理工学術院の野田優教授と共同で、結晶欠陥密度をシリコン(Si)ウエハーレベルまで低減した高品質単結晶Si薄膜を、これまでの10倍以上の成長速度で作製することに成功した。原理的に原料収率を100%近くに向上できるため、単結晶Si太陽電池の発電効率を維持したまま、製造コストを大幅に低減することが期待できる。伊原教授らは単結晶ウエハーの表面に電気化学的手法で2層のナノオーダーのポーラスシリコン[用語1]を作製。nm(ナノメートル)まで平滑化した基板を使って高速成長させ、高品質の薄膜単結晶を得た。成長膜は2層のポーラスSi層を使って容易に剥離できる。ZHR法の条件を変えて下地基板の表面粗さを低減すると、結晶薄膜の欠陥密度が徐々に減少し、最終的に約10分の1のSiウエハーレベルまで低減できた。nm(原子数~数十層レベル)の表面荒さが結晶欠陥の形成に重要な影響を与えることを示したもので、結晶成長メカニズムとしても興味深い。らの開発した単結晶Si薄膜作製技術は原料収率を100%近くまで向上できる。よる原料コストを大幅に低減できる技術として期待できる。ポーラスSi層を使って剥離」という手順だ。下地のSi基板は再利用もしくは薄膜成長用の蒸発源として利用でき、原料損失を大幅に低減できる。単結晶Si太陽電池は薄型化することにより、現状モジュールの約40%を占めている原料コストを大幅に低減できる。フレキシブル化、軽量化による用途の拡大、設置コストの低減も期待できる。DPSL)を用いたリフトオフ(剥離)による単結晶Si薄膜太陽電池は将来、競争力を持つとして注目されている。リフトオフ後の基板を無駄なく利用できること」などであった。1のウエハーレベルの品質の実現のためには、ポーラスシリコン上に成長する結晶薄膜の品質を支配する主要因を明らかにして、制御する技術を開発する必要があった。ランプヒーターの高速走査により膜のみを高温熱処理及び再結晶化する手法を有し、表面熱履歴の制御による高結晶化の技術蓄積を持つ。帯域加熱は短時間での処理であり、大面積化にも対応可能な手法である。ZMC)[参考文献1]。この結晶成長では、SiO2/Siの固液界面にて安定結晶面が存在しメルト/固化の過程の局所的な安定性によって(100)配向し、“高速、シード無しの処理”でも単結晶Si膜の形成が可能となったと報告していた[参考文献2]。これらの技術をポーラスシリコン基板の処理に適用し、処理条件をよりマイルドにすることで表面のみの構造変化を可能とする、ゾーンヒーティング再結晶化法(ZHR法)を開発した。これによって、容易にリフトオフ可能な構造と成長に必要な構造変化の両立が可能となった[参考文献3]。これらの構造変化と成長するSi薄膜の品質との関係は明かではなかった。単結晶Si薄膜製造においてボトルネックとなるのが、成膜速度とSi薄膜へのSiの原料収率である。エピタキシーで主に用いられる化学蒸着(CVD)では製膜速度は最大で毎時数μm(マイクロメートル)であり収率は10%程度である。RVD)を開発した[参考文献4]。容易にリフトオフ可能なポーラス構造を持っていること」が実現できた。RVD法によって成長速度とSi原料収率を大幅に向上させることが可能であり、リストオフ後の基板をRVDの蒸発源として利用すれば、リフトオフ後の基板を無駄なく利用できるようになった。今回の成果によって、リフトオフ法に用いるポーラスシリコン上に高速成長させる際の結晶としての品質向上の主要因を明らかにするとともに、その制御に成功した。今後は、より太陽電池性能に直結する薄膜のキャリアライフタイムの測定および、実際に太陽電池を作製して、技術の実用化を目指す。30%超の効率を持つタンデム型太陽電池用の低コストボトムセルとしての利用も検討する。ナノメートルサイズの多数の細孔を持つシリコンで、電気化学的なエッチングによって作製する。楕円状のミラーを使って線状に加熱しながら走査することで、線状の表面のみを順次、再結晶化させる技術。下地基板の結晶構造を引き継ぐ結晶成長。:電圧をかけて電気化学的に酸化することで、エッチングをおこなう技術。東工大ニュースの記事へのリンクを追加しました。教職員向け(学内限定)。