JP2005247655A - Silicon refining apparatus and its refining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高純度シリコンの精錬装置及びかかるシリコンの精錬方法に関し、さらに詳細には、太陽電池基板用高純度シリコンの精錬装置及びかかるシリコンの精錬方法に関する。 The present invention relates to a high-purity silicon refining apparatus and a silicon refining method, and more particularly to a high-purity silicon refining apparatus for a solar cell substrate and such a silicon refining method.
金属Siなどを原料にP(リン)などの低沸点不純物濃度を低減させ、Si純度を向上させる精錬方法として、伝統的な従来技術においては、例えば、非特許文献1の真空脱ガス法が知られている。 As a refining method for improving the Si purity by reducing the concentration of low-boiling impurities such as P (phosphorus) using metal Si or the like as a raw material, for example, the vacuum degassing method of Non-Patent Document 1 is known in the traditional prior art. It has been.
また、炉内を真空とした容器内で、溶融シリコンを液滴として炉内空間を滴下させ、リン、アルミニウム、カルシウムを除去する方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
伝統的な従来技術においては、Si融液体積に対する表面積が小さいため、不純物の蒸発速度が極めて遅く、生産性が低いという問題が存在した。 In the conventional prior art, since the surface area relative to the Si melt volume is small, there is a problem that the evaporation rate of impurities is extremely slow and the productivity is low.
また、特許文献1においては、特別な圧力を付与せずにSi液滴を1回のみ滴下するため、液滴速度が遅く、生産性が低いという問題点があった。 Moreover, in patent document 1, since Si droplet was dripped only once, without giving a special pressure, there existed a problem that a droplet speed was slow and productivity was low.
そこで、本発明の目的は、Si中のPなどの低沸点不純物を除去するための生産性の高い精錬装置、及びSiの精錬方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a highly productive refining apparatus and a Si refining method for removing low-boiling impurities such as P in Si.
本発明は、内部が真空可能でかつ加熱可能な容器と、溶融Siを該容器内に噴霧するノズルを具備するSi中の不純物を噴霧された液滴表面から除去するSiの精錬装置であって、噴霧ノズルの入口側と出口側との差圧を利用する噴霧ノズルを用いてなることを特徴とする精錬装置、に関する。 The present invention is a Si refining apparatus for removing impurities in Si from a sprayed droplet surface, comprising a container that can be vacuumed and heated, and a nozzle that sprays molten Si into the container. The present invention relates to a refining apparatus characterized by using a spray nozzle that utilizes a differential pressure between an inlet side and an outlet side of the spray nozzle.
前記噴霧ノズルの噴射中心軸角度は、水平方向を超え、垂直上方以下の範囲とすることが好ましい。 The spray center axis angle of the spray nozzle is preferably in a range exceeding the horizontal direction and not more than vertically above.
前記噴霧ノズルのタイプは、フルコーンノズル、フラットスプレーノズル、またはラバールノズルであることが好ましい。 The type of the spray nozzle is preferably a full cone nozzle, a flat spray nozzle, or a Laval nozzle.
さらに、前記容器内に、底に開口部を備える回収器、該開口部の開閉装置を含む溶融Si回収装置、及び前記容器の下に、該開口部からの溶融Siを受ける溶融Siタンクを内部に有する加熱炉を備えることが好ましい。 Further, a recovery device having an opening at the bottom in the container, a molten Si recovery device including an opening / closing device for the opening, and a molten Si tank that receives the molten Si from the opening are provided inside the container. It is preferable to include a heating furnace.
また、本発明は、内部が真空可能でかつ加熱可能な容器中に溶融Siを噴霧化し、Si中の不純物を噴霧された液滴表面から除去する方法であって、噴霧ノズルを出る際のSi融液の平均移動速度が、0.2m/sec以上であることを特徴とするSiの精錬方法、に関する。 Further, the present invention is a method of atomizing molten Si into a container that can be evacuated and heated, and removing impurities in the Si from the surface of the sprayed liquid droplets. The present invention relates to a method for refining Si, wherein an average moving speed of a melt is 0.2 m / sec or more.
前記噴霧ノズルの噴射中心軸角度は、水平方向を超え、垂直上方以下の範囲とする方法が好ましい。 A method in which the spray central axis angle of the spray nozzle is in a range exceeding the horizontal direction and not more than vertically upward is preferable.
前記容器中で落下したSi液滴を回収し、これを再度前記容器中に噴霧化する方法が好ましい。 A method is preferred in which Si droplets dropped in the container are collected and sprayed again into the container.
前記容器の内壁を1650℃以上に保つ方法が好ましい。 A method of keeping the inner wall of the container at 1650 ° C. or higher is preferable.
本発明の装置及び方法により、溶融Si中の不純物の蒸発または除去速度を大幅に高めることができる。また、除去速度が高いので、単位時間当たりの処理量を増加させることができる。 The apparatus and method of the present invention can greatly increase the evaporation or removal rate of impurities in the molten Si. Further, since the removal speed is high, the processing amount per unit time can be increased.
以下、本発明のSiの精錬装置、精錬方法を図面に基づいて説明する。なお、本明細書において、「内部が真空可能でかつ加熱可能な容器」を「真空容器」と略称する。 The Si refining apparatus and refining method of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present specification, “a container that can be evacuated and heated” is abbreviated as “vacuum container”.
図1はSiの精錬に使用する精錬装置の一例を示す説明図である。図1において、溶融Siの精錬は真空容器1内において行われる。Si融液3は、差圧調整機5とノズル7とを備える溶融Siタンク9に溜められる。溶融Siタンク9、ノズル7は、Si融液3を固化させないように、ヒーターなどの加熱手段11によって保温されている。さらに、真空容器1内は真空ポンプ13で真空に保持できるとともに、Si液滴を回収するSi回収器15が載置されている。なお、ここで用いられる真空容器1、溶融Siタンク9、加熱手段11などの装置は、公知の装置を用いることができる。差圧調整機5は、溶融Siタンク内と真空容器内の差圧を所定の値に調整する装置である。例えば、図1のように溶融Siタンクの底板を可動とした場合に、差圧調整機は、この底板に対して力を与えて、底板を推進、または、定位置に静止させることにより、差圧を調整し、Si融液の噴射を制御する。差圧調整機の底板への推進力を付与する手段としては、油圧シリンダや電動ジャッキなどを駆動源として使用することができ、溶融Siタンクの底板との接触部など、高温になる部位には黒鉛などの耐熱性材料を使用する。また、溶融Siタンク全体を真空容器中に設置するなど、溶融Siタンク内と真空容器内の差圧が発生しにくい構造とした場合には、差圧調整機は、簡易な機構のものでよい。例えば、Si融液噴射の際のみに溶融Siタンク底板を押し上げる、単なる加圧器を差圧調整機として用いてもよい。ノズル7は窒化珪素製の本体に、外部をカーボンコンポジットで保護したものが挙げられる。真空容器1内の真空度を解消するには、弁12を用いて行う。
FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a refining apparatus used for refining Si. In FIG. 1, refining of molten Si is performed in a vacuum vessel 1. The Si
次に、この精錬装置を用いたSiの精錬方法を説明する。Si融液3は、加圧器などの差圧調整機5とノズル7とを備える溶融Siタンク9に溜められる。ここで、ノズル7のタイプは、Si融液3を噴射または噴霧できれば特に制限はされず従来公知のノズルを採用できるが、直射ノズルのような液滴分散性の低いのは適当といえず、例えば、フルコーンノズル、フラットスプレーノズル、またはラバールノズルなど、液滴をより広い範囲に分散させる形式がより望ましい。ノズル7からSi融液3を噴霧する際の噴射中心軸口の角度は、溶融Si中の不純物が除去されれば特に制限はされないが、通常、水平方向を超え、垂直上方以下の範囲とする。このような角度とすることによって、噴霧されたSi液滴が空中に十分な時間保持されることにより、Si液滴からのPなどの低沸点物の蒸発、除去を効率的に行うことができる。また、その際のノズルの、入口側と出口側との差圧は、通常、1×104Pa以上、好ましくは1×104Pa〜1×106Paの範囲とすることが望ましい。または、噴霧ノズルを出る際のSi融液または液滴の平均移動速度を0.2m/sec以上、好ましくは0.2m/sec〜50m/secの範囲とすることが望ましい。このように差圧または平均移動速度を設定することによって、噴霧された液滴の分散性が向上するとともに、Si液滴からのPなどの不純物蒸発速度が上昇し、Siの精錬効率が高められるからである。また、このような圧力を利用できなければ、溶融Siを上方に噴射することはできない。噴霧ノズルからの噴射は、溶融Siタンク9に取り付けられた、例えば、溶融Siの差圧調整機5を利用して行う。溶融Siを固化させないように、溶融Siタンク9、溶融Siタンクとノズルを結ぶ導管17、ノズル7を保温する。
Next, a Si refining method using this refining apparatus will be described. The Si
次に、Si融液3を噴射または噴霧する。溶融Siタンク9、該導管17は、真空容器1の外に配置し、Si融液3を真空容器1内に噴射できるように、ノズル7を真空容器1の底壁に取り付ける。Si融液3を垂直上方に噴射する場合には、底壁が好ましい。噴射の方向によっては、側壁にノズル7を取り付けることが可能である。噴射は、連続で行っても、間欠的でもよい。連続で噴射した場合には生産性が高く、一方、間欠的噴射の場合には、噴射がない場合に容器内圧力が低下するので、噴射1回当たりの脱不純物速度が上昇する。これらの特性を踏まえ、適宜実施することができる。ノズル7から真空容器1中に高速で放出されたSi液は、直ちに分散、噴霧化する。Si液滴19は上昇中に、内部のPなどの低沸点不純物を主に蒸発させる。その後、真空容器1内で落下し、Si回収器15に溜まる。落下中も多少の不純物は蒸発する。その際、真空容器1の内壁、特に天井、側壁の内壁の温度を、通常、1650℃以上、好ましくは1650℃〜2000℃の範囲に保持することが望ましい。この温度以上にすることによって、Si液滴19が壁に触れても付着し難いからである。Si液滴19の容器1への付着を考慮する必要がないので、真空容器1の小型化が可能である。したがって、設備費を安価とすることができる。もちろん、Si液滴19は容器1壁へ付着し難いので、Siの歩留まりの低下を考慮しなくてもよい。
Next, the Si
真空容器内の真空度については、本発明によればSiの精錬性能が高いことから、特に高真空条件という条件に制約されることなく実施することができる。ここで、高真空というのは、特殊な真空ポンプで適用が不可欠な、例えば、0.1Pa以下のことをいう。 According to the present invention, the degree of vacuum in the vacuum vessel can be carried out without being restricted by the condition of high vacuum conditions since the refining performance of Si is high. Here, high vacuum means that the application is indispensable with a special vacuum pump, for example, 0.1 Pa or less.
図1においては、差圧調整機、溶融Siタンク、加熱手段を真空容器の外に設置した例を示すが、これらの手段、特に溶融Siタンク、加熱手段、差圧調整機のシリンダ部は真空装置内に設置してもよい。このような構成を採用することにより、真空容器内を真空にすれば、差圧調整機が静止した場合、シリンダへの差圧は発生しないので、溶融Siタンク、差圧調整機の構成をより簡易化することができるからである。したがって、溶融Siタンク、加熱手段、差圧調整機のシリンダ部が真空容器の外にある場合の他に、真空容器内にある場合にも、本発明の範囲内に含まれる。 FIG. 1 shows an example in which the differential pressure regulator, the molten Si tank, and the heating means are installed outside the vacuum vessel, but these means, in particular, the molten Si tank, the heating means, and the cylinder portion of the differential pressure regulator are vacuum. You may install in an apparatus. By adopting such a configuration, if the inside of the vacuum vessel is evacuated, when the differential pressure regulator is stationary, no differential pressure to the cylinder is generated. Therefore, the configuration of the molten Si tank and the differential pressure regulator is further improved. This is because it can be simplified. Therefore, in addition to the case where the molten Si tank, the heating means, and the cylinder part of the differential pressure regulator are outside the vacuum vessel, the case where the molten Si tank is inside the vacuum vessel is also included in the scope of the present invention.
ここで、溶融SiからPなどの不純物が蒸発除去される原理について説明する。不純物の蒸発速度は一般に次式1で表される。 Here, the principle of removing impurities such as P from molten Si by evaporation will be described. The evaporation rate of impurities is generally expressed by the following formula 1.
不純物の蒸発速度Vの式(一般的な化学工学の教科書に記載されている)
V=(第1項:Si表面の単位濃度不純物が単位時間に蒸気として放出される確率)×(第2項:Si表面での不純物濃度)×
(第3項:蒸発速度係数)×
(第4項:表面積) (1)
ここで、式1の第1項は、温度上昇により増大する。式1の第3項は、雰囲気圧力減少または蒸発面近傍の雰囲気中の不純物濃度の低下により増大する。
Formula of impurity evaporation rate V (described in general chemical engineering textbooks)
V = (first term: probability that unit concentration impurity on Si surface is released as vapor per unit time) × (second term: impurity concentration on Si surface) ×
(3rd term: evaporation rate coefficient) x
(Section 4: Surface area) (1)
Here, the first term of Equation 1 increases with the temperature rise. The third term of Equation 1 increases due to a decrease in atmospheric pressure or a decrease in impurity concentration in the atmosphere near the evaporation surface.
特許文献1の場合、特にSiを液滴化して表面積を増加させ、不純物の除去を図っている。すなわち、式1の第4項に注目した方法である。しかし、式1の第3項及び第4項については、伝統的な従来技術と同じといえる。 In the case of Patent Document 1, in particular, Si is formed into droplets to increase the surface area and to remove impurities. That is, this method focuses on the fourth term of Equation 1. However, it can be said that the third and fourth terms of Equation 1 are the same as those in the conventional prior art.
本発明では、上記のように、溶融Siを高速度で噴射、噴霧することによって、Si液滴を高速で移動させることができる。すなわち、式1の第4項に加え、第2項、第3項にも注目した方法である。図2はSi液滴から不純物が除去される原理の一例を説明する図面である。まず、第3項の効果について説明する。図2aはSi液滴が移動する場合、図2bはSi液滴が静止の場合である。図2aにおいて、Si液滴19の進行方向では該液滴表面は新鮮な雰囲気21と接するのに対し、Si液滴の進行方向に対する後方では雰囲気が不純物で汚染された雰囲気23である。このように、液滴19周囲の不純物蒸気の濃度境界層が後方に置かれているため、新鮮な雰囲気下で不純物の蒸発が効果的に行われる。液滴表面から蒸発した不純物の、液滴表面への再凝縮が少なく、正味の蒸発速度が向上するといえる。図2bにおいて、Si液滴19の周囲は不純物で汚染された雰囲気23である。次に、第2項の効果について説明する。図3はSi液滴から不純物が除去される原理のその他の例を説明する図面である。図3において、Si液滴19が高速で進行する際に、Si液滴に対し、進行方向と反対方向に摩擦力25が生ずる。この結果、Si液滴19内にSi内循環流27が発生する。このように、Si液滴19表面と周囲雰囲気との摩擦により、液滴内に強い循環流27が発生し、液滴19表面と内部との不純物濃度差が消失し、蒸発速度の低下を回避することができる。したがって、本発明では、極端な高温や高真空は必ずしも必要ではないのである。
In the present invention, as described above, the Si droplets can be moved at a high speed by spraying and spraying the molten Si at a high speed. That is, in addition to the fourth term of Equation 1, the second term and the third term are also noticed. FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the principle of removing impurities from Si droplets. First, the effect of the third term will be described. FIG. 2a shows the case where the Si droplet moves, and FIG. 2b shows the case where the Si droplet is stationary. In FIG. 2a, the surface of the droplet contacts the
一方、液滴と雰囲気間の相対速度のない場合でも分子拡散によって、Si液滴中の不純物は雰囲気中を遠方に輸送される。上記の液滴移動による不純物の蒸発速度を向上させる効果は、分子拡散による輸送効果よりも大きくなければ顕著な影響は認められない。したがって、特許文献1に開示された単に液滴を低速で落下させるだけでは効果はなく、溶融Siを上記のような高速でノズルから噴射することが必須である。 On the other hand, even when there is no relative velocity between the droplet and the atmosphere, the impurities in the Si droplet are transported far in the atmosphere by molecular diffusion. If the effect of improving the evaporation rate of impurities by the above-mentioned droplet movement is not larger than the transport effect by molecular diffusion, no significant influence is recognized. Therefore, simply dropping the liquid droplets disclosed in Patent Document 1 is not effective, and it is essential to inject molten Si from the nozzles at a high speed as described above.
図4はSiの精錬に使用する精錬装置のその他の例を示す説明図である。図4において、容器を上下に2分割し、両室を遮断してある。上部は真空容器、下部は主として加熱圧力容器または加熱炉である。 FIG. 4 is an explanatory view showing another example of a refining apparatus used for refining Si. In FIG. 4, the container is divided into two parts in the vertical direction, and both chambers are shut off. The upper part is a vacuum vessel, and the lower part is mainly a heating pressure vessel or a heating furnace.
最初に真空容器1にいついて説明する。真空容器1内にはSi回収器15が設置されている。真空容器1壁、特に天井、側壁にはヒーターなどの加熱手段11が設置されている。さらに、真空容器1内を真空にするために、弁1 29を介して真空ポンプ13が取り付けられている。真空容器1内の底部には、Si回収器15aが設置されている。Si回収器15aの略中央部には、ノズル7が取り付けられるように第1の開口部31が設けられている。該第1の開口部31から、回収Si 39が漏出しないように、開口部31の壁はSi回収器15aの側壁の高さと同じとしてある。さらに、Si回収器15aの底壁には、回収Siを、下部の加熱圧力容器35に落下させるように、第2の開口部33が設けられている。第2の開口部33の位置は下部の加熱圧力容器35の位置との関係により、決定することが可能である。第2の開口部33には、回収Siの落下を制御する装置であって、例えば、開口部33と開口部を覆う開閉装置としてストッパー37が備え付けられる。開閉装置には、開閉弁を用いてもよい。例えば、真空容器1内を常圧に戻した後、ストッパー37を引き上げて、回収Si 39を加熱圧力容器35内に設けられたSi融液タンク9に落下させ、溶融Siを再使用することができる。
First, the case where the vacuum vessel 1 is present will be described. A
加熱圧力容器35内には、ノズル7とSi融液タンク9とを結ぶ導管17、Si融液タンク9が設置されている。かかる導管17及びSi融液タンク9は、Siが固化しないよう保温するため、ヒーターなどの加熱手段11が設けられている。また、加熱圧力容器35は、弁2 41を介して差圧調整機43に、さらに弁3 45を介して真空ポンプ13に接続されている。ここで、加熱圧力容器35については、容器内全体を加圧−減圧する必要は必ずしもない。というのは、Si融液タンク9と真空容器1からの回収Si 39の滴下周囲のみを密閉し、この中のみを、加圧、減圧作業を行うと、操作対象のガス体積が大幅に減少することから、加圧、減圧の切り替えをすばやく行うことが可能になる。
In the
次に、この精錬装置を用いたSiの精錬方法を説明する。ただし、図2で用いられる部材、装置、操業条件などであって、図1と同じものは、特に説明がない限り、同じ機能を有するので、ノズル、回収Siを再使用する方法など、図1との相違点を中心にSiの精錬方法を説明する。 Next, a Si refining method using this refining apparatus will be described. However, since the members, apparatuses, operating conditions, and the like used in FIG. 2 are the same as those in FIG. 1 unless otherwise described, they have the same functions. The Si refining method will be described focusing on the differences from the above.
真空容器1内を真空ポンプ13によって真空とし、必要によって、加熱圧力容器35内を差圧調整機43によって加圧してノズル7入口側と出口側との差圧を高め、それによって溶融Siをノズルから噴射させる。
The inside of the vacuum vessel 1 is evacuated by the
噴射作業中、真空容器1内は真空に保持する。すなわち、真空ポンプ13を運転し、弁1 12を開放することによって、真空容器1内を真空とする。加熱圧力容器35内は、与圧する。すなわち、弁3 45を閉じ、差圧調整機43を運転し、弁2 41を開放することによって、加熱圧力容器35内に圧力を付与する。このとき、Si回収器15aのストッパー37は閉の状態である。
During the spraying operation, the inside of the vacuum container 1 is kept in a vacuum. That is, by operating the
回収Si 39の溶融Siタンク9への滴下作業中、真空容器1内をそのまま真空で保持する。他方、加熱圧力容器35は、低圧化する。すなわち、弁2 41を閉として加圧を停止し、弁3 45を開放して、加熱圧力容器35内を低圧化する。Si回収器15のストッパー37を開の状態にして、回収Si 39を落下させる。回収Si 39は、再度ノズル7から噴射することができる。
During the dripping operation of the recovered
このレイアウトの場合、噴射作業と回収Siの落下作業は交互に実施する。 In the case of this layout, the injection operation and the recovery Si dropping operation are performed alternately.
このような構成を採用することにより、溶融Siを噴射し、落下した溶融Si液滴を回収し、溶融Siとして再使用することができるので、長時間の脱不純物作業が同一装置内で可能となる。また、時間をかければ、純度を向上させることができる。したがって、真空容器内の温度、雰囲気、圧力などの条件は、より緩和できる。 By adopting such a configuration, it is possible to inject molten Si, collect the dropped molten Si droplet, and reuse it as molten Si, so that long-time de-impurity work is possible in the same apparatus. Become. Moreover, if time is taken, purity can be improved. Therefore, conditions such as temperature, atmosphere, and pressure in the vacuum vessel can be more relaxed.
また、上下2室の圧力を変更するだけで、回収Siを溶融Siタンクに戻すことができるので、容器の構造が単純である。また、高温下で作動するポンプは極めて高価であるが、かかるポンプを使わずに操作を行うことができる。したがって、設備費が安く抑えることができる。 Further, since the recovered Si can be returned to the molten Si tank only by changing the pressure in the upper and lower chambers, the structure of the container is simple. Also, pumps that operate at high temperatures are very expensive, but can be operated without using such pumps. Therefore, the equipment cost can be kept low.
本発明で精錬されたSiは、太陽電池基板用Siの成分仕様を満たすことができる。 Si refined by the present invention can satisfy the component specifications of Si for solar cell substrates.
ここで、太陽電池基板用Siの成分仕様とは次の組成をいう。太陽電池基板用Siは、一般に、純度のより高いものを用いる程、性能が向上するといわれるが、高純度化するに従い性能向上率は逓減していく。一方で、Siが高純度になる程、純度を上昇させるための費用は急激に増大するので、ある特定のSi純度が費用−効果の最適点となる。この最適点は、成分毎に異なり、現在の太陽電池として市場価値を有する性能を満足するためには、次の範囲のSiを用いることが望ましい。即ち、質量割合でリン(P)0.1ppm以下、ヒ素(As)0.1ppm、アンチモン(Sb)0.1ppm以下、ボロン(B)0.3ppm以下、ガリウム(Ga)0.1ppm以下、インジウム(In)0.1ppm以下、その他の金属成分0.1ppm以下である。 Here, the component specification of Si for solar cell substrates refers to the following composition. In general, it is said that the higher the purity of Si for solar cell substrate, the higher the performance, but the performance improvement rate gradually decreases as the purity increases. On the other hand, the higher the purity of Si, the more rapidly the cost for increasing the purity, so a certain Si purity is the cost-effective optimum. This optimum point differs for each component, and it is desirable to use Si in the following range in order to satisfy the performance having market value as the present solar cell. That is, phosphorus (P) 0.1 ppm or less in mass ratio, arsenic (As) 0.1 ppm, antimony (Sb) 0.1 ppm or less, boron (B) 0.3 ppm or less, gallium (Ga) 0.1 ppm or less, indium (In) 0.1 ppm or less and other metal components 0.1 ppm or less.
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は実施例によって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. However, the present invention is not limited to the examples.
(装置構成)
基本的に図4に示される設備を前提とした。
(Device configuration)
Basically, the equipment shown in FIG. 4 was assumed.
1)溶融Siタンク
加熱炉内に設置され、ヒーターで保温。寸法:直径100mm、高さ500mm、材質:高純度黒鉛製
2)ノズル
寸法:出口直径2mmのフルコーン型スプレーノズル、材質:本体 高純度窒化珪素製、ノズル周囲を外部カーボンコンポシット製耐圧カバーで保護、噴射角:鉛直上向き
3)真空容器
真空容器内に設置され、ヒーターで保温。寸法:直径1000mm、高さ5000mm、材質:マグネシア系耐火物レンガ
4)Si回収器
寸法:直径1000mm、高さ500mm、二重円筒型形状、有底、底部に開口部を備える。材質:高純度黒鉛、ヒーターで保温。
1) Molten Si tank Installed in a heating furnace and kept warm by a heater. Dimensions: Diameter 100mm, Height 500mm, Material: Made of high-purity graphite 2) Nozzle dimensions: Full cone type spray nozzle with outlet diameter of 2mm, Material: Main body Made of high-purity silicon nitride, the periphery of the nozzle is protected with a pressure-resistant cover made of external carbon components , Injection angle: Vertical upward 3) Vacuum container Installed in a vacuum container and kept warm by a heater. Dimensions: diameter 1000 mm, height 5000 mm, material: magnesia-based refractory brick 4) Si recovery device dimensions: diameter 1000 mm, height 500 mm, double cylindrical shape, bottomed, with an opening at the bottom. Material: High-purity graphite, insulated with a heater.
(操業条件)
1)圧力
加熱炉、溶融Siタンク:200mPa(差圧調整機により保持)
下部加熱炉、真空容器、Si回収器:10Pa(真空ポンプで保持)
2)温度
溶融Siタンク、Si融液:1700℃
真空容器壁:1670℃
Si回収器:1450℃
3)手順
・原料Si(P濃度:40ppm)を融解して、溶融Siタンクに注湯する。
・下部加熱炉を密閉して所定圧(200mPa)に加圧する。
・真空容器内を所定圧まで真空引きする。
・真空容器中にSiが噴霧され、液滴落下中にPが蒸発する。
・真空炉内で蒸発したガスを真空ポンプで排出する。
・Si液滴はSi回収器に落下して溜まる。
・タンク内の50%のSiを噴射した後、下部加熱炉内を10Paまで減圧する。
・Si融液回収器のストッパーを開く。
・Si融液回収器のSi融液が溶融Siタンク内に滴下し、タンク内のSi融液量が増大する。
・ストッパーを閉とした後、加熱炉圧を上昇させ、ノズルからのSi融液噴射を再開する。
この作業を20回繰り返した。
(Operating conditions)
1) Pressure heating furnace, molten Si tank: 200 mPa (held by differential pressure regulator)
Lower heating furnace, vacuum vessel, Si recovery device: 10 Pa (held by vacuum pump)
2) Temperature melting Si tank, Si melt: 1700 ° C
Vacuum vessel wall: 1670 ° C
Si collector: 1450 ° C
3) Procedure / Raw material Si (P concentration: 40 ppm) is melted and poured into a molten Si tank.
-The lower heating furnace is sealed and pressurized to a predetermined pressure (200 mPa).
・ Evacuate the vacuum container to the specified pressure.
-Si is sprayed into the vacuum vessel, and P evaporates while the droplet is falling.
・ Gas evaporated in the vacuum furnace is discharged with a vacuum pump.
-Si droplets fall into the Si collector and accumulate.
-After injecting 50% Si in the tank, the inside of the lower heating furnace is depressurized to 10 Pa.
・ Open the stopper of the Si melt collector.
-The Si melt of the Si melt collector drops into the molten Si tank, and the amount of Si melt in the tank increases.
・ After closing the stopper, increase the furnace pressure and restart the injection of Si melt from the nozzle.
This operation was repeated 20 times.
(製品)
得られたSiの成分の分析値:P濃度=0.06ppm(質量割合)
太陽電池基板用Siの成分仕様を満たした。なお、歩留は95%であった。
(Product)
Analytical value of the obtained Si component: P concentration = 0.06 ppm (mass ratio)
The component specification of Si for solar cell substrate was satisfied. The yield was 95%.
なお、同一サイズの溶融Siを噴射しない従来型脱P装置に比べて、本発明によれば、およそ10倍量の溶融Siが処理できた。 In addition, according to the present invention, about 10 times as much amount of molten Si could be processed as compared with a conventional de-P removal apparatus that does not inject molten Si of the same size.
1 真空容器、
3 Si融液、
5 差圧調整機、
7 ノズル、
9 溶融Siタンク、
11 加熱手段、
13 真空ポンプ、
15 Si回収器、
17 導管、
19 Si液滴、
21 新鮮な雰囲気、
23 不純物で汚染された雰囲気、
25 摩擦力、
27 Si内循環流、
29 弁1、
31 第1の開口部、
33 第2の開口部、
35 加熱圧力容器、
37 ストッパー、
39 回収Si、
41 弁2、
43 差圧調整機、
45 弁3。
1 vacuum container,
3 Si melt,
5 Differential pressure regulator,
7 nozzles,
9 Molten Si tank,
11 Heating means,
13 Vacuum pump,
15 Si collector,
17 Conduit,
19 Si droplet,
21 Fresh atmosphere,
23 Atmosphere contaminated with impurities,
25 frictional force,
27 Circulating flow in Si,
29 Valve 1,
31 first opening,
33 second opening,
35 heating pressure vessel,
37 stopper,
39 Recovered Si,
41 Valve 2,
43 Differential pressure regulator,
45
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JPH10182130A (en) * | 1996-12-26 | 1998-07-07 | Kawasaki Steel Corp | Refining of silicon |
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