JP2905353B2 - 金属シリコンの精製方法 - Google Patents
金属シリコンの精製方法Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池等の製造に用い
る高純度金属シリコンの製造方法に関するものである。
る高純度金属シリコンの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池の製造に用いるシリコン中の
Ｂ、Ｐ、Ｃ、Ｏ、Fe、Al、Ti等の不純物元素は所要の半
導体特性を確保するため、１ppmw以下の低い濃度にする
必要がある。このため、現在の太陽電池製造用原料とし
てのシリコンには、半導体原料として製造された過度に
精製されたシリコンが用いられている。しかし半導体用
のシリコンは高価なために太陽電池の普及の妨げとなっ
ている。
Ｂ、Ｐ、Ｃ、Ｏ、Fe、Al、Ti等の不純物元素は所要の半
導体特性を確保するため、１ppmw以下の低い濃度にする
必要がある。このため、現在の太陽電池製造用原料とし
てのシリコンには、半導体原料として製造された過度に
精製されたシリコンが用いられている。しかし半導体用
のシリコンは高価なために太陽電池の普及の妨げとなっ
ている。
【０００３】そこで、太陽電池用のシリコンを安価に製
造するために冶金用の安価な金属シリコンを原料とし
て、これを精製する方法について種々の提案がなされて
おり、酸抽出法、フラックス溶解法、真空溶解法等が報
告されている。しかし、シリコン中のＰの除去法につい
ては、いずれもその効果的で具体的な方策について何ら
提案されていない。
造するために冶金用の安価な金属シリコンを原料とし
て、これを精製する方法について種々の提案がなされて
おり、酸抽出法、フラックス溶解法、真空溶解法等が報
告されている。しかし、シリコン中のＰの除去法につい
ては、いずれもその効果的で具体的な方策について何ら
提案されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】シリコン中のＰの除去
において、酸抽出法はシリコンを溶解、凝固する時にＰ
を重金属元素といっしょにシリコンの結晶粒界に析出さ
せ、これを酸抽出するもので、酸抽出する前にシリコン
塊をできるだけ細かく粉砕する必要があり、また、酸抽
出後洗浄する必要があるので工程が多くなりコストが大
きくなるという問題がある。
において、酸抽出法はシリコンを溶解、凝固する時にＰ
を重金属元素といっしょにシリコンの結晶粒界に析出さ
せ、これを酸抽出するもので、酸抽出する前にシリコン
塊をできるだけ細かく粉砕する必要があり、また、酸抽
出後洗浄する必要があるので工程が多くなりコストが大
きくなるという問題がある。
【０００５】また、フラックス処理法の場合、Ｐを１pp
mw以下まで除去するにはフラックス量がシリコン同量か
あるいはそれ以上必要となり、フラックスを取り除く工
程やシリコン中に溶解したフラックス成分を取り除く工
程が必要となり、工程的にもコスト的にもメリットが少
ない。一方、真空溶解法は鈴木等が“日本金属学会誌
第54巻 第２号(1990)161 〜167 ”で報告しているよう
に蒸気圧の高いＰを真空雰囲気にして蒸発除去する方法
である。この方法は10-3Paという高真空でＰを除去する
方法である。この方法では、ルツボや雰囲気については
述べていないが、減圧雰囲気でシリコンを処理している
特開昭62−292613号公報では、石英製のルツボを用いて
いる。しかし、このような方法では、石英とシリコンが
反応し、シリコンの歩留りが低下するという問題があっ
た。
mw以下まで除去するにはフラックス量がシリコン同量か
あるいはそれ以上必要となり、フラックスを取り除く工
程やシリコン中に溶解したフラックス成分を取り除く工
程が必要となり、工程的にもコスト的にもメリットが少
ない。一方、真空溶解法は鈴木等が“日本金属学会誌
第54巻 第２号(1990)161 〜167 ”で報告しているよう
に蒸気圧の高いＰを真空雰囲気にして蒸発除去する方法
である。この方法は10-3Paという高真空でＰを除去する
方法である。この方法では、ルツボや雰囲気については
述べていないが、減圧雰囲気でシリコンを処理している
特開昭62−292613号公報では、石英製のルツボを用いて
いる。しかし、このような方法では、石英とシリコンが
反応し、シリコンの歩留りが低下するという問題があっ
た。
【０００６】本発明は、前記問題点を解決し、さらに今
まで精製法が提案されていないシリコン中のAs、Ｏなど
の不純物元素を除去する金属シリコンの精製方法を提供
することを目的とするものである。
まで精製法が提案されていないシリコン中のAs、Ｏなど
の不純物元素を除去する金属シリコンの精製方法を提供
することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために、黒鉛や銅等の非酸化性ルツボ内でシリコ
ンを溶解し、Ar、Ｎ2 、Ｈ2 等の非酸化性ガス雰囲気で
10Pa以下の減圧雰囲気に保持することにより効果的に金
属シリコンより、Ｐを除去できることを見出した。
決するために、黒鉛や銅等の非酸化性ルツボ内でシリコ
ンを溶解し、Ar、Ｎ2 、Ｈ2 等の非酸化性ガス雰囲気で
10Pa以下の減圧雰囲気に保持することにより効果的に金
属シリコンより、Ｐを除去できることを見出した。
【０００８】すなわち、本発明は、金属シリコンを精製
するに際して、シリコンをシリコンに対して非酸化性の
ルツボに装入し、非酸化性雰囲気下で溶融し、溶融して
いる状態下で10Pa以下の減圧雰囲気に保つことを特徴と
する金属シリコンの精製方法である。
するに際して、シリコンをシリコンに対して非酸化性の
ルツボに装入し、非酸化性雰囲気下で溶融し、溶融して
いる状態下で10Pa以下の減圧雰囲気に保つことを特徴と
する金属シリコンの精製方法である。
【０００９】
【作用】シリコン中に含まれているＰ、As、Ca等の蒸気
圧の高い成分やＯ、Ｎ等のガス成分を除去するには溶解
したシリコンを真空状態に保持することが有効である。
前述した鈴木等は0.027Pa という高真空に保つことでＰ
の濃度を32ppmwから６〜７ppmwに低減している。しかし
ここでは、黒鉛ルツボを用いているが、他のルツボやガ
ス雰囲気の影響については述べていない。
圧の高い成分やＯ、Ｎ等のガス成分を除去するには溶解
したシリコンを真空状態に保持することが有効である。
前述した鈴木等は0.027Pa という高真空に保つことでＰ
の濃度を32ppmwから６〜７ppmwに低減している。しかし
ここでは、黒鉛ルツボを用いているが、他のルツボやガ
ス雰囲気の影響については述べていない。
【００１０】シリコンを酸化性雰囲気で溶解した場合、
シリコン浴面にシリカの皮膜ができる。このような状態
で減圧すると、シリコン浴面で、Si＋SiO2→２SiO の反
応が進み、シリコンがSiO ガスの形で蒸発する。一方、
Ｐはシリコン浴面から気相への蒸発によって除去が進む
が、シリコン浴面にシリカ皮膜があるとＰのシリコンか
らシリカへの移動、シリカから気相への移動がある。こ
のため、酸化雰囲気でシリコンを減圧した場合、シリコ
ンの歩留りが低下し、Ｐの除去速度が低下する。
シリコン浴面にシリカの皮膜ができる。このような状態
で減圧すると、シリコン浴面で、Si＋SiO2→２SiO の反
応が進み、シリコンがSiO ガスの形で蒸発する。一方、
Ｐはシリコン浴面から気相への蒸発によって除去が進む
が、シリコン浴面にシリカ皮膜があるとＰのシリコンか
らシリカへの移動、シリカから気相への移動がある。こ
のため、酸化雰囲気でシリコンを減圧した場合、シリコ
ンの歩留りが低下し、Ｐの除去速度が低下する。
【００１１】従って、以上のことから、Ｐを除去する場
合、非酸化性雰囲気に保つ必要がある。更に、このよう
な条件で減圧した場合の真空度とＰの低減量との関係を
図１に示す。該図は黒鉛ルツボ、Ar雰囲気でＰが30ppmw
含まれるシリコンを 100ｇ、所定の圧力、1500℃で溶解
し、１時間保持した後のＰの低減量を示したものであ
る。図より10Paを超える圧力ではＰはほとんど除去でき
ないが、10Pa以下に減圧するとＰが除去できることがわ
かる。同様の傾向がAs、Ca等の蒸気圧の高い元素やＯ、
Ｎ等のガス成分についてみられた。
合、非酸化性雰囲気に保つ必要がある。更に、このよう
な条件で減圧した場合の真空度とＰの低減量との関係を
図１に示す。該図は黒鉛ルツボ、Ar雰囲気でＰが30ppmw
含まれるシリコンを 100ｇ、所定の圧力、1500℃で溶解
し、１時間保持した後のＰの低減量を示したものであ
る。図より10Paを超える圧力ではＰはほとんど除去でき
ないが、10Pa以下に減圧するとＰが除去できることがわ
かる。同様の傾向がAs、Ca等の蒸気圧の高い元素やＯ、
Ｎ等のガス成分についてみられた。
【００１２】以上のことから歩留りよくシリコンから
Ｐ、As、Ca、Ｏ、Ｎ等の元素を除去するには黒鉛や銅等
の非酸化性ルツボを用いて、Ar、Ｎ2 、Ｈ2 等の非酸化
性ガス雰囲気で10Pa以下に減圧することがよいことが分
かる。
Ｐ、As、Ca、Ｏ、Ｎ等の元素を除去するには黒鉛や銅等
の非酸化性ルツボを用いて、Ar、Ｎ2 、Ｈ2 等の非酸化
性ガス雰囲気で10Pa以下に減圧することがよいことが分
かる。
【００１３】
【実施例】表２に示す組成の原料金属シリコンを夫々 1
00ｇ表１に示すルツボにとり真空溶解炉（50kw）にて表
１に示す雰囲気で溶解した後、1500℃で表１に示す所定
圧力で１時間保持した。その時の金属シリコン組成も併
せて表２に示す。
00ｇ表１に示すルツボにとり真空溶解炉（50kw）にて表
１に示す雰囲気で溶解した後、1500℃で表１に示す所定
圧力で１時間保持した。その時の金属シリコン組成も併
せて表２に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】本発明によれば、Ｐ、As、Ca、Ｏ、Ｎなど
を１ppmw以下まで除去することが可能であることを示し
ている。またシリコンの精製後の歩留りも高いことが分
かる。
を１ppmw以下まで除去することが可能であることを示し
ている。またシリコンの精製後の歩留りも高いことが分
かる。
【００１７】
【発明の効果】本発明は安価な冶金用シリコンを出発原
料としてＰ、As、Ca、Ｏ、Ｎ等の含有量の低い高純度シ
リコンを短時間で安価に量産することができ、従来の高
価な半導体用シリコンを用いていた太陽電池の低コスト
化が可能となる。これによって太陽電池の利用を大きく
進展させることができ、社会的にも多大の貢献をもたら
す。
料としてＰ、As、Ca、Ｏ、Ｎ等の含有量の低い高純度シ
リコンを短時間で安価に量産することができ、従来の高
価な半導体用シリコンを用いていた太陽電池の低コスト
化が可能となる。これによって太陽電池の利用を大きく
進展させることができ、社会的にも多大の貢献をもたら
す。
【図１】真空度とＰの除去量との関係を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−292613（ＪＰ，Ａ) 特公 昭39−12249（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C01B 33/037 C30B 29/06
Claims (1)
- 【請求項１】 金属シリコンを精製するに際して、シリ
コンをシリコンに対して非酸化性のルツボに装入し、非
酸化性雰囲気下で溶融し、溶融している状態下で10Pa以
下の減圧雰囲気に保つことを特徴とする金属シリコンの
精製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5017292A JP2905353B2 (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | 金属シリコンの精製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5017292A JP2905353B2 (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | 金属シリコンの精製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06227808A JPH06227808A (ja) | 1994-08-16 |
| JP2905353B2 true JP2905353B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=11939922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5017292A Expired - Fee Related JP2905353B2 (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | 金属シリコンの精製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2905353B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101948113A (zh) * | 2010-09-19 | 2011-01-19 | 江西盛丰新能源科技有限公司 | 一种物理除磷制备多晶硅的方法及设备 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69621348T2 (de) * | 1996-10-14 | 2002-09-05 | Kawasaki Steel Corp., Kobe | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von polykristallinem silizium und verfahren zur herstellung eines siliziumsubstrats für eine solarzelle |
| CA2232777C (en) * | 1997-03-24 | 2001-05-15 | Hiroyuki Baba | Method for producing silicon for use in solar cells |
| JP4995408B2 (ja) * | 2004-01-26 | 2012-08-08 | 新日鉄マテリアルズ株式会社 | シリコンの精製方法 |
| JP2005206440A (ja) * | 2004-01-26 | 2005-08-04 | Nippon Steel Corp | 高純度シリコン製造方法 |
| JP4115432B2 (ja) | 2004-07-14 | 2008-07-09 | シャープ株式会社 | 金属の精製方法 |
| JP4632769B2 (ja) | 2004-12-09 | 2011-02-16 | シャープ株式会社 | シリコンの精製方法 |
| KR20100033956A (ko) | 2007-06-26 | 2010-03-31 | 파나소닉 주식회사 | 금속 실리콘의 정제 방법과 실리콘 덩어리의 제조 방법 |
| JP5275110B2 (ja) * | 2009-03-30 | 2013-08-28 | コスモ石油株式会社 | 多結晶シリコンインゴットの製造方法 |
-
1993
- 1993-02-04 JP JP5017292A patent/JP2905353B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101948113A (zh) * | 2010-09-19 | 2011-01-19 | 江西盛丰新能源科技有限公司 | 一种物理除磷制备多晶硅的方法及设备 |
| CN101948113B (zh) * | 2010-09-19 | 2014-01-01 | 江西盛丰新能源科技有限公司 | 一种物理除磷制备多晶硅的方法及设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06227808A (ja) | 1994-08-16 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
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