| 研究課題/領域番号 |
20K05179
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26060:金属生産および資源生産関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
前田 健作 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40634564)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 融液成長 / 固液界面 / 双晶界面 / シリコン / ホウ酸塩結晶 / 共晶組織 / デンドライト / 結晶成長 / 結晶粒界 / Si多結晶 / 直接観察 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
任意の結晶方位を有する2つの結晶粒が融液成長して結晶粒界が形成される様子を直接観察する技術を開発し、結晶粒界の形成機構を系統的に解明する。特に、シリコン多結晶インゴット中の粒界形成を研究対象として、種子結晶と特殊形状のヒーターを用いることで任意の結晶粒界の形成を再現して、直接観察する。この他に酸化物結晶の粒界形成過程の直接観察も行い、両者を比較することで粒界形成機構について考察する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、融液から多結晶材料が凝固するさいの結晶粒界の形成機構を理解することを目的とした。多結晶シリコン基板内の結晶粒界は太陽電池材料の性能に大きく関与し、その形成機構の解明が重要である。本研究ではシリコンの他の材料も対象として意図した結晶粒界を観察する新たなアプローチに取り組んだ。具体的には、成長過程の観察や温度場観察のための装置改造を行った。また、シリコンの非平行双晶界面によるデンドライト成長やホウ酸塩結晶、Fe-Si系共晶組織の形成過程の観察にも取り組んだ。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
太陽電池の普及に伴い、シリコン多結晶インゴットの製造に関する研究開発が盛んである。多結晶組織を制御するためには、例えばキャスト炉のホットゾーンを調整して、凝固した多結晶組織との相関を調べるような研究が行われている。これは凝固過程における固液界面の凹凸や曲率などの形状が結晶粒界の形成に影響していると考えられるが、詳しくはわかっていない。本研究で固液界面形状と結晶粒界の形成過程を詳細に知ることで、ホットゾーンの設計に役立てることができる。また、Phase-field法などで粒界形成過程のシミュレーションを行っているグループもあり、そのモデルとなるような実験を行うこともできる。
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