JP2002029727A - 太陽電池用シリコンの製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性が高い太陽電池用シリコンの製造。 【解決手段】 原料金属シリコンをを酸洗処理してＦ
ｅ，Ｔｉなどの酸可溶性金属不純物を除去する酸洗精錬
と、酸洗精錬を経た粒体シリコンを真空中で溶解してＭ
ｎなどの蒸気圧の低い不純物金属を蒸発により除去する
真空精錬と、真空精錬を経た溶融体シリコンをアルゴン
ガス中で酸素または／および水蒸気を添加してＣ，Ｂな
どの酸化性不純部を酸化して除去する酸化精錬と、酸化
精錬を経た溶融体シリコンを一方向凝固を行ってＦｅ，
Ｔｉなどの残部不純物を除去する凝固精錬とを、誘導加
熱のコールドクルーシブルによりスカル溶解した溶融状
態で連続して行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属シリコン原料
から、純度の高い太陽電池用シリコンを製造する製造方
法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池用シリコンとしては、シックス
ナイン程度の高純度のシリコンが要求される。通常、原
料金属シリコンが９８〜９９．５％程度の純度であるた
め、太陽電池に使用するためにはこれを要求純度まで精
錬しなければならない。

【０００３】従来は、例えば図３および図４に示す装置
を使用して精錬することが行われている。以下、これら
の図に基づいて従来の精錬方法について説明する。

【０００４】まず、図３の真空精錬について説明する。
図において、原料金属シリコンＳは樋２から真空チャン
バ１中に配設された第１黒鉛ハース３に装入され溶融さ
れる。第１黒鉛ハース３により溶解された溶融シリコン
Ｓは第１黒鉛ハース３をオーバーフローして第２黒鉛ハ
ース４に流れ、さらにオーバーフローして水冷銅るつぼ
５に流出する。これらの第１、第２黒鉛ハース３、４お
よび水冷銅るつぼ５は電子銃６、７により加熱されてい
る。

【０００５】この間、溶融状態のシリコンは第１、第２
黒鉛ハース３、４と水冷銅るつぼ５において表面が真空
に曝されて、Ｍｎ、Ｓｎ，Ｓｂなどの蒸気圧の低い不純
物が蒸発して溶融シリコンの純度が向上する。この真空
精錬されたシリコンは水冷銅るつぼ５で冷却されて半精
錬されたシリコンインゴットにされ、粉砕されて次の酸
化精錬の原料にされる。

【０００６】次に図４の酸化精錬について説明する。図
において、酸化精錬の精錬装置は、真空チャンバ１０中
に配設されたプラズマトーチ１２により加熱されるるつ
ぼ炉１１と、誘導加熱される黒鉛鋳型１４と、黒鉛鋳型
１４中の溶融シリコンの上方を加熱しながら下方より冷
却することにより一方向凝固させる凝固装置１５とから
なる。

【０００７】前記真空精錬されたシリコンは粉砕され
て、るつぼ炉１１の石英るつぼに装入され、プラズマト
ーチ１２により加熱、溶融される。この溶融シリコンに
水蒸気が吹き付けられ、Ｃ，Ｂなどの不純物が酸化され
て除去される。この酸化精錬された溶融シリコンは、樋
１３を介して破線の位置にある黒鉛鋳型１４中に移送さ
れる。

【０００８】黒鉛鋳型１４が図３の実線の位置に移動さ
れ、溶融シリコンを一方向凝固させる。これにより、前
の精錬によりなお残存するＦｅ，Ｂ，Ｃなどの不純物が
除去され、精錬されたシリコン板が得られる。なお、太
陽電池用シリコンとしての純度を得るためには、従来方
法では２回以上の凝固精錬が行われた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の精製方法には下記のような問題点があった。 １．従来方法は真空精錬と酸化精錬を別の工程で行うた
めに、一度凝固させて再溶解する電力が必要である。 ２．従来方法はプラズマなどで表面から加熱するため
に、溶解の投入電力効率が低い。 ３．従来方法では１回の酸化精錬では、Ｆｅなどの除去
が十分に行われないので２回以上の凝固精錬が必要であ
る。 ４．従来は石英るつぼ、黒鉛鋳型を使用するので、これ
らからの不純物の混入が問題になる。 ５ 工程が長いためシリコンも蒸発してシリコンの収率
が低下する。

【００１０】そこで本発明は、上記問題点を解決し、安
価に高純度の太陽電池用シリコンの製造方法と装置を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の太陽電池用シリコンの製造方法は、原料金
属シリコンを粉砕した後、該粒体シリコンを酸洗処理し
てＦｅ，Ｔｉなどの酸可溶性金属不純物を除去する酸洗
精錬と、該酸洗精錬を経た粒体シリコンをコールドクル
ーシブルにより誘導加熱溶解して、真空中でＭｎなどの
蒸気圧の低い不純物金属を蒸発させて除去する真空精錬
と、該真空精錬を経た溶融体シリコンをコールドクルー
シブルにより誘導加熱溶解して、アルゴンガス中で酸素
または／および水蒸気を添加してＣ，Ｂなどの酸化性不
純物を酸化して除去する酸化精錬と、該酸化精錬を経た
溶融体シリコンをコールドクルーシブルにより誘導加熱
溶解し一方向凝固を行ってＦｅ，Ｔｉなどの残部不純物
を除去する凝固精錬とを溶融状態で連続して行うことに
より高純度金属シリコンを製造することを特徴とするも
のである。この各精練における溶解は、スカル溶解によ
ることが不純物の混入を減少させるために望ましい。

【００１２】すなわち、本発明の方法では、真空精錬と
酸化精錬を行う前に、まず原料金属シリコンを粉砕して
酸洗処理を行う。これにより、表面に偏析出しているＦ
ｅ，Ｔｉなどの不純物の約５０％以上が除去される。こ
のため、従来これらの不純物を除くために２回以上必要
であった凝固精錬が１回で済む。そのために、大幅な電
力使用量の低減ができる。

【００１３】また、真空精錬と酸化精錬と凝固精錬とが
連続して行われるので、所要電力が少なくて済む。さら
に、シリコンの溶解は誘導加熱するコールドクルーシブ
ルで、かつるつぼ壁にシリコンの凝固殻を形成させて溶
解するスカル溶解をすることにより、るつぼからの不純
物の混入が少なくなり、純度の高いシリコンが得られや
すい。

【００１４】上記目的を達成する本発明の太陽電池用シ
リコンの製造装置としては、原料金属シリコンを装入す
る原料装入装置と真空中で該原料金属シリコンを溶解す
る第１誘導溶解炉とを備えた真空チャンバからなる第１
精錬室と、真空あるいはアルゴンガス中で酸素または／
および水蒸気を添加できるガス添加手段が設けられた第
２誘導溶解炉を備えたチャンバからなる第２精錬室と、
真空中で一方向凝固させる一方向凝固手段を備えた凝固
精錬室とを有し、前記第１精錬室と第２精錬室とは第１
真空遮断室により連結され、前記第２精錬室と凝固精錬
室とは第２真空遮断室により連結されたことを特徴とす
るものである。

【００１５】前記第１真空遮断室と第２真空遮断室のい
ずれかまたは双方には、相隣る精錬室との真空を遮断す
る真空遮断手段が設けられることが望ましい。

【００１６】このように、真空精錬を行う第１精錬室
と、酸化精錬を行う第２精錬室と、凝固精錬を行う凝固
精錬室とを第１、第２真空遮断室を介して接続すること
により、従来のように真空精錬後に冷却凝固させること
なく、真空精錬、酸化精錬、凝固精錬を連続的に行うこ
とができる。また、第１真空遮断室と第２真空遮断室に
真空遮断手段を設けることにより、第１精錬室、第２精
錬室、凝固精錬の雰囲気をそれぞれ変えることが容易に
なる。

【００１７】また、前記第１誘導溶解炉と第２誘導溶解
炉は、コイル形状を角型水平巻きとし、該コイルにより
仕切られて１以上のるつぼが形成されたコイル一体型コ
ールドクルーシブル炉であることが望ましい。

【００１８】このようにすることにより、１炉で２つ以
上のるつぼを形成することができて、狭い場所でシリコ
ンの溶湯の表面積を増すことができるので、真空精錬の
反応速度を上げることができ、また、装置の小形化と設
備費の低減が可能になる。

【００１９】また、誘導加熱することにより、表面から
プラズマなどで加熱する従来炉より効率よく加熱でき、
かつ誘導電流による溶湯の撹拌効果により溶融シリコン
が真空に曝される機会を多くし、精錬効果を増すことが
できる。また、るつぼをコールドクルーシブルにし、ス
カル溶解することにより、るつぼからの不純物の混入を
減少できる。また、コールドクルーシブルをコイル一体
型にすることにより、一層電力効率を上げることができ
る。

【００２０】前記第２誘導溶解炉には酸素または／およ
び水蒸気を導入するガス導入手段が設け、これらのガス
によるバブリング効果と誘導電流による撹拌効果とあい
まって、一層精錬効果を上げることができる。

【００２１】さらに、前記第１誘導溶解炉と第２誘導溶
解炉のいずれかに、誘導加熱と併用して加熱するプラズ
マ加熱手段を設けることもできる。これにより、炉内に
水蒸気を添加したとき、水蒸気を酸化ガス化できる。

【００２２】前記第１真空遮断室と第２真空遮断室に
は、溶融体シリコンを保持する誘導加熱炉が設けられる
ことが連続操業を円滑に行うために望ましい。このよう
にすれば、例えば第１真空遮断室の真空遮断手段を閉鎖
して、第１精錬室で真空精錬を終了した溶融シリコンを
第１真空遮断室の誘導加熱炉に保持しておき、第２精錬
室のアルゴン雰囲気を調整することなどが容易にでき
る。第２真空遮断室も同様である。

【００２３】前記誘導加熱炉はコイル一体型コールドク
ルーシブル炉であることがるつぼからの不純物の混入を
減少するために望ましい。

【００２４】前記第１誘導溶解炉には、スタート時に該
溶解炉の加熱コイル内に黒鉛棒を挿入し、該黒鉛棒を誘
導加熱して前記粒体シリコンを溶解するように、加熱コ
イル内に黒鉛棒を挿入、抽出できる黒鉛棒挿入手段を備
えることが初期溶解を簡易に行うために望ましい。

【００２５】すなわち、粉体金属シリコン素材は電気抵
抗が大きいために、第１誘導溶解炉で最初に溶解する場
合に、誘導加熱では加熱され難く溶解が困難である。そ
こでスタート時に加熱コイル内に黒鉛棒を挿入してこの
黒鉛棒を誘導加熱し、この熱でシリコンを溶解する。シ
リコンが溶融すると電気抵抗が減じて誘導加熱ができる
ので、溶融後は黒鉛棒をコイルから引き抜いて誘導加熱
に移行すればよい。

【００２６】前記凝固精錬室には、前記第２誘導溶解炉
から連続供給される溶融体シリコンを受け、該溶融体シ
リコンを上部は加熱しながら底部から冷却して連続的に
抽出し一方向凝固させるように、前記第２誘導溶解炉か
ら連続供給される溶融体シリコンを受ける誘導炉と、該
誘導炉の底部から冷却されたシリコンブロックを抽出す
る抽出手段とからなる一方向凝固手段を備えることが望
ましい。

【００２７】このようにすれば、ゾーンメルティング効
果によって、真空精錬、酸化精錬によって除去されなか
った残存不純物が溶融体上部のスカルの中に残って精錬
できるので、凝固精錬を簡易な構造で果たすことができ
る。

【００２８】前記誘導溶解炉はスカル溶解可能なことが
望ましい。すなわち、スカル溶解によれば、るつぼ壁に
シリコンの凝固殻が形成されるので、この断熱効果によ
りコールドクルーシブルが形成され、かつ不純物の混入
が減少する。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の１実施形態
について具体的に説明する。図１は本発明実施形態の製
造工程のフローチャート、図２は本発明実施形態の太陽
電池用シリコンの製造設備の断面図である。

【００３０】まず図１によって、製造工程の全体につい
て説明する。図１において、原料金属シリコンは、通常
の粉砕機で１ｍｍ程度の粒度に粉砕される。その後、こ
の粒体シリコンは酸洗処理される。この酸洗処理により
原料金属シリコンに偏析しているＦｅ，Ｔｉなどの不純
物の５０％以上が除かれる。

【００３１】次に、この酸洗処理された粒体シリコン
は、誘導加熱により溶解されて真空精錬され、Ｍｎなど
の蒸気圧の低い不純物元素が除去される。ついでこの溶
解された溶融体シリコンは、酸化精錬されてＣ，Ｂなど
の元素が酸化されて除去される。さらに、溶融体シリコ
ンは凝固精錬されて残存不純物が除かれて純度が上がり
太陽電池用シリコンが得られる。本発明の製造方法で
は、上記の真空精錬、酸化精錬、凝固精錬がシリコンの
溶融の状態で一つの装置内で連続して行われる。以下、
上記真空精錬、酸化精錬、凝固精錬について、図２を用
いて詳細に説明する。

【００３２】図２において、最上部の第１精錬室２０に
は、真空チャンバ２１の内部に第１誘導加熱炉２２が配
設され、第１誘導加熱炉２２に樋２５ａを介して前記酸
洗処理された原料粒体シリコンを装入する原料供給装置
２５が設けられている。材料供給装置２５は、真空チャ
ンバ２１の真空度を保持しながら原料シリコンを連続供
給できるようになっている。

【００３３】前記第１誘導溶解炉２２は、角型水平巻き
のコイル２３を横置きにして内側に仕切り２３ａ，２３
ｂ，２３ｃが設けられ、この仕切りによりコールドクル
ーシブル２４ａ、２４ｂが形成され、このクルーシブル
の内壁に形成されるスカル上に溶融シリコンを貯めるよ
うになっている。仕切り２３ａ，２３ｂ，２４ｃは順次
高さが低くなるようにされ、原料供給により溶解された
溶融シリコンが、るつぼ２４ａからるつぼ２４ｂにオー
バーフローして流入し、るつぼ２４ｂの仕切り２３ｃを
越えて流出するようにされている。

【００３４】真空チャンバ２１に黒鉛棒挿入手段２７が
設けられ、黒鉛棒２８に連結された制御棒２９を図示し
ない駆動装置により図の水平方向に移動して、第１誘導
加熱炉２２のコイル２３内に挿入抽出できるようになっ
ている。これにより、スタート時にコイル２３内に黒鉛
棒２８を挿入して、誘導加熱される黒鉛棒２８の熱によ
り粒体シリコンを溶解するようになっている。

【００３５】真空チャンバ２１は、図示しない真空ポン
プにより排気口２６から排気されて真空になるようにさ
れており、真空チャンバ２１の下部には、開口部２１ａ
が開口し、第１真空遮断室３０に接続されている。

【００３６】第１真空遮断室３０の真空チャンバ３１は
図示しない真空ポンプにより排気口３２から排気されて
真空になるようにされている。真空チャンバ３１内に
は、第１誘導加熱炉２２のるつぼ２４ｂからオーバーフ
ローする溶融シリコンを受ける位置に誘導溶解炉３３が
設けられている。誘導溶解炉３３は、スカル溶解する縦
型のコイル一体型のコールドクルーシブルで構成され、
下部に溶融シリコンを流出できるオリフィス３４が設け
られている。真空チャンバ３１の下部には開口部３６を
有する底板３５が設けられ底板３５の上面が誘導溶解炉
３３の底部と気密に接している。底板３５にスライドバ
ルブなど真空遮断手段を設けてもよい。

【００３７】第２精錬室４０は、前記底板３５の下面に
接する上部開口部４２と第２真空遮断室５０に接する下
部開口部を有する真空チャンバ４１からなる。真空チャ
ンバ４１の内部には、第１真空遮断室３０の誘導溶解炉
３３のオリフィス３４から流出する溶融シリコンを受け
る位置に第２誘導加熱炉４４が配設されている。第２誘
導加熱炉４４も第１誘導加熱炉２２と同様に角型水平巻
きのコイル４５を横置きにして内側に仕切り４５ａ，４
５ｂ，４５ｃが設けられ、この仕切りによりコールドク
ルーシブル４６ａ、４６ｂが形成されている。そして、
溶融シリコンは仕切り４５ｂ，４５ｃを越えてるつぼ４
６ａから４６ｂを経て第２真空遮断室５０の誘導溶解炉
３３´に流出するようにされている。

【００３８】るつぼ４６ａおよび４６ｂには、底部から
アルゴンガスとともに酸素あるいは水蒸気を供給するガ
スノズルを有するガス導入管４８が設けられている。真
空チャンバ４１は、図示しない真空ポンプにより排気口
４３ａから排気されて真空にされ、またガス導入口４３
ｂからアルゴンガスなどが供給されるようになってい
る。

【００３９】真空チャンバ４１の下部の開口部４７が、
第２真空遮断室５０に接続されている。第２真空遮断室
５０は第１真空遮断室３０と同一であるので、同一記号
に´を付した記号を使用し、詳細の説明を省略する。第
２真空遮断室５０の真空チャンバ３１´も図示しない真
空ポンプにより排気されて真空になるようにされてい
る。

【００４０】凝固精錬室６０は、上部開口部６３が第２
真空遮断室５０の底３５´の下面に接して配設された真
空チャンバ６１からなり、真空チャンバ６１の内部に第
２真空遮断室５０の誘導溶解炉３３´から流出する溶融
シリコンを受ける位置に縦型の誘導加熱炉６４が配設さ
れている。真空チャンバ６１の下部にはゲートバルブが
設けられた底板６５が設けられている。真空チャンバ６
１は排気口６３から排気されて真空に保持されるように
なっている。

【００４１】誘導加熱炉６４は底のないコールドクルー
シブルにされ、第２真空遮断室５０の誘導溶解炉３３´
のオリフィス３４´から流出する溶融シリコンを受ける
ようにされている。誘導加熱炉６４の底部は一方向凝固
装置６９の引下げ棒６７の先端に設けられた受け板６６
によりふさがれ、引下げ棒６７は底板６５に密接した保
持部材６８に気密に上下移動できるように保持されてい
る。

【００４２】こうして、第２誘導溶解炉４４から連続供
給されて誘導加熱炉６４により受けられた溶融体シリコ
ンは、上部は加熱された溶融状態で、引下げ棒６７によ
り底部から冷却して連続的に下方に引き下げられて一方
向凝固する。これにより、前の精錬により除去されなか
ったＦｅ，Ｔｉなどの残存不純物が上方のスカル中に残
ってシリコンの純度が向上する。

【００４３】以下上記本発明実施形態のシリコン製造装
置を使用して、太陽電池用シリコンを製造する方法につ
いて説明する。

【００４４】まず、前述したように原料金属シリコン
は、ほぼ１ｍｍ以下の粒度に粉砕されて酸洗処理され
る。これにより、偏析しているＦｅ，Ｔｉなどの不純物
金属が除去される。以下の工程は図２に基づいて説明す
る。

【００４５】まず第１、第２精錬室２０、４０と第１、
第２真空遮断室３０、５０および凝固精錬室６０をすべ
て、図示しない真空ポンプにより排気して真空にする。
そして、前記の酸洗処理された粒体を原料供給装置２５
に装入し、樋２５ａを介して第１誘導溶解炉２２のるつ
ぼ２４ａに装入する。この状態でコイル２３に通電して
も、粒体シリコンは電気抵抗が高いので誘導加熱による
溶解はできない。そこで、まず黒鉛棒装入手段２７を駆
動して黒鉛棒２８を第１誘導溶解炉２２のコイル２３中
に挿入し、コイル２３に通電して黒鉛棒２８を誘導加熱
し、この熱により原料シリコンを溶解する。

【００４６】シリコンが溶解すると、溶融したシリコン
は電気抵抗が減じて誘導加熱されるので、黒鉛棒をコイ
ル２３から引き抜く。そして、継続して原料供給装置２
５から原料金属シリコンを装入すると、溶融したシリコ
ンはるつぼ２４ａからあふれて仕切り２３ｂを越え、る
つぼ２４ｂに流出する。さらに溶融シリコンが増すとる
つぼ２４ｂの仕切り２３ｃを越えて第１真空遮断室３０
の誘導溶解炉３３内に流出する。

【００４７】溶融シリコンが第１真空遮断室３０の誘導
溶解炉３３に流入してオリフィス３４が溶融シリコンに
より塞がれると、第１精錬室２０と第２精錬室４０の雰
囲気が遮断される。そこで第２精錬室４０の真空チャン
バ４１にガス導入口４３ｂからアルゴンガスを導入す
る。

【００４８】誘導溶解炉３３のオリフィス３４から流出
した溶融シリコンは第２誘導溶解炉４４のるつぼ４６ａ
に流入し、さらにるつぼ４６ｂを充満する。この状態
で、ガス導入管４８からアルゴンガスとともに酸素ある
いは水蒸気を、るつぼ４６ａ，４６ｂの底のガスノズル
から溶融シリコンに供給する。これによって、酸化精錬
が行われ、シリコン中のＣ，Ｂなどが酸化されて、ガス
あるいはスカムとなって除去される。

【００４９】第２精錬室で酸化精錬された溶融シリコン
は、コイル４５の仕切り４５ｃを越えて第２真空遮断室
５０の誘導溶解炉３３´内に流出する。誘導溶解炉３３
´のオリフィス３４´から流出した溶融シリコンは凝固
精錬室６０の誘導溶解炉６４に流入する。このとき、引
下げ棒６７の先端の受け板６６は誘導溶解炉６４の上面
に近い位置にある。誘導溶解炉６４に溶融シリコンが流
入していくと、それにしたがって引下げ棒６７を下方に
移動する。すると溶融シリコンは上方が溶融状態で下方
から凝固し一方向凝固が行われる。これによって、前記
第１、２工程の精錬で除去されなかったＦｅ，Ｔｉなど
の不純物がスカムに残って除去され、純度の高いシリコ
ンのインゴットが得られる。

【００５０】引下げ棒６７が引き下げられ、凝固精錬さ
れたインゴットが所定の大きさになると、底板６５のゲ
ートバルブを閉めて凝固精錬室６０の機密を保持した
後、保持部材６８を取り外して、新しい一方向凝固装置
６９に取り替えて操業を再開する。こうして、連続して
精錬を行うことができる。

【００５１】［実施例］以下本発明の１実施例について
説明する。本実施例の原料としては、純度９９．０％の
金属シリコンを１ｍｍ以下の粒度に粉砕して使用し、こ
れを酸洗処理を行った。

【００５２】次に、この酸洗処理した粒体シリコンを、
原料供給装置２５から１ｋｇ／ｍｉｎの供給量で第１精
錬室２０の第１誘導溶解炉２４に供給して、真空度１０
^-4ｔｏｒｒに保持して１６３０℃で溶解して連続操業し
た。

【００５３】第２精錬室４０における酸化精錬では、真
空度１０〜０．１ｔｏｒｒ、１５７５℃において、ガス
導入管４８からアルゴンと酸素、またはアルゴンと水蒸
気の混合ガスを送気した。

【００５４】凝固精錬室６０における凝固精錬において
は、炉内径を１５０ｍｍφにし、ホットトップにより一
方向凝固させた。そして、１５０ｍｍφ×２５０ｍｍＬ
のインゴットが得られたとき、一方向凝固手段６９の保
持部材６８を取り替えて、新しく操業を継続した。これ
らの一連の精錬工程を経ることにより、このときのトッ
プ切り捨て量は５０ｍｍであった。

【００５５】上記本実施例の各工程における不純物量の
変化を表１に示す。

【００５６】

【表１】

【００５７】表に示すように、酸洗処理によりＰ，Ｍ
ｇ，Ｃａ，Ｂ，Ｆｅ，Ｔｉ，などの酸可溶性の金属不純
物は５０％以上大幅に低減できた。また、酸洗処理によ
り除かれなかったＣ，Ａｌなどは真空精練、酸化精錬に
より除去され、続く１回の凝固精錬によって、目標数値
の不純物除去が達成され、太陽電池用シリコンに要求さ
れるシックスナイン以上の純度のシリコンが得られた。

【００５８】以上説明したように、本発明の太陽電池用
シリコンの製造方法および装置によれば、溶融状態で連
続操業ができ、所要の純度の太陽電池用シリコンが得ら
れた。これにより、下記の効果が認められた。 １．乾式精錬前に、前置工程で酸洗処理を行うことによ
り粒界に偏析している金属不純物をあらかじめ除去する
ので、従来方法では２回の凝固精錬を必要とした純度の
シリコンが１回の凝固精錬で得られる。 ２．誘導加熱炉はコイル一体型コールドクルーシブル炉
であるので、投入電力効率が高いとともに、シリコンス
カル溶解するので、不純物の混入が防止できる。 ３．第１、第２誘導溶解炉は、角型水平巻きコイルの複
数るつぼ型なので、反応表面積が拡大され、かつ誘導加
熱により強撹拌が行われるので、反応速度が増し反応時
間を大幅に短縮できる。 ４．従来工程のように中間冷却工程がなく、シリコンの
溶融状態のまま全精錬工程を連続で行うので、生産性の
向上と電力源単位の低減ができる。 ５．溶湯温度、雰囲気の制御が容易であるので、最適な
反応条件に設定でき、反応時間を短縮し効率化できる。 ６．酸化精錬において、溶湯下方から酸素などを吹き込
んでバブリングと水蒸気のプラズマガス化を行うので、
他の方法では除去しにくいＢを効率的に除去でき純度を
上げることができる。 ７．石英るつぼを使用しないので、不純物の混入を防止
でき、かつコスト低減できる。 ８．シリコンの蒸発を抑制でき、製品歩留まりが向上す
る。

【００５９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の太陽電池用
シリコンの製造方法および装置によれば、工程短縮によ
り生産性が向上し、電力消費量を低減でき、高い製品歩
留まりが得られるので、安価に高純度のシリコンが得ら
れて太陽電池の発達に寄与でき、近年のクリーンエネル
ギー問題の解決に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の太陽電池用シリコンの製造工程のフ
ローチャート

【図２】 本発明の太陽電池用シリコンの製造装置の断
面図

【図３】 従来の太陽電池用シリコンの製造の真空処理
装置の断面図

【図４】 従来の太陽電池用シリコンの製造の酸化処理
装置の断面図

【符号の説明】

１ 真空チャンバ、２ 樋、３、４ 黒鉛ハース、５
水冷銅るつぼ、６、７電子銃、１０ 真空チャンバ、１
１ 石英るつぼ、１２ プラズマトーチ、１３ 樋、１
４ 黒鉛鋳型、１５ 引上げ装置、２０ 第１精錬室、
２１ 真空チャンバ、２２ 第１誘導溶解炉、２３ コ
イル、２４ るつぼ、２５ 原料供給装置、２６ 排気
口、２７ 黒鉛棒挿入手段、２８ 黒鉛棒、２９ 挿入
棒、３０ 第１真空遮断室、３１、３１´ 真空チャン
バ、３２、３２´ 排気口、３３、３３´ 誘導溶解
炉、 ３４、３４´ オリフィス、３５、３５´ 底
板、３６、３６´ 開口部、４０ 第２精錬室、４１
真空チャンバ、４２ 開口部、４３ 排気口、４４ 第
２誘導溶解炉、４５ コイル、４６ るつぼ、４７開口
部、５０ 第２真空遮断室、６０ 凝固精錬室、６１
真空チャンバ、６２排気口、６３ 開口部、６４ 誘導
溶解炉、６５ 底板、６６ 当て板、６７引下げ棒、６
８ 保持部材、６９一方向凝固装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２７Ｄ 11/06 Ｆ２７Ｄ 11/06 Ｂ 11/08 11/08 Ｅ // Ｃ２２Ｂ 9/04 Ｃ２２Ｂ 9/04 9/22 9/22 (72)発明者 高瀬 真一 神奈川県平塚市田村5893高周波熱錬株式会 社内 (72)発明者 渡辺 裕二 神奈川県平塚市田村5893高周波熱錬株式会 社内 (72)発明者 岡 浩章 様 神奈川県横浜市金沢区福浦２−４−２産機 電業株式会社内 (72)発明者 村上 勝彦 神奈川県横浜市金沢区釜利谷西６−９−20 (72)発明者 森田 一樹 千葉県山武郡成東町成東2582−11 Ｆターム(参考） 4G072 AA01 BB01 GG03 GG04 HH01 MM08 MM38 RR25 UU02 4K001 AA23 BA23 CA01 DA05 DA06 DB02 EA02 EA03 EA05 FA12 FA14 GA15 GA17 JA01 JA10 4K046 AA01 AA03 BA05 CC01 CC03 CD02 CD04 4K063 AA03 AA12 AA15 AA16 BA03 BA12 CA03 DA06 DA19 FA34 FA56

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料金属シリコンを粉砕した後、該粒体
   シリコンを酸洗処理してＦｅ，Ｔｉなどの酸可溶性金属
   不純物を除去する酸洗精錬と、該酸洗精錬を経た粒体シ
   リコンをコールドクルーシブルにより誘導加熱溶解し
   て、真空中でＭｎなどの蒸気圧の低い不純物金属を蒸発
   させて除去する真空精錬と、該真空精錬を経た溶融体シ
   リコンをコールドクルーシブルにより誘導加熱溶解し
   て、アルゴンガス中で酸素または／および水蒸気を添加
   してＣ，Ｂなどの酸化性不純物を酸化して除去する酸化
   精錬と、該酸化精錬を経た溶融体シリコンをコールドク
   ルーシブルにより誘導加熱溶解し一方向凝固を行ってＦ
   ｅ，Ｔｉなどの残部不純物を除去する凝固精錬とを溶融
   状態で連続して行うことにより高純度金属シリコンを製
   造することを特徴とする太陽電池用シリコンの製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記各精練における溶解は、スカル溶解
   によることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用シ
   リコンの製造方法。
3. 【請求項３】 原料金属シリコンを装入する原料装入装
   置と真空中で該原料金属シリコンを溶解する第１誘導溶
   解炉とを備えた真空チャンバからなる第１精錬室と、真
   空あるいはアルゴンガス中で酸素または／および水蒸気
   を添加するガス添加手段が設けられた第２誘導溶解炉を
   備えたチャンバからなる第２精錬室と、真空中で一方向
   凝固させる一方向凝固手段を備えた凝固精錬室とを有
   し、前記第１精錬室と第２精錬室とは第１真空遮断室に
   より連結され、前記第２精錬室と凝固精錬室とは第２真
   空遮断室により連結されたことを特徴とする太陽電池用
   シリコンの製造装置。
4. 【請求項４】 前記第１真空遮断室と第２真空遮断室の
   いずれかまたは双方には、相隣る精錬室との真空を遮断
   する真空遮断手段が設けられたことを特徴とする請求項
   ３に記載の太陽電池用シリコンの製造装置。
5. 【請求項５】 前記第１誘導溶解炉と第２誘導溶解炉
   は、コイル形状を角型水平巻きとし、該コイルにより仕
   切られて１以上のるつぼが形成されたコイル一体型コー
   ルドクルーシブル炉であることを特徴とする請求項３ま
   たは４に記載の太陽電池用シリコンの製造装置。
6. 【請求項６】 前記第２誘導溶解炉には酸素または／お
   よび水蒸気を導入するガス導入手段が設けられているこ
   とを特徴とする請求項５に記載の太陽電池用シリコンの
   製造装置。
7. 【請求項７】 前記第１誘導溶解炉と第２誘導溶解炉の
   いずれかには、誘導加熱と併用して加熱するプラズマ加
   熱手段が設けられていることを特徴とする請求項３から
   ６のいずれかに記載の太陽電池用シリコンの製造装置。
8. 【請求項８】 前記第１真空遮断室と第２真空遮断室に
   は、溶融体シリコンを保持する誘導加熱炉が設けられて
   いることを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載
   の太陽電池用シリコンの製造装置。
9. 【請求項９】 前記誘導加熱炉はコイル一体型コールド
   クルーシブル炉であることを特徴とする請求項９に記載
   の太陽電池用シリコンの製造装置。
10. 【請求項１０】 前記第１誘導溶解炉には、スタート時
    に該溶解炉の加熱コイル内に黒鉛棒を挿入し、該黒鉛棒
    を誘導加熱して前記粒体シリコンを溶解するように加熱
    コイル内に黒鉛棒を挿入抽出できる黒鉛棒挿入手段を備
    えたことを特徴とする請求項３から９のいずれかに記載
    の太陽電池用シリコンの製造装置。
11. 【請求項１１】 前記凝固精錬室には、前記第２誘導溶
    解炉から連続供給される溶融体シリコンを受け、該溶融
    体シリコンを上部は加熱しながら底部から冷却して連続
    的に抽出し一方向凝固させるように、前記第２誘導溶解
    炉から連続供給される溶融体シリコンを受ける誘導炉
    と、該誘導炉の底部から冷却されたシリコンブロックを
    抽出する抽出手段とからなる一方向凝固手段を備えたこ
    とを特徴とする請求項３から１０のいずれかに記載の太
    陽電池用シリコンの製造装置。
12. 【請求項１２】 前記誘導溶解炉はスカル溶解可能なこ
    とを特徴とする請求項３から１１のいずれかに記載の太
    陽電池用シリコンの製造装置。