JP2000302432A - 高純度金属シリコンの精製方法 - Google Patents
高純度金属シリコンの精製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属シリコン中のボロン濃度を安価に効率よ
く低減することを目的とする。 【解決手段】 溶融シリコンに不活性ガスに水蒸気と水
素を添加した混合気体を吹き込み、シリコンの一部を酸
化するとともに不純物であるボロンを酸化しスラグとし
て除去することによりボロン濃度の低い高純度金属シリ
コンを製造する。この高純度金属シリコンは、太陽電池
用として好適である。
く低減することを目的とする。 【解決手段】 溶融シリコンに不活性ガスに水蒸気と水
素を添加した混合気体を吹き込み、シリコンの一部を酸
化するとともに不純物であるボロンを酸化しスラグとし
て除去することによりボロン濃度の低い高純度金属シリ
コンを製造する。この高純度金属シリコンは、太陽電池
用として好適である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として太陽電池
用シリコンの原料として利用される高純度金属シリコン
の精製方法に関する。
用シリコンの原料として利用される高純度金属シリコン
の精製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池の原料であるシリコンは、現在
半導体産業から出る規格外品が主として使用されている
が、半導体産業での規格外品の再利用化や太陽電池の需
要の増大のために、原材料の不足が危惧されている。ま
た、半導体の規格外品は太陽電池用には高価な上に、過
剰品質である。今後の太陽電池の普及のためには、太陽
電池専用の品質で安価なシリコンが要求される。太陽電
池には比抵抗が、０．１Ωｃｍ以上の高純度シリコンが
必要であるが、一般に使われる金属シリコン中にはボロ
ンが２０ｐｐｍ（ｗｔ）程度まで含まれており、この特
性を得るにはボロン濃度を３ｐｐｍ（ｗｔ）以下にする
必要がある。そのため、金属シリコンを精製する必要が
ある。
半導体産業から出る規格外品が主として使用されている
が、半導体産業での規格外品の再利用化や太陽電池の需
要の増大のために、原材料の不足が危惧されている。ま
た、半導体の規格外品は太陽電池用には高価な上に、過
剰品質である。今後の太陽電池の普及のためには、太陽
電池専用の品質で安価なシリコンが要求される。太陽電
池には比抵抗が、０．１Ωｃｍ以上の高純度シリコンが
必要であるが、一般に使われる金属シリコン中にはボロ
ンが２０ｐｐｍ（ｗｔ）程度まで含まれており、この特
性を得るにはボロン濃度を３ｐｐｍ（ｗｔ）以下にする
必要がある。そのため、金属シリコンを精製する必要が
ある。
【０００３】これに対し、特許第２８５１２５７号に開
示された精製方法では、溶融シリコンに珪酸カルシウム
などのスラグ成分を加え、不純物元素をスラグに移行さ
せることにより除去している。しかしながら、ボロンな
どのように、分配比の小さな不純物を十分に除去するた
めには、大量のスラグ成分が必要であり、実用的ではな
かった。別の精製方法としては、特許第２８４６４０８
号に見られるように、直流アーク放電で溶解したシリコ
ンに水蒸気又は酸素を添加したアルゴンガスを吹き付け
る方法が開示されている。しかしながら、この方法で
は、溶融シリコンの表面でしか反応が進まず、効率的で
はなかった。
示された精製方法では、溶融シリコンに珪酸カルシウム
などのスラグ成分を加え、不純物元素をスラグに移行さ
せることにより除去している。しかしながら、ボロンな
どのように、分配比の小さな不純物を十分に除去するた
めには、大量のスラグ成分が必要であり、実用的ではな
かった。別の精製方法としては、特許第２８４６４０８
号に見られるように、直流アーク放電で溶解したシリコ
ンに水蒸気又は酸素を添加したアルゴンガスを吹き付け
る方法が開示されている。しかしながら、この方法で
は、溶融シリコンの表面でしか反応が進まず、効率的で
はなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属シリコ
ン中のボロン濃度を安価に効率よく低減することを目的
とする。
ン中のボロン濃度を安価に効率よく低減することを目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】溶融シリコンに、不活性
ガスに水蒸気と水素を添加した混合気体を吹き込み、シ
リコンの一部を酸化するとともに不純物であるボロンを
酸化しスラグとして除去することによりボロン濃度の低
い高純度金属シリコンを製造する。この高純度金属シリ
コンは、太陽電池用として好適である。
ガスに水蒸気と水素を添加した混合気体を吹き込み、シ
リコンの一部を酸化するとともに不純物であるボロンを
酸化しスラグとして除去することによりボロン濃度の低
い高純度金属シリコンを製造する。この高純度金属シリ
コンは、太陽電池用として好適である。
【０００６】
【発明の実施の形態】アーク還元炉から注出した金属シ
リコンに、酸素や空気などの酸化性ガスを吹き込むこと
により、比較的多量に存在し、酸化しやすいＣａ、Ａｌ
などの不純物を酸化物スラグとして除くことが普通に行
われているが、このような方法では、表１−ｃ，ｄのよ
うにボロンについては全く除去することができない。こ
れは吹き込まれたガスの気泡表面に直ちに二酸化珪素の
皮膜ができてしまうため、ボロン原子が酸化性ガスに接
触することができないからであると考えられる。Ｃａ、
Ａｌは酸化しやすい物質であるため、二酸化珪素皮膜が
形成した後も二酸化珪素皮膜中のシリコン原子と交換し
て酸化物になっていくものと思われる。
リコンに、酸素や空気などの酸化性ガスを吹き込むこと
により、比較的多量に存在し、酸化しやすいＣａ、Ａｌ
などの不純物を酸化物スラグとして除くことが普通に行
われているが、このような方法では、表１−ｃ，ｄのよ
うにボロンについては全く除去することができない。こ
れは吹き込まれたガスの気泡表面に直ちに二酸化珪素の
皮膜ができてしまうため、ボロン原子が酸化性ガスに接
触することができないからであると考えられる。Ｃａ、
Ａｌは酸化しやすい物質であるため、二酸化珪素皮膜が
形成した後も二酸化珪素皮膜中のシリコン原子と交換し
て酸化物になっていくものと思われる。
【０００７】これに対し、本発明のように酸化性ガスと
して不活性ガスに水蒸気と水素を添加した混合気体を用
いた場合には、ガスの酸化性を適度に制御でき、吹き込
んだガスの気泡に直ちに二酸化珪素の皮膜を生じること
なく、気泡が浮上する間にゆっくりと二酸化珪素を生じ
るようなガス組成とすることができる。このような条件
にした場合、ボロンにも酸化性ガスに接触する機会がで
き、スラグとして除去できるようになると考えられる。
以下、本発明の一実施の形態を添付図面に基づき説明す
る。図１は、本発明の実施の形態を示す概念図で、アー
ク還元炉で溶融したシリコン２を、注出口１からレード
ル３に移し、レードルの底に設けた多孔質プラグ４を通
して、レードル３内の溶融シリコン２中に各ボンベやボ
イラーからポンプ５により、配管６を経由して、Ａｒ、
Ｈ２Ｏ、Ｈ２を混合しながら吹き込む。
して不活性ガスに水蒸気と水素を添加した混合気体を用
いた場合には、ガスの酸化性を適度に制御でき、吹き込
んだガスの気泡に直ちに二酸化珪素の皮膜を生じること
なく、気泡が浮上する間にゆっくりと二酸化珪素を生じ
るようなガス組成とすることができる。このような条件
にした場合、ボロンにも酸化性ガスに接触する機会がで
き、スラグとして除去できるようになると考えられる。
以下、本発明の一実施の形態を添付図面に基づき説明す
る。図１は、本発明の実施の形態を示す概念図で、アー
ク還元炉で溶融したシリコン２を、注出口１からレード
ル３に移し、レードルの底に設けた多孔質プラグ４を通
して、レードル３内の溶融シリコン２中に各ボンベやボ
イラーからポンプ５により、配管６を経由して、Ａｒ、
Ｈ２Ｏ、Ｈ２を混合しながら吹き込む。
【０００８】
【実施例】［実施例１］はじめに、アーク還元炉からレ
ードルに注出した溶融シリコン約４トンを、ガス吹き込
みを行わずに、そのまま浮遊および沈降するスラグを分
離しながら鋳型に流し込んで冷却し、シリコンインゴッ
トを作製した。別途、アーク還元炉からレードルに注出
した溶融シリコンに、レードルの底部に設けた多孔体プ
ラグからアルゴン／水蒸気／水素からなる体積比１０／
２／１の混合気体を室温状態の体積で８．５ｍ３ ／ｔ
ｏｎシリコンの割合で吹き込んだ後、浮遊および沈降す
るスラグを分離しながら鋳型に流し込んで冷却し、精製
シリコンインゴットを作製した。このとき、アーク還元
炉からレードルに注出された溶融シリコンの温度は、い
ずれも１５６０℃であった。このようにして作製された
シリコンインゴット中のＢ濃度は、表１のａ，ｂに記載
するように、混合気体の吹き込みを行わなかったインゴ
ットで１２ｐｐｍ（ｗｔ）であったのに対して、混合気
体の吹き込みを行ったシリコンインゴットでは３ｐｐｍ
（ｗｔ）と大幅に減少した。
ードルに注出した溶融シリコン約４トンを、ガス吹き込
みを行わずに、そのまま浮遊および沈降するスラグを分
離しながら鋳型に流し込んで冷却し、シリコンインゴッ
トを作製した。別途、アーク還元炉からレードルに注出
した溶融シリコンに、レードルの底部に設けた多孔体プ
ラグからアルゴン／水蒸気／水素からなる体積比１０／
２／１の混合気体を室温状態の体積で８．５ｍ３ ／ｔ
ｏｎシリコンの割合で吹き込んだ後、浮遊および沈降す
るスラグを分離しながら鋳型に流し込んで冷却し、精製
シリコンインゴットを作製した。このとき、アーク還元
炉からレードルに注出された溶融シリコンの温度は、い
ずれも１５６０℃であった。このようにして作製された
シリコンインゴット中のＢ濃度は、表１のａ，ｂに記載
するように、混合気体の吹き込みを行わなかったインゴ
ットで１２ｐｐｍ（ｗｔ）であったのに対して、混合気
体の吹き込みを行ったシリコンインゴットでは３ｐｐｍ
（ｗｔ）と大幅に減少した。
【０００９】［比較例１］はじめに、アーク還元炉から
レードルに注出した溶融シリコン約４トンを、そのまま
浮遊および沈降するスラグを分離しながら鋳型に流し込
んで冷却し、シリコンインゴットを作製した。別途、ア
ーク還元炉からレードルに注出した溶融シリコンに、レ
ードルの底部に設けた多孔体プラグから酸素／空気から
なる体積比１０／１の混合気体を室温状態の体積で８．
５ｍ３ ／ｔｏｎシリコンの割合で吹き込んだ後、浮遊
および沈降するスラグを分離しながら鋳型に流し込んで
冷却し、精製シリコンインゴットを作製した。このと
き、アーク還元炉からレードルに注出された溶融シリコ
ンの温度は、いずれも１６００℃であった。このように
して作製されたシリコンインゴット中のＢ濃度は、表１
のｃ，ｄに記載するように、共に１３ｐｐｍと、ボロン
の除去効果は認められなかった。
レードルに注出した溶融シリコン約４トンを、そのまま
浮遊および沈降するスラグを分離しながら鋳型に流し込
んで冷却し、シリコンインゴットを作製した。別途、ア
ーク還元炉からレードルに注出した溶融シリコンに、レ
ードルの底部に設けた多孔体プラグから酸素／空気から
なる体積比１０／１の混合気体を室温状態の体積で８．
５ｍ３ ／ｔｏｎシリコンの割合で吹き込んだ後、浮遊
および沈降するスラグを分離しながら鋳型に流し込んで
冷却し、精製シリコンインゴットを作製した。このと
き、アーク還元炉からレードルに注出された溶融シリコ
ンの温度は、いずれも１６００℃であった。このように
して作製されたシリコンインゴット中のＢ濃度は、表１
のｃ，ｄに記載するように、共に１３ｐｐｍと、ボロン
の除去効果は認められなかった。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【発明の効果】金属シリコン中に含まれるボロンが酸化
され、同時に酸化されたシリコンとスラグを形成する。
残った金属シリコンのボロン濃度は低下する。このとき
水蒸気は酸化剤として働き、水素は水蒸気の酸化作用を
抑制することによりシリコンの酸化量に対するボロンの
酸化量の比を改善する。
され、同時に酸化されたシリコンとスラグを形成する。
残った金属シリコンのボロン濃度は低下する。このとき
水蒸気は酸化剤として働き、水素は水蒸気の酸化作用を
抑制することによりシリコンの酸化量に対するボロンの
酸化量の比を改善する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施する概念図である。
１：アーク還元炉の注出口 ２：溶融シリコン ３：レードル ４：多孔質プラグ ５：ポンプ ６：配管
Claims (2)
- 【請求項１】 溶融シリコンに水蒸気、水素および不活
性ガスの混合気体を吹き込むことを特徴とする高純度金
属シリコンの精製方法。 - 【請求項２】 溶融シリコンに水蒸気、水素及び不活性
ガスの混合気体を吹き込み、不純物であるボロンを酸化
してスラグとして除去することにより、ボロン濃度３ｐ
ｐｍ以下とした、高純度金属シリコンの精製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11110987A JP2000302432A (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | 高純度金属シリコンの精製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11110987A JP2000302432A (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | 高純度金属シリコンの精製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000302432A true JP2000302432A (ja) | 2000-10-31 |
Family
ID=14549544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11110987A Pending JP2000302432A (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | 高純度金属シリコンの精製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000302432A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006095663A2 (en) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Nippon Steel Materials Co., Ltd. | Method for producing high purity silicon |
| US7615202B2 (en) | 2005-03-07 | 2009-11-10 | Nippon Steel Materials Co., Ltd. | Method for producing high purity silicon |
-
1999
- 1999-04-19 JP JP11110987A patent/JP2000302432A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006095663A2 (en) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Nippon Steel Materials Co., Ltd. | Method for producing high purity silicon |
| JP2006240963A (ja) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Nippon Steel Corp | 高純度のシリコンの製造方法 |
| WO2006095663A3 (en) * | 2005-03-07 | 2007-02-08 | Nippon Steel Corp | Method for producing high purity silicon |
| US7615202B2 (en) | 2005-03-07 | 2009-11-10 | Nippon Steel Materials Co., Ltd. | Method for producing high purity silicon |
| JP4741860B2 (ja) * | 2005-03-07 | 2011-08-10 | 新日鉄マテリアルズ株式会社 | 高純度のシリコンの製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20031210 |
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