太陽電池用シリコンの方向性凝固による高純度化と凝固残留応力の制御

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11694128
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 香川 豊 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50152591)
• 研究分担者: 島田 雄彦 (株)アイアイエスマテリアル, 主任研究員 ; 前田 正史 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70143386)
• キーワード: シリコン / 太陽電池 / 電子b-ム / 真空精製 / 凝固精製 / シミュレーション / 連続鋳造 / 応力

研究概要

金属シリコンまたはスクラップシリコンを原料とし、直接太陽電池シリコン基板を製造するプロセス技術を確立することを目的とし、小型電子ビーム溶解装置(最大8kW)を用いて、ボタン溶解による金属シリコンの気化精製実験を行いCa,Al,P,Cなどの不純物を除去する技術を確立してきたが、Fe,Tiなどの遷移金属不純物は気化精製することはできなかった。そこで、本研究では真空中で連続鋳造を行い、真空蒸発による精製と凝固時の偏析を利用する精製を同時に実現する方法を採用し、その実験、解析を行なった。具体的には、小型電子ビーム溶解装置を用いたシリコンの精製を試み、ドーパントとして高濃度のアンチモンを含んだスクラップシリコンの精製に関する実験を行なった。不純物を含んだシリコン試料を電子ビームの出力2kW-5kWで所定時間溶解した後中心部を切り出し分析した。評価は、化学分析と抵抗率測定によって行なった。また、大型電子ビーム溶解装置による精製実験も行ない、スクラップシリコンが本プロセスにより再生できることがわかった。また、小型装置での連続鋳造を行い、鋳造中の温度測定を試み、さらに水冷銅鋳型からの銅の混入についても再検討を行ったが、再現性の良い結果は得られなかった。今後は、モデル化、伝熱解析、応力解析および残留熱応力の解析を行う予定である。

研究成果

• [文献書誌] 池田貴,西川直樹,山内則近,宮崎浩太,前田正史: "シリコン中アンチモンの除去"日本金属学会講演概要. 409 (2000)
• [文献書誌] T.Ikeda,N.Nishikawa,N.Yamauchi,K.Miyazaki,H.Hattori,Y.Shinoda,T.Shimada and M.Maeda: "The EB Purification of Silicon"T.Ikeda,N.Nishikawa,N.Yamauchi,K.Miyazaki,H.Hattori,Y.Shinoda,T.Shimada and M.Maeda. 17 (2000)
• [文献書誌] M.Maeda and T.Ikeda: "Recycling and Material Flow of the World"Polymers for Advanced Technologies,Wiley. 388-391 (2000)
• [文献書誌] S.H.Tabaian,M.Maeda,T.Ikeda and Y.Ogasawara: "Thermodynamic Study of Molten Si-Ti Alloys"High Temperature Materials and Processes. vol.19,Nos.3&4. 257-264 (2000)
• [文献書誌] M.Maeda: "Silicon in the World"Proceedings of The Second International Conference on Processing materials for Properties. Nov.5-8. (2000)