バルク多結晶組織アーキテクチュアに向けた結晶成長技術開発と高効率太陽電池への応用

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18686001
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 宇佐美 徳隆 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20262107)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: バルク多結晶 / 結晶成長 / 太陽電池

研究概要

多結晶の融液成長過程における結晶方位や結晶粒界の形成機構と制御因子を結晶成長学の観点から明確にし、得られた知見に基づき、結晶方位・粒界性格分布を制御したバルク多結晶の成長技術の開発を行った。実際に、結晶欠陥を低減したSiバルク多結晶を実現し、太陽電池の変換効率の向上を示すことで、多結晶組織を制御することがマクロ特性の改善に有用であることを実証した

研究成果

• [雑誌論文] Quantitative analysis of sub-grain boundaries in Si multicrystals and their impact on electrical properties and solar cell performance (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kutsukake, N. Usami, T. Ohtaniuchi, K. Fujiwara, and K. Nakajima
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 105 ページ: 044909
  • 査読あり
• [雑誌論文] Floating cast method to realize high-quality Si bulk multicrystals for solar cells (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Nose, I. Takahashi, W. Pan, N. Usami, K. Fujiwara, and K. Nakajima
  • 雑誌名: J. Cryst. Growth 311 ページ: 228-231
  • 査読あり
• [雑誌論文] 太陽電池用高品質シリコンバルク多結晶の製造技術 (2009)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美徳隆, 藤原航三, 沓掛健太朗, 中嶋一雄
  • 雑誌名: 電子材料 48 ページ: 10-16
• [雑誌論文] Poly-Si film with long carrier lifetime prepared by rapid thermal annealing of Cat-CVD amorphous silicon thin films (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ohdaira, Y. Abe, M. Fukuda, S. Nishizaki, N. Usami, K. Nakajima, T. Karasawa, T. Torikai, and H. Matsumura
  • 雑誌名: Thin Solid Films 516 ページ: 600-603
  • 査読あり
• [雑誌論文] Siバルク多結晶の組織制御による太陽電池の高効率化 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美 徳隆. 藤原航三, 沓掛健太朗, 中嶋一雄
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 108 ページ: 73-76
• [雑誌論文] Impact of defect density in Si bulk multicrystals on gettering effect of impurities (2008)
  • 著者名/発表者名: I. Takahashi, N. Usami, R. Yokoyama, Y. Nose, K. Kutsukake, K. Fujiwara, and K. Nakajima
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 47 ページ: 8790-8792
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural origin of a cluster of bright spots in reverse bias electroluminescence image of solar cells based on Si multicrystals (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Usami, K. Kutsukake, K. Fujiwara, I. Yonenaga, and K. Nakajima
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 1 ページ: 075001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth mechanism of Si-faceted dendrites (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Fujiwara, K. Maeda, N. Usami, K. Nakajima
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 101 ページ: 055503
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ observation of Si faceted dendrite growth from low-degree-of-undercooling melts (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Fujiwara, K. Maeda, N. Usami, G. Sazaki, Y. Nose, A. Nomura, T. Shishido and K. Nakajima
  • 雑誌名: Acta Materialia 56 ページ: 2663-2668
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modification of local structures in multicrystals revealed by spatially resolved X-ray rocking curve analysis (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Usami, K. Kutsukake, K. Fujiwara, and K. Nakajima
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 102 ページ: 103504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation mechanism of parallel twins related to Si-facetted dendrite growth (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Fujiwara, K. Maeda, N. Usami, G. Sazaki, Y. Nose and K. Nakajima
  • 雑誌名: Scripta Materialia 57 ページ: 81-84
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and its influence on electrical activity of a near {310}Σ5 grain boundary in bulk silicon (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kutsukake, N. Usami, K. Fujiwara, Y. Nose, and K. Nakajima
  • 雑誌名: Materials Transaction 48 ページ: 143-147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of structural imperfection of Σ5 grain boundaries in bulk multicrystalline Si on their electrical activities (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kutsukake, N. Usami, K. Fujiwara, Y. Nose, and K. Nakajima
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 101 ページ: 063509
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement in the conversion efficiency of single-junction SiGe solar cells by intentional introduction of the compositional distribution (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Tayanagi, N. Usami, W. Pan, K. Ohdaira , K. Ujiwara , Y. Nose , and K. Nakajima
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 101 ページ: 054504
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-quality poly-crystalline silicon films with minority carrier lifetimes over 5μs formed by flash lamp annealing of precursor amorphous Si films prepared by catalytic chemical vapor deposition (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Ohdaira, S. Nishizaki, Y, Endo, T. Fujiwara, H. matsumura, N. Usami, and K. Nakajima
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 46 ページ: 7198-7203
  • 査読あり
• [雑誌論文] シリコンバルク多結晶太陽電池の粒界設計に向けて (2007)
  • 著者名/発表者名: 沓掛健太朗, 宇佐美徳隆, 藤原航三, 中嶋一雄
  • 雑誌名: マテリアルインテグレーション 20 ページ: 31-36
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the compositional distribution on the photovoltaic power conversion of SiGe solar cells (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Usami, W. Pan, K. Fujiwara, M. Tayanagi, K. Ohdaira, and K. Nakajima
  • 雑誌名: Solar Energy Mat. And Solar Cells 91 ページ: 123-128
  • 査読あり
• [雑誌論文] 太陽電池用Siバルク多結晶成長技術 (2007)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美徳隆, 藤原航三, 藩伍根, 沓掛健太朗, 野瀬嘉太郎, 中嶋一雄
  • 雑誌名: 工業材料 55 ページ: 69-72
• [雑誌論文] シリコンバルク多結晶の粒界制御に向けて (2006)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美徳隆, 沓掛健太朗, 藤原航三, 野瀬嘉太郎, 中嶋一雄
  • 雑誌名: まてりあ 45 ページ: 720-724
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructures of Si multicrystals and their impact on minority carrier diffusion length
  • 著者名/発表者名: H.Y. Wang, N. Usami, K. Fujiwara, K. Kutsukake, K. Nakajima
  • 雑誌名: Acta Materialia (in press)
  • 査読あり
• [学会発表] 結晶成長過程における多結晶組織形成メカニズムとその制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美徳隆, 沓掛健太朗, 藤原航三, 中嶋一雄
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 茨城県つくば市
  • 年月日: 2009-03-31
• [学会発表] 結晶シリコン太陽電池の現状と課題:結晶成長技術開発の重要性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美徳隆
  • 学会等名: 電気学会
  • 発表場所: 北海道札幌市
  • 年月日: 2009-03-19
• [学会発表] Comprehensive study of sub-grain boundaries in Si multicrystals toward defect engineering for high-efficiency solar cell (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Usami, K. Kutsukake, K. Fujiwara, and K. Nakajima
  • 学会等名: 5th International Symposium on Advanced Science and Technology of Silicon Materials
  • 発表場所: Kona (USA)
  • 年月日: 2008-11-12
• [学会発表] Toward defect engineering in Si multicrystal for high-efficiency solar cells : Fundamental mechanisms of generation of sub-grain boundaries, spatial distribution, electrical properties, and impact on solar cell performance (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Usami, K. Kutsukake, K. Fujiwara, T. Ohtaniuchi, and K. Nakajima
  • 学会等名: 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition
  • 発表場所: Velencia(Spain)
  • 年月日: 2008-09-03
• [学会発表] Reduction of shunt resistance in solar cells based on Si multicrystals by accumulated impurities at subgrain boundaries (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Usami, K.Kutsukake, K. Fujiwara, and K. Nakajima
  • 学会等名: The Fourth Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology (CGCT-4)
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2008-05-23
• [学会発表] Challenges toward high-efficiency solar cells (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Usami, K. Fujiwara, K. Kutsukake, and K. Nakajima
  • 学会等名: Tech Horizon 200
  • 発表場所: Riverside (USA)
  • 年月日: 2008-05-06
• [学会発表] Siバルク多結晶の組織制御による太陽電池の高効率化 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美徳隆, 藤原航三, 沓掛健太朗, 中嶋一雄
  • 学会等名: 電子情報通信学会・シリコン材料・デバイス研究会
  • 発表場所: 沖縄県那覇市
  • 年月日: 2008-04-12
• [学会発表] Fundamental study toward engineering of microstructures in Si multicrystals (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Usami, K. Fujiwara, K. Kutsukake, and K. Nakajima
  • 学会等名: 4th Workshop on the Future Directions of Photovoltaics
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2008-03-06
• [学会発表] Fundamental study on Si melt growth toward engineering of microstructures in multicrystalline Si (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Usami, K. Kutsukake, K. Fujiwara, and K. Nakajima
  • 学会等名: Mini PV conference
  • 発表場所: Trondheim, Norway
  • 年月日: 2008-01-09
• [学会発表] Si-based crystals for photovoltaic and photonic applications (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Usami
  • 学会等名: 日仏ジョイントフォーラム
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2007-12-13
• [学会発表] Spatially resolved X-ray rocking curve analysis as a tool to invesitagte local structures in Si multicrystals (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Usami, K. Kutsukake, K. Fujiwara, and K. Nakajima
  • 学会等名: The second international workshop on science and technology of crystalline Si solar cells
  • 発表場所: Xiamen, China
  • 年月日: 2007-12-10
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://www.xtalphys.imr.tohoku.ac.jp
• [産業財産権] Si結晶インゴットの製造方法 (2007)
  • 発明者名: 宇佐美徳隆, 中嶋一
  • 権利者名: 東北大学
  • 産業財産権番号: 特許,特願2007-336605
  • 出願年月日: 2007-08-23
• [産業財産権] バルク多結晶材料の製造方法 (2006)
  • 発明者名: 宇佐美徳隆, 藤原航三, 中嶋一雄
  • 権利者名: 東北大学
  • 産業財産権番号: 特許,特願2006-227131
  • 出願年月日: 2006-08-23