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多結晶シリコン
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多結晶シリコン(たけっしょうシリコン、Polycrystalline silicon/multicrystalline silicon)は、ポリシリコン(polysilicon)、poly-Si あるいは mc-Si とも呼ばれ、高純度なシリコンの多結晶であり、太陽光発電と電子産業において原材料として使われる[1][2]。
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多結晶シリコンは、冶金グレードシリコン(MG-Si : metallurgical-grade silicon。純度が低いシリコン[3])からシーメンス法と呼ばれる化学的な精製処理によって製造される。その処理は、揮発性シリコン化合物の蒸留と高温でのシリコンへの化学分解を含んでいる。新しい方法として、流動層反応器(英語版)を使う改良された方法がある。太陽光発電産業は、化学的な精製処理の代わりに冶金を使って純度を上げた改良型冶金グレードシリコン(UMG-Si : upgraded metallurgical-grade silicon)も生産する[4]。電子産業のために生産されるポリシリコンは、1 ppb未満の不純物を含んでいるが、ソーラーグレードシリコン(SoG-Si : solar grade silicon)は、一般的にそれよりも純度が低くなる。GCL-Poly、Wacker Chemie、トクヤマ、OCI、そしてHemlock Semiconductorのような中国、ドイツ、日本、韓国、そしてアメリカ合衆国の企業およびREC(ノルウェー発祥)は、2013年に全世界で23万トンの生産量を計上した[5]。
原材料としてのポリシリコン(大きな棒状であり、大抵は特定の大きさのチャンクに砕かれる。そして、出荷前にクリーンルームの中で梱包される)は、直接多結晶インゴットへ形成される、あるいは、単結晶ブールに成長させるために再結晶化プロセスに送られる。 そして、ブールは、薄いシリコンウェハーにスライスされ、太陽電池、集積回路、そしてその他の半導体デバイスに使われる。
ポリシリコンは、小さな結晶(晶子としても知られる)の集まりであり、それらの結晶は結晶粒界をもたらす。結晶粒界によって、金属フレーク効果(metal flake effect)が発生し、ポリシリコンの中に金属の断片が散りばめられたように見える。 ポリシリコン(Polysilicon)とマルチシリコン(multisilicon)は、類義語としてよく使われる。その一方で multicrystalline(多結晶の意)は、1ミリメートルより大きい結晶に対してよく使われる[6]。
多結晶シリコン太陽電池は、急速に成長する太陽光発電市場における最も一般的な種類の太陽電池であり、全世界で生産されるポリシリコンの大半を消費する。 従来の1メガワットの太陽電池モジュールを製造するために約5トンのポリシリコンを必要とする[7]。 ポリシリコンは、単結晶シリコンやアモルファスシリコンと明確に異なったものである。