高品質・低価格な太陽電池用モノシリコン結晶の育成に成功

~新たな鋳造法を開発　価格競争力のある太陽電池産業の復興に期待~

2015.10.27

国立研究開発法人　物質・材料研究機構 (NIMS)

NIMSと九州大学の研究チームは、高品質・低価格でモノシリコンを育成できる新しい鋳造法「シングルシードキャスト法」を開発しました。

概要

  1. 国立研究開発法人物質・材料研究機構 (以下NIMS) 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 (MANA) ナノエレクトロニクス材料ユニットの関口隆史グループリーダーと、国立大学法人九州大学 応用力学研究所の柿本浩一教授らの研究チームは、高品質低価格のモノシリコン育成法を開発しました。
  2. 今回得られた成果は、シングルシードキャスト法という新しい鋳造法です。従来の鋳造法に比べ結晶の品質を飛躍的に向上することができ、シリコン太陽電池の効率化が期待されます。
  3. 現在、太陽電池の主流であるシリコン系太陽電池では、変換効率が20%に達しており、今後の開発では、付加価値を高めるために、20%を上回る変換効率が求められています。しかし、従来の鋳造多結晶シリコンではこの目標値を実現することが不可能であり、一方、半導体用の無転位単結晶シリコンでは価格競争に勝ち残れないため、多結晶シリコン、半導体用単結晶シリコンに代わる第3のシリコン材料の開発が望まれていました。
  4. 研究グループは、この問題を解決するため、種結晶を使ったシリコンの鋳造法「シングルシードキャスト法」を新たに開発し、結晶の品質が良く不純物の少ない単結晶シリコン (モノシリコン) インゴットを育成することに成功しました。新開発した鋳造法は、るつぼの中でシリコンを溶解し、小さな種結晶から単結晶を成長させる技術で、半導体シリコン単結晶の作成法に比べて、原料コストも製造コストも下げることができます。さらに、この方法で育成した結晶を用いて試作した太陽電池の変換効率は最大で18.7%を記録しました。これは、同時に評価した半導体用無転位単結晶 (CZシリコン) ウエハの18.9%に迫るものです。今後、結晶欠陥と不純物の影響をさらに抑えることで、CZシリコンの変換効率を上回ることが期待されます。
  5. また、現在の設備では50cm角のインゴットまで成長が可能であり、現実の生産ラインへ組み込むことができるようになりました。今後、今回開発された技術や、その派生技術が日本の太陽電池製造メーカーに移転され、価格競争力のある太陽電池産業が復興することが期待されます。
  6. 本研究は 、NEDOプロジェクト「太陽光発電システム次世代高性能技術の開発」の一環として行われました。本研究成果は、Solid State Phenomena誌の2015年9月20日発行号 (Vol. 242) にて掲載され、10月28日の平成27年度NEDO新エネルギー成果報告会で発表されます。
「プレスリリースの図1 : 　開発したシングルシードキャスト法の特徴」の画像

プレスリリースの図1 : 　開発したシングルシードキャスト法の特徴