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            太陽能多晶硅基片多晶硅的制造方法和裝置以及太陽能電池用硅基片的制造方法

            作者:admin 瀏覽量:380 來源:本站 時間:2022-02-22 09:52:01

            信息摘要:

            太陽能多晶硅基片多晶硅的制造方法和裝置以及太陽能電池用硅基片的制造方法,尤其是涉及一種以金屬硅或氧化硅為起始原料,通過一系列工序的流水作業來制造作為最終制品的太陽能電池用多晶硅基片的生產技術。背景技術:關于太陽能電池方面的研究已經進行了很長時間,最近已出現了一種在地上太陽光下其光電轉換效率達到13~15

            太陽能多晶硅基片多晶硅的制造方法和裝置以及太陽能電池用硅基片的制造方法,尤其是涉及一種以金屬硅或氧化硅為起始原料,通過一系列工序的流水作業來制造作為最終制品的太陽能電池用多晶硅基片的生產技術。
            背景技術
            關于太陽能電池方面的研究已經進行了很長時間,最近已出現了一種在地上太陽光下其光電轉換效率達到13~15%左右的太陽能電池,并在各種不同用途方面逐步達到了實用化。然而,作為一般家庭用電力或者汽車、船舶、工作機械等方面的能源,至少在我國尚不能說已十分普及。其原因是至今尚沒有建立能夠廉價地大量生產用于制造太陽能電池所必需的硅基片技術。
            現在,為了制造太陽能電池用的硅基片,使用化學方法已經能夠以原料純度低的金屬硅(99.5重量%的Si)作為起始原料,直接地制得適合作為半導體使用而且成為塊狀的高純度硅。進而使用冶金方法將該塊狀的高純度硅再熔融并將其調整成為適合于太陽能電池的化學組成,然后用拉制法或定向凝固法將所獲的熔體制成硅錠,最后將該硅錠切成(slice)薄片。也就是說,如圖5所示那樣,首先將金屬硅與鹽酸反應,氣化成三氯硅烷,通過將該氣體精餾而除去其中的雜質,然后使其與氫氣反應,按照所謂的CVD(化學氣相沉積)法使其由氣體析出高純度的硅。因此,所獲的高純度硅僅僅成為一種結晶粒子之間的結合力很弱的,僅由硅粒子組成的集合體。另外,在形成該集合體的高純度硅中所含的硼即使降低到0.001ppm左右,也不能滿足作為P-型半導體用基板所要求的比電阻0.5~1.5Ω·cm的規格要求。為了將上述的高純硅用于太陽能電池,必須調整其比電阻并控制其結晶性,以便獲得單晶或者具有數mm以上粒徑的結晶,并且使得其晶界不會對光電轉換效率產生不良影響,因此,上述的高純硅在該狀態下不能直接制成基片。然后,如圖5的右側所示,還必須經歷將該塊狀物再熔融、對熔體成分進行調整(添加硼)、錠塊化(對單晶采用拉制法,對多晶采用定向凝固法)并形成基片的工序。
            然而,所說的以往的制造方法還必須對那些已經達到能夠適用于半導體的高純度硅錠再次進行成分調整(主要是添加硼)和精制,以便使其適用于太陽能電池,這樣不但工藝過程復雜,合格率低,而且還需要再熔化的設備和外加的能量,因此制造成本高。因此,正如上述,現在能夠購買到的太陽能電池都是高價的產品,這就成為妨礙它獲得廣泛普及的障礙。另外,按照化學方法,為了使金屬硅達到高純度,無法避免地產生大量的硅烷、氯化物等污染環境的物質,成為阻礙它達到大量生產的障礙,因此也有問題。另外,由于受到上述制造方法的影響,最近公開的技術研究趨勢是將制造工序更加細分,例如金屬硅的高純化和凝固技術等。
            例如,特開平5-139713號公報公開了一種“獲得低硼含量的硅的方法,該方法是在一個由二氧化硅或以二氧化硅為主成分的容器內保持著熔融的硅,在該熔體的表面上噴射一種惰性氣體的等離子氣體射流,同時從該容器的底部吹入惰性氣體”。另外,特開平7-17704號公報公開了一種“高效率地除硼的方法,該方法是在使用電子束來熔化金屬硅時,在金屬硅粉的表面上,相對于每1kg硅,預先形成1.5~15kg的SiO2”。另外,關于凝固技術,特開昭61-141612號公報提出了一種“防止在硅錠中析出夾雜物的技術,該技術是在將熔融的硅澆鑄入鑄模中時使該鑄模旋轉”。另外,本申請人自己也在特愿平7-29500號(申請日為平成7年2月17日)中提出了一種“通過使熔融金屬硅進行定向凝固來進行精制的方法”。
            另一方面,由金屬硅直接制造太陽能電池用硅的技術并不是沒有。例如,特開昭62-252393號公報公開了一種區域熔融法(Zonemelting),該方法是將一種曾經作為半導體使用的電子工業的廢硅作為起始原料,使用氬、氫和氧的混合氣產生的等離子體射流將所說原料進行區域熔融處理。然而,該方法只是一種利用工業廢物的方法,不能成為一種需要大量生產硅基片的主流技術。另外,雖然原料硅使用經濟,但是一旦要求高純度化,則該方法就不能成為上述麻煩的制造方法的代替技術。另外,特開昭63-218506號公報公開了一種通過等離子體熔融由粉末狀、顆粒狀或未經磨削的金屬硅制造太陽能電池用或電子儀器用的塊狀硅的方法。然而,該方法的原理與上述特開昭62-252393號公報相同,都是使用等離子體的區域熔融法,存在電能消耗大和不能大量生產的缺點。另外,該公報的實施例只不過是按實驗室規模獲得50g左右的棒狀硅,對于達到實用大小的太陽能電池用硅基片則沒有記載。
            發明的公開鑒于上述情況,太陽能多晶硅基片的目的是提供一種由金屬硅或氧化硅作為起始原料,通過一系列的連續工序進行流水作業,廉價而且大量地生產作為制品的多晶硅和使用該多晶硅制造的基片的制造方法和裝置。

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