Исследовательская группа во главе с Такаши Секигучи, руководителем Группы определения характеристик наноустройств, Подразделения наноэлектронных материалов, Международного центра наноархитектоники материалов (MANA), Национального института материаловедения (NIMS), Япония, и Коичи Какимото, профессора в Научно-исследовательский институт прикладной механики Университета Кюсю, Япония, разработал новый метод выращивания высококачественного монокремния по низкой цене.
Результатом исследования явилось изобретение нового метода литья, называемого методом литья с одним затравкой. Это значительно улучшило качество создаваемых кристаллов по сравнению с традиционными методами литья, что потенциально приводит к разработке более эффективных кремниевых солнечных элементов.
Поскольку текущая эффективность преобразования обычных солнечных элементов кремниевого типа уже достигла 20%, в будущих разработках потребуется еще больше повысить эффективность преобразования, чтобы повысить ценность продуктов на основе элементов. Однако эта цель недостижима с использованием поликристаллического кремния, литого традиционным способом. Кроме того, существует потребность в разработке нового кремниевого материала для замены поликристаллического кремния и монокристаллического кремния для полупроводников, поскольку бездислокационный монокристаллический кремний для полупроводников не является адекватно конкурентоспособной ценой.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа разработала метод литья с одной затравкой, новый метод отливки кремния с использованием затравочного кристалла, и ей удалось вырастить слиток высококачественного монокристаллического кремния (монокремния) с низким содержанием примесей. В новом методе литья кремний плавится в тигле, и монокристалл выращивается из небольшого затравочного кристалла.
Этот метод менее затратный, чем метод создания монокристаллического кремния для полупроводников, из-за меньшего использования сырья и затрат на производство. Более того, эффективность преобразования прототипа солнечного элемента, созданного с использованием кристалла, выращенного этим методом, составила 18.7%. Эта эффективность была очень близка к эффективности бездислокационных пластин монокристаллического кремния (кремния Чохральского (Cz)) для полупроводников (18.9%), которые оценивались одновременно.
В будущих исследованиях эффективность преобразования монокремния может превышать эффективность преобразования кремния Cz за счет дальнейшего уменьшения дефектов кристалла и влияния примесей.
Также возможно вырастить слиток размером до 50 см куба, используя существующее оборудование. Таким образом, установка совместима с существующей производственной линией и может быть интегрирована в нее. В будущем, возможно, появится возможность снова сделать рынок индустрии солнечных элементов конкурентоспособным, передав эту новую технологию и другие технологии, полученные на ее основе, производителям солнечных элементов в Японии.
Это исследование проводилось в рамках проекта NEDO под названием «Разработка высокопроизводительной технологии нового поколения для фотоэлектрических систем выработки электроэнергии."Это исследование было опубликовано в номере за 20.09.2015 (Vol. 242) явлений твердого тела и представлен на заседании NEDO по новому энергетическому исследованию за 2015 финансовый год 28 октября.