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KR101025652B1 - Crystalline Manufacturing Method for Solar Cell Recycling Residual Melt - Google Patents

Crystalline Manufacturing Method for Solar Cell Recycling Residual Melt Download PDF

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KR101025652B1
KR101025652B1 KR1020090049895A KR20090049895A KR101025652B1 KR 101025652 B1 KR101025652 B1 KR 101025652B1 KR 1020090049895 A KR1020090049895 A KR 1020090049895A KR 20090049895 A KR20090049895 A KR 20090049895A KR 101025652 B1 KR101025652 B1 KR 101025652B1
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Abstract

본 발명은 잔류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법을 개시한다. 본 발명에 따른 태양전지용 결정 제조방법은, 쵸크랄스키 법을 이용한 단결정 잉곳의 성장이 완료된 이후, 석영 도가니에 수용된 잔류 융액을 재활용하여 태양전지용 결정을 제조하는 방법에 있어서, (a) 상기 석영 도가니를 감싸는 히터를 이용하여 상기 잔류 융액을 액상으로 유지하는 단계; (b) 상기 석영 도가니에 수용된 잔류 융액에 시드를 디핑시키는 단계; 및 (c) 상기 잔류 융액 내에 일방향성 응고가 가능한 상하 온도 구배가 형성될 수 있도록 히터의 파워를 서서히 감소시키면서 석영 도가니를 히터의 외부로 서서히 인출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses a method for producing a crystal for a solar cell in which a residual melt is recycled. In the solar cell crystal manufacturing method according to the present invention, after the growth of the single crystal ingot using the Czochralski method is completed, in the method for producing a solar cell crystal by recycling the residual melt contained in the quartz crucible, (a) the quartz crucible Maintaining the residual melt in the liquid phase by using a heater surrounding the liquid; (b) dipping the seeds in the residual melt contained in the quartz crucible; And (c) gradually drawing out the quartz crucible to the outside of the heater while gradually decreasing the power of the heater such that an up-down temperature gradient capable of unidirectional solidification is formed in the residual melt.

본 발명에 따르면, CZ 법을 이용한 단결정 잉곳의 성장이 완료된 후 잔류하는 융액을 재활용하여 태양전지용 결정을 제조할 수 있다. 또한, 잔류 융액을 재활용하여 태양전지용 결정을 제조하는 과정이 단결정 잉곳 성장이 완료된 후 연속적으로 진행된다. 따라서, 태양전지용 결정을 경제적으로 제조할 수 있고, 웨이퍼용 단결정의 생산에만 사용되던 단결정 제조장치의 효용성을 증대시킬 수 있다.According to the present invention, the crystals for solar cells can be manufactured by recycling the melt remaining after the growth of the single crystal ingot using the CZ method is completed. In addition, the process of manufacturing the crystals for solar cells by recycling the residual melt proceeds continuously after the single crystal ingot growth is completed. Therefore, the crystals for solar cells can be produced economically, and the utility of the single crystal manufacturing apparatus used only for the production of single crystals for wafers can be increased.

쵸크랄스키 법, 태양전지용 결정, 일방향성 응고, 재활용, 잔류 융액 Czochralski method, solar cell crystal, unidirectional solidification, recycling, residual melt

Description

잔류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법{Method for manufacturing crystal for solar cell by recycling remaining melt}Method for manufacturing crystal for solar cell by recycling remaining melt}

본 발명은 잔류 융액의 재활용 방안에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 쵸크랄스키 법을 이용하여 단결정 잉곳을 제조한 후 잔류하는 융액을 재활용하여 태양전지용 결정을 제조할 수 있는 잔류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of recycling the residual melt, and more specifically, for the solar cell recycled the residual melt that can produce a crystal for the solar cell by recycling the remaining melt after manufacturing the single crystal ingot using the Czochralski method It relates to a method for producing a crystal.

일반적으로, 반도체 디바이스 등의 전자부품을 생산하기 위한 소재로 사용되는 단결정 잉곳은 주로 쵸크랄스키(Czochralski, 이하 CZ라 함) 법에 의해 제조된다. CZ 법에 의하여 단결정 잉곳을 성장시키는 방법은, 석영 도가니에 충진된 실리콘 원료를 히터로 가열하여 용융시킨 후 융액(melt)에 시드(seed)를 디핑시켰다가 상부로 서서히 인상함으로써 고액 계면을 통해 단결정 잉곳을 성장시킨다.In general, single crystal ingots used as materials for producing electronic components such as semiconductor devices are mainly manufactured by the Czochralski (hereinafter referred to as CZ) method. In the method of growing a single crystal ingot by the CZ method, a silicon raw material filled in a quartz crucible is heated and melted by a heater, and then a seed is immersed in the melt, and then gradually pulled upward to obtain a single crystal through a solid-liquid interface. Grow ingots.

CZ 법에 의하여 단결정 잉곳의 성장이 완료된 이후에는 석영 도가니 내에 일정량의 잔류 융액이 남게 된다. 이 잔류 융액은 고온 상태에 있으므로 일정 시간 동안 융액을 냉각하여 융액의 고화가 완료된 후 단결정 잉곳 제조장치에서 융액 고화물을 분리하게 된다. 분리된 융액 고화물은 고순도의 반도체급 실리콘 원료로 재 사용하기에는 한계가 있다. 따라서 종래에는 융액 고화물의 재처리 과정에 대한 번거로움과 비경제성으로 융액 고화물을 재활용하지 못하고 폐기하는 것이 일반적이었다.After the growth of the single crystal ingot is completed by the CZ method, a certain amount of residual melt remains in the quartz crucible. Since the residual melt is in a high temperature state, the melt is cooled for a predetermined time, and after the solidification of the melt is completed, the melt solidified material is separated from the single crystal ingot manufacturing apparatus. The separated melt solidified is limited to reuse as a high purity semiconductor grade silicon raw material. Therefore, in the past, it was common to dispose of the melted solid without recycling the melted solid due to the inconvenience and inefficiency of reprocessing the melted solid.

한편, 최근 반도체 디바이스에 대한 수요 증가와 더불어 태양전지의 관심이 높아짐에 따라 실리콘 원료의 부족현상이 초래되고 있다. 이로 인해 실리콘 원료의 가격이 기하급수적으로 상승하고 있다. 이에 따라, CZ 법을 이용한 단결정 잉곳의 성장 완료 후 잔류하는 융액을 태양전지용 실리콘으로 재활용할 수 있는 방안에 대한 관심이 증가하고 있다.On the other hand, the recent increase in demand for semiconductor devices and the increasing interest of solar cells have caused a shortage of silicon raw materials. As a result, the price of silicon raw materials is rising exponentially. Accordingly, there is increasing interest in a method for recycling the melt remaining after the growth of the single crystal ingot using the CZ method into silicon for solar cells.

더불어, 잉곳(웨이퍼)의 대구경화에 따라 석영 도가니의 용량은 점점 증대되고 장치가 대형화되는 추세에 있다. 따라서, 한번의 성장 공정에 투입되는 실리콘 원료의 양이 늘어나 성장 완료 후 잔류하는 융액의 양은 더 늘어나고 있다.In addition, as the diameter of the ingot (wafer) increases, the capacity of the quartz crucible is gradually increased, and the apparatus has become larger. Therefore, the amount of silicon raw material to be added to one growth process increases, and the amount of melt remaining after growth is increased.

도 1은 단결정 잉곳의 직경에 따라 예상되는 잔류 융액의 양을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the amount of residual melt expected according to the diameter of a single crystal ingot.

도 1을 참조하면, 단결정 잉곳의 성장 시 잔류하는 융액의 양은 단결정의 구경이 확장됨에 따라 비례적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 잉곳 직경이 200mm일 경우 잔류 융액의 양은 20kg이지만 잉곳 직경이 300mm로 증가하면 잔류 융액의 양은 40kg으로 증가하고, 잉곳 직경이 450mm가 되면 잔류 융액의 양은 70kg에 이르게 된다. 따라서, 본 발명이 속한 기술분야에서는 단결정 잉곳의 성장 완료 후 잔류하는 융액을 재활용할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen that the amount of melt remaining during growth of a single crystal ingot increases proportionally as the diameter of the single crystal is expanded. That is, when the ingot diameter is 200 mm, the amount of residual melt is 20 kg, but when the ingot diameter increases to 300 mm, the amount of residual melt increases to 40 kg, and when the ingot diameter reaches 450 mm, the amount of residual melt reaches 70 kg. Therefore, in the technical field to which the present invention belongs, there is an urgent need for a method for recycling the melt remaining after the growth of the single crystal ingot is completed.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, CZ 법을 이용한 단결정 잉곳의 성장이 완료된 후 잔류하는 융액을 재활용하여 태양전지용 결정을 성장시킬 수 있는 잔류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the solar cell for recycling the residual melt that can grow the crystals for solar cells by recycling the melt remaining after the growth of the single crystal ingot using the CZ method is completed The purpose is to provide a method for preparing a crystal.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 잔류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법은, 쵸크랄스키 법을 이용한 단결정 잉곳의 성장이 완료된 이후, 석영 도가니에 수용된 잔류 융액을 재활용하여 태양전지용 결정을 제조하는 방법에 있어서, (a) 상기 석영 도가니를 감싸는 히터를 이용하여 상기 잔류 융액을 액상으로 유지하는 단계; (b) 상기 석영 도가니에 수용된 잔류 융액에 시드를 디핑시키는 단계; 및 (c) 상기 잔류 융액 내에 일방향성 응고가 가능한 상하 온도 구배가 형성될 수 있도록 히터의 파워를 서서히 감소시키면서 석영 도가니를 히터의 외부로 서서히 인출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the solar cell crystal manufacturing method of recycling the residual melt according to the present invention for achieving the above technical problem, after the growth of the single crystal ingot using the Czochralski method is completed, by recycling the residual melt contained in the quartz crucible A manufacturing method comprising the steps of: (a) maintaining the residual melt in a liquid phase using a heater surrounding the quartz crucible; (b) dipping the seeds in the residual melt contained in the quartz crucible; And (c) gradually drawing out the quartz crucible to the outside of the heater while gradually decreasing the power of the heater such that an up-down temperature gradient capable of unidirectional solidification is formed in the residual melt.

바람직하게, 상기 (a) 단계는, 상기 석영 도가니를 히터 내에 위치시킨 상태에서 잔류 융액을 가열하는 단계이다.Preferably, step (a) is a step of heating the residual melt in a state where the quartz crucible is placed in a heater.

바람직하게, 상기 (c) 단계에서, 상기 석영 도가니를 히터의 위쪽 방향으로 인출한다.Preferably, in the step (c), the quartz crucible is withdrawn in the upward direction of the heater.

바람직하게, 상기 (c) 단계에서, 상기 히터의 파워는 일정한 레벨까지 비례 적으로 감소시키고, 상기 일정한 레벨이 되면 히터를 턴-오프시킨다.Preferably, in step (c), the power of the heater is proportionally reduced to a certain level, and when the constant level is reached, the heater is turned off.

바람직하게, 상기 (c) 단계에서, 상기 잔류 융액의 결정화가 상부에서 하부로 전파된다.Preferably, in step (c), the crystallization of the residual melt is propagated from top to bottom.

본 발명에 따르면, CZ 법을 이용한 단결정 잉곳의 성장이 완료된 후 잔류하는 융액을 재활용하여 태양전지용 결정을 제조할 수 있다. 또한, 잔류 융액을 재활용하여 태양전지용 결정을 제조하는 과정이 단결정 잉곳 성장이 완료된 후 연속적으로 진행된다. 따라서, 태양전지용 결정을 경제적으로 제조할 수 있고, 웨이퍼용 단결정의 생산에만 사용되던 단결정 제조장치의 효용성을 증대시킬 수 있다.According to the present invention, the crystals for solar cells can be manufactured by recycling the melt remaining after the growth of the single crystal ingot using the CZ method is completed. In addition, the process of manufacturing the crystals for solar cells by recycling the residual melt proceeds continuously after the single crystal ingot growth is completed. Therefore, the crystals for solar cells can be produced economically, and the utility of the single crystal manufacturing apparatus used only for the production of single crystals for wafers can be increased.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자의 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary sense, but rather to properly define the concept of terms in order to best describe the inventor's own invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that it can. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잔류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법의 실시를 위해 사용되는 단결정 잉곳 제조장치의 일부 구성을 도시한 도면이다.2 is a view showing a part of the configuration of a single crystal ingot production apparatus used for the implementation of the method for producing a crystal for solar cells recycled residual melt in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 단결정 잉곳 제조장치는, 다결정 실리콘과 불순물 등의 실리콘 원료가 고온으로 용융된 융액(M)이 수용되는 석영 도가니(10), 상기 석영 도가니(10)의 외주면을 감싸며 석영 도가니(10)를 일정한 형태로 지지하는 도가니 하우징(20), 상기 도가니 하우징(20) 하단에 설치되어 하우징(20)과 함께 석영 도가니(10)를 회전시키면서 석영 도가니(10)를 상승 또는 하강시키는 도가니 회전수단(30), 상기 도가니 하우징(20)의 측벽으로부터 일정 거리 이격되어 석영 도가니(10)를 가열하는 히터(40), 상기 히터(40)의 외곽에 설치되어 히터(40)로부터 발생하는 열이 외부로 유출되는 것을 방지하는 단열수단(50) 및 종자결정인 시드(seed)를 이용하여 상기 석영 도가니(10)에 수용된 융액(M)으로부터 단결정 잉곳(IG)을 일정 방향으로 회전시키면서 인상하는 단결정 인상수단(60)을 포함한다.Referring to FIG. 2, the single crystal ingot manufacturing apparatus includes a quartz crucible 10 in which a melt M in which silicon raw materials such as polycrystalline silicon and impurities are melted at a high temperature is accommodated, and a quartz crucible 10 is wrapped around an outer circumferential surface of the quartz crucible 10. A crucible housing 20 for supporting the crucible 10 in a predetermined form, which is installed at the lower end of the crucible housing 20 to raise or lower the quartz crucible 10 while rotating the quartz crucible 10 together with the housing 20. Crucible rotating means 30, a heater 40 for heating the quartz crucible 10 spaced apart from the side wall of the crucible housing 20, the heater 40 is generated from the heater 40 Pulling while rotating the single crystal ingot (IG) in a predetermined direction from the melt (M) accommodated in the quartz crucible 10 by using a heat insulating means 50 and a seed crystal seed to prevent heat from flowing out to the outside Sweet It includes a positive pulling means 60.

또한, 상기 단결정 잉곳 제조장치는 도면에 도시된 구성 이외에도, 고액 계면의 온도구배 제어를 위해 잉곳(IG)으로부터 방출되는 열의 외부 방출을 차폐하고 융액(M)과 멜트 갭을 형성하는 열실드 수단, 단결정 잉곳 제조장치 내로 불활성 가스(예컨대, Ar 가스)를 공급하는 불활성 가스 공급수단 등을 포함한다.In addition, the single crystal ingot manufacturing apparatus, in addition to the configuration shown in the drawings, the heat shield means for shielding the external discharge of heat emitted from the ingot (IG) for the temperature gradient control of the solid-liquid interface and to form a melt gap with the melt (M), Inert gas supply means for supplying an inert gas (eg, Ar gas) into the single crystal ingot production apparatus.

이러한 단결정 잉곳 제조장치의 각 구성 요소들은 본 발명이 속한 기술분야에서 잘 알려진 CZ 법을 이용한 단결정 잉곳 제조장치의 통상적인 구성 요소이므로 각 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Each component of the single crystal ingot manufacturing apparatus is a typical component of the single crystal ingot manufacturing apparatus using the CZ method, which is well known in the art to which the present invention belongs, and thus the detailed description of each component will be omitted.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잔류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법은, 단결정 잉곳(IG)의 성장이 완료된 이후, 단결정 잉곳 제조장치에서 인-슈트(in-situ)로 석영 도가니(10)에 수용된 잔류 융액(M)을 재활용하여 태양전지용 결정을 성장시키는 방법이다.In the method of manufacturing crystals for solar cells in which residual melt is recycled according to a preferred embodiment of the present invention, after the growth of the single crystal ingot IG is completed, the quartz crucible 10 may be in-situ in a single crystal ingot manufacturing apparatus. It is a method of growing crystals for solar cells by recycling the residual melt (M) contained in the.

이하, 본 발명에 따른 태양전지용 결정 제조방법을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the solar cell crystal manufacturing method according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 3 및 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잔류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정도들이고, 도 5는 시드 디핑 후의 잔류 융액 내 원자배열 형태를 개략적으로 보인 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 태양전지용 결정의 성장 제어 인자인 히터 파워의 시간별 변화를 보인 그래프이다.3 and 4 are flowcharts illustrating a method for manufacturing a crystal for a solar cell recycled residual melt according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 5 is a schematic view showing the atomic arrangement in the residual melt after seed dipping. 6 is a graph showing a time-dependent change in heater power, which is a growth control factor of a solar cell crystal according to the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 태양전지용 결정 제조방법은, 먼저, 단결정 잉곳(IG)의 성장이 완료되면, 단결정 잉곳 제조장치로부터 성장된 단결정 잉곳(IG)을 분리시킨다.In the solar cell crystal manufacturing method according to the embodiment of the present invention, first, when the growth of the single crystal ingot (IG) is completed, the single crystal ingot (IG) grown from the single crystal ingot production apparatus is separated.

그런 다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 도가니 회전수단(도 1의 30참조)을 이용하여 석영 도가니(10)의 위치를 조절함으로써 히터(10)의 상단과 하단 사이에 석영 도가니(10)가 위치될 수 있도록 한다. 일 예로, 석영 도가니(10)의 상단이 히터(40)의 상단으로부터 100mm 하부에 있도록 석영 도가니(10)의 위치를 조절한다.Then, as shown in Figure 3, by adjusting the position of the quartz crucible 10 by using the crucible rotating means (see 30 of FIG. 1), the quartz crucible 10 is placed between the top and bottom of the heater 10. To be located. As an example, the position of the quartz crucible 10 is adjusted so that the upper end of the quartz crucible 10 is 100 mm below the upper end of the heater 40.

위와 같은 상태에서, 히터(40)를 이용하여 석영 도가니(10)에 잔류하는 융액(M)을 가열하여 융액을 액상 상태로 유지시킨다. 이어서, 단결정 인상수단(도 1의 60참조)을 이용하여 잔류 융액(M)에 시드(S)를 디핑시킨다. 시드(S)의 디핑 시 간은 시드(S)와 잔류 융액(M) 사이의 열적 평형 상태를 형성할 수 있을 정도로 설정한다. 예컨대, 시드(S)의 디핑 시간은 30분으로 설정한다.In the above state, the melt (M) remaining in the quartz crucible 10 is heated by using the heater 40 to maintain the melt in the liquid state. Subsequently, the seed S is dipped into the residual melt M using a single crystal pulling means (see 60 in FIG. 1). The dipping time of the seed S is set to such an extent that a thermal equilibrium between the seed S and the residual melt M can be formed. For example, the dipping time of the seed S is set to 30 minutes.

잔류 융액(M)에 시드(S)가 디핑되면, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 잔류 융액(M) 내의 원자분포는 불규칙한 양상을 보인다. 잔류 융액(M)은 액상 상태를 유지하고 있으므로 잔류 융액(M) 내의 원자가 불규칙하게 유동을 하기 때문이다.When the seed S is dipped in the residual melt M, as shown in FIG. 5A, the atomic distribution in the residual melt M is irregular. This is because the residual melt M maintains a liquid state, and atoms in the residual melt M flow irregularly.

시드(S)가 잔류 융액(M)에 디핑된 후 일정 시간이 경과되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 석영 도가니(10)를 상부로 서서히 이동시켜 석영 도가니(10)를 히터(40)의 밖으로 서서히 인출한다. 일 예로, 석영 도가니(10)의 상단이 히터(40)의 상단으로부터 200mm 상부에 위치될 때까지 석영 도가니(10)의 위치를 이동시킨다. 또한, 석영 도가니(10)를 상부로 서서히 이동시키는 것과 연동하여 히터(40)의 파워를 서서히 감소시킨다.When a predetermined time has elapsed after the seed S is dipped in the residual melt M, as shown in FIG. 4, the quartz crucible 10 is gradually moved upward to move the quartz crucible 10 to the heater 40. Draw out slowly. For example, the position of the quartz crucible 10 is moved until the upper end of the quartz crucible 10 is positioned 200 mm above the upper end of the heater 40. In addition, the power of the heater 40 is gradually reduced in conjunction with gradually moving the quartz crucible 10 upward.

그러면, 잔류 융액(M)에는 일방향성 응고(directional solidification)가 이루어질 수 있는 상하 온도구배가 형성된다. 즉, 잔류 융액(M)의 상부 온도가 잔류 융액(M)의 하부 온도보다 상대적으로 낮은 상태가 된다.Then, the residual melt M is formed with an upper and lower temperature gradient through which directional solidification can be made. That is, the upper temperature of the residual melt M becomes relatively lower than the lower temperature of the residual melt M. FIG.

석영 도가니(10)가 히터(40) 외부로 인출되는 과정에서 잔류 융액(M)에 위와 같은 상하 온도구배가 형성되면, 잔류 융액(M)의 표면부터 과냉각 상태가 되면서 잔류 융액(M)의 결정화가 시작된다. 이 때, 잔류 융액(M)의 표면에는 단결정으로 이루어진 시드(S)가 디핑된 상태를 유지하고 있으므로, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 시드(S)와 접촉하는 융액 부위부터 원자가 규칙적으로 배열되면서 융액의 결정화가 서서히 진행된다.When the quartz crucible 10 is drawn out of the heater 40 and the above temperature gradient is formed in the residual melt M, the crystallization of the residual melt M becomes supercooled from the surface of the residual melt M. Begins. At this time, since the seed (S) made of a single crystal is dipped on the surface of the residual melt (M), as shown in (b) of FIG. The crystallization of the melt proceeds gradually as arranged.

이러한 융액의 결정화는 시간이 지남에 따라 잔류 융액(M)의 하부로 서서히 전파되며, 일정한 시간이 경과되면 잔류 융액(M) 전체가 규칙적인 원자배열을 갖는 결정으로 변화된다. 이렇게 제조된 결정은 결정성이 우수하고 불순물 함량이 적어 태양전지 제조용으로 활용이 가능하며, 슬라이싱을 통해 결정을 가공하면 태양전지용 기판의 모체가 되는 태양전지용 블록의 제조가 가능해진다.The crystallization of the melt is gradually propagated to the lower portion of the residual melt (M) over time, and after a certain time, the entire remaining melt (M) is changed to a crystal having a regular atomic arrangement. The crystals thus prepared have excellent crystallinity and low impurity content, and thus can be used for manufacturing solar cells. When crystals are processed through slicing, the crystals for solar cells that become the mother substrate of the solar cell substrate can be manufactured.

본 발명에서, 잔류 융액(M)의 결정화 시 석영 도가니(10)의 상승 속도와 히터(40) 파워의 감소 속도는 석영 도가니(10)가 히터(40) 외부로 인출되면서 잔류 융액(M)에서 일방향성 응고가 이루어질 수 있는 상하 온도구배가 자연스럽게 형성될 수 있도록 하는 조건으로 설정한다.In the present invention, the rising rate of the quartz crucible 10 and the decreasing rate of the power of the heater 40 during crystallization of the residual melt M are reduced in the residual melt M as the quartz crucible 10 is drawn out of the heater 40. The temperature is set to a condition such that an upward and downward temperature gradient at which unidirectional solidification can be formed is naturally formed.

일 예로, 석영 도가니(10)는 7.5mm/30min의 속도로 상승시키고, 히터(40)의 파워는 도 6에 도시된 바와 같이 최초의 히터(40) 파워를 100으로 보았을 때 20시간 동안 히터(40) 파워를 20으로 감소시키고, 그 이후에는 히터(40)의 파워를 턴-오프시켜 잔류 융액(M)을 자연 냉각시킨다. 이러한 조건에서 잔류 융액(M)을 결정화시키면, 석영 도가니(10)의 총 이동 거리는 300mm정도가 된다.For example, the quartz crucible 10 is raised at a speed of 7.5 mm / 30 min, and the power of the heater 40 is increased by the heater (for 20 hours when the power of the first heater 40 is 100 as shown in FIG. 6). 40) The power is reduced to 20, after which the power of the heater 40 is turned off to naturally cool the residual melt M. When the residual melt M is crystallized under such conditions, the total moving distance of the quartz crucible 10 is about 300 mm.

한편, 석영 도가니(10)의 상승 속도와 히터(40) 파워의 감소 속도는 상기한 바에 한정되지 않으며, 석영 도가니(10)의 직경, 잔류 융액(M)의 양과 온도 등에 따라 변경이 가능함은 자명하다.On the other hand, the rising speed of the quartz crucible 10 and the decreasing speed of the heater 40 power is not limited to the above, it can be changed depending on the diameter of the quartz crucible 10, the amount and temperature of the residual melt (M), etc. Do.

상술한 태양전지용 결정 제조과정은, 웨이퍼용 단결정 잉곳의 제조가 완료된 직후 연속적으로 진행할 수 있다. 따라서, 웨이퍼용 단결정 잉곳의 제조만 가능했던 장치에서 태양전지용 결정까지 생산함으로써 장치의 효용 가치를 증대시킬 수 있고, 그 만큼 경제적으로 태양전지용 결정을 생산할 수 있다.The above-described solar cell crystal manufacturing process can proceed continuously immediately after the production of the single crystal ingot for wafer is completed. Therefore, the utility value of the device can be increased by producing the solar cell crystals from the device which was only capable of producing the single crystal ingot for the wafer, and the crystals for the solar cell can be economically produced as much.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The following drawings, which are attached to this specification, illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention serve to further understand the technical idea of the present invention, the present invention includes the matters described in such drawings. It should not be construed as limited to.

도 1은 단결정 잉곳의 직경에 따라 예상되는 잔류 융액의 양을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the amount of residual melt expected according to the diameter of a single crystal ingot.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잔류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법의 실시를 위해 사용되는 단결정 잉곳 제조장치의 일부 구성을 도시한 도면이다.2 is a view showing a part of the configuration of a single crystal ingot production apparatus used for the implementation of the method for producing a crystal for solar cells recycled residual melt in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

도 3 및 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잔류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정도들이다.3 and 4 are flowcharts illustrating a method for manufacturing a crystal for a solar cell recycled residual melt according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5는 시드 디핑 후의 잔류 융액 내 원자배열 형태를 개략적으로 보인 도면이다.FIG. 5 is a schematic view of the arrangement of atoms in the residual melt after seed dipping.

도 6은 본 발명에 따른 태양전지용 결정의 성장 제어 인자인 히터 파워의 시간별 변화를 보인 그래프이다.6 is a graph showing the change of the heater power as a growth control factor of the solar cell crystal according to the present invention over time.

Claims (5)

쵸크랄스키 법을 이용한 단결정 잉곳의 성장이 완료된 이후, 석영 도가니에 수용된 잔류 융액을 재활용하여 태양전지용 결정을 제조하는 방법에 있어서,In the method for producing a solar cell crystal by recycling the residual melt contained in the quartz crucible after the growth of the single crystal ingot using the Czochralski method is completed, (a) 상기 석영 도가니를 감싸는 히터를 이용하여 상기 잔류 융액을 액상으로 유지하는 단계;(a) maintaining the residual melt in the liquid phase by using a heater surrounding the quartz crucible; (b) 상기 석영 도가니에 수용된 잔류 융액에 시드를 디핑시키는 단계; 및(b) dipping the seeds in the residual melt contained in the quartz crucible; And (c) 상기 잔류 융액 내에 일방향성 응고가 가능한 상하 온도 구배가 형성될 수 있도록 히터의 파워를 서서히 감소시키면서 석영 도가니를 히터의 외부로 서서히 인출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법.(c) gradually withdrawing the quartz crucible to the outside of the heater while gradually decreasing the power of the heater to form a vertical gradient capable of unidirectional solidification in the residual melt; A method for producing a crystal for a solar cell. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a) 단계는,In step (a), 상기 석영 도가니를 히터 내에 위치시킨 상태에서 잔류 융액을 가열하는 단계임을 특징으로 하는 잔류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법.The method of claim 1, wherein the remaining melt is heated while the quartz crucible is placed in a heater. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (c) 단계에서,In the step (c), 상기 석영 도가니를 히터의 위쪽 방향으로 인출하는 것을 특징으로 하는 잔 류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법.The method for producing a crystal for solar cells recycled from the residual melt, characterized in that the quartz crucible is drawn out in the upward direction of the heater. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (c) 단계에서,In the step (c), 상기 히터의 파워는 일정한 레벨까지 비례적으로 감소시키고, 상기 일정한 레벨이 되면 히터를 턴-오프시키는 것을 특징으로 하는 잔류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법.And the power of the heater is proportionally reduced to a predetermined level, and when the predetermined level is reached, the heater is turned off. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (c) 단계에서,In the step (c), 상기 잔류 융액의 결정화가 상부에서 하부로 전파되는 것을 특징으로 하는 잔류 융액을 재활용한 태양전지용 결정 제조방법.Crystallization method for a solar cell recycled residual melt characterized in that the crystallization of the residual melt propagates from top to bottom.
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