2010 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 京都大学, エネルギー科学研究科, 客員教授 (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 京都大学, エネルギー科学研究科, 特定助教 (00463795)
森下 浩平 京都大学, エネルギー科学研究科, 特定助教 (00511875)
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| Keywords | 結晶成長 / シリコン / 太陽電池 / 多結晶 / 結晶欠陥 / 浮遊キャスト成長 |
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| Research Abstract |
本研究では、Si融液からのSi多結晶の成長メカニズム解明に関する基礎研究に基づいて、高効率太陽電池用の高品質・高均質Si結晶の成長技術を、浮遊キャスト成長法を基本型として開発することを目標としている。
メカニズム解明では、結晶成長過程におけるファセット形成過程、転位クラスターの発生機構など、Si結晶の高品質化への指針を与える現象を明らかにした。ファセット形成では、成長速度がある臨界値より大きい場合に、凝固潜熱により融液中に負の温度勾配が形成され、負の温度勾配中の揺らぎからファセットが形成されるという新たなモデルを構築した。転位クラスターの発生では、結晶に囲まれた残留融液から最後に凝固した小さな結晶粒の内部に、大きな歪みが残り高い転位密度を有することを明らかにした。これらの知見は、成長条件の適正化や転位密度の低減など、太陽電池用Si結晶の高品質化に対し有効な指針を与えた。
結晶成長技術の開発では、融液表面を核形成サイトにできる浮遊キャスト成長法の特徴を活かし、種々の高品質化技術を開発した。本方法では、不均一核形成を抑制してデンドライト結晶でインゴット表面を覆うことができるため、上面方位の揃ったデンドライト結晶を発現させて、隣り合う結晶の接触角の影響を精査した。その結果、デンドライト結晶をほぼ平行に配向制御させることにより、結晶粒界近傍の転位密度を極めて低くできることを実証した。また融液表面に種結晶を浮遊させることにより、この配向制御をさらに精密に行えることを明らかにした。この結果をインゴット形成に適用したところ、不純物のゲッタリングプロセスを有効に行うことができ、太陽電池の高効率化に対して極めて有望な結晶が作製できることが示せた。今後、これらの基礎研究の成果に基づき、さらなる高品質化技術の開発を進め、実用サイズのウェハを切り出すことのできるインゴットの成長技術の開発へ展開する。
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