原料リサイクルCVD法による太陽電池用結晶シリコン薄膜の低コスト合成

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15206086
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小宮山 宏 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (80011188)
• 研究分担者: 野田 優 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (50312997)
• キーワード: 太陽電池 / リサイクルCVD / クロロシラン / Siemens法 / SRI Report / シリコン粒子 / 一貫製造化プロセス / 低コストプロセス

研究概要

平成15年度は、クロロシラン生成反応を実験的に検討し、また現行の高純度シリコン生成プロセスであるSiemens法のプロセス情報収集と解析を行った。
クロロシラン生成実験では、流動層反応器にシリコン粒子と流動化媒体のシリカ粒子を充填し、350℃〜450℃,0.9atmで1〜10vol%の水素希釈塩化水素ガスを流通・反応させ、ガスクロマトグラフィーで出口ガス組成を分析し、光学顕微鏡・走査型電子顕微鏡・窒素吸着型非表面積測定装置で反応後のシリコン粒子を分析した。主生成物は99vol%以上トリクロロシランで、四塩化珪素は1vol%以下であった。塩化水素流通開始直後は反応速度が小さく、時間とともに速度が増大し、極大値を示した後、再び減少に転じ、反応が終了するという変化を示した。これは、シリコン粒子表面の自然酸化膜が反応を阻害している為で、シリコンのクロロシラン化反応が進行するとともに酸化膜が剥れ、反応活性が向上するために起きると分かった。この過程をモデル化し、反応速度の経時変化を再現に成功し、モデル化に使用可能なクロロシラン生成速度を導出した。
Siemens法については、主にSRI (Stanford Research Institute) Reportからプロセス情報を入手し、PFD (process flow diagram)を作成、現行技術の詳細を把握した。また、物質収支、熱収支の検討、およびユーティリティーと設備投資コスト評価の第一次検討を行い、次年度以降の市販プロセスシミュレータによる全体システム設計の基礎を築いた。

研究成果

• [文献書誌] Noda, S.: "Reaction of silicon with hydrogen chloride to form chlorosilanes : Time dependent nature and reaction model."J.Electrochem.Soc. (accepeted).
• [文献書誌] Kajikawa, Y.: "Mechanisms controlling preferred orientation of chemical vapor deposited polycrystalline films."Solid St.Phenomena. 93. 411-416 (2003)
• [文献書誌] Kajikawa, Y.: "Toward a comprehensive understanding of texture formation mechanism in reactive sputter-deposited nitrides."J.Vac.Sci.Technol.A. 21(6). 1943-1954 (2003)
• [文献書誌] Kajikawa, Y: "Incubation time during chemical vapor deposition : Si films from silane."Chem.Vap.Deposition. (accepted).
• [文献書誌] Hu, M.: "Amorphous-to-crystalline transition during the early stages of thin film growth of Cr on SiO_2."J.Appl.Phys.. 93(11). 9336-9344 (2003)
• [文献書誌] Kajikawa, Y.: "Growth mechanism of abnormal protrusions in chemical vapor deposited films operated under diffusion-limited conditions."Chem.Vap.Deposiiton. (accepted).