2008 Fiscal Year Annual Research Report
融液中に浮遊させたSi結晶の成長メカニズムの研究と高品質Si多結晶の成長技術開発
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20226001
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中嶋 一雄 Tohoku University, 金属材料研究所, 教授 (80311554)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宇佐美 徳隆 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20262107)
藤原 航三 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (70332517)
沓掛 健太朗 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (00463795)
森下 浩平 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (00511875)
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| Keywords | 浮遊キャスト法 / Siバルク多結晶 / 亜粒界 / ランダム粒界 / せん断応力 / デンドライト結晶 / ファセット成長 / 太陽電池 |
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| Research Abstract |
残留歪みを低減できるなどの効果により、単結晶に匹敵する高品質なSiバルク多結晶を実現することにより、太陽電池のエネルギー価格を低減できる画期的な成長技術である「浮遊キャスト法」の開発を目指し、その技術開発の指針を構築するために、結晶成長過程の動的条件下で結晶組織や欠陥が形成されていくメカニズムの解明を試みた。
ファセットデンドライト結晶の成長を、デンドライトの主鎖中央部に存在する{111}双晶面に平行および垂直な方向から「その場」観察を行ったところ、双晶面に平行な{111}面も成長し、デンドライト先端には三角形の角が形成されるという従来のモデルでは説明できない現象が観察された。この観察結果に基づき、ファセットデンドライトは、主鎖中央部の二本の双晶部に形成される溝において交互に優先成長を繰り返すことにより成長するという新たな成長メカニズムを考案した。また、デンドライト結晶が他の結晶粒と衝突する場合、潜熱の拡散場が重なることにより過冷却度が低下し、成長様式が通常のファセット成長に遷移する場合があることを見出した。
また、多結晶の欠陥密度と粒界構造との関係を詳細に検討し、太陽電池の特性を低下させる主要な結晶欠陥である亜粒界がランダム粒界から発生することを見出した。更に、亜粒界発生と、粒界を挟んで対向する結晶粒の相対方位との相関の解析から、粒界近傍のすべり面せん断応力が亜粒界発生に大きく関与していることを示した。
これらの成長メカニズムに関する知見と、現有の小型キャスト炉を用いたインゴットの成長実験の結果から、浮遊キャスト成長法の技術課題を抽出し、平成21年度に導入予定の結晶成長装置の設計を行った。
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