日本東北大學成功培育出用於太陽能電池的類單晶矽錠

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【日經BP社報導】日本東北大學金屬材料研究所于2013年1月30日宣佈，該研究所教授米永一郎及副教授沓挂健太朗等人組成的研究小組研究出了太陽能電池用矽晶體的新的培育方法，成功培育出了類單晶矽。類單晶矽與多晶矽一樣，都是在坩鍋中使矽融液從下部開始向一個方向凝固、生長來製造。這時，在坩鍋底部鋪上單晶矽的籽晶，便可獲得單晶矽錠。為了與以前通過CZ法製造的單晶矽相區別，這種單晶矽被稱為類單晶矽。

類單晶矽的生長模式圖。左為原來的技術，右為新技術。（點擊放大）		抑制多晶化的機理。坩鍋近旁的擴大圖。Σ3晶界與Σ5晶界反應變成Σ15晶界，可由此使多晶區域停止向坩鍋中央推進。（點擊放大）

分別從利用原來的技術以及新技術培育的類單晶矽錠中切割出來的晶圓的截面照片。除了人工晶界的形成之外，均在同一程序及條件下製造。多晶化的部分用黃色表示。右圖中的白虛線表示人工形成的Σ5晶界的位置。借助Σ5晶界，將多晶化限制在不作為太陽能電池使用的矽錠外周部。（點擊放大）

目前使用的太陽能電池用基板中，多晶矽約佔50％，單晶矽約佔40％，而類單晶矽則被視為有望使轉換效率進一步提高的材料。不過，在通過矽融液用籽晶培育類單晶矽的過程中，與坩鍋接觸的部分會產生大量方向與籽晶不同的結晶粒，會出現多晶體佔有部分擴大的多晶化問題。為了解決這一問題，此次通過複合籽晶來形成人造晶界，利用這一晶界來抑制不需要的多晶區域的擴大。

研究小組首先發現，導致多晶化的、坩鍋壁產生的結晶粒大多是被稱為Σ3的晶界。該Σ3晶界通常相對於矽錠生長方向傾斜產生，因此在生長的同時會向矽錠的中央部分推進，使這一多晶部分的面積擴大。

此次研究出的方法利用複合的種晶沿坩鍋壁形成名為Σ5的晶界。該Σ5晶界在矽錠生長階段會沿著生長方向筆直伸長。然後，與坩鍋壁生產的Σ3晶界反應，形成Σ15晶界。Σ15晶界也會沿著生長方向伸長，因此，在該晶界形成時，就能抑制多晶顆粒的擴大。

在基於這一機理的10cm見方矽錠方面，研究小組成功培育出了多晶化得到抑制的矽錠。一般而言，從坩鍋壁長出的數cm的部分無法用作太陽能電池晶圓，因此目前多結化矽錠的類單晶晶圓的成品率僅為36％左右。但此次的方法將多晶化的範圍控制在了坩鍋壁附近，因此可將成品率提高至近100％。另外，此次的方法可直接使用目前的太陽能電池多晶矽生產線，並且無需對製造程序進行調整，可迅速且輕鬆地導入。

研究小組今後將努力降低類單晶矽的位錯（結晶缺陷）密度，以實現轉換效率可與單晶矽匹敵的晶體。位錯缺陷大多從晶界發生，因此該研究小組今後還將推進晶界方面的研究，實現可有效抑制位錯發生的晶界。（記者：赤坂麻實，Tech-On！）

http://big5.nikkeibp.com.cn/news/nano/64558-20130204.html?ref=ML

成品率增加,應可降低成本.