マイクロ粒子化・局所溶融化による２１１方位制御薄型シリコン太陽電池の創成

• 研究課題/領域番号: 22360315
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 金属生産工学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 宮原 広郁 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90264069)
• 研究分担者: 成田 一人 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教 (50404017)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円); 2013年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2012年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2011年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2010年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
• キーワード: 結晶成長 / 太陽光発電 / 一方向凝固 / 過冷度 / ファセット / 多結晶 / 界面 / 太陽電池 / 多結晶シリコン / 相晶 / 界面エネルギー / 双晶

研究概要

太陽電池多結晶シリコン（Si）の組織制御と切削くず低減を目的として，レーザを用いた結晶成長制御法について調査した．Siの融解潜熱は極めて高いが比較的長いパルスのレーザを照射することにより数秒で溶解・凝固できること，数十～数百マイクロメートルサイズの粒子を得られること，異質核生成がSi粒子の組織に影響を及ぼすことを示した．さらに薄膜状へ試料形状を変化させると凝固組織と熱処理組織間の熱応力によりき裂が発生するので，Si粒子及び基板の温度分布・雰囲気・冷却制御の最適化が重要であることを示した．

研究成果

• [雑誌論文] Dust Explosion Characteristics of Alumi- num, Titanium, Zinc, and Iron-Based Alloy Powders used in Cold Spray Processing (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Sakata, K. Tagomori, N. Sugiyama, S. Sasaki, Y. Shinya, T. Nanbu, Y. Kawashita, I. Narita, K. Kuwatori, T. Ikeda, R. Hara, H. Miyahara
  • 雑誌名: Journal of Thermal Spray Technology 巻: 23(1-2) ページ: 123-130
• [雑誌論文] Control of initial solidification structure of polycrystalline silicon ingot by α-Si_3N_4 and β-Si_3N_4 mold lubricants (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Murakami, T. Uchino, I. Narita, H. Miyahara
  • 雑誌名: Proc. of The 5th Korea-Japan Conference for Young Foundry Engineers 巻: 128
• [雑誌論文] Control of initial solidification microstructure of polycrystalline silicon ingot by alpha-Si3N4 and beta-Si3N4 mold lubricants (2013)
  • 著者名/発表者名: Reita Murakami, Takashi Uchino, Ichihito Nrita and Hirofumi Miyahara
  • 雑誌名: Proc. of The 5th Japan-Korea Workshop for Young Foundry Engineers 巻: 1 ページ: 128-131
• [雑誌論文] Microstructure control of polycrystalline silicon ingots by vibrating unidirectional solidification method (2011)
  • 著者名/発表者名: I. Narita, Y. Fuchigami, T. Uchino, M. Fahmi, H. Miyahara
  • 雑誌名: Proc. of The 4th Korea-Japan Conference for Young Foundry Engineers 巻: 118
• [雑誌論文] Control of initial solidification micro- structure of polycrystalline silicon ingot for high-efficiency solar cell (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Uchino, I. Narita, H. Miyahara
  • 雑誌名: Proc. of The 4th Korea-Japan Conference for Young Foundry Engineers 巻: 43
• [学会発表] Control of initial solidification structure of polycrystalline silicon ingot by α-Si_3N_4 and β-Si_3N_4 mold lubricants (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Murakami, T. Uchino, I. Narita, H. Miyahara
  • 学会等名: The 5th Korea-Japan Conference for Young Foundry Engineers
  • 発表場所: JAPAN
  • 年月日: 2013-09-07
• [学会発表] Control of initial solidification microstructure of polycrystalline silicon ingot by alpha-Si3N4 and beta-Si3N4 mold lubricants (2013)
  • 著者名/発表者名: Reita Murakami, Takashi Uchino, Ichihito Nrita and Hirofumi Miyahara
  • 学会等名: The 5th Japan-Korea Workshop for Young Foundry Engineers
  • 発表場所: Hokkaido, JAPAN
• [学会発表] 窒化ケイ素離型剤を用いた多結晶シリコンインゴットの初期凝固組織制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 内野隆志, 村上玲太, 成田一人, 宮原広郁
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 日本
  • 年月日: 2012-06-09
• [学会発表] 太陽電池用多結晶シリコンインゴットの一方向凝固組織に及ぼす離型剤の影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 内野隆志, 成田一人, 宮原広郁
  • 学会等名: 日本鋳造工学会
  • 発表場所: 日本
  • 年月日: 2012-04-09
• [学会発表] Microstructure control of polycrystalline silicon ingots by vibrating unidirectional solidification method (2011)
  • 著者名/発表者名: I. Narita, Y. Fuchigami, T. Uchino, M. Fahmi, H. Miyahara
  • 学会等名: The 4th Korea-Japan Conference for Young Foundry Engineers
  • 発表場所: KOREA
  • 年月日: 2011-11-11
• [学会発表] Control of initial solidification micro- structure of polycrystalline silicon ingot for high-efficiency solar cell (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Uchino, I. Narita, H. Miyahara
  • 学会等名: Proc. of The 4th Korea-Japan Conference for Young Foundry Engineers
  • 発表場所: KOREA
  • 年月日: 2011-11-11
• [学会発表] Control of initial solidification structure of polycrystalline silicon ingot for improvement of solar cell efficiency (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Uchino, Ichihito Narita, Hirofumi Miyahara
  • 学会等名: The 4th Korea-Japan Conference for Young Foundry Engineers
  • 発表場所: 慶州(大韓民国)
  • 年月日: 2011-11-11
• [学会発表] 太陽電池用多結晶シリコンの初期凝固組織制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 内野隆志, 成田一人, 宮原広郁
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 日本
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] 振動一方向凝固法によるシリコンインゴットの組織制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 成田一人, 淵上遥平, 内野隆志, 宮原広郁
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 日本
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] Effects of vibrating unidirectional soli- dification on microstructure of poly- crystalline silicon ingots (2011)
  • 著者名/発表者名: I. Narita, Y. Fuchigami, Y. Nakamura, T. Uchino, M. Kamezaki, C. Ishibashi, H. Miyahara
  • 学会等名: The 13th International Symposium on Mate- rials Science and Engineering among Chonbuk National University, Harbin University and Kyushu University
  • 発表場所: JAPAN
  • 年月日: 2011-10-13
• [学会発表] 太陽電池用多結晶シリコンインゴットの一方向凝固組織に及ぼす振動の影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 内野隆志, 淵上遥平, 成田一人, 宮原広郁
  • 学会等名: 日本鋳造工学会
  • 発表場所: 日本
  • 年月日: 2010-04-19
• [備考]
  • URL: http://web3.zaiko.kyushu-u.ac.jp/www/m/index.html
• [備考]
  • URL: http://web3.zaiko.kyushu-u.ac.jp/www/m/index.html