成果報告書詳細
管理番号20110000000792
タイトル*平成22年度中間年報 太陽エネルギー技術研究開発 太陽光発電システム次世代高性能技術の開発 極限シリコン結晶太陽電池の研究開発(浮遊キャスト成長法による高品質Si 多結晶インゴット結晶成長技術)
公開日2011/6/23
報告書年度2010 - 2010
委託先名国立大学法人東北大学
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1. 研究開発の内容及び成果等
本テーマは、豊田工業大学を中心としたコンソーシアム体制にて、低コストで高効率な世界最高レベルの競争力を有する結晶シリコン太陽電池の実現を目指す研究のサブテーマとして実施されるものである。実用的な生産技術であるキャスト法をベースにした結晶の高品質化を目的として、浮遊キャスト成長法によるインゴットの高品質化のための成長技術の基礎検討、浮遊キャスト成長法により作製した結晶の評価と高品質化メカニズム解明、太陽電池作製による結晶品質の評価および高効率化の検討を行う。
浮遊キャスト成長法は、成長初期における融液表面での核形成、成長中期に結晶が融液中に浮遊して成長する過程、成長後期における残留融液の成長インゴットからの分離からなる。この成長法は、以下のような多くの利点を有する。
・ルツボと非接触で結晶が成長するため、結晶への外部応力・残留歪みを低減できる。その結果、結晶成長過程における転位・亜粒界等の結晶欠陥の発生を抑制できる。
・不純物源であるルツボ内壁に塗布した離型剤との直接接触を低減できるため不純物の混入を抑制できる。その結果、高純度の結晶が成長できる。
本サブテーマは、京都大学と共同で実施するものであるが、東北大学では、主として、浮遊キャスト成長法により作製した結晶の評価と高品質化メカニズムの解明と、太陽電池作製による結晶品質の評価および高効率化の検討を担当する。
英文要約Title:High Performance PV Generation System for the Future. R and D on Ultimate Wafer-based Si Solar Cells. (Growth technology of high-quality Si multicrystal ingots using the Floating Cast Method) (FY2010-FY2012) FY2010 Annual Report
This research was oriented to realize high-quality Si multicrystal ingot for high-efficiency solar cells by newly proposed “floating cast method” in collaboration with Kyoto University. The floating cast method consists of nucleation process at the surface of the melt, growth process while floating on the melt, and final process to separate the ingot from the residual melt. The mission of Tohoku University is to carry out characterizations of crystals grown by the floating cast method and clarify mechanisms toward improvement of crystal quality, which could be utilized to establish the growth technology. Owing to the large interface energy at the vapor-melt interface (surface of the melt), the activation energy of the nucleation is much larger than that at the solid-melt interface. This can suppress nucleation under the small amount of supercooling and the surface of the ingot grown by the floating cast method can be mostly covered by faceted dendrite crystals where the supercooling larger than 10K is required. As a consequence, the most of grain boundaries at the surface of the ingot were formed by the contact of dendrite crystals, and the contact angle between adjacent dendrite crystals can be used as a parameter to show the coherency of the grain boundary. This permits to investigate the impact of type of crystal defects in Si multicrystals on electrical properties and their change after the gettering process of impurities. Electrical properties around dislocations were found to become worse aftrer the gettering process presumably by trapping impurities. On the other hand, change in electrical properties around grain boundaries formed by the contact of dendrite crystals was found to systematically change, which showed good correlation with calculated interface energy of the grain boundary. Grain boundaries with low interface energy are concluded to be preferable for improvement of electrical properties by the gettering process during the fabrication process of solar cells. Especially, parallel contact of dendrite crystals is preferable in terms of decreasing interface energy, which should be implemented to the initial process of the floating cast method. In the floating cast method, one of the options to control the microstructures is to utilize a seed crystal. In fact, we attempted to grow an ingot started by the floating seed crystal, and the orientations of dendrite crystals could be successfully control by the seed crystal. The minority carrier diffusion length in the seed crystal was found to be low since it was in contact with the high-temperature melt for a long time. Further characterizations of crystals grown by the floating cast method will be performed so that we could provide a guideline toward establishment of the growth technology.
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