過冷炉度を制御した融液成長法による太陽電池用Si多結晶の大粒径化と高効率化

采用受控过冷炉温的熔融生长方法增加太阳能电池用多晶硅的晶粒尺寸并提高效率

• 批准号: 13305002
• 负责人: 中嶋 一雄
• 金额: $ 5.32万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13305002/
• 关键词: シリコン; 融液成長; 過冷度; 潜熱; 成長速度; 結晶粒径; 結晶欠陥; 太陽電池

研究目的:多結晶シリコンは実用太陽電池材料として利用されているが単結晶材料に比べてエネルギー変換効率が低い。その原因として、結晶粒界や転位や不純物など結晶欠陥の影響が考えられている。このような結晶欠陥は融液成長時に導入されるが、その制御方法は確立されていない。本研究では融液成長時の過冷度を精密に制御して成長を行い過冷度や潜熱と結晶欠陥および結晶粒径の相関を解明する。本年度の実績:本年度は融液成長過程および成長温度を同時に観察できる装置を設計・導入した。本装置は観察窓付きの一方向成長特殊小型炉と赤外線放射温度計を組み合わせた装置である。小型炉は高真空に引いた後アルゴンガス置換でき、冷却速度および炉内温度を精密制御できる。また、冷却ガスによる強制冷却機構と種付け機構を有する。さらに示差熱検出機構を有している。放射型温度計は顕微機構を有し、赤外と同時に高速度CCDカメラで可視像を観察できるため、成長過程と温度を同時に測定できる。試料サイズは10×15×5mm^3程度であり、成長後組織解析を行うのに十分な大きさである。予備実験としてレーザー顕微鏡とイメージ炉を組み合わせた装置を用いてシリコンの融液成長過程をその場観察した。φ3×2mm^3の試料を融解後さまざまな速度で冷却し界面の形態および成長速度を実測した。3K/minで冷却した試料の成長界面はplanar界面であったが25K/min、40K/min、および45k/min冷却した試料ではfacet界面であった。定常状態における成長速度はplaner界面ではV【less than or equal】30μmであったがfacet界面では150μm【less than or equal】V【less than or equal】390μmであった。また非定常状態ではfacet面の消滅過程も観察された。非定常状態ではさまざまなfacet面が形成されたが(111)facet以外の面は消滅し、定常状態では(111)facetのみ形成した。また、赤外線カメラを用いてfacet界面前方の温度測定を行った。界面前方の過冷度はおよそ7度であった。

Objective: To reduce the conversion efficiency of polycrystalline materials for solar cells. The reason for this is that the crystal grain boundary is not pure, and the impurity is not pure. The crystal structure is introduced into the melt when it grows, and the control method is established. In this study, the correlation between supercooling, latent heat, crystal size and melt growth was investigated. Performance for the year: The growth process and temperature of the melt were monitored simultaneously during the year, and the design and introduction of the device were monitored. The device is equipped with a special small furnace and an infrared radiation thermometer for detecting the growth of the device in one direction. Small furnaces are designed for precise control of temperature, cooling rate and temperature in the furnace. The cooling mechanism is forced to cool down. The cooling mechanism is forced to cool down. Today, the differential heat detection mechanism has been established. Radiometric thermometers have micro-mechanisms and high-speed CCD cameras to monitor the growth process and temperature simultaneously. Sample size is 10×15×5mm^3, tissue analysis after growth is very large. For the preparation of micro-mirrors, the device is used to observe the melt growth process.φ3×2mm^3 samples were melted, cooled, and the morphology and growth rate of the interface were measured. 3K/min cooling test sample growth interface planar interface 25K/min, 40K/min, 45K/min cooling test sample facet interface Steady state Growth rate Planer interface V [less than or equal] 30μm Facet interface 150μm [less than or equal] V [less than or equal] 390μm The non-steady state is observed by the elimination process of the facet. In the unsteady state, no facet is formed except (111)facet, and in the steady state, no facet is formed except (111)facet. Temperature measurement in front of the facet interface by infrared ray The front of the interface is overcooled by 7 degrees.

项目成果

K.Kitahara: "Observation of defects in laser-crystallized poly-silicon thin films by hydrogenation and Raman spectroscopy"Jpn. J. Appl. Phys.. 40. 1209-1213 (2001)

K.Kitahara：“通过氢化和拉曼光谱观察激光结晶多晶硅薄膜中的缺陷”Jpn。

T.Ujihara: "Physical model for the evaluation of solid-liquid interfacial tension in silicon"J. Appl. Phys.. 90. 750-755 (2001)

T.Ujihara：“用于评估硅中固液界面张力的物理模型”J。

N.Usami: "Control of macroscopic absorption coefficient of multicrystalline SiGe by microscopiccompositional distribution"Jpn. J. Appl. Phys.. 41. 37-39 (2002)

N.Usami：“通过微观成分分布控制多晶SiGe的宏观吸收系数”Jpn。