JP6017688B2 - シリコンを精製するための方向性凝固において有用なフラックス組成物 - Google Patents
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Description
関連出願
本願は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる、2012年6月25日に出願された米国特許仮出願第61/663,887号に係る優先権の恩典を主張する。
本願は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる、2012年6月25日に出願された米国特許仮出願第61/663,887号に係る優先権の恩典を主張する。
背景
太陽電池は、太陽光を電気エネルギーに変換する能力を用いることによってエネルギー源として現在利用されている。このような光起電力セルにおいて、シリコンがほぼ独占的に半導体材料として用いられる。現在、太陽電池の使用の大きな制約はシリコンをソーラーグレード(SG)まで精製するコストと関係がある。現在のエネルギー需要および供給制限を考慮すると、金属グレード(MG)シリコン(またはソーラーグレードより多量の不純物を有する他の任意のシリコン)をソーラーグレードシリコンに精製するより費用効率の高い手法が著しく必要とされている。
太陽電池は、太陽光を電気エネルギーに変換する能力を用いることによってエネルギー源として現在利用されている。このような光起電力セルにおいて、シリコンがほぼ独占的に半導体材料として用いられる。現在、太陽電池の使用の大きな制約はシリコンをソーラーグレード(SG)まで精製するコストと関係がある。現在のエネルギー需要および供給制限を考慮すると、金属グレード(MG)シリコン(またはソーラーグレードより多量の不純物を有する他の任意のシリコン)をソーラーグレードシリコンに精製するより費用効率の高い手法が著しく必要とされている。
概要
本発明は、(a)二酸化ケイ素(SiO2);(b)炭酸ナトリウム(Na2CO3);(c)任意で、酸化カルシウム(CaO);ならびに(d)フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つを含む組成物を提供する。
本発明は、(a)二酸化ケイ素(SiO2);(b)炭酸ナトリウム(Na2CO3);(c)任意で、酸化カルシウム(CaO);ならびに(d)フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つを含む組成物を提供する。
本発明はまた、(a)約50重量％,±50％で存在する二酸化ケイ素(SiO2);(b)約47重量％,±20％で存在する炭酸ナトリウム(Na2CO3);(c)任意で、約6重量％まで存在する酸化カルシウム(CaO);ならびに(d)存在する時には、それぞれが独立して約5.00重量％まで存在する、フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つを含む組成物を提供する。
本発明はまた、(a)約42.70重量％,±10％で存在する二酸化ケイ素(SiO2);(b)約50.60重量％,±10％で存在する炭酸ナトリウム(Na2CO3);(c)約1.70重量％,±10％で存在する酸化カルシウム(CaO);(d)存在する時には、それぞれが独立して約5.00重量％,±20％で存在する、フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つを含む組成物を提供する。
本発明はまた、(a)組成物の約35重量％〜約80重量％で存在する二酸化ケイ素(SiO2);(b)組成物の約40重量％〜約55重量％で存在する炭酸ナトリウム(Na2CO3);(c)任意で、組成物の約6重量％まで存在する酸化カルシウム(CaO);ならびに(d)存在する時には、それぞれが独立して組成物の約0.50重量％〜約6.00重量％で存在する、フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つを含む組成物を提供する。
本発明はまた、(a)組成物の約35重量％〜約50重量％で存在する二酸化ケイ素(SiO2);(b)組成物の約45重量％〜約55重量％で存在する炭酸ナトリウム(Na2CO3);(c)組成物の約1.50重量％〜約1.90重量％で存在する酸化カルシウム(CaO);ならびに(d)存在する時には、それぞれが独立して組成物の約4.00重量％〜約6.00重量％で存在する、フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つを含む組成物を提供する。
本発明はまた、(a)シリコンおよびフラックスから溶融液を形成する工程であって、フラックスが本明細書に記載の組成物を含む工程;(b)溶融液中のフラックスおよび不純物からスラグを形成する工程;ならびに(c)任意で、溶融液からスラグの少なくとも一部を除去して、精製された溶融液を提供する工程を含む方法を提供する。
本発明はまた、(a)シリコンおよびフラックスから溶融液を形成する工程であって、フラックスが本明細書に記載の組成物を含む工程;(b)溶融液中のフラックスおよび不純物からスラグを形成する工程;(c)任意で、溶融液からスラグの少なくとも一部を除去する工程;(d)溶融液を方向性凝固して固体シリコンを形成する工程;ならびに(e)固体シリコンの一部を除去して精製固体シリコンを提供する工程を含む方法を提供する。特定の態様において、溶融スラグは、溶融シリコンへのインナーライナー耐火物からの不純物の汚染を阻止するように炉インナーライナー表面に保護層を形成する。
詳細な説明
以下の詳細な説明は、詳細な説明の一部である添付の図面についての記載を含む。図面は、例示として、本発明が実施され得る特定の態様を示す。これらの態様は本明細書において「例」とも呼ばれ、当業者が本発明を実施できる程度に詳細に説明される。これらの態様は組み合わされてもよく、他の態様が用いられてもよく、本発明の範囲から逸脱することなく構造的または論理的な変更が加えられてもよい。従って、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されてはならず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される。
以下の詳細な説明は、詳細な説明の一部である添付の図面についての記載を含む。図面は、例示として、本発明が実施され得る特定の態様を示す。これらの態様は本明細書において「例」とも呼ばれ、当業者が本発明を実施できる程度に詳細に説明される。これらの態様は組み合わされてもよく、他の態様が用いられてもよく、本発明の範囲から逸脱することなく構造的または論理的な変更が加えられてもよい。従って、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されてはならず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される。
本文書において、「1つの(a)」または「1つの(an)」という用語は1つまたは複数を含むために用いられ、「または」という用語は特に定めのない限り非排他的な「または」を指すために用いられる。さらに、本明細書において用いられ、特に定義がなされていない言葉遣いまたは専門用語は説明にすぎず、限定を目的としないことを理解しなければならない。さらに、本文書において言及された全ての刊行物、特許、および特許文書は一つ一つが参照により組み入れられるように、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。万一、本文書と、このように参照により組み入れられる文書との間で用法が一致しない場合には、組み入れられる参考文献の中の用法は本文書の用法を補うものであるとみなすべきである。相いれない不一致の場合、本文書の中の用法が優先される。
本明細書に記載の製造方法において、時間または操作の順序が明示的に説明されている場合を除いて、本発明の原理から逸脱することなく任意の順番で工程を行うことができる。最初に、ある工程が実施され、その後に他のいくつかの工程が実施される効果についての請求項における説明は、最初の工程が他の工程のいずれよりも前に実施されるが、他の工程の中で順序がさらに説明されない限り他の工程が任意の適切な順序で実施できることを意味すると解釈されるものとする。例えば、「工程A、工程B、工程C、工程D、および工程E」と説明する請求項の構成要素(claim element)は、最初に工程Aが行われ、最後に工程Eが行われ、工程Aと工程Eとの間で任意の順序で工程B、C、およびDを行うことができ、この順序は依然として、特許請求されたプロセスの文言の範囲内にあることを意味すると解釈されるものとする。所定の工程または工程の部分集合は繰り返されてもよい。
さらに、明示的な請求項の文言が、指定された工程が別々に行われると説明しない限り、指定された工程は同時に行われてもよい。例えば、Xを行う特許請求された工程およびYを行う特許請求された工程は1つの操作の中で同時に行われてもよく、結果として生じるプロセスは特許請求されたプロセスの文言の範囲内にある。
定義
本明細書において使用される場合、シリカとも知られる「二酸化ケイ素」は、化学式SiO2を有するシリコンの酸化物である。
本明細書において使用される場合、シリカとも知られる「二酸化ケイ素」は、化学式SiO2を有するシリコンの酸化物である。
本明細書において使用される場合、「炭酸ナトリウム」は洗濯ソーダまたはソーダ灰とも知られ、化学式Na2CO3を有する炭酸のナトリウム塩である。炭酸ナトリウムは、溶融液中で熱によって分解するために本明細書中の組成物(例えば、フラックス)および方法において用いられる。分解の際に炭酸ナトリウムは二酸化炭素を発生する。従って、化学の当業者は、様々な態様において、「炭酸ナトリウム」についての言及が溶融液中で熱によって分解して酸化ナトリウム(Na2O)を提供することができる、および/または二酸化炭素を発生することができる化合物(例えば、炭酸塩または重炭酸塩)を含んでもよいことを理解および認識することが認められる。このような化合物には、例えば、重炭酸ナトリウム(NaHCO3)が含まれる。
本明細書において使用される場合、「酸化カルシウム」は一般的に生石灰(quicklime)または生石灰(burnt lime)と知られ、化学式CaOを有する無機化合物である。酸化カルシウムは、溶融液中のオキシドアニオン(O-)を形成するために本明細書中の組成物(例えば、フラックス)および方法において用いられる。従って、化学の当業者は、様々な態様において、「酸化カルシウム」についての言及が溶融液中でオキシドアニオン(O-)を形成することができる化合物(例えば、金属酸化物)を含んでもよいことを理解および認識することが認められる。このような化合物には、例えば、酸化マグネシウム(MgO)が含まれる。
本明細書において使用される場合、「フッ化カルシウム」は、式CaF2を有する無機化合物である。フッ化カルシウムは、溶融液中のカルシウムカチオン(Ca+)および/またはフッ素アニオン(F-)の供給源を提供するために本明細書中の組成物(例えば、フラックス)および方法において用いられる。従って、化学の当業者は、様々な態様において、「フッ化カルシウム」についての言及が溶融液中でアルカリカチオン(Ca+)および/またはハロゲンアニオン(F-)を形成することができる化合物(例えば、ハロゲン化カルシウム)を含んでもよいことを理解および認識することが認められる。このような化合物には、例えば、塩化カルシウム(CaCl2)(例えば、カルシウムカチオン(Ca+)および塩素アニオン(Cl-)が含まれる。
本明細書において使用される場合、「精製する」とは、1種類または複数種の外来物質または汚染物質からの関心対象の物質の物理的分離を意味する。対照的に、「不純物(impurities)」または「不純物(impurity)」とは、シリコン以外の望ましくない1種類または複数種の外来物質または汚染物質を意味する。
本明細書において使用される場合、「フラックス」とは、化学洗浄剤、流動剤(flowing agent)、または精製剤を意味する。シリコン溶解物中で溶融液を形成するプロセスにおいて、無機化合物(例えば、二酸化ケイ素、炭酸ナトリウム、酸化カルシウム、およびフッ化カルシウム)は、スラグを溶かすために溶融液に添加された時に「フラックス」とみなされ得る。スラグは不純物の混合物である。従って、フラックスは、溶融液から不純物を除去するために、および/または望ましい微量元素を添加するために用いられる。
本明細書において使用される場合、「スラグ」とは、溶融液中で形成された不純物の混合物を意味する。スラグは典型的にフラックスを溶融液に添加することによって形成される。従って、スラグは、溶融液中の不純物(初めは供給源シリコンからの不純物)およびフラックスから形成された反応産物を含んでもよい。スラグは典型的に溶融液の表面に形成し、その後に表面において除去されてもよい。
本明細書において使用される場合、「溶融した」または「溶融液」とは、溶融されて一緒になった1種類または複数種の物質を意味する。
本明細書において使用される場合、「溶融する」とは、液体になる点(融点と呼ばれる)まで、またはそれより高く1種類または複数種の固形物質を加熱するプロセスを意味する。従って、「溶融する」とは、物質が十分な熱に曝露された時に固体から液体に変わることを意味する。
本明細書において使用される場合、「反応産物」とは、2種類以上の物質の化学反応によって形成される化合物を意味する。例えば、溶融液中の不純物(初期シリコン供給源からの不純物)はフラックス中の1種類または複数種の物質と反応して1種類または複数種の反応産物を形成することができる。
本明細書において使用される場合、「固化する」とは、固体になる点(凝固点と呼ばれる)より低く1種類または複数種の液体物質(例えば、溶融液)を冷却するプロセスを意味する。従って、「固化する」とは、物質を冷却すると液体から固体に変わることを意味する。
本明細書において使用される場合、「除去する」とは、物質を別の物質から分離する(例えば、固体もしくは液体を混合物から除去する)、または物質の部分を別の部分から分離する(例えば、固体の部分を固体の別の部分から除去する)プロセスを意味する。このプロセスは、当業者に公知の任意の技法、例えば、混合物をデカントする、混合物から1つもしくは複数の液体をすくい取る、混合物を遠心分離する、混合物から固体を濾過する、固体を切断してその一部を除去する、またはその組み合わせを使用することができる。
本明細書において使用される場合、「アルミニウム」とは、記号Alおよび原子番号13を有する化学元素を意味する。この用語は、金属アルミニウムもしくは元素アルミニウム(Al0)またはその合金を含む。
本明細書において使用される場合、「ホウ素」とは、記号Bおよび原子番号5を有する化学元素を意味する。この用語は、ホウ素を含む化合物(すなわち、B3+、B2+、またはB+を含むホウ素含有化合物)およびその組み合わせを含む。
本明細書において使用される場合、「シリコン」とは、記号Siおよび原子番号14を有する化学元素を意味する。この用語は、金属シリコンもしくは元素シリコン(Si0)またはその合金を含む。
本明細書において使用される場合、「金属グレードシリコン」または「MGシリコン」とは、比較的純粋な(例えば、少なくとも約98.0重量％)シリコンを意味する。
本明細書において使用される場合、「高純度金属グレードシリコン」または「UMGシリコン」とは、比較的純度が中間の(例えば、少なくとも約99.0重量％)シリコンを意味する。
本明細書において使用される場合、「ソーラーグレードシリコン」または「SOGシリコン」とは、比較的純度の高い(例えば、少なくとも約99.9999重量％)シリコンを意味する。
本明細書において使用される場合、「結晶の」とは、固体における原子の規則正しい幾何学的配置を含む。従って、「シリコン結晶」とは、固体状態にあるシリコン原子の規則正しい幾何学的配置を有するシリコンを意味する。
本明細書において使用される場合、「方向性凝固する」とは、固化を受ける部分に供給金属が継続的に利用可能なように、溶融金属が固化されることを意味する。
本明細書において使用される場合、「多結晶シリコン」または「ポリ-Si」とは複数のシリコン結晶からなる材料を意味する。
本明細書において使用される場合、「単結晶シリコン」とは単一かつ連続した結晶格子構造を有するシリコンを意味する。
本明細書において使用される場合、「インゴット」とは、比較的取り扱いやすく、かつ輸送がしやすい形に鋳造された材料塊を意味する。例えば、融点を超えて加熱され、バーまたはブロックの中で成型された金属はインゴットと呼ばれる。
本明細書において使用される場合、「ボウル」とは、合成により生産された単結晶インゴットを意味する。例えば、チョクラルスキー(Czochralski)すなわち「CZ」プロセスでは、大きな結晶すなわちインゴットを作り出すために種晶が用いられる。この種晶は純粋な溶融シリコンに浸され、ゆっくりと抽出される。種晶の上で溶融シリコンは結晶になって成長する。種が抽出されるにつれて、シリコンは固まり、最終的に大きな円形のボウルが生産される。
本明細書において使用される場合、「接触させる」とは、触れる、接点を作る、または物質をすぐ近くまで持っていく行為を意味する。
本明細書において使用される場合、「デカントする」または「デカンテーション」とは、沈降物または沈殿物を残して液体を流し出し、それによって沈降物または沈殿物から液体を分離することを含む。沈降物または沈殿物はスラグとして存在してもよい。
本明細書において使用される場合、「濾過する」または「濾過」とは、固体を保持し、液体を通す多孔性シート、例えば、セラミック膜または金属膜に供給流を通すことによって液体から固体を分離するための機械的方法を意味する。これは重力、圧力、または真空(吸引)によって達成されてもよい。濾過によって液体から沈降物および/または沈殿物が効果的に分離される。固体はスラグとして存在してもよい。
図1を見ると、一部の態様によるシリコンを精製するための方法のブロックフロー図101の一例が示されている。シリコン103およびフラックス105を加熱107することによって、スラグ109を含む溶融液が形成される。精製された溶融液113を提供するために、溶融液からスラグが除去される111。固体シリコン117を提供するために、精製された溶融液113は冷却(方向性凝固)115される。精製固体シリコン121を提供するために、固体シリコンの一部117は除去される119。
図2を見ると、一部の態様によるシリコンを精製するための方法のブロックフロー図201の一例が示されている。シリコン203を加熱207することによって溶融液208が形成される。溶融液208にフラックス205が添加され、溶融液209の中にスラグが形成する。精製された溶融液213を提供するために、溶融液からスラグは除去される211。固体シリコン217を提供するために、精製された溶融液213は冷却215される。精製固体シリコン221を提供するために、固体シリコンの一部217が除去される219。
処理用のシリコン103または203は複数の供給源から得られてもよい。シリコン103または203は、例えば、太陽電池パネル、半導体ウェーハの製造、またはインゴットの成型からのスクラップシリコンまたは廃棄シリコンでもよい。多くの場合、シリコン103または203はスラリーの一部である。スラリーには、水、ポリエチレングリコール(PEG)、炭化ケイ素、鉄、アルミニウム、カルシウム、銅および他の汚染物質が含まれ得る。シリコン103または203はスラリーから取り出され(例えば、分離され)、余分な水を除去するように乾燥されてもよい。遠心、沈降、または他のプロセスによってスラリーから粉末が分離されてもよい。水をスラリーに添加すると比重が低下して、沈降または遠心分離の改善に役立つことができる。シリコン103または203は、汚染物質を除去するために、例えば、酸処理を経るなどさらなる処理を経てもよい。例えば、シリコン粉末の表面から鉄などの金属を溶解除去するために塩酸が用いられてもよい。粉末の表面から二酸化ケイ素を溶解除去するために、または粉末の表面を溶解するために、フッ化水素酸、塩酸、硝酸、またはその組み合わせが用いられてもよい。または、粉末の表面を溶解するために水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、またはその組み合わせが用いられてもよい。粉末はまた、鉄および他の磁性元素を除去する磁気分離プロセスによって処理されてもよい。
具体的には、シリコン103または203は金属グレード(MG)シリコンを含んでもよい。または、シリコン103または203は金属グレード(MG)シリコンより低いグレードまたは質のものでもよい。純度の低いシリコン(例えば、金属グレード(MG)シリコンより低いグレードまたは質のシリコン)を使用するとコストを削減することができ、他の場合では実行不可能であり現実的でないシリコンの使用が可能になる。
溶融液およびスラグ109または209は、(i)溶融液を形成するのに十分なシリコンを加熱し、その後にフラックスを添加することによって形成されてもよく(図2)、(ii)シリコンおよびフラックスの組み合わせを加熱することによって溶融液を形成することによって形成されてもよい(図1)。どちらにしても、スラグ109または209を含む溶融液を形成することができる。従って、シリコン103およびフラックス105は存在することができ、一緒に加熱107して溶融液およびスラグ109を形成することができる(図1)。または(図2)、シリコン203から溶融液209を形成することができ、その後にフラックス205を溶融液208に添加し、それによって溶融液およびスラグ209を形成することができる。
溶融液208は、例えば、回転デガッサー、溶融金属ポンプ、回転炉を用いてボルテックスに送り込むことによって、または誘導電流によってシリコン203から形成されてもよい。同様に、溶融液およびスラグ109または209はシリコン103または203およびフラックス105または205から形成されてもよい。シリコン103または203(任意で、フラックス105または205)は実質的に乾燥され、ボルテックスに一定して送り込まれ、従って、酸素との接触が制限されてもよい。シリコン103または203(任意で、フラックス105または205)は、例えば、高剪断にミキサー設定を合わせることによって粒子1つ1つに剪断されてもよい。溶融は溶融浴中、浸漬下で行われてもよい。例えば、浴は液相線温度より低く、固相線温度より高くてもよく、その結果、粉末に剪断を加えることが容易になり、浴の粘度が高いために粉末を浴中に浸漬し続けることが容易になる。炉耐火物は、例えば、材料中にリンまたはホウ素がほとんどもしくは全くないことで汚染物質を少なくし得る。融解石英が、許容される耐火物の一例であり得る。同様に、回転デガッサーまたは溶融金属ポンプが利用されるのであれば、汚染物質を最小限にするようにリンまたはホウ素をほとんど用いることなく製造され得る。
シリコン103または203(任意で、フラックス105または205)は溶融物の乱流を利用することによって浸漬され続けてもよい。溶融は、固相線温度より高い温度が維持される混合条件下で行われてもよい。
加熱107または207は、溶融液208、または溶融液およびスラグ109もしくは209を効果的に形成する温度に達するように適切なやり方で行うことができる。例えば、溶融液およびスラグ109もしくは209(または溶融液208)は固相線温度より高い温度で形成されてもよい。具体的には、溶融液およびスラグ109もしくは209(または溶融液208)は少なくとも約1450℃の温度で形成されてもよい。
スラグが形成され、溶融液から効果的に除去することができるのであれば、任意の適切な量または比のシリコン103(または203)およびフラックス105(または205)を使用することができる。例えば、シリコン103(または203)およびフラックス105(または205)は約15:1〜約10:1のシリコン:フラックスの重量比で用いられてもよい。
フラックス105または205は、典型的に、シリコン103または203から不純物(例えば、ホウ素含有不純物および/またはアルミニウム)を除去するために用いられる。従って、シリコン103または203からホウ素の少なくとも一部が除去されるように、シリコン103または203はホウ素から精製することができる。例えば、ホウ素が少なくとも約30重量％低減した精製固体シリコン121または221を提供するために、シリコン103または203はホウ素から精製することができる。さらに、約0.30ppmw未満のホウ素を含む精製固体シリコン121または221を提供するために、シリコン103または203はホウ素から精製することができる。
シリコン103または203からアルミニウムの少なくとも一部が除去されるように、シリコン103または203はアルミニウムから精製することができる。例えば、アルミニウムが少なくとも約99.5重量％低減した精製固体シリコン121または221を提供するように、シリコン103または203はアルミニウムから精製することができる。さらに、約10ppmw未満のアルミニウムを含む精製固体シリコン121または221を提供するように、シリコン103または203はアルミニウムから精製することができる。
溶融液(スラグおよび溶融液109または209)の中でスラグを形成させる。この場合、スラグは除去することができる111または211。特定の態様において、スラグは溶融液の表面の上部に移動する。このような態様において、スラグは、例えば、溶融液からスラグをすくい取ることによって除去されてもよい。
溶融液の中でスラグを形成させる。冶金化学の当業者は、溶融液の中にスラグを形成するプロセスにおいて物質が作り出されるわけではないと理解することが認められる。その代わりに、(シリコン103または203からの)溶融液に存在する不純物の少なくとも一部は溶融液の中でフラックス105または205と錯体をつくるか、または反応する。これらの不純物は、溶融液から除去することができるスラグに変えられる。
固体シリコン117または217を形成するために、精製された溶融液113または213は冷却115または215されてもよい。固体シリコン117または217が得られるのであれば、冷却115または215は任意の適切なやり方で行うことができる。例えば、冷却115または215は、精製された溶融液を方向性凝固する工程を含んでもよい。方向性凝固は、精製された溶融液を冷却115または215することによって行われてもよい。例えば、方向性凝固は、精製された溶融液の底部分を冷却115または215することによって行われてもよい。さらに、方向性凝固は、精製された溶融液の上部部分を加熱し続けながら、精製された溶融液の底部分を冷却115または215することによって行われてもよい。
冷却115または215の際に固体シリコン117または217が提供される。精製固体シリコン121または221を提供するために、固体シリコン117または217の一部が除去されてもよい119または219。
不純物が、精製された溶融液113または213を含む容器の上部に移動する特定の態様において、固体シリコン117または217の上部(すなわち、かなりの量の不純物を含む固体シリコン117または217の部分)が除去されてもよい。この固体シリコン117または217の一部は任意の適切な手段によって除去することができる。例えば、この固体シリコン117または217の一部は、例えば、固体シリコン117または217を切断することによって機械的に除去されてもよい。
特定の態様において、シリコンを精製するための方法101または201は1回行われてもよい。別の特定の態様において、シリコンを精製するための方法101または201は2回以上(例えば、2回、3回、または4回)行われてもよい。
以下で示される特定の範囲、値、および態様は例示目的にすぎず、特許請求の範囲において定義されるような開示された保護対象(subject matter)の範囲を限定しない。下記の特定の範囲、値、および態様は、開示されたそれぞれの範囲、値、および態様の全ての組み合わせおよび下位の組み合わせを、このように明記されているか明記されていないかに関係なく含む。
特定の範囲、値、および態様
特定の態様において、組成物には塩化カルシウムは存在しない。さらなる特定の態様では、塩化カルシウムは組成物中に存在する。さらなる特定の態様において、塩化カルシウムは組成物の約6.00重量％まで存在する。さらなる特定の態様において、塩化カルシウムは組成物の約4.00重量％〜約6.00重量％で存在する。さらなる特定の態様において、塩化カルシウムは組成物の約5.00重量％,±20％で存在する。さらなる特定の態様において、塩化カルシウムは組成物の約5.00重量％,±10％で存在する。
特定の態様において、組成物には塩化カルシウムは存在しない。さらなる特定の態様では、塩化カルシウムは組成物中に存在する。さらなる特定の態様において、塩化カルシウムは組成物の約6.00重量％まで存在する。さらなる特定の態様において、塩化カルシウムは組成物の約4.00重量％〜約6.00重量％で存在する。さらなる特定の態様において、塩化カルシウムは組成物の約5.00重量％,±20％で存在する。さらなる特定の態様において、塩化カルシウムは組成物の約5.00重量％,±10％で存在する。
特定の態様において、二酸化ケイ素は組成物の約35重量％〜約80重量％で存在する。さらなる特定の態様において、二酸化ケイ素は組成物の約35重量％〜約50重量％で存在する。さらなる特定の態様において、二酸化ケイ素は組成物の約42.70重量％,±10％で存在する。さらなる特定の態様において、二酸化ケイ素は組成物の約42.70重量％,±5％で存在する。
特定の態様において、炭酸ナトリウムは組成物の約45重量％〜約55重量％で存在する。さらなる特定の態様において、炭酸ナトリウムは組成物の約50.60重量％,±10％で存在する。さらなる特定の態様において、炭酸ナトリウムは組成物の約50.60重量％,±5％で存在する。
特定の態様において、酸化カルシウムは存在しない。別の特定の態様において、酸化カルシウムは存在する。さらなる特定の態様において、酸化カルシウムは組成物の約1.50重量％〜約1.90重量％で存在する。さらなる特定の態様において、酸化カルシウムは組成物の約1.50重量％〜約1.90重量％で存在する。さらなる特定の態様において、酸化カルシウムは組成物の約1.70重量％,±10％で存在する。さらなる特定の態様において、酸化カルシウムは組成物の約1.70重量％,±5％で存在する。
特定の態様において、組成物にはフッ化カルシウムが存在しない。さらなる特定の態様において、フッ化カルシウムは組成物の約4.00重量％〜約6.00重量％で存在する。さらなる特定の態様において、フッ化カルシウムは組成物の約6.00重量％まで存在する。さらなる特定の態様において、フッ化カルシウムは組成物の約5.00重量％,±20％で存在する。さらなる特定の態様において、フッ化カルシウムは組成物の約5.00重量％,±10％で存在する。
特定の態様において、本方法はシリコンを精製するための方法である。さらなる特定の態様において、本方法は、アルミニウムからシリコンを少なくとも部分的に精製する。さらなる特定の態様において、本方法はアルミニウムからシリコンを精製する。さらなる特定の態様において、本方法は、アルミニウムが少なくとも約98重量％低減したシリコンを提供する。さらなる特定の態様において、本方法は、アルミニウムが少なくとも約99.5重量％低減したシリコンを提供する。さらなる特定の態様において、本方法は、アルミニウムが少なくとも約99.8重量％低減したシリコンを提供する。さらなる特定の態様において、本方法は、約20ppmw未満のアルミニウムを含む精製シリコンを提供する。さらなる特定の態様において、本方法は、約10ppmw未満のアルミニウムを含む精製シリコンを提供する。さらなる特定の態様において、本方法は、約5ppmw未満のアルミニウムを含む精製シリコンを提供する。
特定の態様において、本方法はホウ素からシリコンを精製する。さらなる特定の態様において、本方法は、ホウ素が少なくとも約20重量％低減したシリコンを提供する。さらなる特定の態様において、本方法は、ホウ素が少なくとも約30重量％低減したシリコンを提供する。さらなる特定の態様において、本方法は、ホウ素が少なくとも約40重量％低減したシリコンを提供する。さらなる特定の態様において、本方法は、約0.40ppmw未満のホウ素を含む精製シリコンを提供する。さらなる特定の態様において、本方法は、約0.30ppmw未満のホウ素を含む精製シリコンを提供する。さらなる特定の態様において、本方法は、約0.20ppmw未満のホウ素を含む精製シリコンを提供する。
特定の態様において、本方法は金属グレード(MG)シリコンを使用し、例えば、溶融液を形成するシリコンは金属グレード(MG)シリコンを含む。さらなる特定の態様において、本方法は高純度金属グレード(UMG)シリコンを使用し、例えば、溶融液を形成するシリコンは高純度金属グレード(UMG)シリコンを含む。さらなる特定の態様において、本方法はソーラーグレード(SOG)シリコンを使用し、例えば、溶融液を形成するシリコンはソーラーグレード(SOG)シリコンを含む。さらなる特定の態様において、本方法は、金属グレード(MG)シリコンより低いグレードまたは質のシリコンを使用する。
さらなる特定の態様において、本方法は、約98重量％より低い純度のグレードまたは質のシリコンを使用する。さらなる特定の態様において、本方法は、約95重量％より低い純度のグレードまたは質のシリコンを使用する。さらなる特定の態様において、本方法は、約90重量％より低い純度のグレードまたは質のシリコンを使用する。さらなる特定の態様において、本方法は、約85重量％より低い純度のグレードまたは質のシリコンを使用する。さらなる特定の態様において、本方法は、約80重量％より低い純度のグレードまたは質のシリコンを使用する。さらなる特定の態様において、本方法は、約75重量％より低い純度のグレードまたは質のシリコンを使用する。さらなる特定の態様において、本方法は、約70重量％より低い純度のグレードまたは質のシリコンを使用する。さらなる特定の態様において、本方法は、約65重量％より低い純度のグレードまたは質のシリコンを使用する。さらなる特定の態様において、本方法は、約60重量％より低い純度のグレードまたは質のシリコンを使用する。
特定の態様において、溶融液を形成するシリコンは、シリコン精製プロセスから再利用されたシリコンを含む。
特定の態様において、シリコン201は金属グレード(MG)シリコンを含んでもよい。さらなる特定の態様において、シリコン201は高純度金属グレード(UMG)シリコンを含んでもよい。
特定の態様において、最初にシリコンの溶融液が形成され、その後にフラックスが溶融シリコンに添加されるように、シリコンおよびフラックスから溶融液を形成する工程が行われる。さらなる特定の態様において、最初に固体シリコンがフラックスと接触され、これらが一緒に加熱されて溶融液を形成するように、シリコンおよびフラックスから溶融液を形成する工程が行われる。
特定の態様において、シリコンおよびフラックスは約25:1〜約5:1のシリコン:フラックスの重量比で用いられてもよい。さらなる特定の態様において、シリコンおよびフラックスは約20:1〜約7:1のシリコン:フラックスの重量比で用いられてもよい。さらなる特定の態様において、シリコンおよびフラックスは約15:1〜約10:1のシリコン:フラックスの重量比で用いられてもよい。
特定の態様において、シリコンおよびフラックスは少なくとも約5:1のシリコン:フラックスの重量比で用いられてもよい。さらなる特定の態様において、シリコンおよびフラックスは少なくとも約10:1のシリコン:フラックスの重量比で用いられてもよい。さらなる特定の態様において、シリコンおよびフラックスは少なくとも約15:1のシリコン:フラックスの重量比で用いられてもよい。さらなる特定の態様において、シリコンおよびフラックスは少なくとも約20:1のシリコン:フラックスの重量比で用いられてもよい。さらなる特定の態様において、シリコンおよびフラックスは少なくとも約25:1のシリコン:フラックスの重量比で用いられてもよい。
特定の態様において、シリコンおよびフラックスは約25:1までのシリコン:フラックスの重量比で用いられてもよい。さらなる特定の態様において、シリコンおよびフラックスは約20:1までのシリコン:フラックスの重量比で用いられてもよい。さらなる特定の態様において、シリコンおよびフラックスは約15:1までのシリコン:フラックスの重量比で用いられてもよい。さらなる特定の態様において、シリコンおよびフラックスは約10:1までのシリコン:フラックスの重量比で用いられてもよい。さらなる特定の態様において、シリコンおよびフラックスは約5:1までのシリコン:フラックスの重量比で用いられてもよい。
特定の態様において、溶融液は少なくとも約1420℃の温度で形成される。さらなる特定の態様において、溶融液は少なくとも約1450℃の温度で形成される。さらなる特定の態様において、溶融液は少なくとも約1500℃の温度で形成される。さらなる特定の態様において、溶融液は少なくとも約1550℃の温度で形成される。
特定の態様において、溶融液は固相線温度より高い温度で形成される。さらなる特定の態様において、溶融液は液相線温度より高い温度で形成される。
特定の態様において、スラグはフラックスおよびシリコンからの不純物の産物を含む。さらなる特定の態様において、スラグはフラックスとシリコンからの不純物との反応産物を含む。さらなる特定の態様において、スラグはシリコンからの不純物を含む。
特定の態様において、スラグは溶融液の表面に形成する。さらなる特定の態様において、スラグは溶融液の表面に形成し、その後に溶融液から除去される。
特定の態様において、本方法は、精製された溶融液を方向性凝固して固体シリコンを形成する工程をさらに含む。さらなる特定の態様において、方向性凝固は、精製された溶融液を冷却することによって行われる。さらなる特定の態様において、方向性凝固は、精製された溶融液を、精製された溶融液の液相線温度より低い温度まで冷却することによって行われる。さらなる特定の態様において、精製された溶融液は、精製された溶融液の固相線温度より高く、かつ精製された溶融液の液相線温度より低い温度まで冷却される。
特定の態様において、精製された溶融液の上部部分は融点より高く維持されるのに対して、精製された溶融液の底部分は融点より低く冷却される。さらなる特定の態様において、精製された溶融液の上部部分は加熱されるのに対して、精製された溶融液の底部分は冷却される。
特定の態様において、方向性凝固は、精製された溶融液を方向性凝固型の底部分で冷却することによって行われる。さらなる特定の態様において、方向性凝固は、精製された溶融液を方向性凝固型の底部分で冷却し、精製された溶融液を方向性凝固型の上部部分で加熱することによって行われる。さらなる特定の態様において、方向性凝固は、精製された溶融液を方向性凝固型の底部分で約75℃/hr未満の速度で冷却することによって行われる。
特定の態様において、方向性凝固は、精製された溶融液を、精製された溶融液の固相線温度より約125℃高い温度以内まで冷却することによって行われる。さらなる特定の態様において、方向性凝固は、精製された溶融液を、精製された溶融液の融点より約125℃高い温度以内まで冷却することによって行われる。さらなる特定の態様において、方向性凝固は、精製された溶融液を少なくとも約18時間の期間にわたって冷却することによって行われる。
特定の態様において、フラックスは、シリコンを含む溶融液を形成するために用いられる容器の内面に存在する。さらなる特定の態様において、フラックスは炉耐火物の内面に存在する。さらなる特定の態様において、フラックスは、シリコンを加熱するために用いられる容器の内面に存在する。さらなる特定の態様において、フラックスは、シリコンの溶融液を形成するために用いられる容器の内面に存在する。
特定の態様において、本方法は、固体シリコンの一部を除去する工程をさらに含む。さらなる特定の態様において、固体シリコンの一部は固体シリコンを切断することによって除去される。
特定の態様において、いずれか1つまたは複数の工程が独立して複数回行われる。
特定の態様において、本方法は少なくとも約1,000kgのシリコンを提供する。
特定の態様において、本方法はソーラーパネルの製造に適した精製シリコンを提供する。
以下で示される特定の列挙態様[1]〜[61]は例示目的にすぎず、特許請求の範囲において定義されるような開示された保護対象の範囲を限定しない。これらの列挙態様は、本明細書に記載の全ての組み合わせ、下位の組み合わせ、および多項の参照された(例えば、多項従属の)組み合わせを含む。
列挙態様
[1.](a)二酸化ケイ素(SiO2);
(b)炭酸ナトリウム(Na2CO3);
(c)任意で、酸化カルシウム(CaO);ならびに
(d)フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つ
を含む、組成物。
[1.](a)二酸化ケイ素(SiO2);
(b)炭酸ナトリウム(Na2CO3);
(c)任意で、酸化カルシウム(CaO);ならびに
(d)フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つ
を含む、組成物。
[2.]二酸化ケイ素が組成物の約35重量％〜約80重量％で存在する、態様[1]記載の組成物。
[3.]二酸化ケイ素が組成物の約40重量％〜約60重量％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[4.]二酸化ケイ素が約50重量％,±50％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[5.]二酸化ケイ素が約50重量％,±20％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[6.]炭酸ナトリウムが組成物の約40重量％〜約60重量％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[7.]炭酸ナトリウムが組成物の約40重量％〜約55重量％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[8.]炭酸ナトリウムが組成物の約45重量％〜約55重量％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[9.]炭酸ナトリウムが約50.60重量％,±10％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[10.]酸化カルシウムが存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[11.]酸化カルシウムが存在しない、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[12.]酸化カルシウムが組成物の約1.50重量％〜約5.5重量％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[13.]酸化カルシウムが組成物の約1.50重量％〜約1.90重量％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[14.]酸化カルシウムが約1.70重量％,±10％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[15.]フッ化カルシウムが組成物の約0.50重量％〜約6.00重量％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[16.]フッ化カルシウムが組成物の約4.00重量％〜約6.00重量％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[17.]フッ化カルシウムが約5.00重量％,±20％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[18.]塩化カルシウムが組成物の約4.00重量％〜約6.00重量％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[19.]塩化カルシウムが約5.00重量％,±20％で存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[20.]フッ化カルシウムおよび塩化カルシウムが両方とも組成物中に存在する、前記態様のいずれか1つに記載の組成物。
[21.](a)約50重量％,±50％で存在する二酸化ケイ素(SiO2);
(b)約47重量％,±20％で存在する炭酸ナトリウム(Na2CO3);
(c)任意で、約6重量％まで存在する酸化カルシウム(CaO);ならびに
(d)存在する時には、それぞれが独立して約5.00重量％まで存在する、フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つ
を含む、組成物。
(b)約47重量％,±20％で存在する炭酸ナトリウム(Na2CO3);
(c)任意で、約6重量％まで存在する酸化カルシウム(CaO);ならびに
(d)存在する時には、それぞれが独立して約5.00重量％まで存在する、フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つ
を含む、組成物。
[22.](a)約42.70重量％,±10％で存在する二酸化ケイ素(SiO2);
(b)約50.60重量％,±10％で存在する炭酸ナトリウム(Na2CO3);
(c)約1.70重量％,±10％で存在する酸化カルシウム(CaO);
(d)存在する時には、それぞれが独立して約5.00重量％,±20％で存在する、フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つ
を含む、組成物。
(b)約50.60重量％,±10％で存在する炭酸ナトリウム(Na2CO3);
(c)約1.70重量％,±10％で存在する酸化カルシウム(CaO);
(d)存在する時には、それぞれが独立して約5.00重量％,±20％で存在する、フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つ
を含む、組成物。
[23.](a)組成物の約35重量％〜約80重量％で存在する二酸化ケイ素(SiO2);
(b)組成物の約40重量％〜約55重量％で存在する炭酸ナトリウム(Na2CO3);
(c)任意で、組成物の約6重量％まで存在する酸化カルシウム(CaO);ならびに
(d)存在する時には、それぞれが独立して組成物の約0.50重量％〜約6.00重量％で存在する、フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つ
を含む、組成物。
(b)組成物の約40重量％〜約55重量％で存在する炭酸ナトリウム(Na2CO3);
(c)任意で、組成物の約6重量％まで存在する酸化カルシウム(CaO);ならびに
(d)存在する時には、それぞれが独立して組成物の約0.50重量％〜約6.00重量％で存在する、フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つ
を含む、組成物。
[24.](a)組成物の約35重量％〜約50重量％で存在する二酸化ケイ素(SiO2);
(b)組成物の約45重量％〜約55重量％で存在する炭酸ナトリウム(Na2CO3);
(c)組成物の約1.50重量％〜約1.90重量％で存在する酸化カルシウム(CaO);
(d)存在する時には、それぞれが独立して組成物の約4.00重量％〜約6.00重量％で存在する、フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つ
を含む、組成物。
(b)組成物の約45重量％〜約55重量％で存在する炭酸ナトリウム(Na2CO3);
(c)組成物の約1.50重量％〜約1.90重量％で存在する酸化カルシウム(CaO);
(d)存在する時には、それぞれが独立して組成物の約4.00重量％〜約6.00重量％で存在する、フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つ
を含む、組成物。
[25.](a)シリコンおよびフラックスから溶融液を形成する工程であって、フラックスが態様[1]〜[24]のいずれか1つに記載の組成物を含む工程;
(b)溶融液中のフラックスおよび不純物からスラグを形成する工程;ならびに
(c)任意で、溶融液からスラグの少なくとも一部を除去して、精製された溶融液を提供する工程
を含む、方法。
(b)溶融液中のフラックスおよび不純物からスラグを形成する工程;ならびに
(c)任意で、溶融液からスラグの少なくとも一部を除去して、精製された溶融液を提供する工程
を含む、方法。
[26.]シリコンを精製するための方法である、態様[25]記載の方法。
[27.]アルミニウムからシリコンを精製する、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[28.]アルミニウムが少なくとも約99.5重量％低減したシリコンを提供する、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[29.]約10ppmw未満のアルミニウムを含むシリコンを提供する、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[30.]ホウ素からシリコンを精製する、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[31.]アルミニウムからシリコンを精製する、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[32.]ホウ素が少なくとも約30重量％低減したシリコンを提供する、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[33.]約0.30ppmw未満のホウ素を含むシリコンを提供する、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[34.]溶融液を形成するシリコンが金属グレード(MG)シリコンを含む、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[35.]溶融液を形成するシリコンがソーラーグレード(SOG)シリコンを含む、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[36.]溶融液を形成するシリコンが、シリコン精製プロセスから再利用されたシリコンを含む、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[37.]最初にシリコンの溶融液が形成され、その後にフラックスが溶融シリコンに添加されるように、シリコンおよびフラックスから溶融液を形成する工程が行われる、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[38.]最初に固体シリコンがフラックスと接触され、これらが一緒に加熱されて溶融液を形成するように、シリコンおよびフラックスから溶融液を形成する工程が行われる、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[39.]溶融液が少なくとも約1450℃の温度で形成される、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[40.]溶融液が固相線温度より高い温度で形成される、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[41.]フラックスとシリコンからの不純物との反応産物をスラグが含む、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[42.]スラグがシリコンからの不純物を含む、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[43.]スラグが溶融液の表面に形成される、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[44.]スラグが溶融液の表面に形成され、その後に溶融液から除去される、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[45.](d)精製された溶融液を方向性凝固して固体シリコンを形成する工程をさらに含む、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[46.]フラックスが炉耐火物の内面に存在し、炉耐火物からの不純物による汚染から溶融シリコンを保護するように構成されている、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[47.]精製された溶融液を冷却することによって方向性凝固が行われる、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[48.]精製された溶融液を、精製された溶融液の液相線温度より低い温度まで冷却することによって、方向性凝固が行われる、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[49.]精製された溶融液が、精製された溶融液の固相線温度より高く、精製された溶融液の液相線温度より低い温度まで冷却される、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[50.]精製された溶融液の上部部分は融点より高く維持されるのに対して、精製された溶融液の底部分は凝固点より低く冷却される、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[51.]精製された溶融液を、精製された溶融液の固相線温度より約125℃高い温度以内まで冷却することによって、方向性凝固が行われる、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[52.]精製された溶融液を、精製された溶融液の融点より約125℃高い温度以内まで冷却することによって、方向性凝固が行われる、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[53.]精製された溶融液を方向性凝固型の底部分で冷却することによって方向性凝固が行われる、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[54.]精製された溶融液を方向性凝固型の底部分で約75℃/hr未満の速度で冷却することによって方向性凝固が行われる、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[55.]精製された溶融液を少なくとも約18時間の期間にわたって冷却することによって方向性凝固が行われる、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[56.](e)固体シリコンの一部を除去して精製固体シリコンを提供する工程をさらに含む、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[57.]固体シリコンを切断することによって固体シリコンの一部が除去される、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[58.]いずれか1つまたは複数の工程が独立して複数回行われる、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[59.]少なくとも約1,000kgのシリコンを提供する、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[60.]精製固体シリコンがソーラーパネルの製造において用いられる、前記態様のいずれか1つに記載の方法。
[61.](a)シリコンおよびフラックスから溶融液を形成する工程であって、フラックスが態様[1]〜[24]のいずれか1つに記載の組成物を含む、工程;
(b)溶融液中のフラックスおよび不純物からスラグを形成する工程;
(c)任意で、溶融液からスラグの少なくとも一部を除去する工程;
(d)溶融液を方向性凝固して固体シリコンを形成する工程;ならびに
(e)固体シリコンの一部を除去して精製固体シリコンを提供する工程
を含む、方法。
(b)溶融液中のフラックスおよび不純物からスラグを形成する工程;
(c)任意で、溶融液からスラグの少なくとも一部を除去する工程;
(d)溶融液を方向性凝固して固体シリコンを形成する工程;ならびに
(e)固体シリコンの一部を除去して精製固体シリコンを提供する工程
を含む、方法。
Claims (42)
- (a)組成物の35重量％〜50重量％で存在する、二酸化ケイ素(SiO2);
(b)組成物の45重量％〜55重量％で存在する、炭酸ナトリウム(Na2CO3);
(c)組成物の1.50重量％〜1.90重量％で存在する、酸化カルシウム(CaO);ならびに
(d)存在する時には、それぞれが独立して組成物の4.00重量％〜6.00重量％で存在する、フッ化カルシウム(CaF2)および塩化カルシウム(CaCl2)の少なくとも1つ
を含む、シリコンを精製するために用いるフラックス組成物。 - 二酸化ケイ素が組成物の42.70重量％±4.27重量％で存在する、請求項1記載のフラックス組成物。
- 炭酸ナトリウムが組成物の50.60重量％±2.53重量％で存在する、請求項1または2記載のフラックス組成物。
- 酸化カルシウムが組成物の1.70重量％±0.17重量％で存在する、請求項１〜３のいずれか一項記載のフラックス組成物。
- フッ化カルシウムが組成物に存在する、請求項１〜４のいずれか一項記載のフラックス組成物。
- 塩化カルシウムが組成物に存在する、請求項１〜５のいずれか一項記載のフラックス組成物。
- フッ化カルシウムおよび塩化カルシウムが両方とも組成物中に存在する、請求項１〜６のいずれか一項記載のフラックス組成物。
- (a)シリコンおよびフラックスから溶融液を形成する工程であって、フラックスが請求項1〜7のいずれか一項記載の組成物を含む、工程;
(b)溶融液中のフラックスおよび不純物からスラグを形成する工程;ならびに
(c)任意で、溶融液からスラグの少なくとも一部を除去して、精製された溶融液を提供する工程
を含む、方法。 - シリコンを精製するための方法である、請求項8記載の方法。
- アルミニウムからシリコンを精製する、請求項8または9に記載の方法。
- アルミニウムが少なくとも99.5重量％低減したシリコンを提供する、請求項9または10に記載の方法。
- 10ppmw未満のアルミニウムを含むシリコンを提供する、請求項9〜11のいずれか一項記載の方法。
- ホウ素からシリコンを精製する、請求項9〜12のいずれか一項記載の方法。
- アルミニウムおよびホウ素からシリコンを精製する、請求項9〜13のいずれか一項記載の方法。
- 溶融液を形成するシリコンが金属グレード(MG)シリコンを含む、請求項9〜14のいずれか一項記載の方法。
- 溶融液を形成するシリコンがソーラーグレード(SOG)シリコンを含む、請求項9〜15のいずれか一項記載の方法。
- 溶融液を形成するシリコンが、シリコン精製プロセスから再利用されたシリコンを含む、請求項9〜16のいずれか一項記載の方法。
- 最初にシリコンの溶融液が形成され、その後にフラックスが溶融シリコンに添加されるように、シリコンおよびフラックスから溶融液を形成する工程が行われる、請求項9〜17のいずれか一項記載の方法。
- 最初に固体シリコンがフラックスと接触され、これらが一緒に加熱されて溶融液を形成するように、シリコンおよびフラックスから溶融液を形成する工程が行われる、請求項9〜18のいずれか一項記載の方法。
- 溶融液が少なくとも1450℃の温度で形成される、請求項9〜19のいずれか一項記載の方法。
- 溶融液が固相線温度より高い温度で形成される、請求項9〜20のいずれか一項記載の方法。
- フラックスとシリコンからの不純物との反応産物をスラグが含む、請求項9〜21のいずれか一項記載の方法。
- スラグがシリコンからの不純物を含む、請求項9〜22のいずれか一項記載の方法。
- スラグが溶融液の表面に形成される、請求項9〜23のいずれか一項記載の方法。
- スラグが溶融液の表面に形成され、その後に溶融液から除去される、請求項9〜24のいずれか一項記載の方法。
- (d)精製された溶融液を方向性凝固して固体シリコンを形成する工程をさらに含む、請求項9〜25のいずれか一項記載の方法。
- フラックスが炉耐火物の内面に存在し、炉耐火物からの不純物による汚染から溶融シリコンを保護するように構成されている、請求項9〜26のいずれか一項記載の方法。
- 精製された溶融液を冷却することによって方向性凝固が行われる、請求項9〜27のいずれか一項記載の方法。
- 精製された溶融液を、精製された溶融液の液相線温度より低い温度まで冷却することによって、方向性凝固が行われる、請求項9〜28のいずれか一項記載の方法。
- 精製された溶融液が、精製された溶融液の固相線温度より高く、精製された溶融液の液相線温度より低い温度まで冷却される、請求項9〜29のいずれか一項記載の方法。
- 精製された溶融液の上部部分は融点より高く維持されるのに対して、精製された溶融液の底部分は凝固点より低く冷却される、請求項9〜30のいずれか一項記載の方法。
- 精製された溶融液を、精製された溶融液の固相線温度より125℃高い温度以内まで冷却することによって、方向性凝固が行われる、請求項9〜31のいずれか一項記載の方法。
- 精製された溶融液を、精製された溶融液の融点より125℃高い温度以内まで冷却することによって、方向性凝固が行われる、請求項9〜32のいずれか一項記載の方法。
- 精製された溶融液を方向性凝固型の底部分で冷却することによって方向性凝固が行われる、請求項9〜33のいずれか一項記載の方法。
- 精製された溶融液を方向性凝固型の底部分で75℃/hr未満の速度で冷却することによって方向性凝固が行われる、請求項9〜34のいずれか一項記載の方法。
- 精製された溶融液を少なくとも18時間の期間にわたって冷却することによって方向性凝固が行われる、請求項9〜35のいずれか一項記載の方法。
- (e)固体シリコンの一部を除去して精製固体シリコンを提供する工程をさらに含む、請求項9〜36のいずれか一項記載の方法。
- 固体シリコンを切断することによって固体シリコンの一部が除去される、請求項9〜37のいずれか一項記載の方法。
- いずれか1つまたは複数の工程が独立して複数回行われる、請求項9〜38のいずれか一項記載の方法。
- 少なくとも1,000kgのシリコンを提供する、請求項9〜39のいずれか一項記載の方法。
- 精製固体シリコンがソーラーパネルの製造において用いられる、請求項9〜40のいずれか一項記載の方法。
- (a)シリコンおよびフラックスから溶融液を形成する工程であって、フラックスが請求項1〜7のいずれか一項記載の組成物を含む、工程;
(b)溶融液中のフラックスおよび不純物からスラグを形成する工程;
(c)任意で、溶融液からスラグの少なくとも一部を除去する工程;
(d)溶融液を方向性凝固して固体シリコンを形成する工程;ならびに
(e)固体シリコンの一部を除去して精製固体シリコンを提供する工程
を含む、方法。
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