JPH09175809A - シリコンの鋳造法 - Google Patents
シリコンの鋳造法Info
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- JPH09175809A JPH09175809A JP34012595A JP34012595A JPH09175809A JP H09175809 A JPH09175809 A JP H09175809A JP 34012595 A JP34012595 A JP 34012595A JP 34012595 A JP34012595 A JP 34012595A JP H09175809 A JPH09175809 A JP H09175809A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 離型材を複数層塗布しなければならなかった
り、離型材が鋳型に付着したり、シリコンの鋳塊が鋳型
に付着して欠落するという問題があった。 【解決手段】 鋳型の内表面に離型材を塗布してシリコ
ン融液を注湯するシリコンの鋳造法において、前記離型
材として窒化シリコンと二酸化シリコンを２８：７２〜
７５：２５の重量比率で混合したものを用いる。
り、離型材が鋳型に付着したり、シリコンの鋳塊が鋳型
に付着して欠落するという問題があった。 【解決手段】 鋳型の内表面に離型材を塗布してシリコ
ン融液を注湯するシリコンの鋳造法において、前記離型
材として窒化シリコンと二酸化シリコンを２８：７２〜
７５：２５の重量比率で混合したものを用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はシリコンの鋳造法に
関し、特に太陽電池などを形成するための多結晶シリコ
ンの鋳造法に関する。
関し、特に太陽電池などを形成するための多結晶シリコ
ンの鋳造法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
から太陽電池を形成するための半導体基板の一種として
多結晶シリコンが用いられている。このような多結晶シ
リコンは、通常、分割可能な黒鉛製鋳型の内表面に離型
材を塗布して、この鋳型内に高温度で加熱溶融させたシ
リコン融液を注湯して凝固させることによって形成した
り、鋳型内に入れたシリコン原料を一旦溶解した後、再
び凝固させることによって形成していた。
から太陽電池を形成するための半導体基板の一種として
多結晶シリコンが用いられている。このような多結晶シ
リコンは、通常、分割可能な黒鉛製鋳型の内表面に離型
材を塗布して、この鋳型内に高温度で加熱溶融させたシ
リコン融液を注湯して凝固させることによって形成した
り、鋳型内に入れたシリコン原料を一旦溶解した後、再
び凝固させることによって形成していた。
【０００３】このような離型材としては、シリコンの窒
化物である窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）を用いることが
よく知られている（例えば、15th Photovoltaic Spesia
lists Conf. (1981), P576〜P580, "A NEW DIRECTIONAL
SOLIDIFICATION TECHNIQUEFOR POLYCRYSTALLINE SOLAR
GRADE SILICON"を参照）。
化物である窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）を用いることが
よく知られている（例えば、15th Photovoltaic Spesia
lists Conf. (1981), P576〜P580, "A NEW DIRECTIONAL
SOLIDIFICATION TECHNIQUEFOR POLYCRYSTALLINE SOLAR
GRADE SILICON"を参照）。
【０００４】ところが、窒化シリコンを黒鉛製鋳型の内
表面に塗布してシリコンを鋳造する場合、窒化シリコン
膜は脆弱であることから、シリコン融液を注湯する際
に、またその後の凝固の際に、窒化シリコン膜が破損し
て鋳型にシリコン融液が接触し、鋳型がシリコンの鋳塊
に付着して脱型する際にシリコンの鋳塊に欠けが発生す
るという問題があった。また、鋳型内に入れたシリコン
原料を溶解する際に、窒化シリコン膜が破損するという
問題があった。
表面に塗布してシリコンを鋳造する場合、窒化シリコン
膜は脆弱であることから、シリコン融液を注湯する際
に、またその後の凝固の際に、窒化シリコン膜が破損し
て鋳型にシリコン融液が接触し、鋳型がシリコンの鋳塊
に付着して脱型する際にシリコンの鋳塊に欠けが発生す
るという問題があった。また、鋳型内に入れたシリコン
原料を溶解する際に、窒化シリコン膜が破損するという
問題があった。
【０００５】また、二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）を黒鉛
製鋳型の内表面に塗布してシリコンを鋳造することも提
案されているが、二酸化シリコンを離型材として用いる
場合、二酸化シリコンは黒鉛と付着性がよく、また二酸
化シリコンとシリコンの鋳塊も付着性がよいために、二
酸化シリコンが鋳型に付着して鋳型の再使用ができなく
なったり、鋳型が離型材を介してシリコンの鋳塊に付着
し、脱型するときにシリコンの鋳塊の一部に欠けが発生
するという問題があった。
製鋳型の内表面に塗布してシリコンを鋳造することも提
案されているが、二酸化シリコンを離型材として用いる
場合、二酸化シリコンは黒鉛と付着性がよく、また二酸
化シリコンとシリコンの鋳塊も付着性がよいために、二
酸化シリコンが鋳型に付着して鋳型の再使用ができなく
なったり、鋳型が離型材を介してシリコンの鋳塊に付着
し、脱型するときにシリコンの鋳塊の一部に欠けが発生
するという問題があった。
【０００６】このような問題を解決するために、特開平
７−２０６４１９号公報では、一層目に二酸化シリコン
を塗布し、二層目に二酸化シリコンと窒化シリコンの混
合物を塗布し、さらに三層目に窒化シリコンを塗布する
ことが提案されている。
７−２０６４１９号公報では、一層目に二酸化シリコン
を塗布し、二層目に二酸化シリコンと窒化シリコンの混
合物を塗布し、さらに三層目に窒化シリコンを塗布する
ことが提案されている。
【０００７】ところが、このように離型材を三層構造に
塗布すると、それぞれの層に対応する離型材を調合して
塗布しなければならず、離型材の塗布と調合に手間が掛
かるという問題があった。
塗布すると、それぞれの層に対応する離型材を調合して
塗布しなければならず、離型材の塗布と調合に手間が掛
かるという問題があった。
【０００８】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みて為されたものであり、鋳型内にシリコン融液を注
湯する際、その後の凝固の際、或いは鋳型に入れたシリ
コン原料を溶解する際に、離型材が剥離したり、離型材
が鋳型に付着して鋳型が再使用できなくなったり、離型
材の混合と塗布に手間が掛かることを解消したシリコン
の鋳造法を提供することを目的とする。
鑑みて為されたものであり、鋳型内にシリコン融液を注
湯する際、その後の凝固の際、或いは鋳型に入れたシリ
コン原料を溶解する際に、離型材が剥離したり、離型材
が鋳型に付着して鋳型が再使用できなくなったり、離型
材の混合と塗布に手間が掛かることを解消したシリコン
の鋳造法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るシリコンの鋳造方法では、鋳型の内表
面に離型材を塗布してシリコン融液を注湯するシリコン
の鋳造法において、前記離型材として窒化シリコンと二
酸化シリコンを２８：７２〜７５：２５の重量比率で混
合したものを用いる。
に、本発明に係るシリコンの鋳造方法では、鋳型の内表
面に離型材を塗布してシリコン融液を注湯するシリコン
の鋳造法において、前記離型材として窒化シリコンと二
酸化シリコンを２８：７２〜７５：２５の重量比率で混
合したものを用いる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１は、本発明に係るシリコンの鋳造
法に用いられる鋳型の一例を示す図である。鋳型１は例
えば黒鉛などから成り、一つの底部材１ａと四つの側部
材１ｂを組み合わせた分割と組み立てが可能な分割型鋳
型などで構成される。なお、底部材１ａと側部材１ｂ
は、ボルト（不図示）などで固定することによって分割
可能に組み立てられたり、底部材１ａと側部材１ｂが丁
度嵌まる枠部材（不図示）で固定することによって分割
可能に組み立てられる。
詳細に説明する。図１は、本発明に係るシリコンの鋳造
法に用いられる鋳型の一例を示す図である。鋳型１は例
えば黒鉛などから成り、一つの底部材１ａと四つの側部
材１ｂを組み合わせた分割と組み立てが可能な分割型鋳
型などで構成される。なお、底部材１ａと側部材１ｂ
は、ボルト（不図示）などで固定することによって分割
可能に組み立てられたり、底部材１ａと側部材１ｂが丁
度嵌まる枠部材（不図示）で固定することによって分割
可能に組み立てられる。
【００１１】鋳型１の内表面には、底部材１ａや側部材
１ｂを何回も繰り返して使用することができるように離
型材２が塗布される。このような離型材２としては、窒
化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）と二酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ2 ）を２８：７２〜７５：２５の重量比率で混合した
ものを用いる。窒化シリコンと二酸化シリコンの粉体を
ポリビニルアルコール水溶液で混ぜ合わせて鋳型１の内
面に塗布する。窒化シリコンと二酸化シリコンをポリビ
ニルアルコール水溶液などで混合することによって、粉
体である窒化シリコンと二酸化シリコンがスラリー状と
なり、黒鉛製鋳型１に塗布しやすくなる。
１ｂを何回も繰り返して使用することができるように離
型材２が塗布される。このような離型材２としては、窒
化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）と二酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ2 ）を２８：７２〜７５：２５の重量比率で混合した
ものを用いる。窒化シリコンと二酸化シリコンの粉体を
ポリビニルアルコール水溶液で混ぜ合わせて鋳型１の内
面に塗布する。窒化シリコンと二酸化シリコンをポリビ
ニルアルコール水溶液などで混合することによって、粉
体である窒化シリコンと二酸化シリコンがスラリー状と
なり、黒鉛製鋳型１に塗布しやすくなる。
【００１２】窒化シリコンの粉体としては、０．４〜
０．６μｍ程度の平均粒径を有するものが用いられる。
また、二酸化シリコンの粉体としては、２０μｍ程度の
平均粒径を有するものが用いられる。このような窒化シ
リコンと二酸化シリコンを濃度が５〜１５重量％程度の
ポリビニルアルコール水溶液に混合してスラリー状と
し、へらや刷毛などで鋳型１の内表面に塗布する。その
状態で自然乾燥又はホットプレートに載せて乾燥させて
鋳型１内にシリコン融液を注湯する。
０．６μｍ程度の平均粒径を有するものが用いられる。
また、二酸化シリコンの粉体としては、２０μｍ程度の
平均粒径を有するものが用いられる。このような窒化シ
リコンと二酸化シリコンを濃度が５〜１５重量％程度の
ポリビニルアルコール水溶液に混合してスラリー状と
し、へらや刷毛などで鋳型１の内表面に塗布する。その
状態で自然乾燥又はホットプレートに載せて乾燥させて
鋳型１内にシリコン融液を注湯する。
【００１３】離型材２中の窒化シリコンと二酸化シリコ
ンの比率は、重量比率で２８：７２〜７５：２５とす
る。窒化シリコンの重量比率が２８％よりも小さくなる
と離型材２が鋳型１に付着して剥がれなくなり、鋳型１
の底部材１ａや側部材１ｂを再使用できなくなる。ま
た、鋳型１が離型材２を介してシリコンの鋳塊に付着
し、シリコンの鋳塊から鋳型１の底部材１ａや側部材１
ｂを剥離するときに、シリコンの一部に欠けが発生す
る。また、窒化シリコンの重量比率が７５％より大きく
なると、離型材２を塗布して形成した皮膜が破損して鋳
型１がシリコンの鋳塊に付着し、シリコンの鋳塊から鋳
型の底部材１ａや側部材１ｂを剥離を剥離できなくな
る。
ンの比率は、重量比率で２８：７２〜７５：２５とす
る。窒化シリコンの重量比率が２８％よりも小さくなる
と離型材２が鋳型１に付着して剥がれなくなり、鋳型１
の底部材１ａや側部材１ｂを再使用できなくなる。ま
た、鋳型１が離型材２を介してシリコンの鋳塊に付着
し、シリコンの鋳塊から鋳型１の底部材１ａや側部材１
ｂを剥離するときに、シリコンの一部に欠けが発生す
る。また、窒化シリコンの重量比率が７５％より大きく
なると、離型材２を塗布して形成した皮膜が破損して鋳
型１がシリコンの鋳塊に付着し、シリコンの鋳塊から鋳
型の底部材１ａや側部材１ｂを剥離を剥離できなくな
る。
【００１４】シリコン融液の注湯と凝固は、例えば鋳型
の内面に離型材２を塗布して乾燥させた後に、鋳型１を
７．０〜９．０Ｔｏｒｒに減圧したアルゴン（Ａｒ）雰
囲気中に置き、鋳型１をシリコン融液と同程度か若干低
い温度で加熱してシリコン融液を注湯する。また鋳型内
にシリコン原料を入れ、直接溶解してもよい。しかる
後、鋳型１の底部から徐々に降温させてシリコン融液を
鋳型の底部から徐々に凝固させる。最後に鋳型を分割し
てシリコンのインゴットを取り出すことにより完成す
る。
の内面に離型材２を塗布して乾燥させた後に、鋳型１を
７．０〜９．０Ｔｏｒｒに減圧したアルゴン（Ａｒ）雰
囲気中に置き、鋳型１をシリコン融液と同程度か若干低
い温度で加熱してシリコン融液を注湯する。また鋳型内
にシリコン原料を入れ、直接溶解してもよい。しかる
後、鋳型１の底部から徐々に降温させてシリコン融液を
鋳型の底部から徐々に凝固させる。最後に鋳型を分割し
てシリコンのインゴットを取り出すことにより完成す
る。
【００１５】
【実施例】平均粒径０．５μｍの窒化シリコン粉末と平
均粒径２０μｍの二酸化シリコン粉末を秤量して８．７
％のポリビニルアルコール水溶液で攪拌混合してスラリ
ー状にした離型材を得た。その離型材を黒鉛製鋳型の内
表面に刷毛で塗布してホットプレートに載せて乾燥し
た。乾燥終了後、鋳型を８．０Ｔｏｒｒに減圧したアル
ゴン雰囲気中に置き、黒鉛ヒータを使って１０００℃に
加熱した状態で鋳型内にシリコン融液６８ｋｇを注湯し
て７時間かけて徐々に凝固させた。冷却後固化したシリ
コンの鋳塊を鋳型から取り出し、離型材と鋳型の付着の
有無、シリコンの鋳塊と鋳型の付着の有無について調べ
た。その結果を表１に示す。
均粒径２０μｍの二酸化シリコン粉末を秤量して８．７
％のポリビニルアルコール水溶液で攪拌混合してスラリ
ー状にした離型材を得た。その離型材を黒鉛製鋳型の内
表面に刷毛で塗布してホットプレートに載せて乾燥し
た。乾燥終了後、鋳型を８．０Ｔｏｒｒに減圧したアル
ゴン雰囲気中に置き、黒鉛ヒータを使って１０００℃に
加熱した状態で鋳型内にシリコン融液６８ｋｇを注湯し
て７時間かけて徐々に凝固させた。冷却後固化したシリ
コンの鋳塊を鋳型から取り出し、離型材と鋳型の付着の
有無、シリコンの鋳塊と鋳型の付着の有無について調べ
た。その結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】表１から明らかなように、窒化シリコンの
重量比率が７％以下の場合、離型材と鋳型の付着及びシ
リコンの鋳塊と鋳型の付着が発生するが、窒化シリコン
の重量比率が２８％以上になると離型材と鋳型の付着は
無くなり、シリコンの鋳塊と鋳型の付着も殆ど無くな
る。特に、窒化シリコンの重量比率が２８％でも窒化シ
リコンと二酸化シリコンの塗布量が０．１３ｇ／ｃｍ2
以上の場合は、シリコンの鋳塊と鋳型の付着は無くな
る。一方、窒化シリコンの重量比率が８９％以上になる
と、離型材と鋳型の付着は無いものの、シリコンの鋳塊
と鋳型の付着が発生する。
重量比率が７％以下の場合、離型材と鋳型の付着及びシ
リコンの鋳塊と鋳型の付着が発生するが、窒化シリコン
の重量比率が２８％以上になると離型材と鋳型の付着は
無くなり、シリコンの鋳塊と鋳型の付着も殆ど無くな
る。特に、窒化シリコンの重量比率が２８％でも窒化シ
リコンと二酸化シリコンの塗布量が０．１３ｇ／ｃｍ2
以上の場合は、シリコンの鋳塊と鋳型の付着は無くな
る。一方、窒化シリコンの重量比率が８９％以上になる
と、離型材と鋳型の付着は無いものの、シリコンの鋳塊
と鋳型の付着が発生する。
【００１８】したがって、窒化シリコンと二酸化シリコ
ンの重量比率を２８：７２〜７５：２５に設定しなけれ
ばならない。また、鋳型の内表面に窒化シリコンと二酸
化シリコンを０．１３ｇ／ｃｍ2 以上塗布すると窒化シ
リコンの重量比率が２８％でも離型材と鋳型の付着やシ
リコンの鋳塊と鋳型の付着は無い。さらに、窒化シリコ
ンの重量比率が３８％になると、窒化シリコンと二酸化
シリコンの塗布量は０．０３ｇ／ｃｍ2 でも離型材と鋳
型の付着やシリコンと鋳型の付着はない。
ンの重量比率を２８：７２〜７５：２５に設定しなけれ
ばならない。また、鋳型の内表面に窒化シリコンと二酸
化シリコンを０．１３ｇ／ｃｍ2 以上塗布すると窒化シ
リコンの重量比率が２８％でも離型材と鋳型の付着やシ
リコンの鋳塊と鋳型の付着は無い。さらに、窒化シリコ
ンの重量比率が３８％になると、窒化シリコンと二酸化
シリコンの塗布量は０．０３ｇ／ｃｍ2 でも離型材と鋳
型の付着やシリコンと鋳型の付着はない。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、本発明に係るシリコンの
鋳造法によれば、窒化シリコンと二酸化シリコンを２
８：７２〜７５：２５の重量比率で混合したものを用い
ることから、離型材を一回で鋳型の内表面に塗布するこ
とができると共に、離型材が鋳型に付着したり、鋳型が
シリコンの鋳塊に付着することによって発生するシリコ
ンの欠けを防止することができる。
鋳造法によれば、窒化シリコンと二酸化シリコンを２
８：７２〜７５：２５の重量比率で混合したものを用い
ることから、離型材を一回で鋳型の内表面に塗布するこ
とができると共に、離型材が鋳型に付着したり、鋳型が
シリコンの鋳塊に付着することによって発生するシリコ
ンの欠けを防止することができる。
【図１】本発明に係るシリコンの鋳造法に用いられる鋳
型の一例を示す図である。
型の一例を示す図である。
１・・・鋳型、２・・・離型材
Claims (3)
- 【請求項１】 鋳型の内表面に離型材を塗布してシリコ
ン融液を注湯するシリコンの鋳造法において、前記離型
材として窒化シリコンと二酸化シリコンを２８：７２〜
７５：２５の重量比率で混合したものを用いることを特
徴とするシリコンの鋳造法。 - 【請求項２】 前記窒化シリコンと二酸化シリコンを
０．１３ｇ／ｃｍ2 以上塗布することを特徴とする請求
項１に記載のシリコンの鋳造法。 - 【請求項３】 前記離型材として窒化シリコンと二酸化
シリコンを３８：６２〜７５：２５の重量比率で混合し
たものを用いると共に、０．０３ｇ／ｃｍ2以上塗布す
ることを特徴とする請求項１に記載のシリコンの鋳造
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34012595A JP3450109B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | シリコンの鋳造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34012595A JP3450109B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | シリコンの鋳造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09175809A true JPH09175809A (ja) | 1997-07-08 |
| JP3450109B2 JP3450109B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=18333969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34012595A Expired - Fee Related JP3450109B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | シリコンの鋳造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3450109B2 (ja) |
Cited By (11)
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|---|---|---|---|---|
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-
1995
- 1995-12-27 JP JP34012595A patent/JP3450109B2/ja not_active Expired - Fee Related
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