太陽電池用高品質シリコン多結晶インゴットの成長技術の開発

本研究では、太陽電池用高品質多結晶インゴットの成長法として、ルツボ底部に粒状シリコンを一層のみ敷き詰めた後、その上からさらに窒化珪素離型剤をコーティングし、その後は一般的なキャスト法と同様に原料をすべて溶かしインゴットを成長する方法を提案している。この方法で目指す多結晶は、直径数mm程度の均質な微細粒と、高いランダム粒界密度を有する。ランダム粒界により結晶中の歪みが緩和されることで転位発生が抑制される。一般的な製造法と比較して、本研究提案の手法では、種結晶を使用しないため、種結晶を溶融させないための精密な温度制御は不要である。また、種結晶を介した不純物拡散の増加がないため歩留りの低下が抑えられると考えられる。さらに、核生成制御にシリコンを使用するため、インゴットへの不純物混入を避けることができる。本年度は、底に敷き詰めるシリコンの形状を直径1～数mm程度の粒状、不定形のチャンクを用いて成長を行い、その効果について検討した。その結果、いずれの結晶でも、従来技術で成長した結晶よりも転位密度が低下することが分かった。転位密度のインゴット下部から上部に向かう増加率は、チャンクを用いた場合の方が粒状シリコンと比較して大きいことがわかった。粒状シリコンおよびチャンクを用いて成長した結晶では、インゴット端部の不純物汚染領域の幅が、従来法と比較して低下した。この結果は、核生成制御にシリコンを使用することにより、インゴットへの不純物混入を避けることができるという予測を実証するものである。

本研究では、太陽電池用高品質多結晶インゴットの成長法として、ルツボ底部に粒状シリコンを一層のみ敷き詰めた後、その上からさらに窒化珪素離型剤をコーティングし、その後は一般的なキャスト法と同様に原料をすべて溶かしインゴットを成長する方法を提案している。この方法で目指す多結晶は、直径数mm程度の均質な微細粒と、高いランダム粒界密度を有する。ランダム粒界により結晶中の歪みが緩和されることで転位発生が抑制される。一般的な製造法と比較して、本研究提案の手法では、種結晶を使用しないため、種結晶を溶融させないための精密な温度制御は不要である。また、種結晶を介した不純物拡散の増加がないため歩留りの低下が抑えられると考えられる。さらに、核生成制御にシリコンを使用するため、インゴットへの不純物混入を避けることができる。本年度は、底に敷き詰めるシリコンの形状を直径1～数mm程度の粒状、不定形のチャンクを用いて成長を行い、その効果について検討した。その結果、いずれの結晶でも、従来技術で成長した結晶よりも転位密度が低下することが分かった。転位密度のインゴット下部から上部に向かう増加率は、チャンクを用いた場合の方が粒状シリコンと比較して大きいことがわかった。粒状シリコンおよびチャンクを用いて成長した結晶では、インゴット端部の不純物汚染領域の幅が、従来法と比較して低下した。この結果は、核生成制御にシリコンを使用することにより、インゴットへの不純物混入を避けることができるという予測を実証するものである。