多結晶シリコンの組織形成機構の解明および太陽電池用完全配向型多結晶シリコンの作製

多晶硅结构形成机理的阐明及太阳能电池用全取向多晶硅的生产

基本信息

批准号：
16686001
负责人：
藤原航三
金额：
$ 17.39万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、太陽電池用高品質Siバルク多結晶の成長技術を開発することを最終目的として行われた。Siバルク多結晶の高品質化を実現するためには、結晶粒方位、粒サイズ、粒界密度などを制御する必要があり、これらを制御するための結晶成長メカニズムを明らかにしなければならない。本研究では、Siバルク多結晶の融液成長過程の直接観察装置を開発し[1]、本装置を用いた成長実験により、Siバルク多結晶の一方向成長初期過程において、デンドライト結晶を成長させる条件を明らかにした。デンドライト結晶は成長速度が速く、結晶粒の粗大化に有効であるだけでなく、デンドライト結晶上面の方位が限られた方位に限定されることから方位制御にも有効であることが判った[2]。この知見をキャスト法に適用したデンドライト利用キャスト成長法を提案した[2]。キャスト法によるSiバルク多結晶インゴットの一方向成長初期過程に、坩堝底面に沿ってデンドライト結晶を成長させることによって、インゴット下部においてデンドライト組織が形成される。これらのデンドライト結晶上面の方位は(112)面または(110)面に揃っており、このデンドライト組織上にバルク多結晶を成長させることによって、方位および粒サイズが制御された高品質Siバルク多結晶インゴットが得られた。このインゴットを用いて作製した太陽電池の変換効率は、従来のキャスト法で作製したSiバルク多結晶の太陽電池の変換効率を上回ることを実証した[3]。[1]K. Fujiwara et al. J. Crystal Growth,262(2004),124.[2]K. Fujiwara et al. J. Crystal Growth (in press).[3]K. Fujiwara et al. Acta Materialia (in press).

这项研究的最终目的是开发一种用于太阳能电池的高质量硅块状多晶的生长技术。为了获得高质量的块体硅多晶，需要控制晶粒取向、晶粒尺寸、晶界密度等，并且必须阐明控制这些的晶体生长机制。本研究开发了一种直接观察硅块体多晶熔体生长过程的装置[1]，通过使用该装置进行生长实验，我们能够在硅块体多晶单向生长的初始阶段生长出枝晶。条件已经明确。人们发现，枝晶晶体生长速度快，不仅可以有效粗化晶粒，而且可以有效控制取向，因为枝晶晶体顶面的取向仅限于有限数量的取向[2]。我们将这些知识应用到铸造方法中，并提出了一种使用枝晶的铸造生长方法[2]。采用铸造法单向生长硅块多晶铸锭时，枝晶沿坩埚底部生长，从而在铸锭下部形成枝晶结构。这些枝晶的顶面取向与(112)或(110)面对齐，并且通过在该枝晶结构上生长块状多晶，可以生产具有受控取向和晶粒尺寸的高质量Si块状多晶。获得了。我们证明，使用这种硅锭制造的太阳能电池的转换效率超过了使用传统铸造方法制造的硅块状多晶太阳能电池的转换效率[3]。 [1]K. Fujiwara 等人，J. 晶体生长，262(2004)，124.[2]K. Fujiwara 等人，J. 晶体生长（正在出版）。（正在印刷中）。