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METHOD FOR GROWING Si-BASED CRYSTAL, Si-BASED CRYSTAL, Si-BASED CRYSTAL SUBSTRATE AND SOLAR BATTERY meetings

Patent code P08A013444
File No. U2003P025
Posted date Jun 6, 2008
Application number P2003-198490
Publication number P2007-022815A
Patent number P4054873
Date of filing Jul 17, 2003
Date of publication of application Feb 1, 2007
Date of registration Dec 21, 2007
Inventor
  • (In Japanese)中嶋 一雄
  • (In Japanese)藤原 航三
  • (In Japanese)宇佐美 徳隆
  • (In Japanese)宇治原 徹
  • (In Japanese)我妻 幸長
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人東北大学
Title METHOD FOR GROWING Si-BASED CRYSTAL, Si-BASED CRYSTAL, Si-BASED CRYSTAL SUBSTRATE AND SOLAR BATTERY meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for growing an Si-based crystal using the casting method where the crystal orientation of the Si-based crystal can be arbitrarily controlled, where a wafer obtained by cutting the Si-based crystal has a texture structure having a uniform shape orientation after specified etching and where a structure having a uniform shape orientation is simply and easily formed in the Si-based crystal.
SOLUTION: A crystal piece containing at least Si is placed on the bottom portion of a crucible 11 for growing a cast. An Si raw material is placed above the crystal piece in the crucible 11. An Si melt 14 is formed by that the Si raw material is melted so that at least a part of the crystal piece remains to be unmelted in the heated crucible 11. The Si-based crystal is grown to one direction from the residual portion 12A of the crystal piece by cooling and solidifying the Si melt 14.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


最も安全で環境にやさしいSi太陽電池を地球規模で本格的に普及させるためには、高効率の太陽電池を豊富に存在する資源を用い、低コストで安全に生産できる技術開発が必要である。現在、国内外では、Si融液からキャスト法を用いて太陽電池にデバイス化する方法が実用技術として主流を占めている。



しかしながら、キャスト法は、固液界面における温度勾配を増大させた、融液の凝固法をベースにしているため、結晶品質を十分に上げることが本質的に困難である。具体的には、キャスト法を用いて作製したSi多結晶は柱状結晶の組織を有しており、その結晶方位は乱雑であり、ほとんど規則性を有していない。



このため、バルク状の前記Si多結晶を切り出してSiウエハを作製し、このウエハを用いて太陽電池を作製した際に、又は前記ウエハ上に所定のSi薄膜やSiGe薄膜を形成して太陽電池を作製した際に、前記太陽電池内に太陽光の反射を防止して、前記太陽光を有効に吸収するための形状方位の揃った構造を形成することができない。したがって、前記太陽電池の変換効率が劣化して、例えば単結晶Siウエハからなる太陽電池と比較した場合において、約8割以下にまで劣化してしまっていた。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、Si系結晶の製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
キャスト成長用坩堝の底部に、少なくともSiを含む結晶片を配置する工程と、
前記キャスト成長用坩堝内において、前記結晶片の上方にSi原料を配置する工程と、
前記キャスト成長用坩堝を加熱して、前記結晶片の少なくとも一部が残存するように前記Si原料を溶解して、Si融液を形成する工程と、
前記Si融液を冷却及び凝固させることにより、前記結晶片の残部からSi系結晶を一方向成長させる工程と、
により、Si系結晶を製造するに際し、
前記Si系結晶を一方向成長させる工程において、その成長速度を制御することにより、または前記Si融液を形成する工程において、融液中にGe,C,Ga,In,Al,P,As,Sb及びBからなる群より選ばれる少なくとも一種の追加元素を添加することにより、あるいは前記した成長速度の制御および追加元素の添加を併用することにより、前記Si系結晶の成長方位を制御することを特徴とする、Si系結晶の製造方法。

【請求項2】
 
前記結晶片は、Si1-XGeX(0≦X<1)なる組成を有することを特徴とする、請求項1に記載のSi系結晶の製造方法。

【請求項3】
 
前記結晶片の大きさが1mm~10mmであることを特徴とする、請求項1又は2に記載のSi系結晶の製造方法。

【請求項4】
 
前記結晶片は板状又は粒状であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。

【請求項5】
 
前記板状の結晶片の結晶面を、[111]、[100]又は[110]方向に揃えて配置することを特徴とする、請求項1~4のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。

【請求項6】
 
前記Si融液を形成する工程において、前記結晶片の前記残部が前記Si融液の底部の全体を覆うようにすることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。

【請求項7】
 
前記Si融液を形成する工程において、前記キャスト成長用坩堝の下部を冷却することにより、前記結晶片の前記少なくとも一部を残存させるようにすることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。

【請求項8】
 
前記キャスト成長用坩堝の底部は平坦又は円錐状に形成されていることを特徴とする、請求項1~7のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。

【請求項9】
 
前記Si系結晶の成長速度を0.1mm/分~1mm/分とし、前記Si系結晶の成長方位を[111]方向に制御することを特徴とする、請求項1~8のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。

【請求項10】
 
前記Si系結晶の成長速度を1mm/分~10mm/分とし、前記Si系結晶の成長方位を[110]又は[112]方向に制御することを特徴とする、請求項1~8のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。

【請求項11】
 
前記Si系結晶を一方向成長させる工程において、前記Si系結晶の成長途中で、前記Si系結晶の成長速度を増大させ、前記Si系結晶の方位整列効果を増大させることを特徴とする、請求項1~10のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。

【請求項12】
 
前記追加元素をGeとし、前記Si融液中における前記Geの配合量を0.1原子%~20原子%とし、前記Si系結晶の成長方位を[110]方向に制御することを特徴とする、請求項1~8のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。

【請求項13】
 
前記追加元素をGeとし、前記Si融液中における前記Geの配合量を20原子%以上とし、前記Si系結晶の成長方位を[100]方位に制御することを特徴とする、請求項1~8のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2003198490thum.jpg
State of application right Registered
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