Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) y la Universidad de Waseda han producido con éxito silicio monocristalino de película fina de alta calidad con una densidad de defectos de cristal reducida hasta el nivel de la oblea de silicio a una tasa de crecimiento que es más de 10 veces mayor que antes. . En principio, este método puede mejorar el rendimiento de la materia prima hasta casi el 100 por ciento. Por lo tanto, Se puede esperar que esta tecnología permita reducir drásticamente los costos de fabricación mientras se mantiene la eficiencia de generación de energía de las células solares de silicio monocristalino. que se utilizan en la mayoría de las células solares de alta eficiencia.

La conversión eficiente de la energía solar para generar electricidad es una solución eficaz al problema del calentamiento global relacionado con el CO ₂ emisiones. Al hacer que las células solares monocristalinas de Si que se encuentran en el núcleo de los sistemas de generación de energía solar sean más delgadas, es posible reducir en gran medida los costos de las materias primas, que representan alrededor del 40 por ciento del costo de los módulos actuales. Hacerlos más flexibles y livianos aumentaría el uso y reduciría los costos.

Además, como método para reducir los costos de fabricación, Las células solares de Si monocristalino de película fina que utilizan una capa de silicio poroso doble (DPSL) mediante despegue están atrayendo la atención. Entre los desafíos técnicos relacionados con las células solares de Si monocristalino que utilizan el despegue se encuentran (1) la formación de una película delgada de Si de alta calidad al nivel de la oblea de Si, (2) lograr una estructura porosa que se pueda levantar (pelar) fácilmente, (3) mejorar la tasa de crecimiento y el rendimiento de la materia prima de Si (los costos de equipo necesarios están determinados por la tasa de crecimiento), y (4) poder utilizar el sustrato después del despegue sin ningún desperdicio.

Para superar el desafío (1), Era necesario aclarar los principales factores que determinan la calidad de los cristales de película delgada que crecen sobre silicio poroso. y desarrollar una técnica para controlarlos.

Un equipo de investigación conjunto formado por el profesor Manabu Ihara y el profesor asistente Kei Hasegawa del Tokyo Tech, y el profesor Suguru Noda de la Universidad de Waseda ha desarrollado un silicio monocristalino de película fina de alta calidad con un grosor de aproximadamente 10 μm y una densidad de defectos de cristal reducida hasta el nivel de la oblea de silicio a una tasa de crecimiento que es más de 10 veces mayor que antes. Primero, Se genera silicio poroso de orden nano de doble capa en la superficie de una oblea monocristalina mediante una técnica electroquímica. Próximo, la superficie se alisó a una rugosidad de 0,2 a 0,3 nm mediante un método de recristalización de calentamiento de zona única (método ZHR), y este sustrato se utilizó para un crecimiento a alta velocidad para obtener una película fina monocristalina con alta calidad de cristal. La película crecida se puede despegar fácilmente utilizando la capa de Si poroso de doble capa, y el sustrato se puede reutilizar o usar como fuente de evaporación para el crecimiento de películas delgadas, lo que reduce en gran medida la pérdida de material. Cuando la rugosidad de la superficie del sustrato subyacente se reduce cambiando las condiciones del método ZHR, la densidad del defecto del cristal de película delgada que creció disminuyó, y el equipo finalmente logró reducirlo al nivel de oblea de Si de aproximadamente 1/10. Esto muestra cuantitativamente que una rugosidad de la superficie en el rango de solo 0.1-0.2 nm (nivel de átomos a varias decenas de capas) tiene un impacto importante en la formación de defectos cristalinos, que también es de interés como mecanismo de crecimiento de cristales.

La tasa de formación de película y la tasa de conversión de la fuente de Si en la película delgada de Si son cuellos de botella en la producción de Si monocristalino de película delgada. Con deposición química de vapor (CVD), que se utiliza principalmente para la epitaxia, la velocidad máxima de formación de película es de unos pocos µm / hy el rendimiento es de aproximadamente el 10 por ciento. En el Laboratorio Noda de la Universidad de Waseda, en lugar de la deposición física de vapor regular (PVD) donde el Si crudo se vaporiza alrededor de su punto de fusión de 1414 ° C, vaporizando el Si crudo a una temperatura mucho más alta de> 2000 grados C, Se desarrolló un método de evaporación rápida (RVD) con una alta presión de vapor de Si capaz de depositar Si a 10 μm / min. Los investigadores encontraron que la tecnología ZHR resuelve problemas técnicos y reduce drásticamente el costo de fabricación del proceso de despegue.

Según los resultados de este estudio, El equipo no solo descubrió los factores principales para mejorar la calidad de los cristales durante el crecimiento rápido en el silicio poroso utilizado para el proceso de despegue, lograron controlarlos. Los resultados se publican en la revista Royal Society of Chemistry (RSC). CrystEngComm y aparecerá en la portada interior del número.