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2017 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)

Research Project

Project/Area Number 15KK0198
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

藤原 航三  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70332517)

Project Period (FY) 2016 – 2018
Keywords融液成長
Outline of Annual Research Achievements

本共同研究は、Si多結晶の融液成長に関して2つの目的を設定している。
1)東北大学金属材料研究所において固液界面の観察実験を行い固液界面現象を明らかにし、さらに、IKZ(ドイツ)において実験結果に基づいた計算機シミュレーションを実施し融液成長の諸現象を基礎的に解明することを第一の目的としている。
2)太陽電池用Si多結晶インゴットの成長技術開発を行い、従来のSi多結晶インゴットよりも高品質なインゴットを実現することを第二の目的としている。
これらの目的に対して、平成29年度は、Si多結晶の融液成長過程において固液界面の粒界部から双晶界面が形成するメカニズムについて明らかにした。また、固液界面における、粒界同士の反応、亜粒界と双晶界面の反応、亜粒界同士の反応に関する直接観察実験を開始し、従来知られていない固液界面現象の観察に成功した。特に、固液界面における小角粒界と双晶粒界の反応においては、小角粒界が双晶粒界を貫通するという太陽電池用Si多結晶の成長においても重要な知見が得られた。粒界同士の反応についてIKZのMiller博士と情報交換を行い、本現象のメカニズム解明に向けた共同研究を行っている。また、高品質Si多結晶インゴットの成長に関しては、ルツボとSi融液の反応が起こらないような成長条件の取得へ向けた研究を継続中である。
平成29年度は、X線イメージング法によりSiの固液界面の観察実験を行っているマルセイユ大学のNathalie Mangelick-Noel博士の研究室を訪問し情報交換を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

Si多結晶の融液成長メカニズムの基礎研究に関しては、固液界面における双晶界面の形成メカニズムに関して明らかとなった。また、固液界面における現象においては、小角粒界がΣ3双晶界面を貫通していくという従来知られていなかった現象が明らかとなり、このメカニズムに関して現在研究を進めている。さらに、融液成長過程における粒界の発展メカニズムに関しても実験データが揃ってきており、このメカニズムの解明も進めている。このように、Si多結晶の融液成長メカニズムに関して新しい現象が次々と明らかになってきており、研究は順調に進行している。ただし、IKZにおけるコンピュータシミュレーションに関しては、現象が複雑であるためシミュレーションのプログラムを構築するために若干時間が必要である。

Strategy for Future Research Activity

当初の予定通り、東北大学において固液界面現象の直接観察実験を行い、IKZにおいて理論解析を進める。昨年度より博士学生もこのプログラムに参加しており、本年度は博士学生とともにIKZを訪問し議論を深める。

  • Research Products

    (8 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] In situ observation of twin boundary formation at grain-boundary groove during directional solidification of Si2017

    • Author(s)
      K. FUjiwara, R. Maeda, K. Maeda, H. Morito
    • Journal Title

      Scripta Materialia

      Volume: 133 Pages: 65-69

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2017.02.028

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Interactions between small-angle grain boundaries and Σ3 twin boundaries during solidification of multi-Crystalline silicon2018

    • Author(s)
      荘履中、前田健作、森戸春彦、志賀敬次、藤原航三
    • Organizer
      日本金属学会2018年春期(第162回)講演大会
  • [Presentation] Si多結晶の凝固過程における双晶形成に固液界面形状が及ぼす影響2018

    • Author(s)
      前田亮一、前田健作、志賀敬次、森戸春彦、藤原航三
    • Organizer
      日本金属学会2018年春期(第162回)講演大会
  • [Presentation] Morphological transformation of crystal/melt interface of Si2017

    • Author(s)
      Kozo Fujiwara
    • Organizer
      Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence(IM2NP)セミナー
    • Invited
  • [Presentation] Si多結晶の固液界面における双晶界面の形成機構2017

    • Author(s)
      前田亮一、前田健作、森戸春彦、志賀敬次、藤原航三
    • Organizer
      第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
  • [Presentation] Interactions between grain boundaries during solidification of multicrystalline silicon2017

    • Author(s)
      荘 履中、前田健作、森戸春彦、志賀敬次、藤原航三
    • Organizer
      第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
  • [Presentation] Siの融液成長挙動のその場観察2017

    • Author(s)
      藤原航三
    • Organizer
      日本鉄鋼協会第174回秋季講演大会
    • Invited
  • [Book] Handbook of Photovoltaic Silicon2019

    • Author(s)
      Kozo FUJIWARA (チャプター分担執筆)
    • Total Pages
      1200
    • Publisher
      Springer
    • ISBN
      978-3662564714

URL: 

Published: 2018-12-17  

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