成果報告書詳細
管理番号20110000001685
タイトル平成22年度~平成23年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業/新エネルギーベンチャー技術革新事業(太陽光発電)/球状シリコン太陽電池用シリコンボールの高速製造技術の開発
公開日2012/8/9
報告書年度2010 - 2011
委託先名デジタルパウダー株式会社、国立大学法人東北大学、株式会社クリーンベンチャー21
プロジェクト番号P10020
部署名技術開発推進部
和文要約1.シリコンボールの試作(粒径1?2mm、300個/秒以上):1)シリコンジェット流形成条件と電磁力印加条件を基にシリコンボール製造実験装置の設計、試作を行った。溶湯加圧でのジェット形成技術、27.12MHz高周波電源と電磁力印加集約機構を用いた電磁力印加によるくびれ形成技術の開発により、300個/秒以上での粒径1?2mmのシリコンボール製造技術の要素技術を開発できた。:2)シリコンジェット形成において、ノズル径及び圧力制御のジェット流速の適正化及びシリコン溶解温度制御の最適化によるジェット流形成技術を開発できた。:3)電磁力印加集約機構を用いた電磁力印加によるくびれ形成技術の開発により、ジェット流速に対し最適な電磁印加周波数の関係を得ることができた。:4)シリコンボール試作において電磁力印加直後でのシリコンボール粒径歩留まりは30?40%となることが確認された。この値は目標値より低いがくびれ形成周波数は600Hz?900Hzと目標値である300Hzの2?3倍程度となった。また凝固途中でのシリコンボール同士のくっつきが発生したため目標としたシリコンボールの回収率が低下してしまったが対策を施すことでくっつきの発生をおさえ均一のシリコンボール製造する目処が立った。:5)多連ノズルからのジェット形成・ボール化について市販の電磁場解析ソフトJMAG(日本総研ソリューションズ社)を用いて電磁場解析を行い、最適形状を決定したところ1つ孔と比較した場合2つ孔まではローレンツ密度低下はみられないことが判明した。また、現行2分割を4分割するとローレンツ密度が低下することから作製するコンセントレータは2分割以下であることが望ましいことがわかった。:2.シリコンボールの実装評価と試作へのフィードバック:シリコンボール製造実験装置を用いてシリコンボールを試作し、試作したシリコンボールの実装評価を行ったところ、形状の不均一等が原因でセル化プロセスが不適切のため発電効率が10%前後となったが、発電特性のJsc値及び量子効率の測定では品質の良いシリコン球であることが実証された。:3.シリコンボールの結晶性評価:シリコンボールを試作して結晶性の評価を行い、ファセット形状化とファセット形状歩留30%以上を目標としたがファセット形状歩留20%?25%となった。:4.高結晶シリコンボールの試作:溶解温度パターンを見直ししてシリコンボールを試作し、試作したシリコンボールの結晶性の評価を行ったが1回目とほぼ同等のファセット形状歩留20%?25%となった。:5.ビジネスプランのブラッシュアップ:ユーザー候補先である株式会社クリーンベンチャー21に試作品を提供してヒアリングを行い、要求仕様,価格に関する情報を入手した。その結果に加えて、外部有識者3名からなる委員会を2回開催し、株式会社クリーンベンチャー21を初期ターゲットとする販売戦略,製造戦略,事業化マイルストーンを作成し、ビジネスプランをブラッシュアップした。
英文要約1. Trial manufacture of silicon ball (diameter of the ball: 1-2 mm, production rate: more than 300 balls/sec):1) Silicon balls were produced experimentally. The experimental apparatus of silicon ball generator was designed on the basis of results of preliminary experiments of a formation of silicon jet and an electromagnetic analysis. Two element technologies were developed for a manufacture of silicon ball in 1-2mm in diameter with high production rate (more than 300 balls/sec). One is a capillary jet formation by pressurized molten metal, and the other is an electromagnetic force application for fluctuating the jet surface, which is generated by a high-frequency power source (27.12 MHz) and an electromagnetic force concentrator.:2) A method of controlling of silicon jet has been developed, which is based on optimizations of nozzle diameter, pressure and temperature conditions.:3) Relationship between a jet velocity and a modulation frequency of applied electromagnetic force was clarified and an optimal condition for droplet formation was found.:4) The percentage of good spherical silicon balls, which have a size in a required range, is about 30-40% and it is lower than a target value. This is due to a collision of droplet. The countermeasures for the collision of droplet, such as droplet charging by electric field, are considered. The modulation frequency of electromagnetic force is 600-900 Hz, and it exceeds the target value of 300 Hz.:5) Electromagnetic analysis was conducted by using a commercial CAE code, JMAG (JSOL Corp.), in order to estimate Lorentz forces acting on liquid metal jet. A configuration of the concentrator for the multiple-nozzle-droplet generator was optimized by the electromagnetic analysis, and it is found that a 2-nozzle-droplet generator can be made without decreasing a Lorentz force from 1-nozzle-droplet generator. Also, it is found that the optimal value for number of the concentrator partitions is two.:2.Estimation of silicon solar cell with silicon ball:Silicon balls were produced experimentally, and the silicon solar cell with the silicon ball was estimated. The power generation efficiency of the solar cell was about 10% due to the irregular shape of the balls, however, the value of Jsc and the quantum efficiency indicated a good quality of the silicon ball.:3. Estimation of crystallinity of silicon solar ball:A crystallinity of silicon solar ball was estimated, and the yield percentage of the faceted silicon ball was 20-25 %, nevertheless, the target value is 30 %.:4. Trial manufacture of high quality silicon ball:A high quality silicon balls were manufactured by way of trial of different temperature process; however, the yield percentage of the faceted silicon ball was 20-25 %.:5. Brush-up of business plan:We conducted hearings with Clean Venture 21 Corp. and some information concerning the spherical silicon solar cell was obtained. Based on the information, business plan was brushed up through a committee with experts.
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