多結晶シリコンインゴットの製造装置およびその製造方法
【課題】ＳｉＣ異物が少なく、高品質かつ大きなサイズの多結晶シリコンインゴットを製造することができる、多結晶シリコンインゴット製造装置を提供すること。
【解決手段】上方開口部を有する坩堝と、前記坩堝の外周に設けられて坩堝内に収容されたシリコン原料を加熱し溶融する加熱部と、前記坩堝と前記加熱部とを相対的に上下方向に移動させる移動機構と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記坩堝の上方開口部を開閉可能に覆うカバーと、前記不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入管とを備えたことを特徴とする、多結晶シリコンインゴット製造装置。
【解決手段】上方開口部を有する坩堝と、前記坩堝の外周に設けられて坩堝内に収容されたシリコン原料を加熱し溶融する加熱部と、前記坩堝と前記加熱部とを相対的に上下方向に移動させる移動機構と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記坩堝の上方開口部を開閉可能に覆うカバーと、前記不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入管とを備えたことを特徴とする、多結晶シリコンインゴット製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に好適に用いられる多結晶シリコンインゴット、その製造装置、その製造方法およびその用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、地球規模での環境問題に対して、再生可能エネルギーが注目されており、その中でも太陽電池は大きな注目を集めている。太陽電池には、バルク系、薄膜系、色素増感など幾つかの種類が存在するが、その中でも、多結晶シリコンウェハを用いた多結晶シリコン太陽電池が最もコストパフォーマンスが高く、一番大きな市場を占めている。よって、多結晶シリコン太陽電池の更なる普及を促進するために、多結晶シリコン太陽電池の低価格化が求められている。
【０００３】
シリコン結晶系太陽電池としては、Ｂ（ホウ素）、Ｇａ（ガリウム）などのＩＩＩ族元素が少量添加されたｐ型シリコン基板の表面に拡散といった方法によってｎ型層を形成し、それによって形成されたｐｎ接合を有するｐｎ接合タイプが最も一般的である。その他にも、Ｐ（リン）といったＶ族元素が少量添加されたｎ型シリコン基板の表面にｐ型層を形成したもの、ｐまたはｎ基板上に薄膜成長によりｎまたはｐ型層を成長させたもの、あるいはｎ型シリコン基板の裏面側にｎ+、ｐ+領域を形成し、電極を裏面側に集めた構造のものなど、さまざまな構造のシリコン結晶系太陽電池が存在する。
【０００４】
太陽電池に用いられる多結晶シリコンは、シリコンリボンや球状シリコンを製造することにより得ることができるが、一般的にはキャスト法と呼ばれる製造方法によって製造されている。キャスト法では、例えば、シリカ製の坩堝中でシリコン融液を保持し、その後、シリコン融液を坩堝の底側から液面側に一方向凝固させることで、多結晶シリコンインゴットを製造する。その後、一般的に、バンドソーによって多結晶シリコンインゴットを適当なサイズの角柱形状のブロックに加工し、ワイヤーソーによってブロックをスライスしてウェハを得る。このようにして得られた多結晶シリコンウェハを用いて多結晶シリコン太陽電池セルが製造され、複数の太陽電池セルをモジュール化することで太陽電池モジュールが製造される。
ここで、本明細書の以下においては、「太陽電池セル」と「太陽電池モジュール」とを含む概念として、単に「太陽電池」と称する。したがって、例えば、「多結晶シリコン太陽電池」と記載されたものがあれば、それは「多結晶シリコン太陽電池セル」および「多結晶シリコン太陽電池モジュール」を含む意味となる。
【０００５】
多結晶シリコンインゴット中に存在する炭化珪素異物（ＳｉＣ異物）は、多結晶シリコンインゴットのブロック加工およびブロックのスライス加工の際、様々な加工不良を引き起こす。ＳｉＣはシリコンより硬いため、スライス加工では、ワイヤーソーが断線する。あるいは、ウェハに段差を生じたり、ウェハの面内板厚分布が大きくなるといった不具合によって、形状不良ウェハが発生する。また、スライス工程でのワイヤソーの断線を防ぐには、ブロック表面にＳｉＣ異物が確認されると、ＳｉＣ異物が確認された部分を予め切除する必要があるが、そうすると大幅に歩留が低下する。
【０００６】
また、太陽電池セルの製造工程においても、多結晶シリコンウェハ内にＳｉＣ異物が存在すると、Ｉｄ不良と呼ばれる特性不良を引き起こし、歩留が低下する。ここで、Ｉｄ不良とは、光非照射状態で適当な逆方向電圧を太陽電池セルに印加した際に流れる逆方向電流が基準値を超える不良と定義する。印加する逆方向電圧や逆方向電流の基準値としては、太陽電池モジュールの構造、太陽電池セルの直列数などによって決定され、直列に接続された太陽電池セルの一部が陰になった場合などでの発熱を抑える目的で決定される。
多結晶シリコン太陽電池を低コスト化するためには、上述のような加工歩留低下、太陽電池の特性歩留低下を回避することが必要であり、そのためには多結晶シリコンインゴット中のＳｉＣ異物を低減する必要がある。
【０００７】
ＳｉＣ異物発生の原因は、シリコン原料に元々炭素不純物が含まれていることや、キャスト時に炭素不純物がシリコン融液中に混入することが考えられる。炭素濃度が低いポリシリコン原料を用いた場合でも、インゴット中にＳｉＣ異物が発生するため、キャスト時に混入する炭素不純物を低減することは必須である。キャスト時の炭素不純物の混入経路としては、シリコン融液（溶湯）から蒸発したＳｉＯが、炉内で高温になった黒鉛部材（例えば、黒鉛加熱部、炭素系断熱材など）と反応してＣＯガスが発生し、そのＣＯガスがシリコン融液中に取り込まれるという経路が考えられる。
【０００８】
炭素不純物濃度を低減するための多結晶シリコンインゴット製造装置として、坩堝と、坩堝の上方と下方に配置された上部加熱部および下部加熱部と、シリコン融液に向かって不活性ガスを供給するガス管と、シリコン融液と上部加熱部との間に設けられた板状の蓋とを備え、蓋の中心近傍にガス管を挿通させるための貫通孔を形成すると共に、蓋の周縁部にガス通過用間隙を形成した装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４０９９８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般に、高出力の太陽電池を得るために、シリコン融液を一方向凝固させて高品質の多結晶シリコンインゴットを製造し広く利用している。
しかしながら、特許文献１に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置では、結晶成長条件の最適化に向けた自由度が低く、高品質な多結晶シリコンインゴットを製造することができない。また、蓋が坩堝の上方開口部の高さに固定されているため、坩堝内へのシリコン原料の装填量が制限されるという問題もある。
【００１１】
本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、ＳｉＣ異物が少なく、高品質かつ大きなサイズの多結晶シリコンインゴットを製造することができる、多結晶シリコンインゴット製造装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かくして、本発明によれば、上方開口部を有する坩堝と、前記坩堝の外周に設けられて坩堝内に収容されたシリコン原料を加熱し溶融する加熱部と、前記坩堝と前記加熱部とを相対的に上下方向に移動させる移動機構と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記坩堝の上方開口部を開閉可能に覆うカバーと、前記不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入管とを備えた、多結晶シリコンインゴット製造装置が提供される。
【００１３】
また、本発明の別の観点によれば、前記の多結晶シリコンインゴット製造装置を用い、不活性ガスを導入しながら多結晶シリコンインゴットを成長させる、多結晶シリコンインゴット製造方法が提供される。
【００１４】
また、本発明のさらに別の観点によれば、前記多結晶シリコンインゴット製造方法で製造された多結晶シリコンインゴット、その多結晶シリコンインゴットを加工して得られた多結晶シリコンブロック、その多結晶シリコンブロックを加工して得られた多結晶シリコンウェハ、その多結晶シリコンウェハを用いて製造された多結晶シリコン太陽電池が提供される。
ここで、本明細書においては、「シリコンブロック」と「シリコンウェハ」とを含む概念として、「シリコン材料」と称する。したがって、例えば、「多結晶シリコン材料」と記載されたものがあれば、それは「多結晶シリコンブロック」および「多結晶シリコンウェハ」を含むことを意味となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置によれば、ＳｉＣ異物の少ない多結晶シリコンインゴットを低コストにて製造することが可能となる。この結果、多結晶シリコンインゴットから製造されるシリコン材料、太陽電池を低コスト化することが可能となり、多結晶シリコン太陽電池の普及を加速することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態１における原料溶融時を示す断面図である。
【図２】実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置における凝固完了時を示す断面図である。
【図３】実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置における坩堝を示す斜視図である。
【図４（Ａ）】実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの第１板材を示す正面図である。
【図４（Ｂ）】実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの第２板材を示す正面図である。
【図５】実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの蓋体を示す斜視図である。
【図６】実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーおよび不活性ガス導入管の一部を示す斜視図である。
【図７】本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態２における不活性ガス導入部を示す部分拡大断面図である。
【図８】本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態３における原料溶融時を示す断面図である。
【図９】実施形態３の多結晶シリコンインゴット製造装置における凝固完了時を示す断面図である。
【図１０（Ａ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第１の図である。
【図１０（Ｂ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第２の図である。
【図１０（Ｃ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第３の図である。
【図１０（Ｄ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第４の図である。
【図１０（Ｅ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第５の図である。
【図１０（Ｆ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第６の図である。
【図１０（Ｇ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第７の図である。
【図１０（Ｈ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第８の図である。
【図１０（Ｉ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第９の図である。
【図１１】実施例１で製造した多結晶シリコン太陽電池モジュールを示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置は、上方開口部を有する坩堝と、前記坩堝の外周に設けられて坩堝内に収容されたシリコン原料を加熱し溶融する加熱部と、前記坩堝と前記加熱部とを相対的に上下方向に移動させる移動機構と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記坩堝の上方開口部を開閉可能に覆うカバーと、前記不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入管とを備え、シリコン融液を一方向凝固させて高品質の多結晶シリコンインゴットを製造するように構成されている。
【００１８】
坩堝としては、一般に用いられている黒鉛製または石英（ＳｉＯ2）製の坩堝等を用いることができる。
加熱部としては、抵抗発熱式のヒータを用いることができるが、このようなヒータ以外にも、坩堝の外周に設けたグラファイトまたはカーボン等、導電率の高い材質からなる発熱体を誘導加熱コイルにて加熱することにより坩堝を加熱するように構成してもよい。
【００１９】
移動機構は、加熱部に対して坩堝を移動させてもよく、坩堝に対して加熱部を移動させてもよい。多結晶シリコンインゴット製造装置の構造を簡素化できる上で、加熱部に対して坩堝を移動させる移動機構を採用することが好ましく、例えば、空圧または油圧シリンダ機構、リンク機構、ボールネジ機構等によって坩堝を昇降させることができる。
カバーの材料としては、耐熱性および強度に優れた材料であれば特に限定されず、例えば、黒鉛、ＳｉＯ2、炭化珪素（ＳｉＣ）等が挙げられ、これらのうち、耐酸化性、耐久性、Ｓｉへの不純物混入の観点からＳｉＣが好ましい。なお、カバーおよび不活性ガス導入管について、詳しくは後述する。
【００２０】
本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置は、次のように構成されてもよい。
（１）前記不活性ガス導入管が、伸縮可能または屈伸可能であってもよい。このようにすれば、坩堝と加熱部とが相対的に上下方向へ移動しても、カバーにて覆われた坩堝上部の空間内へ不活性ガスを導入し続けることができるため、インゴット固化完了時まで坩堝内のＣＯガス分圧を低く維持することができる。また、坩堝の上方開口部より高い位置までシリコン原料を装填しても不活性ガス導入管が邪魔にならない。
なお、不活性ガス導入管は、具体的には、次の（２）または（３）のように構成することができる。
【００２１】
（２）前記不活性ガス導入管が、不活性ガス供給源から供給された不活性ガスが導入される第１管と、前記カバーの不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入するよう前記第１管と上下方向スライド可能に配置された第２管とを有し、前記坩堝と前記加熱部との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成されてもよい。この場合、第１管を第２管内へスライド可能に挿入してもよく、これとは反対に第２管を第１管内へスライド可能に挿入してもよい。第１および第２管の材料としては、耐熱性および強度に優れた材料であれば特に限定されず、例えば、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、黒鉛等が挙げられる。これらのうち、耐酸化性、耐久性、Ｓｉへの不純物混入の観点からＳｉＣが特に好ましい。
【００２２】
（３）前記不活性ガス導入管の一部または全部がフレキシブル管からなり、前記坩堝と前記加熱部との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成されてもよい。
【００２３】
（４）本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置は、前記坩堝の外周に設けられて前記カバーの下端を支持する支持部材をさらに備えてもよい。この場合、支持部材の材料としては、耐熱性および強度に優れた材料であれば特に限定されず、坩堝と同じ材料を用いることができる。また、この支持部材は、坩堝を収納する外坩堝であってもよい。支持部材にてカバーを支持することにより、坩堝にカバーを設置した場合にカバーの重みで坩堝の変形が促進されてしまうといった不具合を回避することができる。
【００２４】
（５）前記カバーは、前記坩堝の上方開口部端縁に沿って立ち上がる周壁と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記周壁上に離脱可能に取り付けられる蓋体とを有していてもよい。このようにカバーを構成することによって、蓋体を周壁から取り外し、坩堝の上方開口部よりも高い位置までシリコン原料を坩堝内に容易に装填することができると共に、シリコン原料の装填量を増加させることができる。さらに、この状態で蓋体にて周壁の上方開口部を覆い、坩堝内に不活性ガスを導入しながらシリコン原料を溶融し、溶融したシリコン融液を一方向凝固させて多結晶シリコンインゴットを製造することができるため、ＳｉＣ異物がほとんど混入していない高品質かつ大きなサイズの多結晶シリコンインゴットを得ることができる。
【００２５】
この結果、高品質な多結晶シリコンインゴットの単位重量当たりのコストを低下することができるため、多結晶シリコンインゴットを加工して得られた多結晶シリコン材料（多結晶シリコンインゴットを加工して得られた多結晶シリコンブロックおよびその多結晶シリコンインブロックを加工して得られた多結晶シリコンウェハ）、その多結晶シリコン材料を用いて製造された多結晶シリコン太陽電池（その多結晶シリコン材料を用いて製造された多結晶シリコン太陽電池セルおよびその多結晶シリコン太陽電池セルを用いて製造された多結晶シリコン太陽電池モジュール）を、高品質を維持しながら低コストにて製造することができる。
【００２６】
（６）前記周壁は、その内面が前記坩堝の上方開口部端縁の内面よりも内側に配置されるように構成されてもよい。このようにすれば、シリコン融液が周壁に付着しても坩堝内に流れ落ちる。また、シリコン原料が坩堝内で溶融していく段階で、シリコン原料が崩れ落ちてシリコン融液が坩堝の外に飛び散るようなことも防止できるため、装置トラブルを回避できると共に、坩堝内のシリコン量も減少することが無くなる。
【００２７】
（７）前記坩堝の上方開口部端縁が四角形であってもよい。この場合、前記カバーの周壁が、前記坩堝の四角形の上方開口部端縁の対向する２辺に沿って立ち上がる一対の第１板材と、前記坩堝の四角形の上方開口部端縁の対向する他の２辺に沿って立ち上がる一対の第２板材とからなり、一対の第１板材は、長手方向の両端側に上方開口状の切欠きを有し、 一対の第２板材は、長手方向の両端側に下方開口状の切欠きを有し、前記周壁が、一対の第１板材の各切欠きに一対の第２板材の各切欠きを嵌め込んで格子状に組み立てるように構成されてもよい。このようにすれば、周壁を容易に作製することができる。
【００２８】
（８）前記カバー部材の蓋体が、分割可能な複数の板材から構成されてもよい。このようにすれば、蓋体の作製が容易となると共に、坩堝内へシリコン原料を装填する際の蓋体の取り扱いが容易となる。
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態を詳説する。
【００３０】
（実施形態１）
図１は本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態１における原料溶融時を示す断面図であり、図２は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置における凝固完了時を示す断面図である。また、図３は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置における坩堝を示す斜視図であり、図４（Ａ）は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの第１板材を示す正面図であり、図４（Ｂ）は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの第２板材を示す正面図である。また、図５は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの蓋体を示す斜視図であり、図６は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーおよび不活性ガス導入管の一部を示す斜視図である。
【００３１】
（多結晶シリコンインゴット製造装置）
この多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ１は、上方開口部を有する坩堝１と、坩堝１を収納する上方開口部を有する外坩堝２と、坩堝１および外坩堝２の外周に設けられて坩堝１内に収容されたシリコン原料Ｍｓを加熱し溶融するヒータ（加熱部）３と、坩堝１および外坩堝２をヒータ３に対して昇降させる油圧式シリンダ機構（移動機構）４と、不活性ガス導入孔５Ｂａ1を有すると共に坩堝１の上方開口部を開閉可能に覆うカバー５と、不活性ガス導入孔５Ｂａ1へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入管６とを備え、少なくとも坩堝１、外坩堝２およびヒータ３は断熱ケース７内に収納されている。なお、これらは、密閉かつ真空引き可能な図示しないチャンバーの内部に設置されている。
【００３２】
坩堝１は、上方開口部１ａを有する立方体形に形成されている（図３参照）。また、外坩堝２は、坩堝１よりも大きいサイズの立方体形に形成されている。外坩堝２内に坩堝１を収納すると、坩堝１の上方開口部端縁１ｂの高さよりも外坩堝２の上方開口部端縁２ｂの高さが僅かに高くなっている。
【００３３】
シリンダ機構４は、ロッド４ａ1を有する油圧シリンダ本体４ａと、ロッド４ａ1の先端（上端）に連結された昇降台４ｂとを備え、昇降台４ｂ上に坩堝１を収納した外坩堝２が設置されている。なお、昇降台４ｂの下端には、下降した昇降台４ｂを油圧シリンダ本体４ａと衝突させないようにする凹部４ｂ1が設けられている（図２参照）。
【００３４】
断熱ケース７は、例えば、炭素系断熱材などから構成されており、図示しない支持部材にてチャンバー内に油圧シリンダ本体４ａよりも上方に支持されている。断熱ケース７において、下端の底壁には昇降台４ｂを挿通させる孔部７ａおよび不活性ガス排気口７ｂが形成されている。なお、不活性ガス排気口７ｂを省略し、孔部７ａの隙間から排気するようにしてもよい。
また、実施形態１の場合、断熱ケース７の上部は、後述する不活性ガス導入管６の第２管６ｂが上下移動可能な筒状空間部７ｃとなっている。なお、断熱ケース７およびチャンバーは、坩堝１内へのシリコン原料Ｍｓの装填および坩堝１内から製造した多結晶シリコンインゴットＭｉの取出しを行うための扉が設けられているのは言うまでもない。
【００３５】
また、図示省略するが、坩堝１内のシリコン原料Ｍｓの温度を検出するために、昇降台４ｂの上面中央近傍に熱電対が配置されている。また、昇降台４ｂは坩堝１の上下方向の位置を検出する位置検出器を備える。また、ヒータ３の温度を検出するために制御用熱電対が配置されている。これらの熱電対および位置検出器の出力が図示しない制御装置に入力され、それによってヒータ３による加熱状態が制御される。
【００３６】
カバー５は、坩堝１の上方開口部端縁１ｂに沿って立ち上がる周壁５Ａと、前記不活性ガス導入孔５Ｂａ1を有すると共に周壁５Ａ上に離脱可能に取り付けられる蓋体５Ｂとを有する。
さらに詳しく説明すると、図４（Ａ）と図４（Ｂ）と図６に示すように、カバー５の周壁５Ａは、坩堝１の正方形の上方開口部端縁１ｂの対向する２辺に沿って立ち上がる一対の第１板材５Ａａと、坩堝１の正方形の上方開口部端縁１ｂの対向する他の２辺に沿って立ち上がる一対の第２板材５Ａｂとからなる。なお、第１および第２板材５Ａａ、５Ａｂは、同じサイズの長方形板材に後述する切欠きを形成した部材である。
【００３７】
一対の第１板材５Ａａは、長手方向の両端側の上縁に上方開口状の切欠き５Ａａ1を有すると共に、長手方向の両端の下縁に矩形の切欠き５Ａａ2を有している。なお、切欠き５Ａａ1は第１板材５Ａａの上縁から幅方向（長手方向の直角方向）の中間位置まで形成されると共に、切欠き５Ａａ2は第１板材５Ａａの下縁から幅方向に所定寸法Ｌ1で形成される。この所定寸法Ｌ1とは、外坩堝２内に坩堝１を収納した状態における、外坩堝２の上方開口部端縁２ｂの高さと坩堝１の上方開口部端縁１ｂの高さとの差よりも小さい寸法である。
【００３８】
一方、一対の第２板材５Ａｂは、長手方向の両端側の下縁に下方開口状の切欠き５Ａｂ1を有すると共に、長手方向の両端の下縁に矩形の切欠き５Ａｂ2を有している。なお、切欠き５Ａｂ1は第２板材５Ａｂの下縁から幅方向の中間位置まで形成されると共に、切欠き５Ａｂ2は第２板材５Ａｂの下縁から幅方向に所定寸法Ｌ2で形成される。この所定寸法Ｌ2は、第１板材５Ａａの切欠き５Ａａ2との前記寸法Ｌ1と同じである。
【００３９】
周壁５Ａは、一対の第１板材５Ａａの各切欠き５Ａａ1に一対の第２板材５Ａｂの各切欠き５Ａｂ1を嵌め込んで格子状に組み立てることができ、周壁５Ａの正方形の枠部分が実質的な部分である。
このように構成された周壁５Ａは、坩堝１を収納した外坩堝２の上方開口部端縁１ｂ上に設置される。このとき、周壁５Ａの矩形の各切欠き５Ａａ2、５Ａｂ2（合計８箇所）を外坩堝２の上方開口部端縁１ｂ上に載せる。
【００４０】
周壁５Ａが外坩堝２によって支持されることにより、周壁５Ａは坩堝１から浮上した状態となっている。これにより、坩堝１および周壁５Ａとの間には隙間が形成されている。また、周壁５Ａの内面５Ａｆが坩堝１の上方開口部端縁１ｂの内面１ｆよりも内側に配置される。
よって、このような設置状態となるように、周壁５Ａの第１および第２板材５Ａａ、５Ａｂの長さ、各切欠き５Ａａ1、５Ａａ2、５Ａｂ1、５Ａｂ2の形成位置と寸法等を決定すればよい。
また、周壁５Ａの正方形の枠部分は、坩堝１の上方開口部１ａよりも高い位置まで装填されたシリコン原料Ｍｓの収容空間である。シリコン原料Ｍｓが坩堝１内で全量溶解したシリコン融液が坩堝１から溢れ出ない程度までシリコン原料Ｍｓを坩堝１内に装填することができる。よって、シリコン原料Ｍｓの装填量を考慮して周壁５Ａの収容空間の容積、すなわち、周壁５Ａの高さＨを決定すればよい。但し、同時に装置上の制約（チャンバー内部の広さ、インゴット一方向凝固時の坩堝下降量など）も考慮する必要がある。
【００４１】
図５と図６に示すように、カバー部材５の蓋体５Ｂは、分割可能な３枚の長方形の板材５Ｂａ、５Ｂｂ、５Ｂｃから構成されている。これら３枚の板材５Ｂａ、５Ｂｂ、５Ｂｃの長辺を隣接させて周壁５Ａ上に並べることにより、周壁５Ａ（正方形の枠部分）よりも大きい正方形の蓋体５Ｂが構成される。なお、真ん中の板材５Ｂａの中央位置には、前記の不活性ガス導入孔５Ｂａ1が形成されている。
【００４２】
図１と図２と図６に示すように、不活性ガス導入管６は、図外の不活性ガス供給源から供給された不活性ガスが導入される第１管６ａと、カバー５の不活性ガス導入孔５Ｂａ1へ不活性ガスを導入するよう第１管６ａと上下方向スライド可能に接続された第２管６ｂとを有し、坩堝１とヒータ３との相対的な上下方向の移動に追随できるよう伸縮可能な２重パイプ構造を有している。
【００４３】
実施形態１の場合、第１管６ａは、チャンバーの上部および断熱ケース７の上部を貫通して垂直方向に配置され、その先端（下端）はヒータ３の高さ付近に位置している。
第２管６ｂは、第１管６ａを挿入できる内径を有する管であり、カバー５の蓋体５Ｂ上に載置される。また、実施形態１の場合、蓋体５Ｂ上で第２管６ｂが安定するように、第２管６ｂの下端に外フランジ６ｂ1が設けられている。なお、外フランジ６ｂ1は省略してもよいが、第２管６ｂの下端に外フランジ６ｂ1を設けることにより、第２管６ｂの下端開口部を蓋体５Ｂ（板材５Ｂａ）の不活性ガス導入孔５Ｂａ1の位置に位置決めし易くなる。この場合、例えば、蓋体５Ｂの上面に、外フランジ６ｂ1の外形と一致する形状の凹部を形成する。
【００４４】
さらに、実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ１は、第１管６ａの軸心上に蓋体５Ｂの不活性ガス導入孔５Ｂａ1が常に配置されるようにするために、次のように構成されている。すなわち、カバー５の周壁５Ａの格子状の上縁に、蓋体５Ｂの外周部がきっちりと嵌り込む切欠きを形成する。また、外坩堝２を昇降台４ｂに嵌め込み式に設置する。また、外坩堝２内のほぼ同じ位置に坩堝１を設置する。このように構成することにより、インゴット製造の度に新品の坩堝１および外坩堝２を使用し、外坩堝２上にカバー５の周壁５Ａをセットし、原料投入後に周壁５Ａ上に蓋体５Ｂを載せても、第１管６ａの軸心上に蓋体５Ｂの不活性ガス導入孔５Ｂａ1が常に配置されることとなる。
【００４５】
（多結晶シリコンインゴット製造方法）
このように構成された実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ１を用いた多結晶シリコンインゴット製造方法では、まず、製造装置Ｆ１外で坩堝１内へシリコン原料Ｍｓを装填する。この際、外坩堝２内に坩堝１を設置し、外坩堝２上にカバー５の周壁５Ａを設置した後、坩堝１内にシリコン原料Ｍｓを投入する。そして、周壁５Ａ上に蓋体５Ｂを設置し、外坩堝２を下降位置（図２参照）にある昇降台４ｂ上に設置する。
【００４６】
その後、第２管６ｂを降ろして蓋体５Ｂ上に載置し、チャンバーを密閉する。そして、シリンダ機構４にて坩堝１を製造開始位置まで上昇させる（図１参照）。次いで、チャンバー内を脱気（真空化）し、チャンバー内に不活性ガスを導入してガス置換を行う。この際、不活性ガス導入管６の第１管６ａからカバー５内に導入された不活性ガスは、カバー５と坩堝１との隙間からカバー５外に流出し、断熱ケース７およびチャンバー内に充満して不活性ガス排気口７ｂから外部に排出される。
【００４７】
その後、カバー５内へ不活性ガスを導入しながら、ヒータ３にて外坩堝２およびカバー５を介して坩堝１を加熱し、それによってシリコン原料Ｍｓを加熱し溶融していく。そして、シリコン原料Ｍｓが全量溶融したことを確認した後、シリンダ機構４にてゆっくりと一定速度（例えば、３０ｍｍ／時程度）で坩堝１を下降させ、これにより溶融シリコンの坩堝底部側からの一方向凝固を開始する。このとき、第２管６ｂが第１管６ａに対して下方へスライドしていくため、不活性ガス導入管６が徐々に伸長しながら不活性ガスをカバー５内へ導入する。
そして、坩堝１を最下降位置まで下降させ（図２参照）、固化完了を確認し、坩堝１を上昇後にアニール工程を行い、その後、インゴット取出し工程によりチャンバー内から坩堝１を取り出し、坩堝１内から製造された多結晶シリコンインゴットＭｉを取り出す。
【００４８】
（多結晶シリコンブロック）
本発明の多結晶シリコンブロックは、本発明の多結晶シリコンインゴットを所望のサイズに加工することにより得られる。
多結晶シリコンブロックは、例えば、バンドソーなどの公知の装置を用いて、本発明の多結晶シリコンインゴットにおいて坩堝材料などの不純物が拡散されているおそれのある表面部分を切断加工することにより得ることができる。
また、必要に応じて、多結晶シリコンブロックの表面を研磨加工してもよい。
【００４９】
（多結晶シリコンウェハ）
本発明の多結晶シリコンウェハは、本発明の多結晶シリコンブロックを加工することにより得られる。
多結晶シリコンウェハは、例えば、マルチワイヤーソーなどの公知の装置を用いて、本発明の多結晶シリコンブロックを所望の厚さにスライス加工することにより得ることができる。現在では１７０μｍ〜２００μｍの厚さに加工されることが多いようである。
また、必要に応じて、多結晶シリコンウェハの表面を研磨加工してもよい。
【００５０】
（多結晶シリコン太陽電池セル）
本発明の多結晶シリコン太陽電池セルは、本発明の多結晶シリコンウェハを用いて製造される。
多結晶シリコン太陽電池セルは、例えば、本発明の多結晶シリコンウェハを用いて、公知の太陽電池セルプロセスにより製造することができる。すなわち、公知の材料を用いて、公知の方法により、ｐ型の不純物がドープされたシリコンウェハの場合、ｎ型の不純物をドープしてｎ型層を形成してｐｎ接合を形成し、表面電極および裏面電極を形成して多結晶シリコン太陽電池セルを得る。
【００５１】
（多結晶シリコン太陽電池モジュール）
本発明の多結晶シリコン太陽電池モジュールは、本発明の多結晶シリコン太陽電池セルの複数個が電気的に接続されてなる。
多結晶シリコン太陽電池モジュールは、例えば、本発明の多結晶シリコン太陽電池セルを用いて、公知の太陽電池モジュールプロセスにより、複数個の太陽電池セルをインタコネクタ（導電性部材）で電気的に接続し、それを封止することにより製造することができる。
【００５２】
（実施形態２）
図７は本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態２における不活性ガス導入部を示す部分拡大断面図である。
実施形態２が実施形態１と異なる点は、不活性ガス導入管の構成のみであり、実施形態２におけるその他の構成は実施形態１と同様であるため、以下に異なる点のみを説明する。
【００５３】
実施形態２の多結晶シリコンインゴット製造装置における不活性ガス導入管１６は、図外の不活性ガス供給源から供給された不活性ガスが導入される第１管１６ａと、カバーの不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入するよう第１管１６ａと上下方向スライド可能に接続された第２管１６ｂとを有し、第２管１６ｂが第１管１６ａ内にスライド可能に挿入されている。このように不活性ガス導入管１６を伸縮可能な２重パイプ構造としてもよい。
【００５４】
（実施形態３）
図８は本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態３における製造開始時を示す断面図であり、図９は実施形態３の多結晶シリコンインゴット製造装置における製造終了時を示す断面図である。なお、図８および図９において、図１および図２中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。また、図８および図９において、シリコン原料および製造された多結晶シリコンインゴットは図示省略されている。
【００５５】
実施形態３の多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ３において、不活性ガス導入管２６の一部または全部がフレキシブル管からなり、坩堝１とヒータ３との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成されている。この場合、断熱ケース２７の上部は、不活性ガス導入管２６が撓むことができる空間となっている。
【００５６】
さらに、実施形態３の場合、フレキシブルな不活性ガス導入管２６の先端がカバー５の蓋体５Ｂの不活性ガス導入孔５Ｂａ1からずれないように、例えば、不活性ガス導入管２６の先端に接続用パイプ２７が差し込まれている。この接続用パイプ２７は下端に外フランジ２７ａを有しており、上述のように、この外フランジ２７ａを蓋体５Ｂの上面に形成された凹部に位置決めする。
あるいは、次のような抜け止め構造を採用してもよい。この場合、例えば、蓋体５Ｂの不活性ガス導入孔５Ｂａ1の内周面に１つ以上の突起部を設ける。また、フレキシブルな不活性ガス導入管２６の先端には、前記外フランジ２７ａを有さない接続用パイプを差し込み、この接続用パイプの外周面に前記突起部を挿入させる倒立Ｌ字形の溝を形成する。このようにすれば、接続用パイプの先端を不活性ガス導入孔５Ｂａ1に差し込む際、溝に突起部を挿入し、接続用パイプを少し回すと溝の奥まで突起部が進入するため、不活性ガス導入管２６が不活性ガス導入孔５Ｂａ1から抜け止めされる。
実施形態３におけるその他の構成は実施形態１および２と概ね同じである。
【００５７】
（他の実施形態）
１．実施形態１（図１、図２）および図実施形態３（図８、図９）では、移動機構として油圧シリンダ機構を例示したが、例えば、ボールネジ機構を採用してもよい。この場合、ボールネジ機構の回転シャフトが断熱カバーの内部に挿入されないように構成することが好ましい。
【００５８】
２．坩堝１の上方開口部端縁１ｂの高さが外坩堝２の上方開口部端縁２ｂの高さよりも僅かに高くなっていてもよい。この場合、カバーの周壁を構成する第１および第２板材５Ａａ、５Ａｂ（図４（Ａ）、図４（Ｂ）参照）の代わりに、これら第１および第２板材５Ａａ、５Ａｂの各切欠き５Ａａ2、５Ａｂ2の部分を下縁から寸法Ｌ1、Ｌ2分下方へ突出した突出片を有する第１および第２板材を用いて周壁を構成することで対応することができる。
【００５９】
３．不活性ガス導入管６は、必ずしも２重構造である必要はない。限られた装置内において、シリコン原料の装填量を出来る限り増やすためには、高さの高いカバーを装着する必要があり、そのためには３重以上の多重構造にする方が好ましい。但し、構造が複雑になるため、たとえばシリコン融液から発生するＳｉＯの粉などが可動部分に蓄積し、動かなくなるなどのトラブルも考えられるため、リスクを伴う。
また、不活性ガス導入管６は１重管とすることも可能である。但し、シリコン原料の装填量を増やすためには、装置の形状にもよるが、たとえば坩堝位置を下げた状態でシリコンの融解を行うなどの対応が必要となる。この場合には、融けたシリコン融液が温度の低い坩堝底部に流れ落ちるため、坩堝割れの危険性がある。また、原料シリコン上部で溶けたシリコンが、不活性ガス導入管６に接触し、原料を汚染する可能性も考えられるため、不活性ガス導入管６は２重以上の方が好ましい。
【実施例】
【００６０】
（実施例１）
＜多結晶シリコンインゴットの製造＞
実施例１では、先ず、図１〜図６で説明した実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ１を用いてｐ型の多結晶シリコンインゴットを製造した。
この際、坩堝１としては、縦８３０ｍｍ×横８３０ｍｍ×高さ４２０ｍｍの内部容積を有するものを使用した。
また、使用したカバー５において、坩堝１の上方開口部端縁１ｂから蓋体５Ｂの下面までの距離は２００ｍｍであり、対向する第１板材５Ａａ間の距離および対向する第２板材５Ａｂ間の距離は８１５ｍｍであり、蓋体５Ｂの板厚は１５ｍｍであった。
また、不活性ガス導入管６の第２管６ｂとしては、長さ１８０ｍｍのものを使用した。
また、外坩堝２は、外坩堝２内の坩堝１の上方開口部端縁１ｂよりも１５ｍｍ高いものを使用した。
【００６１】
次に、坩堝１、カバー５などを全て装置内の所定の位置にセットした後、坩堝１内へシリコン原料Ｍｓを装填した。多結晶シリコンインゴットの低コスト化には、シリコン原料Ｍｓをできるだけ多く坩堝１内に投入することが望ましいため、可能な限りシリコン原料Ｍｓをチャージしたところ、装填量は５６５ｋｇであった。
次に、チャンバーの扉を閉め、坩堝１を図１に示す初期位置まで上昇させ、真空引きを行い、ヒータ３によりシリコン原料Ｍｓを８００℃まで加熱した。その後、不活性ガス導入管６からアルゴンガスを４０Ｌ／ｍｉｎの流量で導入しながら１５５０℃まで加熱し、シリコン原料Ｍｓが全て融解するまで待った。次に、シリコンの融点＋１５℃で３０分間保持し、その後、所定のレシピにしたがって、温度制御、坩堝位置制御を行った。
【００６２】
シリコン融解開始時において、不活性ガス導入管６の第１管６ａの先端を、蓋体５Ｂの下面から１０ｍｍの位置までカバー５内に挿入し、一方向凝固時は坩堝１を初期位置から最大２００ｍｍ降下させた。よって、実施例１では、インゴット上面の固化完了まで、不活性ガス導入管６の第１管６ａが第２管６ｂ内に挿入された状態を維持していた。
ヒータ３の出力傾向から凝固がインゴットの上面まで完了したことを確認した後、１２００℃で２時間アニールを行い、冷却し、インゴットを取り出した。
インゴット上面を目視で確認したところ、実施例１のインゴットは全面で金属光沢が見られた。
【００６３】
＜ブロック加工＞
次に、坩堝１を破壊して多結晶シリコンインゴットＭｉを取り出し、ボンドでインゴット底面を固定した上で、バンドソーにより、１５６ｍｍ角のブロックを２５個切り出した。続いて、インゴット上下部分に相当するブロックの端部分はそれぞれ１５ｍｍ程度切断した。その後、各ブロックの側面の研磨を行った。ブロックの側面にＳｉＣ異物が見られる場合、後工程であるスライス工程でワイヤーソーの断線を引き起こす可能性があるため、ブロック異物不良とし、その結果を表１に示した。なお、表１において、実施例１および後述の実施例２の数値は、後述の比較例１の結果を１００とした場合の割合（％）である。
【００６４】
＜スライス加工＞
次に、前記ブロック加工で得られた多結晶シリコンブロックをワイヤーソーにより１８０μｍ厚にスライスした。加工後、表面の汚れを取るため洗浄し、目視による検査を行った。ＳｉＣ異物によると考えられる段付き不良および異物が確認されたウェハをウェハ異物不良とし、その結果を表１に示した。
【００６５】
＜太陽電池セルの形成工程＞
次に、前記スライス加工で得られた多結晶シリコンウェハを以下の太陽電池セル形成工程に投入した。
まず、図１０（Ａ）に示すように、厚み約１７０μｍのｐ型の多結晶シリコンウェハ１１を準備し、図１０（Ｂ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１の表面にＰＳＧ（リンシリケートガラス）液４１を塗布した。
【００６６】
次に、ＰＳＧ液４１の塗布後の多結晶シリコンウェハ１１を加熱することによってＰＳＧ液４１から多結晶シリコンウェハ１１にリンを拡散させた。これによって、図１０（Ｃ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１の受光面側となる表面に厚み０．３μｍのｎ+層４２を形成した。このとき、ｎ+層４２上には厚み約１μｍのＰＳＧ膜４１ａが形成された。その後、図１０（Ｄ）に示すように、リンの拡散の際に形成されたＰＳＧ膜４１ａを除去した。
【００６７】
次に、図１０（Ｅ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１のｎ+層４２上に、窒化シリコン膜からなる反射防止膜４３を膜厚０．０８μｍで形成した。
次に、図１０（Ｆ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１の裏面（非受光面）にアルミニウムペースト４４ａを塗布した。そして、アルミニウムペースト４４ａの塗布後の多結晶シリコンウェハ１１を７７０℃で焼成することにより、アルミニウムペースト４４ａからアルミニウムを多結晶シリコンウェハ１１の裏面に拡散させて、図１０（Ｇ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１の裏面にアルミニウム電極４４とｐ+層４５とを同時に形成した。
【００６８】
次に、図１０（Ｈ）に示すように、反射防止膜４３の表面上に銀ペースト４６ａを塗布すると共に、多結晶シリコンウェハ１１の裏面上に銀ペースト４７ａを塗布した後、７００℃で焼成した。これにより、図１０（Ｉ）に示すように、ｎ+層４２と電気的に接続する表面電極としての銀電極４６を形成すると共に、多結晶シリコンウェハ１１の裏面と電気的に接続する銀電極４７を形成し、多結晶シリコン太陽電池セル４０を製造した。
【００６９】
その後、最終工程にて特性検査を行った。特性検査はソーラーシミュレータ下、光照射を行った状態でのＩ−Ｖ測定、および、光を照射しない状態での逆方向Ｉ−Ｖ測定を行った。特に、ＳｉＣ異物が多結晶シリコンウェハ面内に存在する場合には、光を照射しない状態でのリーク不良（以下、Ｉｄ不良と呼ぶ）が懸念される。これは、ＳｉＣ異物が一般的にｎ型ドーパントである窒素不純物を含んでいるため、低抵抗ｎ型異物となっているためと考えられる。実施例１についてのＩｄ不良率結果を表１に示した。
【００７０】
＜太陽電池モジュール化工程＞
実施例１の多結晶シリコン太陽電池セル４０を複数個電気的に直列接続することによって、図１１に示す多結晶シリコン太陽電池モジュール５０を製造した。
すなわち、隣り合うようにして配置された、一方の多結晶シリコン太陽電池セル４０の受光面側の表面電極である銀電極４６と、他方の多結晶シリコン太陽電池セル４０の裏面側の銀電極４７とを、それぞれ、インターコネクタと言われる導電性部材５１によって電気的に接続した。これにより、これらの多結晶シリコン太陽電池セル４０が電気的に直列に接続された太陽電池ストリングを作製した。
【００７１】
そして、前記太陽電池ストリングを、透明基板５２と、保護シート５３との間に設置された封止材５４中に封止して多結晶シリコン太陽電池モジュールを製造した。ここで、透明基板５２としてガラス基板を用いた。また、保護シート５３としてＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを用いた。さらに、封止材５４としてはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いた。
【００７２】
（実施例２）
実施例２では、不活性ガス導入管６の第２管６ｂの長さ１３０ｍｍであったこと以外は、実施例１と同様にして多結晶シリコンインゴットを製造した。
実施例２で用いた不活性ガス導入管６の第２管６ｂの長さは、実施例１で用いた不活性ガス導入管６の第２管６ｂの長さよりも短かったため、一方向凝固時に坩堝１を最大２００ｍｍ降下させた際に、第１管６ａの先端（下端）と第２管６ｂの上端とが４５ｍｍ離れていた。つまり、第１管６ａが第２管６ｂから抜けた状態となっていた。
【００７３】
実施例２の多結晶シリコンインゴットを用いて、実施例１と同様に、ブロック加工および研磨を行った。また、実施例２でも実施例１と同様に、ブロック側面のブロック異物不良について判定し、その結果を表１に示した。
次に、実施例２のブロックを、実施例１と同様に、スライス加工および洗浄し、目視によるウェハ異物不良について判定し、その結果を表１に示した。
実施例２のウェハを用いて、実施例１と同様に、多結晶シリコン太陽電池セルし、Ｉｄ不良検査を行い、その結果を表１に示した。
その後、実施例２の太陽電池セルを用いて、実施例１と同様に、多結晶シリコン太陽電池モジュールを製造した。
【００７４】
（比較例１）
比較例１として、カバー５および第２管６ｂを備えない多結晶シリコンインゴット製造装置を用いたこと以外は、実施例１と同様にして多結晶シリコンインゴットを製造した。 なお、比較例１では、坩堝１へのシリコン原料Ｍｓの装填量が４５０ｋｇであった。
比較例１のインゴット上面を目視で確認したところ、曇りが見られ、ＳｉＣと思われる緑色の異物が上面の一部に見られた。
【００７５】
比較例１の多結晶シリコンインゴットを用いて、実施例１と同様に、ブロック加工および研磨を行った。また、比較例１でも実施例１と同様に、ブロック側面のブロック異物不良について判定し、その結果を表１に示した。
次に、比較例１のブロックを、実施例１と同様に、スライス加工および洗浄し、目視によるウェハ異物不良について判定し、その結果を表１に示した。
比較例１のウェハを用いて、実施例１と同様に、多結晶シリコン太陽電池セルし、Ｉｄ不良検査を行い、その結果を表１に示した。
その後、比較例１の太陽電池セルを用いて、実施例１と同様に、多結晶シリコン太陽電池モジュールを製造した。
【００７６】
【表１】
【００７７】
表１の結果から、実施例１および２は、比較例１と比べて、ブロック異物、ウェハ異物およびＩｄ不良について良好な結果が得られ、実施例１が特に良好であることが確認できた。
また、実施例１、２および比較例１の多結晶シリコン太陽電池セルを用いて多結晶シリコン太陽電池モジュールを製造したことに関しては、特性面、歩留面で、大きな差は見られないものの、シリコン原料の装填量に差があること、ブロック歩留、スライス歩留、太陽電池検査歩留にＳｉＣ異物起因の差が見られるため、モジュールのコストは、実施例１＜実施例２＜＜比較例１となった。よって、本発明により多結晶太陽電池モジュールを低価格で市場に供給することが可能となった。
【００７８】
本明細書における実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７９】
１ 坩堝
１ａ 上方開口部
１ｂ 上方開口部端縁
１ｆ 坩堝の上方開口部端縁の内面
２ 外坩堝（支持部材）
３ ヒータ（加熱部）
４ シリンダ機構（移動機構）
５ カバー
５Ａ 周壁
５Ａｆ 周壁の内面
５Ａａ 第１板材
５Ａｂ 第２板材
５Ａａ1、５Ａａ2、５Ａｂ1、５Ａｂ2、切欠き
５Ｂ 蓋体
５Ｂａ、５Ｂｂ、５Ｂｃ 板材
５Ｂａ1 不活性ガス導入孔
６、１６、２６ 不活性ガス導入管
６ａ、１６ａ 第１管
６ｂ、１６ｂ 第２管
４０ 多結晶シリコン太陽電池（太陽電池セル）
５０ 多結晶シリコン太陽電池モジュール
Ｆ１、Ｆ２ 多結晶シリコンインゴット製造装置
Ｍｉ 多結晶シリコンインゴット
Ｍｓ シリコン原料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に好適に用いられる多結晶シリコンインゴット、その製造装置、その製造方法およびその用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、地球規模での環境問題に対して、再生可能エネルギーが注目されており、その中でも太陽電池は大きな注目を集めている。太陽電池には、バルク系、薄膜系、色素増感など幾つかの種類が存在するが、その中でも、多結晶シリコンウェハを用いた多結晶シリコン太陽電池が最もコストパフォーマンスが高く、一番大きな市場を占めている。よって、多結晶シリコン太陽電池の更なる普及を促進するために、多結晶シリコン太陽電池の低価格化が求められている。
【０００３】
シリコン結晶系太陽電池としては、Ｂ（ホウ素）、Ｇａ（ガリウム）などのＩＩＩ族元素が少量添加されたｐ型シリコン基板の表面に拡散といった方法によってｎ型層を形成し、それによって形成されたｐｎ接合を有するｐｎ接合タイプが最も一般的である。その他にも、Ｐ（リン）といったＶ族元素が少量添加されたｎ型シリコン基板の表面にｐ型層を形成したもの、ｐまたはｎ基板上に薄膜成長によりｎまたはｐ型層を成長させたもの、あるいはｎ型シリコン基板の裏面側にｎ+、ｐ+領域を形成し、電極を裏面側に集めた構造のものなど、さまざまな構造のシリコン結晶系太陽電池が存在する。
【０００４】
太陽電池に用いられる多結晶シリコンは、シリコンリボンや球状シリコンを製造することにより得ることができるが、一般的にはキャスト法と呼ばれる製造方法によって製造されている。キャスト法では、例えば、シリカ製の坩堝中でシリコン融液を保持し、その後、シリコン融液を坩堝の底側から液面側に一方向凝固させることで、多結晶シリコンインゴットを製造する。その後、一般的に、バンドソーによって多結晶シリコンインゴットを適当なサイズの角柱形状のブロックに加工し、ワイヤーソーによってブロックをスライスしてウェハを得る。このようにして得られた多結晶シリコンウェハを用いて多結晶シリコン太陽電池セルが製造され、複数の太陽電池セルをモジュール化することで太陽電池モジュールが製造される。
ここで、本明細書の以下においては、「太陽電池セル」と「太陽電池モジュール」とを含む概念として、単に「太陽電池」と称する。したがって、例えば、「多結晶シリコン太陽電池」と記載されたものがあれば、それは「多結晶シリコン太陽電池セル」および「多結晶シリコン太陽電池モジュール」を含む意味となる。
【０００５】
多結晶シリコンインゴット中に存在する炭化珪素異物（ＳｉＣ異物）は、多結晶シリコンインゴットのブロック加工およびブロックのスライス加工の際、様々な加工不良を引き起こす。ＳｉＣはシリコンより硬いため、スライス加工では、ワイヤーソーが断線する。あるいは、ウェハに段差を生じたり、ウェハの面内板厚分布が大きくなるといった不具合によって、形状不良ウェハが発生する。また、スライス工程でのワイヤソーの断線を防ぐには、ブロック表面にＳｉＣ異物が確認されると、ＳｉＣ異物が確認された部分を予め切除する必要があるが、そうすると大幅に歩留が低下する。
【０００６】
また、太陽電池セルの製造工程においても、多結晶シリコンウェハ内にＳｉＣ異物が存在すると、Ｉｄ不良と呼ばれる特性不良を引き起こし、歩留が低下する。ここで、Ｉｄ不良とは、光非照射状態で適当な逆方向電圧を太陽電池セルに印加した際に流れる逆方向電流が基準値を超える不良と定義する。印加する逆方向電圧や逆方向電流の基準値としては、太陽電池モジュールの構造、太陽電池セルの直列数などによって決定され、直列に接続された太陽電池セルの一部が陰になった場合などでの発熱を抑える目的で決定される。
多結晶シリコン太陽電池を低コスト化するためには、上述のような加工歩留低下、太陽電池の特性歩留低下を回避することが必要であり、そのためには多結晶シリコンインゴット中のＳｉＣ異物を低減する必要がある。
【０００７】
ＳｉＣ異物発生の原因は、シリコン原料に元々炭素不純物が含まれていることや、キャスト時に炭素不純物がシリコン融液中に混入することが考えられる。炭素濃度が低いポリシリコン原料を用いた場合でも、インゴット中にＳｉＣ異物が発生するため、キャスト時に混入する炭素不純物を低減することは必須である。キャスト時の炭素不純物の混入経路としては、シリコン融液（溶湯）から蒸発したＳｉＯが、炉内で高温になった黒鉛部材（例えば、黒鉛加熱部、炭素系断熱材など）と反応してＣＯガスが発生し、そのＣＯガスがシリコン融液中に取り込まれるという経路が考えられる。
【０００８】
炭素不純物濃度を低減するための多結晶シリコンインゴット製造装置として、坩堝と、坩堝の上方と下方に配置された上部加熱部および下部加熱部と、シリコン融液に向かって不活性ガスを供給するガス管と、シリコン融液と上部加熱部との間に設けられた板状の蓋とを備え、蓋の中心近傍にガス管を挿通させるための貫通孔を形成すると共に、蓋の周縁部にガス通過用間隙を形成した装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４０９９８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般に、高出力の太陽電池を得るために、シリコン融液を一方向凝固させて高品質の多結晶シリコンインゴットを製造し広く利用している。
しかしながら、特許文献１に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置では、結晶成長条件の最適化に向けた自由度が低く、高品質な多結晶シリコンインゴットを製造することができない。また、蓋が坩堝の上方開口部の高さに固定されているため、坩堝内へのシリコン原料の装填量が制限されるという問題もある。
【００１１】
本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、ＳｉＣ異物が少なく、高品質かつ大きなサイズの多結晶シリコンインゴットを製造することができる、多結晶シリコンインゴット製造装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かくして、本発明によれば、上方開口部を有する坩堝と、前記坩堝の外周に設けられて坩堝内に収容されたシリコン原料を加熱し溶融する加熱部と、前記坩堝と前記加熱部とを相対的に上下方向に移動させる移動機構と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記坩堝の上方開口部を開閉可能に覆うカバーと、前記不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入管とを備えた、多結晶シリコンインゴット製造装置が提供される。
【００１３】
また、本発明の別の観点によれば、前記の多結晶シリコンインゴット製造装置を用い、不活性ガスを導入しながら多結晶シリコンインゴットを成長させる、多結晶シリコンインゴット製造方法が提供される。
【００１４】
また、本発明のさらに別の観点によれば、前記多結晶シリコンインゴット製造方法で製造された多結晶シリコンインゴット、その多結晶シリコンインゴットを加工して得られた多結晶シリコンブロック、その多結晶シリコンブロックを加工して得られた多結晶シリコンウェハ、その多結晶シリコンウェハを用いて製造された多結晶シリコン太陽電池が提供される。
ここで、本明細書においては、「シリコンブロック」と「シリコンウェハ」とを含む概念として、「シリコン材料」と称する。したがって、例えば、「多結晶シリコン材料」と記載されたものがあれば、それは「多結晶シリコンブロック」および「多結晶シリコンウェハ」を含むことを意味となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置によれば、ＳｉＣ異物の少ない多結晶シリコンインゴットを低コストにて製造することが可能となる。この結果、多結晶シリコンインゴットから製造されるシリコン材料、太陽電池を低コスト化することが可能となり、多結晶シリコン太陽電池の普及を加速することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態１における原料溶融時を示す断面図である。
【図２】実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置における凝固完了時を示す断面図である。
【図３】実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置における坩堝を示す斜視図である。
【図４（Ａ）】実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの第１板材を示す正面図である。
【図４（Ｂ）】実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの第２板材を示す正面図である。
【図５】実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの蓋体を示す斜視図である。
【図６】実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーおよび不活性ガス導入管の一部を示す斜視図である。
【図７】本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態２における不活性ガス導入部を示す部分拡大断面図である。
【図８】本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態３における原料溶融時を示す断面図である。
【図９】実施形態３の多結晶シリコンインゴット製造装置における凝固完了時を示す断面図である。
【図１０（Ａ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第１の図である。
【図１０（Ｂ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第２の図である。
【図１０（Ｃ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第３の図である。
【図１０（Ｄ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第４の図である。
【図１０（Ｅ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第５の図である。
【図１０（Ｆ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第６の図である。
【図１０（Ｇ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第７の図である。
【図１０（Ｈ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第８の図である。
【図１０（Ｉ）】実施例１での太陽電池セル形成工程を示す第９の図である。
【図１１】実施例１で製造した多結晶シリコン太陽電池モジュールを示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置は、上方開口部を有する坩堝と、前記坩堝の外周に設けられて坩堝内に収容されたシリコン原料を加熱し溶融する加熱部と、前記坩堝と前記加熱部とを相対的に上下方向に移動させる移動機構と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記坩堝の上方開口部を開閉可能に覆うカバーと、前記不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入管とを備え、シリコン融液を一方向凝固させて高品質の多結晶シリコンインゴットを製造するように構成されている。
【００１８】
坩堝としては、一般に用いられている黒鉛製または石英（ＳｉＯ2）製の坩堝等を用いることができる。
加熱部としては、抵抗発熱式のヒータを用いることができるが、このようなヒータ以外にも、坩堝の外周に設けたグラファイトまたはカーボン等、導電率の高い材質からなる発熱体を誘導加熱コイルにて加熱することにより坩堝を加熱するように構成してもよい。
【００１９】
移動機構は、加熱部に対して坩堝を移動させてもよく、坩堝に対して加熱部を移動させてもよい。多結晶シリコンインゴット製造装置の構造を簡素化できる上で、加熱部に対して坩堝を移動させる移動機構を採用することが好ましく、例えば、空圧または油圧シリンダ機構、リンク機構、ボールネジ機構等によって坩堝を昇降させることができる。
カバーの材料としては、耐熱性および強度に優れた材料であれば特に限定されず、例えば、黒鉛、ＳｉＯ2、炭化珪素（ＳｉＣ）等が挙げられ、これらのうち、耐酸化性、耐久性、Ｓｉへの不純物混入の観点からＳｉＣが好ましい。なお、カバーおよび不活性ガス導入管について、詳しくは後述する。
【００２０】
本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置は、次のように構成されてもよい。
（１）前記不活性ガス導入管が、伸縮可能または屈伸可能であってもよい。このようにすれば、坩堝と加熱部とが相対的に上下方向へ移動しても、カバーにて覆われた坩堝上部の空間内へ不活性ガスを導入し続けることができるため、インゴット固化完了時まで坩堝内のＣＯガス分圧を低く維持することができる。また、坩堝の上方開口部より高い位置までシリコン原料を装填しても不活性ガス導入管が邪魔にならない。
なお、不活性ガス導入管は、具体的には、次の（２）または（３）のように構成することができる。
【００２１】
（２）前記不活性ガス導入管が、不活性ガス供給源から供給された不活性ガスが導入される第１管と、前記カバーの不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入するよう前記第１管と上下方向スライド可能に配置された第２管とを有し、前記坩堝と前記加熱部との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成されてもよい。この場合、第１管を第２管内へスライド可能に挿入してもよく、これとは反対に第２管を第１管内へスライド可能に挿入してもよい。第１および第２管の材料としては、耐熱性および強度に優れた材料であれば特に限定されず、例えば、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、黒鉛等が挙げられる。これらのうち、耐酸化性、耐久性、Ｓｉへの不純物混入の観点からＳｉＣが特に好ましい。
【００２２】
（３）前記不活性ガス導入管の一部または全部がフレキシブル管からなり、前記坩堝と前記加熱部との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成されてもよい。
【００２３】
（４）本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置は、前記坩堝の外周に設けられて前記カバーの下端を支持する支持部材をさらに備えてもよい。この場合、支持部材の材料としては、耐熱性および強度に優れた材料であれば特に限定されず、坩堝と同じ材料を用いることができる。また、この支持部材は、坩堝を収納する外坩堝であってもよい。支持部材にてカバーを支持することにより、坩堝にカバーを設置した場合にカバーの重みで坩堝の変形が促進されてしまうといった不具合を回避することができる。
【００２４】
（５）前記カバーは、前記坩堝の上方開口部端縁に沿って立ち上がる周壁と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記周壁上に離脱可能に取り付けられる蓋体とを有していてもよい。このようにカバーを構成することによって、蓋体を周壁から取り外し、坩堝の上方開口部よりも高い位置までシリコン原料を坩堝内に容易に装填することができると共に、シリコン原料の装填量を増加させることができる。さらに、この状態で蓋体にて周壁の上方開口部を覆い、坩堝内に不活性ガスを導入しながらシリコン原料を溶融し、溶融したシリコン融液を一方向凝固させて多結晶シリコンインゴットを製造することができるため、ＳｉＣ異物がほとんど混入していない高品質かつ大きなサイズの多結晶シリコンインゴットを得ることができる。
【００２５】
この結果、高品質な多結晶シリコンインゴットの単位重量当たりのコストを低下することができるため、多結晶シリコンインゴットを加工して得られた多結晶シリコン材料（多結晶シリコンインゴットを加工して得られた多結晶シリコンブロックおよびその多結晶シリコンインブロックを加工して得られた多結晶シリコンウェハ）、その多結晶シリコン材料を用いて製造された多結晶シリコン太陽電池（その多結晶シリコン材料を用いて製造された多結晶シリコン太陽電池セルおよびその多結晶シリコン太陽電池セルを用いて製造された多結晶シリコン太陽電池モジュール）を、高品質を維持しながら低コストにて製造することができる。
【００２６】
（６）前記周壁は、その内面が前記坩堝の上方開口部端縁の内面よりも内側に配置されるように構成されてもよい。このようにすれば、シリコン融液が周壁に付着しても坩堝内に流れ落ちる。また、シリコン原料が坩堝内で溶融していく段階で、シリコン原料が崩れ落ちてシリコン融液が坩堝の外に飛び散るようなことも防止できるため、装置トラブルを回避できると共に、坩堝内のシリコン量も減少することが無くなる。
【００２７】
（７）前記坩堝の上方開口部端縁が四角形であってもよい。この場合、前記カバーの周壁が、前記坩堝の四角形の上方開口部端縁の対向する２辺に沿って立ち上がる一対の第１板材と、前記坩堝の四角形の上方開口部端縁の対向する他の２辺に沿って立ち上がる一対の第２板材とからなり、一対の第１板材は、長手方向の両端側に上方開口状の切欠きを有し、 一対の第２板材は、長手方向の両端側に下方開口状の切欠きを有し、前記周壁が、一対の第１板材の各切欠きに一対の第２板材の各切欠きを嵌め込んで格子状に組み立てるように構成されてもよい。このようにすれば、周壁を容易に作製することができる。
【００２８】
（８）前記カバー部材の蓋体が、分割可能な複数の板材から構成されてもよい。このようにすれば、蓋体の作製が容易となると共に、坩堝内へシリコン原料を装填する際の蓋体の取り扱いが容易となる。
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態を詳説する。
【００３０】
（実施形態１）
図１は本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態１における原料溶融時を示す断面図であり、図２は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置における凝固完了時を示す断面図である。また、図３は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置における坩堝を示す斜視図であり、図４（Ａ）は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの第１板材を示す正面図であり、図４（Ｂ）は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの第２板材を示す正面図である。また、図５は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーの蓋体を示す斜視図であり、図６は実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置におけるカバーおよび不活性ガス導入管の一部を示す斜視図である。
【００３１】
（多結晶シリコンインゴット製造装置）
この多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ１は、上方開口部を有する坩堝１と、坩堝１を収納する上方開口部を有する外坩堝２と、坩堝１および外坩堝２の外周に設けられて坩堝１内に収容されたシリコン原料Ｍｓを加熱し溶融するヒータ（加熱部）３と、坩堝１および外坩堝２をヒータ３に対して昇降させる油圧式シリンダ機構（移動機構）４と、不活性ガス導入孔５Ｂａ1を有すると共に坩堝１の上方開口部を開閉可能に覆うカバー５と、不活性ガス導入孔５Ｂａ1へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入管６とを備え、少なくとも坩堝１、外坩堝２およびヒータ３は断熱ケース７内に収納されている。なお、これらは、密閉かつ真空引き可能な図示しないチャンバーの内部に設置されている。
【００３２】
坩堝１は、上方開口部１ａを有する立方体形に形成されている（図３参照）。また、外坩堝２は、坩堝１よりも大きいサイズの立方体形に形成されている。外坩堝２内に坩堝１を収納すると、坩堝１の上方開口部端縁１ｂの高さよりも外坩堝２の上方開口部端縁２ｂの高さが僅かに高くなっている。
【００３３】
シリンダ機構４は、ロッド４ａ1を有する油圧シリンダ本体４ａと、ロッド４ａ1の先端（上端）に連結された昇降台４ｂとを備え、昇降台４ｂ上に坩堝１を収納した外坩堝２が設置されている。なお、昇降台４ｂの下端には、下降した昇降台４ｂを油圧シリンダ本体４ａと衝突させないようにする凹部４ｂ1が設けられている（図２参照）。
【００３４】
断熱ケース７は、例えば、炭素系断熱材などから構成されており、図示しない支持部材にてチャンバー内に油圧シリンダ本体４ａよりも上方に支持されている。断熱ケース７において、下端の底壁には昇降台４ｂを挿通させる孔部７ａおよび不活性ガス排気口７ｂが形成されている。なお、不活性ガス排気口７ｂを省略し、孔部７ａの隙間から排気するようにしてもよい。
また、実施形態１の場合、断熱ケース７の上部は、後述する不活性ガス導入管６の第２管６ｂが上下移動可能な筒状空間部７ｃとなっている。なお、断熱ケース７およびチャンバーは、坩堝１内へのシリコン原料Ｍｓの装填および坩堝１内から製造した多結晶シリコンインゴットＭｉの取出しを行うための扉が設けられているのは言うまでもない。
【００３５】
また、図示省略するが、坩堝１内のシリコン原料Ｍｓの温度を検出するために、昇降台４ｂの上面中央近傍に熱電対が配置されている。また、昇降台４ｂは坩堝１の上下方向の位置を検出する位置検出器を備える。また、ヒータ３の温度を検出するために制御用熱電対が配置されている。これらの熱電対および位置検出器の出力が図示しない制御装置に入力され、それによってヒータ３による加熱状態が制御される。
【００３６】
カバー５は、坩堝１の上方開口部端縁１ｂに沿って立ち上がる周壁５Ａと、前記不活性ガス導入孔５Ｂａ1を有すると共に周壁５Ａ上に離脱可能に取り付けられる蓋体５Ｂとを有する。
さらに詳しく説明すると、図４（Ａ）と図４（Ｂ）と図６に示すように、カバー５の周壁５Ａは、坩堝１の正方形の上方開口部端縁１ｂの対向する２辺に沿って立ち上がる一対の第１板材５Ａａと、坩堝１の正方形の上方開口部端縁１ｂの対向する他の２辺に沿って立ち上がる一対の第２板材５Ａｂとからなる。なお、第１および第２板材５Ａａ、５Ａｂは、同じサイズの長方形板材に後述する切欠きを形成した部材である。
【００３７】
一対の第１板材５Ａａは、長手方向の両端側の上縁に上方開口状の切欠き５Ａａ1を有すると共に、長手方向の両端の下縁に矩形の切欠き５Ａａ2を有している。なお、切欠き５Ａａ1は第１板材５Ａａの上縁から幅方向（長手方向の直角方向）の中間位置まで形成されると共に、切欠き５Ａａ2は第１板材５Ａａの下縁から幅方向に所定寸法Ｌ1で形成される。この所定寸法Ｌ1とは、外坩堝２内に坩堝１を収納した状態における、外坩堝２の上方開口部端縁２ｂの高さと坩堝１の上方開口部端縁１ｂの高さとの差よりも小さい寸法である。
【００３８】
一方、一対の第２板材５Ａｂは、長手方向の両端側の下縁に下方開口状の切欠き５Ａｂ1を有すると共に、長手方向の両端の下縁に矩形の切欠き５Ａｂ2を有している。なお、切欠き５Ａｂ1は第２板材５Ａｂの下縁から幅方向の中間位置まで形成されると共に、切欠き５Ａｂ2は第２板材５Ａｂの下縁から幅方向に所定寸法Ｌ2で形成される。この所定寸法Ｌ2は、第１板材５Ａａの切欠き５Ａａ2との前記寸法Ｌ1と同じである。
【００３９】
周壁５Ａは、一対の第１板材５Ａａの各切欠き５Ａａ1に一対の第２板材５Ａｂの各切欠き５Ａｂ1を嵌め込んで格子状に組み立てることができ、周壁５Ａの正方形の枠部分が実質的な部分である。
このように構成された周壁５Ａは、坩堝１を収納した外坩堝２の上方開口部端縁１ｂ上に設置される。このとき、周壁５Ａの矩形の各切欠き５Ａａ2、５Ａｂ2（合計８箇所）を外坩堝２の上方開口部端縁１ｂ上に載せる。
【００４０】
周壁５Ａが外坩堝２によって支持されることにより、周壁５Ａは坩堝１から浮上した状態となっている。これにより、坩堝１および周壁５Ａとの間には隙間が形成されている。また、周壁５Ａの内面５Ａｆが坩堝１の上方開口部端縁１ｂの内面１ｆよりも内側に配置される。
よって、このような設置状態となるように、周壁５Ａの第１および第２板材５Ａａ、５Ａｂの長さ、各切欠き５Ａａ1、５Ａａ2、５Ａｂ1、５Ａｂ2の形成位置と寸法等を決定すればよい。
また、周壁５Ａの正方形の枠部分は、坩堝１の上方開口部１ａよりも高い位置まで装填されたシリコン原料Ｍｓの収容空間である。シリコン原料Ｍｓが坩堝１内で全量溶解したシリコン融液が坩堝１から溢れ出ない程度までシリコン原料Ｍｓを坩堝１内に装填することができる。よって、シリコン原料Ｍｓの装填量を考慮して周壁５Ａの収容空間の容積、すなわち、周壁５Ａの高さＨを決定すればよい。但し、同時に装置上の制約（チャンバー内部の広さ、インゴット一方向凝固時の坩堝下降量など）も考慮する必要がある。
【００４１】
図５と図６に示すように、カバー部材５の蓋体５Ｂは、分割可能な３枚の長方形の板材５Ｂａ、５Ｂｂ、５Ｂｃから構成されている。これら３枚の板材５Ｂａ、５Ｂｂ、５Ｂｃの長辺を隣接させて周壁５Ａ上に並べることにより、周壁５Ａ（正方形の枠部分）よりも大きい正方形の蓋体５Ｂが構成される。なお、真ん中の板材５Ｂａの中央位置には、前記の不活性ガス導入孔５Ｂａ1が形成されている。
【００４２】
図１と図２と図６に示すように、不活性ガス導入管６は、図外の不活性ガス供給源から供給された不活性ガスが導入される第１管６ａと、カバー５の不活性ガス導入孔５Ｂａ1へ不活性ガスを導入するよう第１管６ａと上下方向スライド可能に接続された第２管６ｂとを有し、坩堝１とヒータ３との相対的な上下方向の移動に追随できるよう伸縮可能な２重パイプ構造を有している。
【００４３】
実施形態１の場合、第１管６ａは、チャンバーの上部および断熱ケース７の上部を貫通して垂直方向に配置され、その先端（下端）はヒータ３の高さ付近に位置している。
第２管６ｂは、第１管６ａを挿入できる内径を有する管であり、カバー５の蓋体５Ｂ上に載置される。また、実施形態１の場合、蓋体５Ｂ上で第２管６ｂが安定するように、第２管６ｂの下端に外フランジ６ｂ1が設けられている。なお、外フランジ６ｂ1は省略してもよいが、第２管６ｂの下端に外フランジ６ｂ1を設けることにより、第２管６ｂの下端開口部を蓋体５Ｂ（板材５Ｂａ）の不活性ガス導入孔５Ｂａ1の位置に位置決めし易くなる。この場合、例えば、蓋体５Ｂの上面に、外フランジ６ｂ1の外形と一致する形状の凹部を形成する。
【００４４】
さらに、実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ１は、第１管６ａの軸心上に蓋体５Ｂの不活性ガス導入孔５Ｂａ1が常に配置されるようにするために、次のように構成されている。すなわち、カバー５の周壁５Ａの格子状の上縁に、蓋体５Ｂの外周部がきっちりと嵌り込む切欠きを形成する。また、外坩堝２を昇降台４ｂに嵌め込み式に設置する。また、外坩堝２内のほぼ同じ位置に坩堝１を設置する。このように構成することにより、インゴット製造の度に新品の坩堝１および外坩堝２を使用し、外坩堝２上にカバー５の周壁５Ａをセットし、原料投入後に周壁５Ａ上に蓋体５Ｂを載せても、第１管６ａの軸心上に蓋体５Ｂの不活性ガス導入孔５Ｂａ1が常に配置されることとなる。
【００４５】
（多結晶シリコンインゴット製造方法）
このように構成された実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ１を用いた多結晶シリコンインゴット製造方法では、まず、製造装置Ｆ１外で坩堝１内へシリコン原料Ｍｓを装填する。この際、外坩堝２内に坩堝１を設置し、外坩堝２上にカバー５の周壁５Ａを設置した後、坩堝１内にシリコン原料Ｍｓを投入する。そして、周壁５Ａ上に蓋体５Ｂを設置し、外坩堝２を下降位置（図２参照）にある昇降台４ｂ上に設置する。
【００４６】
その後、第２管６ｂを降ろして蓋体５Ｂ上に載置し、チャンバーを密閉する。そして、シリンダ機構４にて坩堝１を製造開始位置まで上昇させる（図１参照）。次いで、チャンバー内を脱気（真空化）し、チャンバー内に不活性ガスを導入してガス置換を行う。この際、不活性ガス導入管６の第１管６ａからカバー５内に導入された不活性ガスは、カバー５と坩堝１との隙間からカバー５外に流出し、断熱ケース７およびチャンバー内に充満して不活性ガス排気口７ｂから外部に排出される。
【００４７】
その後、カバー５内へ不活性ガスを導入しながら、ヒータ３にて外坩堝２およびカバー５を介して坩堝１を加熱し、それによってシリコン原料Ｍｓを加熱し溶融していく。そして、シリコン原料Ｍｓが全量溶融したことを確認した後、シリンダ機構４にてゆっくりと一定速度（例えば、３０ｍｍ／時程度）で坩堝１を下降させ、これにより溶融シリコンの坩堝底部側からの一方向凝固を開始する。このとき、第２管６ｂが第１管６ａに対して下方へスライドしていくため、不活性ガス導入管６が徐々に伸長しながら不活性ガスをカバー５内へ導入する。
そして、坩堝１を最下降位置まで下降させ（図２参照）、固化完了を確認し、坩堝１を上昇後にアニール工程を行い、その後、インゴット取出し工程によりチャンバー内から坩堝１を取り出し、坩堝１内から製造された多結晶シリコンインゴットＭｉを取り出す。
【００４８】
（多結晶シリコンブロック）
本発明の多結晶シリコンブロックは、本発明の多結晶シリコンインゴットを所望のサイズに加工することにより得られる。
多結晶シリコンブロックは、例えば、バンドソーなどの公知の装置を用いて、本発明の多結晶シリコンインゴットにおいて坩堝材料などの不純物が拡散されているおそれのある表面部分を切断加工することにより得ることができる。
また、必要に応じて、多結晶シリコンブロックの表面を研磨加工してもよい。
【００４９】
（多結晶シリコンウェハ）
本発明の多結晶シリコンウェハは、本発明の多結晶シリコンブロックを加工することにより得られる。
多結晶シリコンウェハは、例えば、マルチワイヤーソーなどの公知の装置を用いて、本発明の多結晶シリコンブロックを所望の厚さにスライス加工することにより得ることができる。現在では１７０μｍ〜２００μｍの厚さに加工されることが多いようである。
また、必要に応じて、多結晶シリコンウェハの表面を研磨加工してもよい。
【００５０】
（多結晶シリコン太陽電池セル）
本発明の多結晶シリコン太陽電池セルは、本発明の多結晶シリコンウェハを用いて製造される。
多結晶シリコン太陽電池セルは、例えば、本発明の多結晶シリコンウェハを用いて、公知の太陽電池セルプロセスにより製造することができる。すなわち、公知の材料を用いて、公知の方法により、ｐ型の不純物がドープされたシリコンウェハの場合、ｎ型の不純物をドープしてｎ型層を形成してｐｎ接合を形成し、表面電極および裏面電極を形成して多結晶シリコン太陽電池セルを得る。
【００５１】
（多結晶シリコン太陽電池モジュール）
本発明の多結晶シリコン太陽電池モジュールは、本発明の多結晶シリコン太陽電池セルの複数個が電気的に接続されてなる。
多結晶シリコン太陽電池モジュールは、例えば、本発明の多結晶シリコン太陽電池セルを用いて、公知の太陽電池モジュールプロセスにより、複数個の太陽電池セルをインタコネクタ（導電性部材）で電気的に接続し、それを封止することにより製造することができる。
【００５２】
（実施形態２）
図７は本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態２における不活性ガス導入部を示す部分拡大断面図である。
実施形態２が実施形態１と異なる点は、不活性ガス導入管の構成のみであり、実施形態２におけるその他の構成は実施形態１と同様であるため、以下に異なる点のみを説明する。
【００５３】
実施形態２の多結晶シリコンインゴット製造装置における不活性ガス導入管１６は、図外の不活性ガス供給源から供給された不活性ガスが導入される第１管１６ａと、カバーの不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入するよう第１管１６ａと上下方向スライド可能に接続された第２管１６ｂとを有し、第２管１６ｂが第１管１６ａ内にスライド可能に挿入されている。このように不活性ガス導入管１６を伸縮可能な２重パイプ構造としてもよい。
【００５４】
（実施形態３）
図８は本発明の多結晶シリコンインゴット製造装置の実施形態３における製造開始時を示す断面図であり、図９は実施形態３の多結晶シリコンインゴット製造装置における製造終了時を示す断面図である。なお、図８および図９において、図１および図２中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。また、図８および図９において、シリコン原料および製造された多結晶シリコンインゴットは図示省略されている。
【００５５】
実施形態３の多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ３において、不活性ガス導入管２６の一部または全部がフレキシブル管からなり、坩堝１とヒータ３との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成されている。この場合、断熱ケース２７の上部は、不活性ガス導入管２６が撓むことができる空間となっている。
【００５６】
さらに、実施形態３の場合、フレキシブルな不活性ガス導入管２６の先端がカバー５の蓋体５Ｂの不活性ガス導入孔５Ｂａ1からずれないように、例えば、不活性ガス導入管２６の先端に接続用パイプ２７が差し込まれている。この接続用パイプ２７は下端に外フランジ２７ａを有しており、上述のように、この外フランジ２７ａを蓋体５Ｂの上面に形成された凹部に位置決めする。
あるいは、次のような抜け止め構造を採用してもよい。この場合、例えば、蓋体５Ｂの不活性ガス導入孔５Ｂａ1の内周面に１つ以上の突起部を設ける。また、フレキシブルな不活性ガス導入管２６の先端には、前記外フランジ２７ａを有さない接続用パイプを差し込み、この接続用パイプの外周面に前記突起部を挿入させる倒立Ｌ字形の溝を形成する。このようにすれば、接続用パイプの先端を不活性ガス導入孔５Ｂａ1に差し込む際、溝に突起部を挿入し、接続用パイプを少し回すと溝の奥まで突起部が進入するため、不活性ガス導入管２６が不活性ガス導入孔５Ｂａ1から抜け止めされる。
実施形態３におけるその他の構成は実施形態１および２と概ね同じである。
【００５７】
（他の実施形態）
１．実施形態１（図１、図２）および図実施形態３（図８、図９）では、移動機構として油圧シリンダ機構を例示したが、例えば、ボールネジ機構を採用してもよい。この場合、ボールネジ機構の回転シャフトが断熱カバーの内部に挿入されないように構成することが好ましい。
【００５８】
２．坩堝１の上方開口部端縁１ｂの高さが外坩堝２の上方開口部端縁２ｂの高さよりも僅かに高くなっていてもよい。この場合、カバーの周壁を構成する第１および第２板材５Ａａ、５Ａｂ（図４（Ａ）、図４（Ｂ）参照）の代わりに、これら第１および第２板材５Ａａ、５Ａｂの各切欠き５Ａａ2、５Ａｂ2の部分を下縁から寸法Ｌ1、Ｌ2分下方へ突出した突出片を有する第１および第２板材を用いて周壁を構成することで対応することができる。
【００５９】
３．不活性ガス導入管６は、必ずしも２重構造である必要はない。限られた装置内において、シリコン原料の装填量を出来る限り増やすためには、高さの高いカバーを装着する必要があり、そのためには３重以上の多重構造にする方が好ましい。但し、構造が複雑になるため、たとえばシリコン融液から発生するＳｉＯの粉などが可動部分に蓄積し、動かなくなるなどのトラブルも考えられるため、リスクを伴う。
また、不活性ガス導入管６は１重管とすることも可能である。但し、シリコン原料の装填量を増やすためには、装置の形状にもよるが、たとえば坩堝位置を下げた状態でシリコンの融解を行うなどの対応が必要となる。この場合には、融けたシリコン融液が温度の低い坩堝底部に流れ落ちるため、坩堝割れの危険性がある。また、原料シリコン上部で溶けたシリコンが、不活性ガス導入管６に接触し、原料を汚染する可能性も考えられるため、不活性ガス導入管６は２重以上の方が好ましい。
【実施例】
【００６０】
（実施例１）
＜多結晶シリコンインゴットの製造＞
実施例１では、先ず、図１〜図６で説明した実施形態１の多結晶シリコンインゴット製造装置Ｆ１を用いてｐ型の多結晶シリコンインゴットを製造した。
この際、坩堝１としては、縦８３０ｍｍ×横８３０ｍｍ×高さ４２０ｍｍの内部容積を有するものを使用した。
また、使用したカバー５において、坩堝１の上方開口部端縁１ｂから蓋体５Ｂの下面までの距離は２００ｍｍであり、対向する第１板材５Ａａ間の距離および対向する第２板材５Ａｂ間の距離は８１５ｍｍであり、蓋体５Ｂの板厚は１５ｍｍであった。
また、不活性ガス導入管６の第２管６ｂとしては、長さ１８０ｍｍのものを使用した。
また、外坩堝２は、外坩堝２内の坩堝１の上方開口部端縁１ｂよりも１５ｍｍ高いものを使用した。
【００６１】
次に、坩堝１、カバー５などを全て装置内の所定の位置にセットした後、坩堝１内へシリコン原料Ｍｓを装填した。多結晶シリコンインゴットの低コスト化には、シリコン原料Ｍｓをできるだけ多く坩堝１内に投入することが望ましいため、可能な限りシリコン原料Ｍｓをチャージしたところ、装填量は５６５ｋｇであった。
次に、チャンバーの扉を閉め、坩堝１を図１に示す初期位置まで上昇させ、真空引きを行い、ヒータ３によりシリコン原料Ｍｓを８００℃まで加熱した。その後、不活性ガス導入管６からアルゴンガスを４０Ｌ／ｍｉｎの流量で導入しながら１５５０℃まで加熱し、シリコン原料Ｍｓが全て融解するまで待った。次に、シリコンの融点＋１５℃で３０分間保持し、その後、所定のレシピにしたがって、温度制御、坩堝位置制御を行った。
【００６２】
シリコン融解開始時において、不活性ガス導入管６の第１管６ａの先端を、蓋体５Ｂの下面から１０ｍｍの位置までカバー５内に挿入し、一方向凝固時は坩堝１を初期位置から最大２００ｍｍ降下させた。よって、実施例１では、インゴット上面の固化完了まで、不活性ガス導入管６の第１管６ａが第２管６ｂ内に挿入された状態を維持していた。
ヒータ３の出力傾向から凝固がインゴットの上面まで完了したことを確認した後、１２００℃で２時間アニールを行い、冷却し、インゴットを取り出した。
インゴット上面を目視で確認したところ、実施例１のインゴットは全面で金属光沢が見られた。
【００６３】
＜ブロック加工＞
次に、坩堝１を破壊して多結晶シリコンインゴットＭｉを取り出し、ボンドでインゴット底面を固定した上で、バンドソーにより、１５６ｍｍ角のブロックを２５個切り出した。続いて、インゴット上下部分に相当するブロックの端部分はそれぞれ１５ｍｍ程度切断した。その後、各ブロックの側面の研磨を行った。ブロックの側面にＳｉＣ異物が見られる場合、後工程であるスライス工程でワイヤーソーの断線を引き起こす可能性があるため、ブロック異物不良とし、その結果を表１に示した。なお、表１において、実施例１および後述の実施例２の数値は、後述の比較例１の結果を１００とした場合の割合（％）である。
【００６４】
＜スライス加工＞
次に、前記ブロック加工で得られた多結晶シリコンブロックをワイヤーソーにより１８０μｍ厚にスライスした。加工後、表面の汚れを取るため洗浄し、目視による検査を行った。ＳｉＣ異物によると考えられる段付き不良および異物が確認されたウェハをウェハ異物不良とし、その結果を表１に示した。
【００６５】
＜太陽電池セルの形成工程＞
次に、前記スライス加工で得られた多結晶シリコンウェハを以下の太陽電池セル形成工程に投入した。
まず、図１０（Ａ）に示すように、厚み約１７０μｍのｐ型の多結晶シリコンウェハ１１を準備し、図１０（Ｂ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１の表面にＰＳＧ（リンシリケートガラス）液４１を塗布した。
【００６６】
次に、ＰＳＧ液４１の塗布後の多結晶シリコンウェハ１１を加熱することによってＰＳＧ液４１から多結晶シリコンウェハ１１にリンを拡散させた。これによって、図１０（Ｃ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１の受光面側となる表面に厚み０．３μｍのｎ+層４２を形成した。このとき、ｎ+層４２上には厚み約１μｍのＰＳＧ膜４１ａが形成された。その後、図１０（Ｄ）に示すように、リンの拡散の際に形成されたＰＳＧ膜４１ａを除去した。
【００６７】
次に、図１０（Ｅ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１のｎ+層４２上に、窒化シリコン膜からなる反射防止膜４３を膜厚０．０８μｍで形成した。
次に、図１０（Ｆ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１の裏面（非受光面）にアルミニウムペースト４４ａを塗布した。そして、アルミニウムペースト４４ａの塗布後の多結晶シリコンウェハ１１を７７０℃で焼成することにより、アルミニウムペースト４４ａからアルミニウムを多結晶シリコンウェハ１１の裏面に拡散させて、図１０（Ｇ）に示すように、多結晶シリコンウェハ１１の裏面にアルミニウム電極４４とｐ+層４５とを同時に形成した。
【００６８】
次に、図１０（Ｈ）に示すように、反射防止膜４３の表面上に銀ペースト４６ａを塗布すると共に、多結晶シリコンウェハ１１の裏面上に銀ペースト４７ａを塗布した後、７００℃で焼成した。これにより、図１０（Ｉ）に示すように、ｎ+層４２と電気的に接続する表面電極としての銀電極４６を形成すると共に、多結晶シリコンウェハ１１の裏面と電気的に接続する銀電極４７を形成し、多結晶シリコン太陽電池セル４０を製造した。
【００６９】
その後、最終工程にて特性検査を行った。特性検査はソーラーシミュレータ下、光照射を行った状態でのＩ−Ｖ測定、および、光を照射しない状態での逆方向Ｉ−Ｖ測定を行った。特に、ＳｉＣ異物が多結晶シリコンウェハ面内に存在する場合には、光を照射しない状態でのリーク不良（以下、Ｉｄ不良と呼ぶ）が懸念される。これは、ＳｉＣ異物が一般的にｎ型ドーパントである窒素不純物を含んでいるため、低抵抗ｎ型異物となっているためと考えられる。実施例１についてのＩｄ不良率結果を表１に示した。
【００７０】
＜太陽電池モジュール化工程＞
実施例１の多結晶シリコン太陽電池セル４０を複数個電気的に直列接続することによって、図１１に示す多結晶シリコン太陽電池モジュール５０を製造した。
すなわち、隣り合うようにして配置された、一方の多結晶シリコン太陽電池セル４０の受光面側の表面電極である銀電極４６と、他方の多結晶シリコン太陽電池セル４０の裏面側の銀電極４７とを、それぞれ、インターコネクタと言われる導電性部材５１によって電気的に接続した。これにより、これらの多結晶シリコン太陽電池セル４０が電気的に直列に接続された太陽電池ストリングを作製した。
【００７１】
そして、前記太陽電池ストリングを、透明基板５２と、保護シート５３との間に設置された封止材５４中に封止して多結晶シリコン太陽電池モジュールを製造した。ここで、透明基板５２としてガラス基板を用いた。また、保護シート５３としてＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを用いた。さらに、封止材５４としてはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いた。
【００７２】
（実施例２）
実施例２では、不活性ガス導入管６の第２管６ｂの長さ１３０ｍｍであったこと以外は、実施例１と同様にして多結晶シリコンインゴットを製造した。
実施例２で用いた不活性ガス導入管６の第２管６ｂの長さは、実施例１で用いた不活性ガス導入管６の第２管６ｂの長さよりも短かったため、一方向凝固時に坩堝１を最大２００ｍｍ降下させた際に、第１管６ａの先端（下端）と第２管６ｂの上端とが４５ｍｍ離れていた。つまり、第１管６ａが第２管６ｂから抜けた状態となっていた。
【００７３】
実施例２の多結晶シリコンインゴットを用いて、実施例１と同様に、ブロック加工および研磨を行った。また、実施例２でも実施例１と同様に、ブロック側面のブロック異物不良について判定し、その結果を表１に示した。
次に、実施例２のブロックを、実施例１と同様に、スライス加工および洗浄し、目視によるウェハ異物不良について判定し、その結果を表１に示した。
実施例２のウェハを用いて、実施例１と同様に、多結晶シリコン太陽電池セルし、Ｉｄ不良検査を行い、その結果を表１に示した。
その後、実施例２の太陽電池セルを用いて、実施例１と同様に、多結晶シリコン太陽電池モジュールを製造した。
【００７４】
（比較例１）
比較例１として、カバー５および第２管６ｂを備えない多結晶シリコンインゴット製造装置を用いたこと以外は、実施例１と同様にして多結晶シリコンインゴットを製造した。 なお、比較例１では、坩堝１へのシリコン原料Ｍｓの装填量が４５０ｋｇであった。
比較例１のインゴット上面を目視で確認したところ、曇りが見られ、ＳｉＣと思われる緑色の異物が上面の一部に見られた。
【００７５】
比較例１の多結晶シリコンインゴットを用いて、実施例１と同様に、ブロック加工および研磨を行った。また、比較例１でも実施例１と同様に、ブロック側面のブロック異物不良について判定し、その結果を表１に示した。
次に、比較例１のブロックを、実施例１と同様に、スライス加工および洗浄し、目視によるウェハ異物不良について判定し、その結果を表１に示した。
比較例１のウェハを用いて、実施例１と同様に、多結晶シリコン太陽電池セルし、Ｉｄ不良検査を行い、その結果を表１に示した。
その後、比較例１の太陽電池セルを用いて、実施例１と同様に、多結晶シリコン太陽電池モジュールを製造した。
【００７６】
【表１】
【００７７】
表１の結果から、実施例１および２は、比較例１と比べて、ブロック異物、ウェハ異物およびＩｄ不良について良好な結果が得られ、実施例１が特に良好であることが確認できた。
また、実施例１、２および比較例１の多結晶シリコン太陽電池セルを用いて多結晶シリコン太陽電池モジュールを製造したことに関しては、特性面、歩留面で、大きな差は見られないものの、シリコン原料の装填量に差があること、ブロック歩留、スライス歩留、太陽電池検査歩留にＳｉＣ異物起因の差が見られるため、モジュールのコストは、実施例１＜実施例２＜＜比較例１となった。よって、本発明により多結晶太陽電池モジュールを低価格で市場に供給することが可能となった。
【００７８】
本明細書における実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７９】
１ 坩堝
１ａ 上方開口部
１ｂ 上方開口部端縁
１ｆ 坩堝の上方開口部端縁の内面
２ 外坩堝（支持部材）
３ ヒータ（加熱部）
４ シリンダ機構（移動機構）
５ カバー
５Ａ 周壁
５Ａｆ 周壁の内面
５Ａａ 第１板材
５Ａｂ 第２板材
５Ａａ1、５Ａａ2、５Ａｂ1、５Ａｂ2、切欠き
５Ｂ 蓋体
５Ｂａ、５Ｂｂ、５Ｂｃ 板材
５Ｂａ1 不活性ガス導入孔
６、１６、２６ 不活性ガス導入管
６ａ、１６ａ 第１管
６ｂ、１６ｂ 第２管
４０ 多結晶シリコン太陽電池（太陽電池セル）
５０ 多結晶シリコン太陽電池モジュール
Ｆ１、Ｆ２ 多結晶シリコンインゴット製造装置
Ｍｉ 多結晶シリコンインゴット
Ｍｓ シリコン原料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方開口部を有する坩堝と、前記坩堝の外周に設けられて坩堝内に収容されたシリコン原料を加熱し溶融する加熱部と、前記坩堝と前記加熱部とを相対的に上下方向に移動させる移動機構と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記坩堝の上方開口部を開閉可能に覆うカバーと、前記不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入管とを備えたことを特徴とする、多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項２】
前記不活性ガス導入管が、伸縮可能または屈伸可能である、請求項１に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項３】
前記不活性ガス導入管が、不活性ガス供給源から供給された不活性ガスが導入される第１管と、前記カバーの不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入するよう前記第１管と上下方向スライド可能に接続された第２管とを有し、前記坩堝と前記加熱部との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成された、請求項１または２に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項４】
前記不活性ガス導入管の一部または全部がフレキシブル管からなり、前記坩堝と前記加熱部との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成された、請求項１または２に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項５】
前記坩堝の外周に設けられて前記カバーの下端を支持する支持部材をさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１つに記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項６】
前記カバーは、前記坩堝の上方開口部端縁に沿って立ち上がる周壁と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記周壁上に離脱可能に取り付けられる蓋体とを有する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項７】
前記周壁は、その内面が前記坩堝の上方開口部端縁の内面よりも内側に配置されるように構成されている、請求項６に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項８】
前記坩堝の上方開口部端縁が四角形であり、
前記カバーの周壁が、前記坩堝の四角形の上方開口部端縁の対向する２辺に沿って立ち上がる一対の第１板材と、前記坩堝の四角形の上方開口部端縁の対向する他の２辺に沿って立ち上がる一対の第２板材とからなり、
一対の第１板材は、長手方向の両端側に上方開口状の切欠きを有し、
一対の第２板材は、長手方向の両端側に下方開口状の切欠きを有し、
前記周壁が、一対の第１板材の各切欠きに一対の第２板材の各切欠きを嵌め込んで格子状に組み立てるように構成された、請求項６または７に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項９】
前記カバー部材の蓋体が、分割可能な複数の板材から構成される、請求項６〜８のいずれか１つに記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の多結晶シリコンインゴット製造装置を用い、不活性ガスを導入しながら多結晶シリコンインゴットを成長させる、多結晶シリコンインゴット製造方法。
【請求項１１】
前記坩堝の上方開口部よりも高い位置まで原料シリコンを投入する、請求項１０に記載の多結晶シリコンインゴット製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の多結晶シリコンインゴット製造方法で製造された、多結晶シリコンインゴット。
【請求項１３】
請求項１２に記載の多結晶シリコンインゴットを加工して得られた、多結晶シリコン材料。
【請求項１４】
請求項１３に記載の多結晶シリコン材料を用いて製造された、多結晶シリコン太陽電池。
【請求項１】
上方開口部を有する坩堝と、前記坩堝の外周に設けられて坩堝内に収容されたシリコン原料を加熱し溶融する加熱部と、前記坩堝と前記加熱部とを相対的に上下方向に移動させる移動機構と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記坩堝の上方開口部を開閉可能に覆うカバーと、前記不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入管とを備えたことを特徴とする、多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項２】
前記不活性ガス導入管が、伸縮可能または屈伸可能である、請求項１に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項３】
前記不活性ガス導入管が、不活性ガス供給源から供給された不活性ガスが導入される第１管と、前記カバーの不活性ガス導入孔へ不活性ガスを導入するよう前記第１管と上下方向スライド可能に接続された第２管とを有し、前記坩堝と前記加熱部との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成された、請求項１または２に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項４】
前記不活性ガス導入管の一部または全部がフレキシブル管からなり、前記坩堝と前記加熱部との相対的な上下方向の移動に追随可能に構成された、請求項１または２に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項５】
前記坩堝の外周に設けられて前記カバーの下端を支持する支持部材をさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１つに記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項６】
前記カバーは、前記坩堝の上方開口部端縁に沿って立ち上がる周壁と、不活性ガス導入孔を有すると共に前記周壁上に離脱可能に取り付けられる蓋体とを有する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項７】
前記周壁は、その内面が前記坩堝の上方開口部端縁の内面よりも内側に配置されるように構成されている、請求項６に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項８】
前記坩堝の上方開口部端縁が四角形であり、
前記カバーの周壁が、前記坩堝の四角形の上方開口部端縁の対向する２辺に沿って立ち上がる一対の第１板材と、前記坩堝の四角形の上方開口部端縁の対向する他の２辺に沿って立ち上がる一対の第２板材とからなり、
一対の第１板材は、長手方向の両端側に上方開口状の切欠きを有し、
一対の第２板材は、長手方向の両端側に下方開口状の切欠きを有し、
前記周壁が、一対の第１板材の各切欠きに一対の第２板材の各切欠きを嵌め込んで格子状に組み立てるように構成された、請求項６または７に記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項９】
前記カバー部材の蓋体が、分割可能な複数の板材から構成される、請求項６〜８のいずれか１つに記載の多結晶シリコンインゴット製造装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の多結晶シリコンインゴット製造装置を用い、不活性ガスを導入しながら多結晶シリコンインゴットを成長させる、多結晶シリコンインゴット製造方法。
【請求項１１】
前記坩堝の上方開口部よりも高い位置まで原料シリコンを投入する、請求項１０に記載の多結晶シリコンインゴット製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の多結晶シリコンインゴット製造方法で製造された、多結晶シリコンインゴット。
【請求項１３】
請求項１２に記載の多結晶シリコンインゴットを加工して得られた、多結晶シリコン材料。
【請求項１４】
請求項１３に記載の多結晶シリコン材料を用いて製造された、多結晶シリコン太陽電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１１２５９３（Ｐ２０１３−１１２５９３Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６２３６９（Ｐ２０１１−２６２３６９）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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