2016 Fiscal Year Research-status Report
その場観察法によるSi多結晶の融液成長メカニズムの解明（国際共同研究強化）
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15KK0198
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
藤原 航三 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70332517)
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2016 – 2018
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| Keywords | 融液成長 / 固液界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究目的：本国際共同研究は、以下の2つの目的を達成するために実施する。
目的1）実験および理論的解析によるSi多結晶の融液成長メカニズムの体系化
目的2）太陽電池用Si多結晶インゴットの高品質化成長技術の開発
世界の太陽電池生産量の約6割を占めているSi多結晶太陽電池のエネルギー変換効率を飛躍的に向上させるために、一方向成長法により作製されるSi多結晶インゴットの「高品質化・高均質化」が希求されている。現状のSi多結晶インゴットを凌駕するインゴットを得るためには、一方向成長過程において、多結晶組織の制御、欠陥の低減、高純度化、および、不純物分布の制御が可能な新規の結晶成長技術を開発しなければならならず、これには固液界面で生じる現象の総合理解が不可欠である。本年度は、目的1）のSi多結晶の融液成長メカニズムの体系化を目的として研究をスタートさせた。東北大学金属材料研究所において、Si多結晶の一方向性腸過程における固液界面の直接観察実験を行った。粒界から固液界面不安定化が発生する様子や双晶界面が形成される様子を実験的に明らかにした。この実験結果をもって、研究連携先であるIKZに渡航し、W. Miller博士と実験結果について議論を行うとともに、これらの現象を理論的にどのように解釈するかを検討した。今後、固液界面近傍における温度場を実験的に測定し、それらの情報を基に理論解析を行っていく方針を定めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本共同研究は、以下の手順に従い平成28年度-平成30年度の研究期間に実施する予定としている。
1）申請者のグループで得られるSi多結晶の様々な固液界面現象の実験データをIKZのNumerical Modellingグループ（W. Miller博士）と共有する。特に、多結晶材料特有の現象である、結晶粒界部でのグルーブ形成と粒界性格の相関、結晶粒界部における不純物の局所偏析、多結晶の固液界面不安定化、固液界面における欠陥形成に関する情報を共有する。2）IKZにおいて、それぞれの現象に対して理論モデルを構築し、フェーズフィールド・カイネティック法などの計算機シミュレーションにより実験結果を再現する（第一の目的）。実験データが不足している場合は、東北大学金属材料研究所において適宜追加実験を行いデータを補充する。3）理論解析を基に、不純物偏析や欠陥形成を低減させるための制御パラメータを抽出し、太陽電池用Si多結晶インゴットの新規結晶成長技術を開発する。4）申請者のグループにおいて、高品質かつ高均質なSi多結晶インゴットの成長技術を確立する。
本年度は、上記1.について実施し、この実験データをIKZと共有することができた。今後、2.および3.について共同研究を進めていく目途が立った。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、東北大学金属材料研究所において、Si多結晶の融液成長過程を直接観察することによって、実験的に現象を明らかにする。この実験結果に基づき融液成長の理論を構築していく。実験においては、東北大学の博士学生や修士学生も参画し、研究を加速していく。
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