シリコン粒界における不純物の偏析駆動力の第一原理解析

摘要

多結晶シリコン（Si）型太陽電池モジュールは量産性が高く製造が安価であるが、単結晶Si 型モジュールに比べて変換効率は劣る。その一因は、結晶粒界に偏析した不純物や析出物によるキャリア再結合中心の形成と考えられている。よって多結晶Si で高変換効率を実現するため、偏析駆動力の特定そして不純物偏析の制御が求められている。先行研究より、偏析量は粒界性格さらには粒界構造に依存し、また同じ粒界であっても不純物種で偏析量が異なることが示唆されている。しかし、粒界構造や不純物種に依存して偏析量が異なる原因、そして偏析駆動力を決定づける因子については未だ不明な点が多い。よって本研究では偏析駆動力の理解に向けて、第一原理計算により種々の不純物における偏析エネルギー(ΔEseg)を評価し、偏析量を決定づける因子について解析した。不純物として置換型炭素および侵入型遷移金属（Fe、Cu、Ni）を対象とした。