JPH0437602A - シリコンの精製方法 - Google Patents

シリコンの精製方法

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JPH0437602A
JPH0437602A JP13826790A JP13826790A JPH0437602A JP H0437602 A JPH0437602 A JP H0437602A JP 13826790 A JP13826790 A JP 13826790A JP 13826790 A JP13826790 A JP 13826790A JP H0437602 A JPH0437602 A JP H0437602A
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silicon
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molten
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荒谷 復夫
Hiroyuki Baba
裕幸 馬場
Kenkichi Yushimo
湯下 憲吉
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [岸業上の私用分野1 本発明は、シリコンの精製方法に間し、太陽電池原料と
なる高純度シリコンの製造技術に関する。
[従来の技術] 太陽電池には、比抵抗が0.1Ωcm以上の高純度シリ
コンがfll用されるが、一般に使われる金属シリコン
中には、ボロンが20ppm程度含まれており、上記特
性を得るためには、ボロン含匂量をippm以下にする
必要がある。このため従来は高価な半導体用シリコンを
利用する他なかった。
これに対しで例えば、スラブ゛を用いたスエーデン特許
出願PCT/5E88100469号公報に記載された
方法や、高周波励起プラズマを用いた特開昭63−21
85 (’) 6号公報に開示されたような方法か報汚
されでいる。これらは工業的に利用するには紅清性にm
)題があった。
[発明が解決しようとする3題j 前述した従来技術、たとえは上記スエーデン特許部願の
方法では、シリコン中のボロンを除去するため、処理す
るシリコン量とほぼ等しいスラブが・必要になり、また
特開昭63−218506号公報に開示されている方法
では、高周波励起プラズマを用いるため、エネルギー効
率が悪(、かつ装置も複雑になるなど、工業的に有効な
方法とは言い難い。
これに対して本発明は、簡羊な装置を用いて簡便かつ効
率よく、シリコン中のボロンを除去する方法を提供しよ
うとするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明方法は、溶融したシリコン浴面上に1本の電極を
有し、シリコン浴をもう一本の電極とした直流アーク炉
を用いて、溶融シリコンと上記電極を対向電極とし、こ
の対向電極間に直流電流を流すことによって、シリコン
表面近傍に高温のアークを発生させ、このアーク発生部
分に水蒸気、酸素などを含む酸化性ガスを供給し、シリ
コン中のポロンをガスとして除去するものである。
上記脱ポロン反応をさらに促進するためには酸化性ガス
と同時にCaO、5i02、CaF2、CaCff2な
どのフラックスを添加することも有効である。
また、これらの処理を減圧下で行うと、さらに良い結果
が得られる。
C作用j 本発明が対象とする領域では、シリコン中のボロンは熱
力学的に安定で、−射的には、これを除去することは難
しい。しかし、これを詳細に検討すると、シリコン表面
に局部的に非常に高温な部分を形成し、ここに酸化性ガ
スを導入すると除去しつる可能性があることがわかり、
これを実験的に確認した。すなわち、本技術によれば?
δ融シリコン表面と、シリコン浴上に設置した電極の間
にアークを発生させ、局部的な高温部を形成し、ここに
外部より水蒸気、酸素、CO2などを含む酸化性ガスを
導入することによって、シリコン中のポロンが優先的に
ガスとして除去される。
ここで用いるアーク電流は、直流を用いることがアーク
の安定性や電極の消耗を抑える点より好ましく、また、
シリコンの表面に、Ca03i02、Ca F 2、C
aCffzの1種又は2種以上の混合物よりなるスラブ
を少量添加することによって、脱ポロン反応はさらに促
進された。
一方、本発明で用いる酸化性ガスは、Ar、Heなどの
不活性ガスに水蒸気、酸素などを添加したもので、その
添加量はアーク部分のシリコン表面にシリカ(酸化珪素
)の膜が形成しない範囲とすべきて、添加量が過大にな
ると酸化物の皮膜がシリコン表面に形成され、脱ポロン
反応の進行が大幅に妨げられてしまう。
第1図は本発明を実施する装置の1例を示したものであ
る。この装置は炉体酊・↑大物5、炉底屹火物6内の甲
鉛ライニング1内に(δ融シリコン2を保有し、下部電
極3と下部電極4を備え炉蓋7を添えた(δ解炉である
。下部電極3.上部電極4は黒鉛から構成されており、
アーク欠点部(反応部)9を形成する。この反応部9に
向って酸化性ガス吹込みノズル8が炉M7を貫通して設
けられている。酸化性ガスとしてはArにH2O,02
又はCO2を混入したガスを用いる。
第1図と同し構造を有する(8解ルツボ部の直径が15
0mmφ、アーク電源出力40KWの実験炉を用いて2
kgのシリコンを用いて実験した結果、シリコン中のボ
ロン含有量の除去は、シリコン中のポロン濃度の1次式
で整理することができ、さらに条件を変えて実験したと
ころ、シリコン浴面に反応部に導入する酸化性ガスとし
てArカスに加える水蒸気、又は酸素ガス量を増加させ
るほど反応は速く進行するが、水広気添加の場合は5.
5体積%を越えると、また、酸素ガス添加では、0.1
5体積%を越えると、シリコン浴面に酸化皮膜が形成し
て、脱ボロン反応が妨げられてしまうことが1:11明
した。すなねも、水蒸気濃度5体積%YソF、または酸
素濃度0則体積%以下が好適な範囲である。
本発明の実施には、通′濱の金属精錬に用いる直流アー
ク炉をfll用することができる。これは第1図に示す
ように、泗融シリコン2の浴表面に1本の下部電極4を
有し、対極を溶融シリコン帛そのものとするもので、第
1図に示すように電極のわきに、酸化性ガスを吹き込む
ノズル8を設置することによって簡便に実施することが
できる。また、シリコン2の浴の撹拌を行うために、溶
融シリコン中へのガス吹込みを併用したり、電磁撹拌な
どの装置を併用したり、あるいは本発明技術をシェーキ
ングレードルに適用することも本発明の範囲を逸脱する
ものではない。また酸化性ガス吹込みノズルを上部電極
と一体化しても実施することも可能である。
[実施例1 第1図に示す装置と同し構造の小型実験炉に2kgのシ
リコンを溶解して、実験を行った結果を第1表に示す。
この実験に用いたアーク電源は40KWの直流電源であ
り、電極にはグラファイトを用いた。フラックスの添加
はアーク火、屯部とそれ以外の浴面に行った。また、溶
解したシリコン中の初期のポロン含有量は17ppmw
であった。第1表には、820.02ガスをキャリーす
るArのitを15ff/minとしたときの種々の条
件における結果を示しているが、本発明技術を用いるこ
とで、シリコン中のボロン濃度は、比較的短時間に低減
できることがわかる。
[発明の効果] 従来高価な半導体用の高純度シリコンを使用していた太
陽電池に対して、本技術を利用することによって、金属
シリコンを精製することにより安価な原料を供給するこ
とが可能となり、太陽電池の利用や普及に対して大きく
貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施に用いる処理装置の例の縦断面図
である。 ■・・・黒鉛ライニング 2・・−溶融シリコン3−・
・下部型fJj!4・−・上部電極5−・・炉体1火物
   6・・・炉底耐火物7・・・炉蓋 8・・・酸化性ガス吹込みノズル 9・・、アーク火1点部(反応部う

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 溶融シリコンの精製において、溶融シリコンの浴面
    上に設置した電極と溶融シリコンの間に直流電源を印加
    してアークを発生させ、該アークにより高温に加熱した
    シリコン表面の反応部に水蒸気5体積%以下又は酸素0
    .1体積%以下を含むArガスを吹付けることを特徴と
    するシリコンの精製方法。 2 請求項1記載の方法において、シリコン浴面上にC
    aO、CaF_2、SiO_2、 CaCl_2の1種あるいは2種以上の混合物からなる
    フラックスを添加することを特徴とするシリコンの精製
    方法。
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