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現在の太陽電池生産のうち多結晶シリコン(Si)は総量のおよそ50％を占めており，その生産性の高さから更に高い発電効率と生産性効率を兼ね備えたプロセスが求められている．すなわちSiウエハ内の電子輸送を妨げる結晶粒界，転位，格子欠陥，不純物等の欠陥を冶金学的見地から低減した高品質結晶育成技術の確立と共にウエハの薄膜化及び切削くずのリサイクル化が必須とされている．そこで本研究ではバルクSiの一方向凝固における核生成及び初期凝固を制御してインゴット内の結晶形状を制御すること，及び切削くずをモデル化したマイクロサイズの金属粉末を再溶融して薄膜状試料を作製することを目標とした．
α-Si3N4を塗布した石英るつぼに高純度Siを挿入し，高純度Ar雰囲気において1723Kで溶解させて一方向凝固させた．その結果，試料底部において核生成したSi結晶は核生成に必要な過冷度に大きく影響し，一般金属とは異なり過冷度が高いほど，粗大な結晶が生成することを見出した．そこでさらに過冷度を上昇させる方法として，200～38000Hzの低・高周波の付与を試みた結果，200Hz程度の低周波を付与することによりSi結晶の初期凝固組織がより粗大になることが明らかとなった．この現象を更に調査するため，同様の石英るつぼを用いて純水を下部から一方向凝固させ，核生成時の過冷度及び試料内部を評価した．その結果，低周波振動は振動子と液体との固有周波数が一致した際に，水面及び液体内部で大きく対流が発生することが明らかとなった．さらに，対流の発生は試料底部の過冷度を助長することも示され，間接的にファセット系成長するSiの優先方位成長を促していることが明らかとなった．なお，金属粉末を極めて早く急速溶解・急速冷却することにより，組織と硬さが冷却速度に対して不連続で変化し，一般的な凝固メカニズムとからは異なることも示された．
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