成果報告書詳細
管理番号20130000000779
タイトル平成21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) 太陽電池用単結晶シリコン薄膜製造方法の技術開発
公開日2014/6/11
報告書年度2009 - 2011
委託先名株式会社半一 国立大学法人東京大学
プロジェクト番号P10020
部署名技術開発推進部
和文要約件名:平成21年度-平成23年度成果報告書 新エネルギー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(太陽光発電) 太陽電池用単結晶シリコン薄膜製造方法の技術開発

近年、中国・台湾でのバルク結晶シリコン型太陽電池の量産に伴い、太陽電池の低コスト化が急速に進んでいる。我が国が競争力を回復するためには、そして更なる太陽電池の大規模普及を進めるためには、高品位な太陽電池の製造技術のブレークスルーが必要である。現在主流のバルク結晶型太陽電池では、セルのコストの凡そ半分を結晶シリコン基板が占めており、これは、発電層結晶シリコンのバルク結晶からの切り出しプロセスのコストと、シリコン基板の厚みが切り代込みで500 μmほどもあることに起因している。一方で、50 μm以下でも十分な太陽電池性能が得られることが確認されており、高純度シリコン使用量を飛躍的に低減可能な極薄型結晶シリコンの安定供給が急務である。
そこで、本プロジェクトにおいては東京大学にて開発された急速蒸着(RVD)-エピタキシャルリフトオフ(ELO)法を用い、単結晶シリコン薄膜の作製及び実用面積への展開への技術開発、ビジネスモデル・協力体制の構築を行い、本技術の市場投入への足場の形成を目的とした。
本プロジェクトの成果として、従来数ミリ角程度でしか剥離実証できていなかった単結晶シリコン薄膜をcmオーダーにて剥離することに成功した。この結果、本プロセスの実用面積への展開の可能性を示した。また、最適化されていない状態においても、キャリア拡散長が膜厚の20倍近い180 μm程度あるなど、RVD-ELO法により作製した単結晶シリコン薄膜が高いポテンシャルを秘めていることを示した。RVD法によるp-n 接合の形成に向け、インライン型RVD装置の作製と、成膜評価を行い、p-n接合への影響が懸念される犠牲層からの不純物の拡散プロファイルについても確認をおこなった。さらに、インライン型RVD装置の開発などを通して、実用基板サイズである150 mm角実基板サイズに対応した技術開発・問題点の洗い出しを行った。さらに、これら開発を通して得られた成果については、特許による知的財産の確保を行った。ビジネス面においては、各太陽電池メーカーへ精力的に技術を提案し、情報収集と潜在的な需要の掘り起こしを行った結果、新たなパートナーメーカーと協力体制を構築することができた。
英文要約Title: New Energy Venture Business Technology Innovation Program / New Energy Venture Business Innovation Program (Photovoltaic Power Generation) / The Technological Development of Single Crystal Si Thin Films for Solar Cells (FY2009-FY2011) Final Report.

In recent years, China and Taiwan started to mass produce bulk crystalline silicon solar cells, which rapidly lowered their price. To recover the competitive ability of Japanese manufacturers and to promote the large-scale introduction of solar cells, breakthrough manufacturing of high-performance solar cells is needed. The bulk crystalline silicon type is the current mainstream of solar cells, in which crystalline silicon substrates account for about half of the cell cost due to the expensive slicing process of substrates from ingots and to the large consumption (corresponding to 500 micrometer in thickness per substrate including kurf loss) of high purity silicon. On the other hand, it is known that solar cells of sufficient performance can be made using crystalline silicon films thinner than 50 micrometer, and therefore it is urgent to establish stable supply of very thin crystalline silicon films to drastically reduce the consumption of high purity silicon.
The objectives of this project are to establish the fabrication of single-crystalline silicon thin films at a practical film size based on the rapid vapor deposition (RVD)- epitaxial lift-off (ELO) process developed by The University of Tokyo, to construct the business model and cooperation scheme among business partners, and to create a foothold to bring this technology to market.
In this project, we succeeded to enlarge the dimension of lifting off single-crystalline silicon thin films from several millimeters to centimeters and showed the applicability of this RVD-ELO technique to practical solar cell fabrication. The single-crystalline silicon film by RVD-ELO had a carrier diffusion length of 180 micrometer (about 20 times larger than the film thickness), showing its high potential for solar cell application. Targeting at the fabrication of silicon films with p-n junction by RVD, we developed an in-line type RVD apparatus, carried out silicon epitaxial growth by it, and examined the dopant depth profile especially focusing on the dopant diffusion from the sacrificial layer. In addition, through the development of the in-line type RVD apparatus, we clarified the remaining challenges toward the large-scale manufacturing equipment compatible with practical film dimension of 150 mm square. We hold the intellectual properties obtained through these R&D by patent application. We also took actions for business through intensive proposal to solar cell manufacturers, information gathering, and spotting potential demands, and constructed a cooperation scheme with a new business partner.
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