| 研究概要 |
太陽光発電用一方向凝固多結晶シリコンの発電効率と生産性を高めるために、シリコンの柱状晶成長機構について研究した.まず,内径20mm,高さ100mmの小型試料を用い,Bridgman型炉により温度勾配20K/cm,凝固速度0.075〜9.6mm/minで9Nの高純度Siを一方向凝固させ,核生成及び結晶成長の過冷度,結晶粒径,柱状晶の結晶方位を調査した.結晶は約1mm/minまでの低速凝固では熱流方向に柱状成長し,成長速度の増加とともに粒径が小さくなった.いずれの結晶においても双晶が熱流方向に平行に分布していた。中心部に設置した熱電対により,結晶成長の過冷度を調査したところ凝固速度の上昇とともに大きくなるが、ファセット成長で予測される値より小さかった。これは双晶と{111}面により構成されるキンクがステップ成長を助長したためと考えられた。結晶成長に伴う結晶方位の変化をEBSPにより解析したところ,試料底部では様々な方位の結晶が観察されたが、競争成長後、<111>〜<211>方向に近い方位の結晶が大面積を占めた。
さらに、内径80、高さ20mmの中程度のシリコンインゴットを一方向凝固させると、初期凝固において、多数の結晶のうち、双晶とともに<110>〜<211>方向へ成長する結晶が試料底部全体を覆い、続いて結晶方位を持続しながらインゴット上部、ひいては全体へ成長することを明らかにした。
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