JPH01115812A - シリコン薄板の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は太陽電池、その他の光電変換素子等に用いられ
る多結晶シリコン薄板の製造装置に関する。

［従来の技術］ 一般に太陽電池等に使用されるシリコン薄板の製造方法
は大別すると３つある。まず、第１の製造方法はキャス
ト法であり、るつぼ中で溶融シリコンを一方向凝固させ
、固化したシリコンブロツりを角柱に切断した後、更に
薄板状に切断する。

この製造方法では所望の大きさ、厚味のシリコン薄板が
得られるという利点があり、現在太陽電池用シリコン薄
板（ウェハー）の製造方法として実施されている。しか
し、この方法によると切断に多大のコストが必要であり
且つ高純度シリコンの切断ロス（切りしろ）が多量に発
生するため、コスト的に高くつき、大幅にコストダウン
することは本質的に不可能であった。

また、第２の製造方法は直接シリコン薄帯を製造し、そ
の後切断により所望寸法のシリコン薄板を製造する方法
である。この方法によると上述した第１の製造方法に比
べ切断ロスを減少できるので、大幅なコストダウンが期
待できる。

また、この方法には、スリットからシリコン薄帯を引き
上げるようにしたＥ　Ｆ　Ｇ　（Ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎ
ｅｄ−ｆＩｌｍ−ｆｅｄ−ｇｒｏｗｒｈ）法があるが、
引上げ速度が数０ｍ７分と非常に遅く、結果的にコスト
高な方法となっていた。そこで、シリコン薄帯製造速度
を大幅に向上するため、カーボン製ネットを溶融シリコ
ン中に浸漬し、横引きするＨ　Ｓ　Ｗ　（Ｈｏｒｉｘｏ
ｎ−ｔａｌ　５ｕｐｐｏｒｔｅｄ　Ｗｅｂ　）法も研究
開発中であるが、シリコン薄帯の表面平坦度が悪い等、
特性的にいまだ満足するところまでは開発されていない
。

さらに、第３の製造方法はスピン法であり、回転する成
型型中へ溶融シリコンを遠心力を利用して流し込む方法
である。この方法では底型と上蓋を固定し、その間の空
間（キャビティ）に溶融シリコンを遠心力で流し込むこ
とにより、直接所望寸法（例えば１０ｃｍＸ１０ｃｍ、
厚み０．４ｍｍ）のシリコン薄板が得られている。この
ように直接所望寸法のシリコン薄板が得らえるという利
点を有するが、冷間で型を組み、高温でシリコンの薄板
化を行ない、更に温度降下させ、型の解体及びシリコン
薄板の取り出しを行なうようにしているので、連続化、
省力、型予熱に要するエネルギー低減等で改善が必要で
あった。

［発明が解決しようとする問題点１ 以上述べたように各種シリコン薄板の製造方法は一長一
短があった。すなわち、前記第１の製造方法では多結晶
シリコン薄板製造方法として実用化されているが、多量
の切断ロスが発生するので製造コストが高いという問題
点があった。また、第２の製造方法では、低コスト且つ
高品質を満足する方法が開発されておらず、さらに第３
の製造方法では連続化、使用エネルギー低減等の改善を
要する等の問題点を有していた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は前記従来の問題点を解決した新規なシリコン薄
板の製造装置を提供するものである。

本発明のシリコン薄板の製造装置は、上向きの盤面を有
し、鉛直軸心回りに回転自在に設置された基盤と、該基
盤の盤面の非軸心位置に凹設された溶融シリコン受入用
の凹部と、該凹部が相異なる少なくとも３つの第１、第
２及び第３の所定位置に停止されるように該基盤を所定
位相ずつステップ回動させる基盤回動装置と、該第１の
所定位置の上方に設置された、該凹部内への溶融シリコ
ンの供給装置と、第２の所定位置の上方に昇降自在に設
置された、前記凹部内のシリコンのプレス治具と、前記
凹部が第２の所定位置に停止されたときに、該プレス治
具を所定時間降下させて凹部内のシリコンをプレスする
ための治具駆動装置と、゛前記第３の所定位置に前記凹
部が停止されたときに、該凹部内からシリコン薄板を取
り出すための取り出し装置とを備えた構成としたもので
ある。

［作用］ 本発明では、シリコン薄板は基盤上の所望寸法の凹部内
でプレス成型されるので、溶融シリコンのほぼ全量が薄
板化する。したがって、キャスト法のような切断工程が
不要であり、且つ切断に伴なう切断ロス（切りしろ）も
ないので大幅なコストダウンが可能となる。また、モー
ルド中でのプレスによる薄板製造法であるので、スリッ
トからシリコン薄帯を引籾上げるＥＦＧ法等に比べ製板
速度は大幅に速くなり、結果としてシリコン薄板１枚当
りの装置化が大幅に少なくなり、コストダウンが可能と
なる。また、スピン法に比べても型の組立て、解体等が
不要であり、プレス成型、取出しを高温下で連続して行
なうので、スピン法のように１回毎に型を冷間から高温
まで予熱する必要がなく、したがって消費エネルギーが
少なく且つ連続的な成型ができる。

さらに、本発明では基盤及びプレス治具の予熱が可能で
あり、溶融シリコン凝固時の冷却速度の制御が可能であ
るので、結晶粒の比較的大きな、すなわち光、電気変換
効率の良いシリコン薄板を得ることができる。

［実施例］ 以下、図に示す実施例を用いて本発明の詳細な説明する
。

第１図は本発明に係るシリコン薄板の製造装置の一実施
例を示す全体構成図、第２図は同装置の要部斜視図、第
３図は基盤の一部破断拡大正面図である。基盤１は上向
きの盤面１ａを有しており、第１図に示す如く、マシン
フレーム２の上、下面部２ａ、２ｂに回転自在に支承さ
れた回転軸３に取り付けられている。また、基盤１の盤
面１ａの非軸心位置には、円周方向に一定間隔おきに複
数個の溶融シリコン受入用の凹部４が設けられていると
共に、該凹部４の近傍には、第３図で示す如く、ヒータ
５が配設されており、該凹部４を加熱できるようになっ
ている。尚、ヒータ５の周囲は耐熱性絶縁材６で被覆さ
れた構造となっている。また、該ヒータ５は耐熱性絶縁
材６と共に基盤１、回転軸３内を通って、回転軸３の外
周に取り付けられた給電リング７（第１図参照）に電気
的に接続されており、該給電リング７は該給電リング７
に対接している給電ブラシ８から給電されるようになっ
ている。

さらに、回転軸３において給電リング７の位置より下側
には駆動歯車９が固定されており、該駆動歯車９はステ
ップモータ１０の出力歯車１１と常時噛合間係にある。

該ステップモータ１０は基盤回動装置を構成し、その駆
動により出力歯車１１−駆動歯車９−回転軸３を介して
基盤１を所定位相ずつステップ回動させるようになって
いる。これによフて、基盤１に設けられた凹部４が相異
なる３つの第１、第２及び第３の所定位置に停止される
ことになる。

該第１の所定位置の上方には、第２図に示す如く、凹部
４内へ溶融シリコンを供給する供給装置１２が配置され
ている。該供給装置１２は溶融るつぼ１３とその周囲に
配設されたヒータ１４とから構成されており、該溶融る
つぼ１３内で加熱溶融されたシリコンは、該溶融るつぼ
１３にガス圧Ｐを加えることにより、所定時、所定量の
溶融シリコンを溶融るつぼ１３の底部に設けられたノズ
ル１３ａから凹部４内へ流下させることができる構造と
なっている。

また、第２の所定位置の上方には、凹部４内に収容され
たシリコンをプレスするためのプレス治具１５が昇降自
在に配置されている。すなわち、該プレス治具１５は、
第１図に示す如く、エアシリンダ１６のロッド部１６ａ
の下端部に固定されており、該ロッド部１６ａの伸縮動
作により、昇降し得る構造となっている。尚、図からは
明らかでないが、プレス治具１５の内部にはヒータが組
み込まれており、該プレス治具１５を加熱可能な構造と
なっている。前記エアシリンダ１６は治具駆動装置を構
成しており、凹部４が３４２の所定位置に停止されたと
きに、プレス治具１５を所定時間降下させ得るように構
成されており、これによって該プレス治具１５を介して
凹部４内のシリコンをプレスする。

さらに、前記第３の所定位置の上方には、該第３の所定
位置に凹部４が停止されたときに、該凹部４内からプレ
スされたシリコン薄板を取り出すための取出装置１７が
配置されている。該取出装置１７は吸着による取出構造
となっており、吸引用ホース１８を介して真空装置へ連
結されている。また、取出装置１７はエアシリンダ１９
のロッド部１９ａの下端部に固定されており、該ロッド
部ｔｅａの伸縮動作により、昇降し得る構造となってい
る。さらに、該エアシリンダ１９の上端部には台車２０
が取り付けられており、エアシリンダ１９は該台車２０
を介してガイドレール２１上を水平８動できるようにな
っている。尚、このガイドレール２１はマシンフレーム
２の上面部２ａに固定されている。前記エアシリンダ１
９には、マシンフレーム２の側面部２ｃに支持固定され
たエアシリンダ２２のロッド部２２ａ先端が速結具２３
を介して連結されており、該ロッド部２２ａの伸縮動作
により、前記エアシリンダ１９、取出装置１７は水平移
動し得るようになっている。また、取出装置１７により
凹部４内から取り出されたシリコン薄板は搬出用メツシ
ュコンベア２４によって外部に搬出される。

尚、基盤１等は溶融シリコンの酸化を防ぐために、不活
性ガスが充填された容器（図示せず）で囲まれている。

次に、シリコン薄板の製造装置の作用について述べる。

供給装置１２の溶融るっぽ１３内に供給されたシリコン
は、ヒータ１４により加熱され溶融された後、溶融シリ
コン表面にガス圧Ｐを加えることにより、溶融るつぼ１
３のノズル１３ａから基盤１の凹部４内に所定量供給さ
れる。尚、この時基盤１は停止した状態にある。

次に、基盤１を所定位相ステップ回動させ、前記凹部４
をプレス治具１５の下方に停止させる。

この後、エアシリンダ１６のロッド部１６ａを伸長動作
させ、その下端部に位置するプレス治具１５で凹部４内
の溶融シリコンをプレスし薄板化する。次に、プレス治
具１５を上昇させた後、さらに基盤１を所定位相ステッ
プ回動させ、前記凹部４を取出装置１７の下方に停止さ
せる。この後、エアシリンダ１９のロッド部１９ａを伸
長動作させ、その下端部に位置する取出装置１７を凹部
４内の凝固したシリコン薄板に接触させ、該シリコン薄
板を吸着する。この後、取出装置１７を上昇させ、所定
位置まで上昇してきたときに、今度はエアシリンダ２２
により取出装置１７及びシリコン薄板を搬出用メツシュ
コンベア２４上に運ぶ。そして、この位置で取出装置１
７を降下させると共に該取出装置１７の吸着動作を解除
して、シリコン薄板を搬出用メツシュコンベア２４上に
落下させ、外部に搬出する。

このように、基盤１の回転、溶融シリコンの流下、プレ
ス及び薄板取出しは連動しており、溶融シリコンの流下
からシリコン薄板の取出しまでが自動的に行なえるよう
になっている。また１、溶融シリコン供給時、プレス時
及び薄板取出時には、前記基盤１は停止した状態にある
ので、供給、プレス及び取出しの作業が容易に行なえる
。

尚、溶融シリコンを冷却凝固させる場合、冷却速度によ
って多結晶シリコンの析出結晶粒径が異なり、冷却度が
大きいと析出結晶粒が小さくなり太陽電池としての光−
電気変換効率が劣化する。

本実施例では溶融シリコンが供給される基盤１の凹部４
の温度及びプレス治具１５の温度を１３５０℃以上の高
温に保つことにより、プレス時の冷却速度を小さくして
いる。その結果得られたシリコン薄板の結晶粒は１ｍｍ
以上と比較的大ぎな粒径であった。

尚、上述した実施例にあっては、シリコン薄板の取出装
置１７として吸着構造のものを採用しているが、別にこ
れに限定されるものではなく、凹部４内のシリコン薄板
を下方から突き上げて凹部４から取り出すようにした構
造であってもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、溶融シリコンを基
盤の凹部内に供給し、プレスによりシリコン薄板を成型
するようにしているので、キャスト法にように切断する
必要もなく溶融シリコンのほぼ全量が薄板化する。よっ
て、キャスト法に比べて大幅なコストダウンが可能であ
る。また、基盤を回転させながら溶融シリコンの供給、
プレス及び成型されたシリコン薄板の取出しを行なって
いるので、連続運転が容易である。さらに、スピン法に
ように１回毎に型を冷間から高温まで予熱する必要がな
いので、消費エネルギーを少なくできる。

加えて、高温でのプレス成型が可能であるので、プレス
時の冷却速度がある程度ゆるく、比較的大きな結晶粒を
得ることができるので、光−電気変換効率の高い太陽電
池用シリコン薄板の製造が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るシリコン薄板の製造装置の一実施
例を示す全体構成図、第２図は同装置の要部斜視図、第
３図は基盤の一部破断拡犬正面図である。 １・・・基盤、　　　　　３・・・回転軸、４・・・凹
部、　　　　　　５・・・ヒータ、１０・・・ステップ
モータ、 １２・・・供給装置、　　　１４・・・ヒータ、１５・
・・プレス治具、　　１６−・・エアシリンダ、１７・
・・取出装置。 特許出願人　日本板硝子株式会社 代　理　人　　弁理士　重　野　　剛 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）上向きの盤面を有し、鉛直軸芯回りに回転自在に
   設置された基盤と、 該基盤の盤面の非軸心位置に凹設された溶融シリコン受
   入用の凹部と、 該凹部が相異なる少なくとも３つの第１、第２及び第３
   の所定位置に停止されるように該基盤を所定位相ずつス
   テップ回動させる基盤回動装置と、 該第１の所定位置の上方に設置された、該凹部内への溶
   融シリコンの供給装置と、 第２の所定位置の上方に昇降自在に設置された、前記凹
   部内のシリコンのプレス治具と、前記凹部が第２の所定
   位置に停止されたときに、該プレス治具を所定時間降下
   させて凹部内のシリコンをプレスするための治具駆動装
   置と、前記第３の所定位置に前記凹部が停止されたとき
   に、該凹部内からシリコン薄板を取り出すための取出装
   置と を備えたことを特徴とするシリコン薄板の製造装置。
2. （２）前記凹部を予熱するヒータを備えた特許請求の範
   囲第１項記載のシリコン薄板の製造装置。
3. （３）プレス治具を予熱するヒータを備えた特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載のシリコン薄板の製造装置。