JP6387018B2 - シリコン精製のためのカバーフラックスおよび方法 - Google Patents
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Description
太陽電池は、太陽光を電気エネルギーに変換するその能力を利用することにより、実施可能なエネルギー源であり得る。シリコンは、太陽電池の製造に使用される半導体材料であるが、しかしながら、シリコンの使用における制限は、シリコンをソーラーグレード(SG)へと精製するためのコストに関連している。
本開示は、方向性凝固を使用してシリコンを精製するための機器および方法を説明する。当該機器および方法は、溶融シリコン内の不純物を低減させるカバーフラックスの使用を含むことができる。本発明の機器および方法を使用して、太陽電池において使用するためのシリコン結晶を製造することができる。
単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈が明確に他のことを示していない限り、複数形の指示対象を含むことができる。
本明細書に開示した方法および機器をさらに説明するために、非限定的な態様の一覧をここに提供する。
態様1は、
鋳型中のある量の溶融シリコンの表面上にフラックス層を形成する工程であって、該表面が、冷却面と実質的に反対にある溶融シリコンの一側面である、工程;実質的に冷却面からフラックス層へ向かって溶融シリコンを方向性凝固する工程;および該量の溶融シリコンの表面とフラックスの間の界面でフラックスと不純物とを反応させる工程
を含む方法である。
態様2は、態様1の方法を含み、ここでフラックス層を形成する工程は、ある量のフラックスガラスを溶融シリコンの上面上で溶融することを含む。
態様3は、態様1〜2のいずれか1つの方法を含み、ここでフラックス層を形成する工程は、溶融シリコンよりも低い密度を有するフラックス層を形成することを含む。
態様4は、態様1〜3のいずれか1つの方法を含み、ここでフラックス層を形成する工程は、約900℃〜1100℃を超える温度で流れるフラックス層を形成することを含む。
態様5は、態様1〜4のいずれか1つの方法を含み、ここでフラックス層を形成する工程は、Na2CO3を含むフラックス層を形成することを含む。
態様6は、態様1〜5のいずれか1つの方法を含み、ここでフラックス層を形成する工程は、SiO2を含むフラックス層を形成することを含む。
態様7は、態様1〜6のいずれか1つの方法を含み、ここでフラックス層を形成する工程は、CaF2を含むフラックス層を形成することを含む。
態様8は、態様1〜7のいずれか1つの方法を含み、ここでフラックス層を形成する工程は、CaOを含む。
態様9は、態様1〜8のいずれか1つの方法を含み、ここでフラックス層を形成する工程は、Si3N4を含むフラックス層を形成することを含む。
態様10は、
溶融シリコンを鋳型に注ぐ工程;シリコンの上面上にシリコンの固体層を形成し、かつ該固体層上にフラックス材料を配置する工程;シリコンの固体層を溶融するために鋳型の上方に上部加熱器を配置する工程であって、該フラックス材料が溶融シリコン上に浮遊し続ける、工程;鋳型の底面からシリコンの上面へ向かって溶融シリコンを方向性凝固する工程;およびシリコンの上面とフラックスとの間の界面でフラックスと不純物とを反応させる工程
を含む方法である。
態様11は、態様10の方法を含み、ここで鋳型の上方に上部加熱器を配置する工程は、フラックス材料およびシリコンの固体層を溶融することを含み、該フラックス材料は溶融シリコン上に浮遊し続ける。
態様12は、態様10〜11のいずれか1つの方法を含み、ここで鋳型の上方に上部加熱器を配置する工程は、シリコンの上面に約900℃を超える温度を加えることを含む。
態様13は、態様10〜12のいずれか1つの方法を含み、ここで鋳型の上方に上部加熱器を配置する工程は、シリコンの上面に約1100℃を超える温度を加えることを含む。
態様14は、態様10〜13のいずれか1つの方法を含み、ここで鋳型の上方に上部加熱器を配置する工程は、シリコンの上面に約1460℃〜1550℃の温度を加えることを含む。
態様15は、態様10〜14のいずれか1つの方法を含み、ここで固体層上にフラックス材料を配置する工程は、約1400Kgのシリコン上に約10〜50Kgのフラックス材料を配置することを含む。
態様16は、態様10〜15のいずれか1つの方法を含み、ここで固体層上にフラックス材料を配置する工程は、固体層上にフラックスガラスの塊を配置することおよび該塊を溶融してフラックス層を形成することを含む。
態様17は、
1つまたは複数の耐火物層を含む、鋳型底部;1つまたは複数の耐火物層を含む、鋳型側壁;鋳型底部および鋳型側壁を覆う、酸化アルミニウムを含む第一のライニング;ならびに炭化ケイ素を含む第二のライニングであって、鋳型が使用される際に溶融シリコンの上面を含む高さにある限局された領域において鋳型側壁の一部を覆う、第二のライニング
を含む方向性凝固鋳型を含む。
態様18は、態様17の鋳型を含み、ここで第一のライニングは、約XXXからYYYの間の純度のAl2O3を含む。
態様19は、態様17〜18のいずれかの鋳型を含み、ここで第二のライニングは、コロイド状シリカ(SiO2)マトリックス中の炭化ケイ素粒子の複合材料を含む。
Claims (15)
- (1) 鋳型中のある量の溶融シリコンの表面上にフラックス層を形成する工程であって、該表面が、冷却面と実質的に反対にある溶融シリコンの一側面である、工程;
(2) 前記(1)の工程の後、実質的に冷却面からフラックス層へ向かって溶融シリコンを方向性凝固する工程;および
(3) 前記(2)の工程を開始した後、該量の溶融シリコンの表面とフラックスの間の界面でフラックスと不純物とを反応させる工程
を含む、方法。 - フラックス層を形成する工程が、ある量のフラックスガラスを溶融シリコンの上面上で溶融することを含む、請求項1記載の方法。
- フラックス層を形成する工程が、溶融シリコンよりも低い密度を有するフラックス層を形成することを含む、請求項1記載の方法。
- フラックス層を形成する工程が、900℃を超える温度で流れるフラックス層を形成することを含む、請求項1記載の方法。
- フラックス層を形成する工程が、Na2CO3を含むフラックス層を形成することを含む、請求項1記載の方法。
- フラックス層を形成する工程が、SiO2を含むフラックス層を形成することを含む、請求項1記載の方法。
- フラックス層を形成する工程が、CaF2を含むフラックス層を形成することを含む、請求項1記載の方法。
- フラックス層を形成する工程が、CaOを含むフラックス層を形成することを含む、請求項1記載の方法。
- フラックス層を形成する工程が、Si3N4を含むフラックス層を形成することを含む、請求項1記載の方法。
- (1) 溶融シリコンを鋳型に注ぐ工程;
(2) 前記(1)の工程の後、シリコンの上面上にシリコンの固体層を形成し、かつ該固体層上にフラックス材料を配置する工程であって、該固体層上にフラックス材料を配置する工程が、1400Kgのシリコン上に10〜50Kgのフラックス材料を配置することを含む、工程;
(3) 前記(2)の工程の後、シリコンの固体層を溶融するために鋳型の上方に上部加熱器を配置する工程であって、該フラックス材料が溶融シリコン上に浮遊し続ける、工程;
(4) 前記(3)の工程の後、鋳型の底面からシリコンの上面へ向かって溶融シリコンを方向性凝固する工程;および
(5) 前記(4)の工程を開始した後、シリコンの上面とフラックスとの間の界面でフラックスと不純物とを反応させる工程
を含む、方法。 - 鋳型の上方に上部加熱器を配置する工程が、フラックス材料およびシリコンの固体層を溶融することを含み、該フラックス材料が溶融シリコン上に浮遊し続ける、請求項10記載の方法。
- 鋳型の上方に上部加熱器を配置する工程が、シリコンの上面に900℃を超える温度を加えることを含む、請求項10記載の方法。
- 鋳型の上方に上部加熱器を配置する工程が、シリコンの上面に1100℃を超える温度を加えることを含む、請求項10記載の方法。
- 鋳型の上方に上部加熱器を配置する工程が、シリコンの上面に1460℃〜1550℃の温度を加えることを含む、請求項10記載の方法。
- 固体層上にフラックス材料を配置する工程が、固体層上にフラックスガラスの塊を配置することおよび該塊を溶融してフラックス層を形成することを含む、請求項10記載の方法。
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