| 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性,結晶方位,結晶粒径に寄与する双晶の影響を調査した.内径20mm,長さ100〜140mmの石英製るつぼを用い,Bridgman型炉によりAr雰囲気で温度勾配10〜20K/cm,凝固速度0.075〜9.6mm/minで11Nの高純度Si結晶を一方向凝固させた.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,低速ほど粗大化した.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ていた.そこで,下部に<111>、<101>および双晶を有する<211>方位の種結晶を配置して成長過冷度を測定したところ,<111>方位試料が2.5〜5.5Kと最も大きな値を有し,続いてく101>試料、そして双晶を含むく211>方位試料が0.5〜3.5Kと最も小さな値を示した。固液界面における双晶がキンクサイトとなり結贔成長を助長すると考えられ,分子動力学シミュレーションにより原子の挙動を解析したところ,双晶を含む<211>がファセット成長中では比較的早く成長する結果が得られた.一方,試料底部には試料内部より粗大でるつぼ底面に<101>及び<211>方位を有する結晶が見られた.そこで,初期凝固で得られた粗大結晶を中・後期凝固部でも保持することを目的として,初期凝固速度と後期速度を系統的に変化させたところ,初期凝固部で粗大結晶を得るには,0.6〜2.4mm/minの凝固速度に相当する過冷度が必要であるが,中・後期凝固部でも結晶を保持するためには,0.12〜0.3mm/minまで凝固速度を低下させる必要があることが明らかとなった.
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