新規ガスフローZMC法による太陽電池用シリコン薄膜の作製 Fabrication of Crystalline Silicon Films for Solar Cells by a New Method of Gas-Flow Zone Melting Crystallization

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抄録

我々はこれまでに太陽電池用薄膜シリコン(Si)の作製法として,ZMC(zone-melting crystallization)法により,(100)配向性が高く,欠陥密度の非常に低いSi薄膜の作製が可能となったことを報告した.ZMC膜では,表面凹凸の少ない均一な膜厚のSi膜を形成するために必要な上部酸化シリコン(SiO<sub>2</sub>)膜とSi膜との界面に,欠陥が集中していることが分かっている.そこでSi膜表面の欠陥を低減するため,上部SiO<sub>2</sub>膜を付けず凹凸の形成を防ぐ方法として,溶融領域に窒素ガス流を吹き付けながらZMCを行う,新規ZMC法「Gas-flow ZMC」を試みた.吹きつけガスの冷却効果によって,溶融幅を2.2–5.2mmと狭く制御することにより,表面凹凸の少ない均一な膜厚のSi膜を作製することができ,膜表面の欠陥生成を抑制することに成功した.しかし,Gas-flow ZMC膜の結晶配向性は均一ではなく,膜内部の欠陥密度は少なくともZMC膜より60倍以上高い値を示した.以上のことから,上部SiO<sub>2</sub>膜はZMC膜の(100)配向性を向上させ,それにより膜内部の欠陥生成を抑制する役割を持っていることが分かった.Si膜の膜厚を薄くして,下部SiO<sub>2</sub>膜との界面での(100)安定性によってGas-flow ZMC膜の配向性を制御することができれば,通常のZMC膜よりも欠陥を低減できると期待される.

We previously reported that crystalline silicon films for solar cells with high crystal uniformity (Si (100) texture) and very low defect density could be fabricated by zone melting crystallization (ZMC). The defects of the ZMC films were concentrated at the interface between the Si film and the top SiO<sub>2</sub> film. The top SiO<sub>2</sub> film was needed to fabricate smooth and uniform Si films. In this study, we attempted to fabricate smooth and uniform Si films without concentrating defects at the surface by using a new method of gas-flow zone melting crystallization (gas-flow ZMC). Instead of the top SiO<sub>2</sub> film, the gas-flow ZMC used a flow of N<sub>2</sub> gas to the melting zone as a meams to prevent the formation of the rough surface. When the width of the melting zone was narrowed to 2.2–5.2 mm by the cooling effect of the gas flow, the gas-flow ZMC films had a smooth surface, uniform thickness and low defect density at the surface. However, the gas-flow ZMC films had several different crystal faces and the interior of the films had at least 60 times higher defect density than did that of the ZMC films. This result indicated that the top SiO<sub>2</sub> film functioned to orient the (100) crystal face and that the crystal orientation of the (100) crystal face prevented the defect formation inside the ZMC films. If the stability of the interface between the Si film and the bottom SiO<sub>2</sub> film can control the crystal orientation of the gas-flow ZMC films by thinning the Si film, the defect density of the gas-flow ZMC films is expected to be lower than that of the ZMC films.

収録刊行物

  • 化学工学論文集

    化学工学論文集 29(2), 242-247, 2003-03-20

    公益社団法人 化学工学会

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キーワード

各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10013410472
  • NII書誌ID(NCID)
    AN00037234
  • 本文言語コード
    JPN
  • 資料種別
    ART
  • ISSN
    0386216X
  • NDL 記事登録ID
    6518139
  • NDL 雑誌分類
    ZP5(科学技術--化学・化学工業--化学工学)
  • NDL 請求記号
    Z17-725
  • データ提供元
    CJP書誌  NDL  J-STAGE 
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