シリコン多結晶の微細組織制御と高効率薄膜太陽電池への応用

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本研究では、組織制御された高品質なSi薄膜多結晶による高効率薄膜太陽電池の実現のため、ガラス基板上に、<111>配向し、キャリアの再結合中心となるランダム粒界や欠陥を低減した大粒径(数十～数百ミクロン)で表面平坦性に優れたSi薄膜多結晶の実現を目指す。成長の基本技術として、Al誘起層交換成長法について検討を行い、成長過程のモフォロジー・結晶構造・電子状態変化などを「その場観察」することにより、そのメカニズムを根源的に解明し、新たな成長技術の開発のための指導原理を構築することを目的とする。成長温度とSi薄膜の方位分布の関係を調べたところ、熱処理温度の増加に伴い、{111}面が占める割合が減少し、{100}面の割合が増加した。さらに、試料断面の方位解析を行ったところ、Siが特定の方位に配向している場合でも、Alの方位はランダムであり、Alの粒径はSiと比較して、遥かに小さいことがわかった。これまでの報告では、熱処理時に形成されるAl酸化物とSiのエピタキシャル関係により、Siの優先方位が決定されるとされていたが、本研究の結果は、Siの優先方位と、Alの方位が無関係であることを示している。この結果から、我々は優先方位が、全自由エネルギーを最小化するようなメカニズムで決定されていると考えた。つまり、低温で成長速度が遅い場合は、表面エネルギーの小さいSi{111}が支配的となり、高温で成長速度が速い場合には、ラフ面であるSi{100}が支配的となるというモデルである。