太陽電池用シリコンの方向性凝固による高純度化と凝固残留応力の制御

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11694128
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 香川 豊 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50152591)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 島田 雄彦 (株)アイアイエスマテリアル, 主任研究員 ; 岡部 徹 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (00280884) ; 前田 正史 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70143386)
• Keywords: シリコン / 太陽電池 / 電子ビーム / 真空精製 / 凝固精製 / シミュレーション / 連続鋳造 / 残留応力

Research Abstract

鋳造法を用いて作製されるシリコンインゴットの品質は製造後に材料中に存在する残留応力に大きく影響されていることが知られている。しかし、残留応力を正しく測定し、その結果を評価する方法は十分に確立されているとはいえない。本研究では、残留応力の測定や発生状況と鋳造プロセスの関連性を詳細に国際共同により調べることを目的とした。東京大学生産技術研究所に設けられている装置を用いてシリコンを連続鋳造した。鋳造条件を変えて試料を作成し、このシリコンのインゴットを、カナダ国チョークリバー国立原子力研究所において、中性子回折実験を行い、内部ひずみの実測を行った。連続鋳造で得られるシリコンの結晶粒径が非常に大きいため従来の測定手法ではひずみ量の測定が困難であったので、試料を測定中回転しながら等方性を持たせて測定する新たな手法をカナダ側で開発して適用した。東京大学では、凝固熱モデルと伝熱解析から連続鋳造後のシリコンの残留応力を推定するモデルを作成し、実際のプロセス条件を境界条件とし解析を行なった。この結果と上記実験結果を比較検討した。さらに、現在計算時間の短縮化と汎用計算手法の確立という観点から、モデルについては解析解を近似的に得るための工夫を行っている。これが可能になれば計算時間が飛躍的に短縮され、将来的には、製造時のオンラインプロセスモニタリングにも適用できる可能性を秘めている。従って、本研究をさらに発展させオンライン高速プロセス制御を行なうことが次の課題であるといえる。

Research Products

• [Publications] 池田貴, 西川直樹, 山内則近, 宮崎浩太, 前田正史: "シリコン中アンチモンの除去"日本金属学会講演概要. 409 (2000)
• [Publications] T.Ikeda, N.Nishikawa, N.Yamauchi, K.Miyazaki, H.Hattori, Y.Shinoda, T.Shimada, M.Maeda: "The EB Purification of Silicon"T.Ikeda, N.Nishikawa, N.Yamauchi, K.Miyazaki, H.Hattori, Y.Shinoda, T.Shimada and M.Maeda. 17 (2000)
• [Publications] M.Maeda, T.Ikeda: "Recycling and Material Flow of the World"Polymers for Advanced Technologies, Wiley. 388-391 (2000)
• [Publications] S.H.Tabaian, M.Maeda, T.Ikeda, Y.Ogasawara: "Thermodynamic Study of Molten Si-Ti Alloys"High Temperature Materials and Processes. Vol.19, Nos.3&4. 257-264 (2000)
• [Publications] M.Maeda: "Silicon in the World"Proceedings of The Second International Conference on Processing materials for Properties. Nov.5-8. (2000)
• [Publications] 川添 敏, 香川 豊: "セラミック-金属接合体の自由端近傍の界面に生じる応力特異性と界面破壊挙動"日本金属学会第128回金属学会講演概要. 431 (2001)