摘要:

太阳能多晶硅基片多晶硅的制造方法和装置以及太阳能电池用硅基片的制造方法,尤其是涉及一种以金属硅或氧化硅为起始原料,通过一系列工序的流水作业来制造作为最终制品的太阳能电池用多晶硅基片的生产技术。背景技术:关于太阳能电池方面的研究已经进行了很长时间,最近已出现了一种在地上太阳光下其光电转换效率达到13~15

太阳能多晶硅基片多晶硅的制造方法和装置以及太阳能电池用硅基片的制造方法,尤其是涉及一种以金属硅或氧化硅为起始原料,通过一系列工序的流水作业来制造作为最终制品的太阳能电池用多晶硅基片的生产技术。
背景技术
关于太阳能电池方面的研究已经进行了很长时间,最近已出现了一种在地上太阳光下其光电转换效率达到13~15%左右的太阳能电池,并在各种不同用途方面逐步达到了实用化。然而,作为一般家庭用电力或者汽车、船舶、工作机械等方面的能源,至少在我国尚不能说已十分普及。其原因是至今尚没有建立能够廉价地大量生产用于制造太阳能电池所必需的硅基片技术。
现在,为了制造太阳能电池用的硅基片,使用化学方法已经能够以原料纯度低的金属硅(99.5重量%的Si)作为起始原料,直接地制得适合作为半导体使用而且成为块状的高纯度硅。进而使用冶金方法将该块状的高纯度硅再熔融并将其调整成为适合于太阳能电池的化学组成,然后用拉制法或定向凝固法将所获的熔体制成硅锭,最后将该硅锭切成(slice)薄片。也就是说,如图5所示那样,首先将金属硅与盐酸反应,气化成三氯硅烷,通过将该气体精馏而除去其中的杂质,然后使其与氢气反应,按照所谓的CVD(化学气相沉积)法使其由气体析出高纯度的硅。因此,所获的高纯度硅仅仅成为一种结晶粒子之间的结合力很弱的,仅由硅粒子组成的集合体。另外,在形成该集合体的高纯度硅中所含的硼即使降低到0.001ppm左右,也不能满足作为P-型半导体用基板所要求的比电阻0.5~1.5Ω·cm的规格要求。为了将上述的高纯硅用于太阳能电池,必须调整其比电阻并控制其结晶性,以便获得单晶或者具有数mm以上粒径的结晶,并且使得其晶界不会对光电转换效率产生不良影响,因此,上述的高纯硅在该状态下不能直接制成基片。然后,如图5的右侧所示,还必须经历将该块状物再熔融、对熔体成分进行调整(添加硼)、锭块化(对单晶采用拉制法,对多晶采用定向凝固法)并形成基片的工序。
然而,所说的以往的制造方法还必须对那些已经达到能够适用于半导体的高纯度硅锭再次进行成分调整(主要是添加硼)和精制,以便使其适用于太阳能电池,这样不但工艺过程复杂,合格率低,而且还需要再熔化的设备和外加的能量,因此制造成本高。因此,正如上述,现在能够购买到的太阳能电池都是高价的产品,这就成为妨碍它获得广泛普及的障碍。另外,按照化学方法,为了使金属硅达到高纯度,无法避免地产生大量的硅烷、氯化物等污染环境的物质,成为阻碍它达到大量生产的障碍,因此也有问题。另外,由于受到上述制造方法的影响,最近公开的技术研究趋势是将制造工序更加细分,例如金属硅的高纯化和凝固技术等。
例如,特开平5-139713号公报公开了一种“获得低硼含量的硅的方法,该方法是在一个由二氧化硅或以二氧化硅为主成分的容器内保持着熔融的硅,在该熔体的表面上喷射一种惰性气体的等离子气体射流,同时从该容器的底部吹入惰性气体”。另外,特开平7-17704号公报公开了一种“高效率地除硼的方法,该方法是在使用电子束来熔化金属硅时,在金属硅粉的表面上,相对于每1kg硅,预先形成1.5~15kg的SiO2”。另外,关于凝固技术,特开昭61-141612号公报提出了一种“防止在硅锭中析出夹杂物的技术,该技术是在将熔融的硅浇铸入铸模中时使该铸模旋转”。另外,本申请人自己也在特愿平7-29500号(申请日为平成7年2月17日)中提出了一种“通过使熔融金属硅进行定向凝固来进行精制的方法”。
另一方面,由金属硅直接制造太阳能电池用硅的技术并不是没有。例如,特开昭62-252393号公报公开了一种区域熔融法(Zonemelting),该方法是将一种曾经作为半导体使用的电子工业的废硅作为起始原料,使用氩、氢和氧的混合气产生的等离子体射流将所说原料进行区域熔融处理。然而,该方法只是一种利用工业废物的方法,不能成为一种需要大量生产硅基片的主流技术。另外,虽然原料硅使用经济,但是一旦要求高纯度化,则该方法就不能成为上述麻烦的制造方法的代替技术。另外,特开昭63-218506号公报公开了一种通过等离子体熔融由粉末状、颗粒状或未经磨削的金属硅制造太阳能电池用或电子仪器用的块状硅的方法。然而,该方法的原理与上述特开昭62-252393号公报相同,都是使用等离子体的区域熔融法,存在电能消耗大和不能大量生产的缺点。另外,该公报的实施例只不过是按实验室规模获得50g左右的棒状硅,对于达到实用大小的太阳能电池用硅基片则没有记载。
发明的公开鉴于上述情况,太阳能多晶硅基片的目的是提供一种由金属硅或氧化硅作为起始原料,通过一系列的连续工序进行流水作业,廉价而且大量地生产作为制品的多晶硅和使用该多晶硅制造的基片的制造方法和装置。

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