| 研究概要 |
多結晶シリコン太陽電池の発電効率並びに生産性・経済性を高めるために,多結晶インゴットを構成する柱状晶の均質化と粗大化に寄与する双晶の影響を調査した.まず,内径20,長さ100mmのるつぼを用い,Bridgman型炉により温度勾配10〜20K/cm,凝固速度0.075〜9.6mm/minで9N(99.9999999%)の高純度Si結晶を一方向凝固させ,核生成及び結晶成長に要する過冷度,結晶粒径,柱状晶の結晶方位等を調査した.1.2mm/min程度以下の低速で凝固させると,結晶は熱流方向に沿って柱状に成長し,低凝固速度ほど粗大化した.このとき粗大な結晶内部では,Σ3双晶(双晶面{111})が熱流方向に平行に配列し,かつ<111>,<101>並びに<211>方位が熱流方向と平行となっていた.従って,結晶粗大化のためには成長速度のみならず,双晶面の方向も重要と考えられた.一方,試料底部を詳細に観察したところ,試料内部よりも大きな結晶が見られた.粗大結晶は,るつぼ底面の垂直方向に<101>及び<211>方位を有するものであり,また,凝固速度の増加すなわちるつぼ底部における過冷度の増加により粗大化する傾向が見られた.るつぼ底面と初期凝固部の結晶方位の関係に規則性が見られたため,底面が19.5〜35.3°傾斜させたルツボを用い,2.4mm/minの速度で自由成長させたところ,設定したるつぼ角度に依存して,熱流方向に<100>または<211>に近い方位を有する結晶を得ることができた.さらに,Langevin Equationsを用いて平衡状態の固液界面における原子安定性をシミュレートしたところ,{111}面に70.5°の双晶が存在すると双晶近傍の液相内に-3.5eV以下の安定なポテンシャル領域が生ずることが明らかとなり,双晶は結晶成長を助長していると考えられた.
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