Next-generation carbothermal reduction process of silicon with the metal additive for solar cell application

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05178
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26060:Metals production and resources production-related
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: Itaka Kenji 弘前大学, 地域戦略研究所, 教授 (40422399)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 角谷 正友 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主席研究員 (20293607)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: シリコン / 熱炭素還元 / 太陽電池 / フラックス / ニッケル

Outline of Final Research Achievements

Silicon for solar cells is dioxide, but the thermal carbon reduction of silicon dioxide through silicon monoxide and silicon carbide is known to produce silicon dioxide, so control of the complex by-products is important. Based on phase diagram estimates, the solid solution limit of carbon in silicon is very small and the loss of silicon monoxide gas is significant. It is expected that the addition of metals such as nickel and nickel silicide NiSi2 will greatly extend the solid solution limit of carbon and that 2wt% nickel metal or nickel silicide will act as a nickel flux. In fact, the introduction of such fluxes greatly increased silicon.

Free Research Field

材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的意義は、シリコンという共有結合性の強い材料系でみられる、中間状態の気相・固相を介した炭素熱還元反応プロセスにおいて、フラックスによる固溶限の増大と反応収率の関係性の解明である。気相を介する化学反応では密度が極度に低下するために、収率低下につながりやすいが、固溶限の増大によって、気相から固液相に出来るだけはやく化学変化させることが効率向上につながる。
また、社会的意義としては、近年の脱炭素社会・再生可能エネルギー社会の鍵を握っている太陽光発電について、その主要原材料であるシリコンの生産公立向上につながることである。