セルフシードクリスタル法による太陽電池用多結晶シリコンの高品質化

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19560745
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 宮原 広郁 Kyushu University, 大学院・工学研究院, 准教授 (90264069)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 成田 一人 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教 (50404017)
• Keywords: 多結晶シリコン / 一方向凝固 / ファセット / 太陽光発電 / 結晶成長 / 拡散長 / 過冷度 / 不純物制御

Research Abstract

多結晶シリコンインゴットの光起電力向上を目的として,結晶の柱状晶育成条件について調査した.最初に,内壁にSi_3N_4を塗布した小型石英製るつぼ(内径20mm,高さ150mm)に高純度Siを充填し,Ar雰囲気、温度勾配20K/cmで一方向凝固させた.凝固速度が0.15〜2.4mm/minの範囲では,試料内部における結晶粒径は凝固速度の上昇とともに小さくなったが,初期凝固部における結晶はるつぼ底面部に沿って成長し,速度の上昇と共に粒径が増加した.このとき,複数のΣ3双晶を含む<101>または<211>方位へ成長する結晶が多く観察された.
そこで双晶面が垂直となるように底面が20〜60°傾斜させたルツボを用いて一方向凝固させ,るつぼ底面部の優先結晶方位について調査した.るつぼ底面部においもて一般的な優先成長方位である<101>または<211>方位に成長する結晶が多く観察され,その成長方位を受けついで熱流方向へ結晶は成長した.従って、試料底部において熱流とは垂直の方向でも、広い過冷領域とわずかな温度勾配が存在する場合は,固液界面に含まれる双晶がキンクサイトとなり結晶成長を助長すると考えられた.
さらに,アルミナ基盤を種結晶として石英るつぼの底部に設置し,温度勾配20K/cm,凝固速度2.4mm/minで一方向凝固させたところ,初期凝固部のシリコン結晶はアルミナの結晶方位に依存して変化した.これらのことより,基盤底部にける核生成の過冷度を操作し,アルミナ基盤および自己核を利用して初期凝固部の結晶方位を制御できる可能性を示唆した.