Development of multi-crystalline silicon for solar battery by using self seed-crystal

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多結晶シリコンインゴットの光起電力向上を目的として, 結晶の柱状晶育成条件について調査した. 最初にSi_3N_4塗布の石英製るつぼに高純度Siを充填し, Ar雰囲気で一方向凝固させたところ, 凝固速度が0.15~2.4mm/minの範囲では, 試料内部における結晶粒径は凝固速度の上昇とともに小さくなったが, 初期凝固部における結晶はるつぼ底面部に沿って成長し, 速度の上昇と共に粒径が増加した.このとき, 複数のΣ3双晶を含む<101>または<211>方位へ成長する結晶が多く観察された. そこで双晶面が垂直となるように底面が20~60°傾斜させたルツボを用いて一方向凝固させたところ, 2.4mm/minの引上げ速度で, るつぼ底面部に沿って優先成長方位である<101>または<211>方位に成長する結晶が多く観察され, その成長方位を受けついで熱流方向へ結晶は成長すると思われた.さらに, アルミナ基盤を種結晶として石英るつぼの底部に設置し, 温度勾配20K/cm, 凝固速度2.4mm/minで一方向凝固させたところ, 初期凝固部のシリコン結晶はアルミナの結晶方位に依存して変化した. 以上より, 基盤底部にける核生成の過冷度を操作し, アルミナ基盤および自己核を利用して初期凝固部の結晶方位を制御できる可能性を示唆した.