JPH07267624A - Purification of silicon and apparatus therefor - Google Patents

Purification of silicon and apparatus therefor

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JPH07267624A
JPH07267624A JP5931294A JP5931294A JPH07267624A JP H07267624 A JPH07267624 A JP H07267624A JP 5931294 A JP5931294 A JP 5931294A JP 5931294 A JP5931294 A JP 5931294A JP H07267624 A JPH07267624 A JP H07267624A
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JP
Japan
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silicon
plasma
electrodes
plasma torch
holding container
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5931294A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Baba
裕幸 馬場
Kenkichi Yushimo
憲吉 湯下
Hisae Terajima
久栄 寺嶋
Yasuhiko Sakaguchi
泰彦 阪口
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enable high-efficiency production of silicon of high purity by permitting the track of the electric current generated between electrodes provided with the bottom of the vessel for the molten silicon and the plasma torch jetting a plasma jet gas to scan the surface of the molten silicon. CONSTITUTION:In the silicon purifier provided with the vessel 30 for holding the molten silicon and the plasma torch 20 which is connected to the plasma generator 28 and jets the plasma gas containing less than 20 vol. % of steam toward the surface of the silicon melt, a plurality of electrodes 26a-d are set to the bottom of the vessel 30 and the power source is provided so that the voltage which has phase difference and varies periodically may be loaded between the plasma torch 20 and the bottom electrodes 26a-d and the track of the electric current generated between the plasma torch 20 and the electrodes 26a-d is made it possible to scan the surface of the silicon melt. Thus, the contacting area between the high-temperature plasma and the silicon surface is largely expanded to increase the removal rate of boron in the silicon whereby the purification time can be shortened.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池原料として使
用できる高純度シリコンの製造方法及びその装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for producing high-purity silicon that can be used as a raw material for solar cells.

【0002】[0002]

【従来の技術】太陽電池の原料には、一般に比抵抗値が
0.1Ωcm以上で導電特性がp型である高純度シリコ
ンが使用され、シリコン中に含まれる不純物含有量は、
ppmwオーダー以下まで除去する必要がある。従来、
これ等の不純物の除去に関して様々な検討が成された
が、ドーピング元素であるボロンは、最も除去しにくい
元素である。
2. Description of the Related Art As a raw material for solar cells, generally, high-purity silicon having a specific resistance value of 0.1 Ωcm or more and p-type conductivity is used, and the content of impurities contained in silicon is
It is necessary to remove up to ppmw order or less. Conventionally,
Various studies have been made on the removal of these impurities, but boron, which is a doping element, is the most difficult element to remove.

【0003】特開昭63−218506号公報には、高
周波励起による熱プラズマを用いてシリコンを溶解し、
シリコン中のボロンを除去する方法が示されている。こ
の方法は固体シリコンの一部に、水素と酸素の混合ガス
を高周波励起させたプラズマを照射してゾーンメルトさ
せ、その溶融部分でボロンの除去を行うものである。し
かしこの方法では、固体シリコンの一部分をプラズマに
よる熱だけで溶解・精製の全てを行うために、熱の利用
効率が悪く生産性の低いものとなっており、シリコン溶
融部の温度が過剰に上昇し、蒸発によるシリコンの損失
が多くなるという欠点があった。
In Japanese Patent Laid-Open No. 63-218506, silicon is melted using thermal plasma excited by high frequency,
A method of removing boron in silicon is shown. According to this method, a part of solid silicon is irradiated with plasma generated by high-frequency excitation of a mixed gas of hydrogen and oxygen to cause zone melting, and boron is removed at the melted part. However, in this method, a part of solid silicon is melted and purified only by heat from plasma, resulting in poor heat utilization efficiency and low productivity. However, there is a drawback that the loss of silicon due to evaporation increases.

【0004】これに対して本発明者らは、プラズマガス
として水蒸気を含む不活性ガスを使用したプラズマガス
ジェット流を溶融シリコンの溶湯面に噴射する方法(特
開平4−228414号公報)を提案し、さらに製造コ
ストを低減する目的で、上記プラズマジェット流を噴射
するプラズマトーチを溶融シリコンの溶湯面上方を水平
方向に移動する方法(特開平4−338108号公報)
を提案した。
On the other hand, the inventors of the present invention have proposed a method (JP-A-4-228414) for injecting a plasma gas jet stream using an inert gas containing water vapor as the plasma gas onto the surface of the molten silicon. In order to further reduce the manufacturing cost, a plasma torch for injecting the plasma jet stream is moved horizontally above the surface of the molten silicon (Japanese Patent Laid-Open No. 4-338108).
Proposed.

【0005】しかしながら、太陽電池に用いる高純度シ
リコンを大量に製造するためには、この技術よりもさら
にボロンを除去する時間が短く、かつ連続的にボロンを
除去する方法及び装置の開発が望まれていた。
However, in order to manufacture a large amount of high-purity silicon used for solar cells, it is desired to develop a method and apparatus for removing boron continuously, which requires a shorter time for removing boron than this technique. Was there.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に対する要望を解決するために、ボロン含有量の多い
シリコン原料を太陽電池用シリコンとして使用可能な濃
度まで効率よく処理してボロンを除去する方法及び装置
を提供することを目的とする。さらに、次工程に溶融状
態でシリコンを供給できるシリコンの精製方法及び装置
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned demands for the prior art, the present invention efficiently removes boron by efficiently treating a silicon raw material having a high boron content to a concentration usable as silicon for solar cells. It aims at providing the method and apparatus which do. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a silicon refining method and apparatus capable of supplying silicon in a molten state to the next step.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、保持容器内に
収納した溶融シリコンの湯面にプラズマジェットガスを
噴射してシリコンを精製する方法において、保持容器の
底部に複数の電極を設け、位相差を有し周期的に変化す
る電圧をプラズマトーチと各電極間に印加し、プラズマ
トーチと電極間に発生する電流の軌道をシリコン溶湯面
で走査させることを特徴とするシリコンの精製方法であ
る。この場合に、保持容器に固体シリコンを連続的に供
給しオーバーフロー分を流出させながら固体シリコンを
融解することにより次工程に溶融シリコンを供給するこ
とができる。
The present invention is a method for purifying silicon by injecting a plasma jet gas onto the molten metal surface of molten silicon contained in a holding container, wherein a plurality of electrodes are provided at the bottom of the holding container. A silicon purification method characterized by applying a voltage having a phase difference and changing periodically between the plasma torch and each electrode, and scanning the trajectory of the current generated between the plasma torch and the electrode on the surface of the molten silicon. is there. In this case, the solid silicon can be supplied to the next step by continuously supplying the solid silicon to the holding container and melting the solid silicon while allowing the overflow portion to flow out.

【0008】上記本発明方法を好適に実施することがで
きる本発明の装置として、溶融シリコン保持容器と、溶
融シリコンの湯面に向けて水蒸気を含むプラズマジェッ
トガスを噴射するプラズマトーチとを備えたシリコンの
精製装置において、容器の底部に複数の電極を備え、位
相差を有し周期的に変化する電圧をプラズマトーチと各
電極間に印加する電源を備え、プラズマトーチと電極間
に発生する電流の軌道がシリコン溶湯面上で走査可能と
したことを特徴とするシリコンの精製装置を提供する。
この装置において、前記溶融シリコン保持容器がオーバ
ーフロー分の流出口を有し、かつ固体シリコンを連続的
に供給する装置を備えることによって溶融シリコンを次
工程に供給することができる。
As an apparatus of the present invention capable of suitably carrying out the method of the present invention, a molten silicon holding container and a plasma torch for injecting a plasma jet gas containing water vapor toward a molten metal surface of the molten silicon are provided. In a silicon refining device, a plurality of electrodes are provided at the bottom of the container, a power source for applying a voltage having a phase difference and changing periodically between the plasma torch and each electrode, and a current generated between the plasma torch and the electrodes. The present invention provides a silicon refining apparatus characterized in that the orbit of (1) can be scanned on the surface of the molten silicon.
In this apparatus, the molten silicon holding container has an overflow outlet and is provided with an apparatus for continuously supplying solid silicon, so that the molten silicon can be supplied to the next step.

【0009】[0009]

【作用】本発明の実施例装置の要部断面模式図を図1
に、シリコン保持容器底に設置した電極配置を図2に示
す。シリコン保持容器30の底部に絶縁体27を介して
電極(移送プラズマ陽極)26a,26b,26c,2
6dが設けられ、プラズマトーチ20に設けたプラズマ
陰極(電極)23とともにプラズマ電源28に各個に接
続されている。図1に示した装置における電極電位の時
間変化を図3に示す。電極26a,26b,26c,2
6dに印加する電極電位を位相を変えて時間(t1 ,t
2 ,t3 ,t4 )とともに周期的に順次変化させるよう
にすると、プラズマトーチと電極間に発生する電流の軌
道をシリコン溶湯面上を走査させることができる。従っ
て高温のプラズマガスとシリコン表面の接触面積が大幅
に広がるため、シリコン中のボロンの除去速度を増すこ
とができ、精製時間を短縮することができる。なお、移
送プラズマ陽極(電極)の数、配置、電極電位を変化さ
せる周期等は適宜選択する。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the main part of the apparatus of the embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows the electrode arrangement installed on the bottom of the silicon holding container. Electrodes (transfer plasma anodes) 26a, 26b, 26c, 2 are provided on the bottom of the silicon holding container 30 via an insulator 27.
6d is provided and is connected to the plasma power source 28 together with the plasma cathode (electrode) 23 provided on the plasma torch 20. FIG. 3 shows the time change of the electrode potential in the device shown in FIG. Electrodes 26a, 26b, 26c, 2
By changing the phase of the electrode potential applied to 6d, the time (t 1 , t
2 , t 3 , t 4 ), the trajectories of the current generated between the plasma torch and the electrodes can be scanned over the surface of the silicon melt by periodically changing it sequentially. Therefore, the contact area between the high temperature plasma gas and the silicon surface is greatly expanded, so that the removal rate of boron in silicon can be increased and the purification time can be shortened. The number and arrangement of the transfer plasma anodes (electrodes), the period for changing the electrode potential, etc. are appropriately selected.

【0010】また、プラズマジェット中に含まれる水蒸
気濃度をプラズマガスに対して20体積%以上添加する
と、溶融シリコン表面にSiO2 膜が急激に生成してシ
リコン中のボロンの蒸発を著しく阻害するので、水蒸気
の添加濃度は20体積%以下が望ましい。溶融シリコン
保持容器30(るつぼ、ハース)の材質としては、黒
鉛、石英、水冷した銅、あるいは黒鉛の容器にシリカを
内張りしたものを用いることができる。特に石英または
シリカを内張りした容器の場合、ボロンの除去と共にシ
リコン中に溶存する炭素の除去も行うことができる。
If the concentration of water vapor contained in the plasma jet is 20% by volume or more with respect to the plasma gas, a SiO 2 film is suddenly formed on the surface of the molten silicon and the evaporation of boron in the silicon is significantly hindered. The addition concentration of water vapor is preferably 20% by volume or less. As a material for the molten silicon holding container 30 (crucible, hearth), graphite, quartz, water-cooled copper, or a graphite container lined with silica can be used. Particularly in the case of a container lined with quartz or silica, carbon dissolved in silicon can be removed together with removal of boron.

【0011】本発明の他の実施例装置の要部縦断面模式
図を図4に示す。図4において31は流出口を有するシ
リコン保持容器、15は精製シリコン14の受け容器で
ある。流出口を有するシリコン保持容器31の底部には
絶縁体27を介して電極(移送プラズマ陽極)26a,
26b,26c,26dが設けられており、プラズマト
ーチ20のプラズマ陰極(電極)23とともに図示され
ないプラズマ電源に接続されている。前記電極電位の時
間変化は図3に示すものと同様である。
FIG. 4 is a schematic vertical sectional view of an essential part of an apparatus according to another embodiment of the present invention. In FIG. 4, 31 is a silicon holding container having an outlet, and 15 is a receiving container for the purified silicon 14. An electrode (transfer plasma anode) 26a is provided on the bottom of the silicon holding container 31 having an outlet through an insulator 27.
26b, 26c, and 26d are provided, and are connected to a plasma power source (not shown) together with the plasma cathode (electrode) 23 of the plasma torch 20. The time change of the electrode potential is the same as that shown in FIG.

【0012】原料である粒状の固体シリコン11が連続
的に供給され、プラズマフレーム13により溶解して溶
融シリコン12となり、引き続き所定時間水蒸気添加プ
ラズマジェット21の噴射により、ボロンの除去、すな
わち精製がおこなわれつつ、流出口からオーバーフロー
して精製シリコン14となる。すなわち、原料シリコン
からボロンを含まない精製シリコン14を溶融状態で連
続的に、取り出すことができる。
Granular solid silicon 11 as a raw material is continuously supplied and melted into a molten silicon 12 by a plasma flame 13, and subsequently, a steam-added plasma jet 21 is sprayed for a predetermined time to remove boron, that is, purify. While flowing, it overflows from the outlet and becomes purified silicon 14. That is, the purified silicon 14 containing no boron can be continuously taken out in a molten state from the raw material silicon.

【0013】なお、精製シリコン14の受け容器15の
周囲に抵抗加熱装置や誘導加熱装置を設置したり、ある
いは差圧排気装置とともに電子ビーム加熱装置等を設置
することにより、精製シリコン14を溶解保持した状態
で、容器底部から冷却を行い、シリコンを一方向凝固さ
せ、凝固精製、あるいは太陽電池用キャストインゴット
の製造を行うことが可能であり、製造工程の連続化によ
るコスト低減を図ることができる。なお、この際インゴ
ット引き抜き装置を付加すればより一層効果的である。
The purified silicon 14 is melted and held by installing a resistance heating device or an induction heating device around the receiving container 15 for the purified silicon 14, or an electron beam heating device together with a differential pressure exhaust device. In this state, it is possible to cool from the bottom of the container, unidirectionally solidify the silicon, solidify and purify, or manufacture a cast ingot for solar cells, and it is possible to reduce costs by continuous manufacturing processes. . At this time, it is more effective to add an ingot drawing device.

【0014】[0014]

【実施例】【Example】

実施例1〜4、比較例1〜4 図1は本発明の実施に当り使用したシリコン精製装置の
要部縦断面模式図である。30kWの移行型アルゴンプ
ラズマ発生装置28(プラズマ電源)に接続されたプラ
ズマトーチ20を、シリコンが溶け落ちた時点で溶湯面
の上方50mmの高さとなるように設けた。シリコン保
持容器30としてはそれぞれ内径150mmの石英るつ
ぼ、黒鉛るつぼ、水冷銅るつぼおよび黒鉛るつぼにシリ
カを内張りしたものを用いた。4本の移送プラズマ陽極
(電極)26a,26b,26c,26dがシリコン保
持容器30の底部に絶縁物を介して設置されている。各
プラズマ陽極(電極)は26a,26b,26c,26
dとプラズマトーチ20との間に印加された電圧は図3
に示すように位相差を有する50サイクル/secの周
期をもつ。この保持容器30に2kgの固体の金属シリ
コン(純度99.5%,ボロン濃度約21ppmw)を
装入し、アルゴンガス雰囲気下でプラズマアーク溶解し
た。シリコン全量が溶け落ちた時点でプラズマ中に添加
ノズルから水蒸気を供給し、ボロンの除去を開始した。
なお、プラズマ作動ガスはアルゴンガス19リットル/
min、水蒸気は1リットル/min(添加比率5.0
体積%)で供給し、プラズマへ電源への投入電力は20
kWである。
Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view of a main part of a silicon refining apparatus used for carrying out the present invention. A plasma torch 20 connected to a 30 kW transfer type argon plasma generator 28 (plasma power supply) was provided so that the height was 50 mm above the surface of the molten metal when the silicon melted down. As the silicon holding container 30, a quartz crucible, a graphite crucible, a water-cooled copper crucible, and a graphite crucible each having an inner diameter of 150 mm and silica lined therein were used. Four transfer plasma anodes (electrodes) 26a, 26b, 26c and 26d are installed on the bottom of the silicon holding container 30 via an insulator. Each plasma anode (electrode) is 26a, 26b, 26c, 26.
The voltage applied between d and the plasma torch 20 is shown in FIG.
As shown in (1), it has a period of 50 cycles / sec with a phase difference. 2 kg of solid metallic silicon (purity 99.5%, boron concentration about 21 ppmw) was charged into the holding container 30, and plasma arc melting was performed in an argon gas atmosphere. When the entire amount of silicon had melted down, water vapor was supplied into the plasma from the addition nozzle to start the removal of boron.
The plasma working gas is argon gas 19 liters /
min, steam is 1 liter / min (addition ratio 5.0
(% By volume) and the power input to the plasma is 20
kW.

【0015】水蒸気添加プラズマジェットガスを溶融シ
リコン12に噴射後、一定時間毎に石英管で溶融シリコ
ン12を採取し、ボロン濃度の変化をIPC発光分光法
により求めた。比較例として、プラズマ陽極が1本で、
他は実施例1と同一にした実験を行った。
After injecting the steam-added plasma jet gas into the molten silicon 12, the molten silicon 12 was sampled with a quartz tube at regular intervals, and the change in boron concentration was determined by IPC emission spectroscopy. As a comparative example, one plasma anode,
Others were the same as in Example 1.

【0016】水蒸気添加プラズマジェットガスの噴射時
間とボロン濃度の関係を表1に示す。なお表中の反応速
度係数Kはボロンが濃度の一次反応で除去されるので、 d[B]/dt=−K[B] より求めた値である。表1からわかるように、比較例に
比べ実施例の方がいずれの場合もボロンが速やかに除去
されることがわかる。すなわち本発明の方が短時間で目
的の濃度までボロンを低減することができる。なお、表
には示さないが同時に発生するシリコンの蒸発損失も時
間が短いために少なくてすむ。
Table 1 shows the relationship between the injection time of the steam-added plasma jet gas and the boron concentration. The reaction rate coefficient K in the table is a value obtained from d [B] / dt = -K [B] because boron is removed by the first-order reaction of the concentration. As can be seen from Table 1, in any of the examples, boron is removed more rapidly than the comparative example. That is, the present invention can reduce boron to a target concentration in a shorter time. Although not shown in the table, the evaporation loss of silicon generated at the same time can be small because the time is short.

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【0018】実施例5,6、比較例5 図4は本発明の実施にあたり使用したシリコン精製装置
の要部縦断面模式図である。30kWの移行型アルゴン
プラズマ発生装置に接続されたプラズマトーチ20を、
シリコンが溶け落ちた時点で湯面の上方50mmの高さ
となるように設けた。シリコン保持容器31は内寸法が
長さ250mm、幅70mmの樋状であり、一端にオー
バーフロー分の流出口を有する石英製のものを用いた。
移送プラズマ陽極(電極)26a,26b,26c,2
6dは保持容器31の底部中央に絶縁体27を介して4
本設置されている。この保持容器31にアルゴン雰囲気
下で2kgの固体の金属シリコンを装入し、プラズマア
ークによりシリコン全量が溶け落ちた時点でプラズマ中
に添加ノズルから5体積%の水蒸気を供給し、ボロン濃
度が0.3ppmwとなった時点でシリコン保持容器3
1の一端から粒子状の固体金属シリコン11を連続的に
供給し、オーバーフロー分のシリコンを受け容器15で
受取った。すなわち、受け容器15にはボロン濃度0.
3ppmwに精製された精製シリコン14が蓄積されて
いく。
Examples 5, 6 and Comparative Example 5 FIG. 4 is a schematic vertical cross-sectional view of a main part of a silicon refining apparatus used for carrying out the present invention. A plasma torch 20 connected to a 30 kW transfer type argon plasma generator,
The height was 50 mm above the surface of the molten metal when the silicon melted down. As the silicon holding container 31, a quartz container having an inner dimension of 250 mm in length and 70 mm in width and having a flow outlet for overflow at one end was used.
Transfer plasma anodes (electrodes) 26a, 26b, 26c, 2
6d is placed in the center of the bottom of the holding container 31 via an insulator 27.
The book is installed. 2 kg of solid metallic silicon was charged into the holding container 31 under an argon atmosphere, and when the total amount of silicon was melted down by the plasma arc, 5% by volume of water vapor was supplied into the plasma from the addition nozzle so that the boron concentration was 0. Silicon holding container 3 at the time of reaching 3 ppmw
The solid metal silicon 11 in the form of particles was continuously supplied from one end of No. 1 and the silicon for the overflow was received in the container 15. That is, the receiving container 15 has a boron concentration of 0.
Purified silicon 14 purified to 3 ppmw is accumulated.

【0019】なお、実施例1〜4と同様に、プラズマト
ーチ20と各プラズマ陽極26a,26b,26c,2
6dとの間には50および100サイクル/secで周
期的に変化する電位をかけ、プラズマトーチと電極間に
発生する電流の軌道を走査させた。また比較例1で用い
た内径150mmの石英ルツボ(シリコン保持容器3
0)に2kgの固体の金属シリコンを装入し、シリコン
が溶け落ちた時点で湯面より50mm上方の高さとなる
位置からアルゴンプラズマをシリコンに吹き付けて溶解
し、シリコン全量が溶け落ちた時点で、添加ノズルから
5%の水蒸気をプラズマ中に供給し、ボロン濃度が0.
3ppmwとなった時点で水蒸気の添加を中止し、プラ
ズマ出力を徐々に下げてシリコンを保持容器中で凝固さ
せた。
As in the first to fourth embodiments, the plasma torch 20 and the plasma anodes 26a, 26b, 26c and 2 are formed.
An electric potential that periodically changes at 50 and 100 cycles / sec was applied to 6d to scan the trajectory of the current generated between the plasma torch and the electrode. Further, the quartz crucible (silicon holding container 3) having an inner diameter of 150 mm used in Comparative Example 1 was used.
2 kg of solid metallic silicon was charged in 0), and when the silicon melted down, argon plasma was blown onto the silicon from a position at a height of 50 mm above the molten metal surface to melt it, and when the total amount of silicon melted down. , 5% of water vapor is supplied into the plasma from the addition nozzle, and the boron concentration becomes 0.
When the concentration reached 3 ppmw, the addition of water vapor was stopped and the plasma output was gradually reduced to solidify the silicon in the holding container.

【0020】実施例5、6及び比較例5のいずれの場合
も、プラズマ作動ガスはアルゴンガス19リットル/
分、プラズマ添加ガスは水蒸気1リットル/分(5.0
体積%)で供給し、プラズマへの投入電力は20kWと
した。このとき水蒸気供給開始から当初装入量2kgの
シリコン中のボロン濃度が0.3ppmwに達するまで
の処理時間は7時間であった。
In each of Examples 5 and 6 and Comparative Example 5, the plasma working gas was 19 liters of argon gas /
Min, plasma added gas is water vapor 1 liter / min (5.0
(Volume%), and the input power to the plasma was 20 kW. At this time, the processing time from the start of steam supply until the boron concentration in the initially charged silicon of 2 kg reached 0.3 ppmw was 7 hours.

【0021】これにより、実施例においては7時間経過
以降に精製シリコン14の受け容器15に時間の経過と
ともに精製シリコン14が貯えられていくことになるの
で、この量を精製量とし、単位時間当りの精製量を精製
速度とした。また比較例においては、保持容器中の精製
シリコンを冷却、固化した後取り出し、次回の原料シリ
コンを装入するまでの1サイクルに合計13時間要し、
かつ保持容器への付着量を除外しなければならないの
で、実際に得られた精製シリコンを13時間で除した数
を精製速度と考えることができる。図5にこれを示し
た。こうして得られた精製速度の値を表2に示す。な
お、シリコン中のボロン濃度は、実験中に石英管でシリ
コンを吸引採取し、ICP発光分光法による分析で求め
た。
As a result, in the embodiment, the purified silicon 14 is stored in the receiving container 15 of the purified silicon 14 with the lapse of time after 7 hours have passed. The purification amount of was used as the purification rate. In the comparative example, one cycle from cooling the purified silicon in the holding container to solidifying and then taking it out and charging the next raw material silicon requires a total of 13 hours,
Moreover, since the amount adhered to the holding container must be excluded, the number obtained by dividing the actually obtained purified silicon by 13 hours can be considered as the purification rate. This is shown in FIG. The purification rate values thus obtained are shown in Table 2. Note that the boron concentration in silicon was determined by ICP emission spectroscopy, which was performed by suctioning silicon with a quartz tube during the experiment.

【0022】実施例5、6と比較例5を比べると、実施
例の場合、原料となるシリコンが装入されるにつれ連続
的に精製シリコンが得られ、比較例のような精製終了後
の保持容器の交換作業と溶解・凝固時間が不必要とな
り、かつ移送型プラズマの電流軌道をシリコン溶湯面で
走査させることによって、ボロン酸化物の蒸発面積が広
がって実質的なボロン除去速度が増すため、単位時間当
りに精製されるシリコン量が増加し、精製速度は実施例
の方が比較例に比べて3.5倍も大きい値が得られた。
Comparing Examples 5 and 6 with Comparative Example 5, in the case of Example, purified silicon was continuously obtained as the raw material silicon was charged, and the purified silicon was retained after the completion of purification as in Comparative Example. Since the container replacement work and the melting / solidification time are unnecessary, and the current trajectory of the transfer type plasma is scanned on the surface of the silicon melt, the evaporation area of boron oxide is expanded and the substantial boron removal rate is increased. The amount of silicon purified per unit time increased, and the purification rate in the example was 3.5 times higher than that in the comparative example.

【0023】なお前記実施例では、プラズマ作動ガスに
アルゴンを用いた場合について説明したが、本発明はこ
れに限るものではなく、作動ガスにヘリウム、水素、窒
素を用いたものあるいはそれらの混合ガスを用いてもよ
い。
In the above embodiment, the case where argon is used as the plasma working gas has been described, but the present invention is not limited to this, and one in which helium, hydrogen, nitrogen is used as the working gas or a mixed gas thereof is used. May be used.

【0024】[0024]

【表2】 [Table 2]

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明は、シリコン保持容器の底部に多
数のプラズマ陽極(電極)を設け、これらに位相差を有
する電圧を印加することにより電流の軌道をシリコン溶
湯面で走査させることができ、効率よくボロンを除去可
能となった。また一端にオーバーフロー分の流出口を有
する容器にシリコンを連続的に供給しながら、保持容器
の上方から溶融シリコンの表面に、水蒸気添加した不活
性ガスプラズマを照射し、かつ溶融シリコン保持容器の
底に複数の電極を設け、プラズマトーチと電極間に発生
する電流の軌道をシリコン溶湯表面上で走査させるよう
にしたため、従来のバッチ式精製方法の3倍以上の速度
でシリコン中のボロンの精製ができるようになり、生産
性がさらに向上した。
According to the present invention, a large number of plasma anodes (electrodes) are provided at the bottom of a silicon holding container, and a voltage having a phase difference is applied to these plasma anodes, whereby the current trajectory can be scanned on the surface of the molten silicon. It became possible to remove boron efficiently. Also, while continuously supplying silicon to a container having an overflow outlet at one end, the surface of the molten silicon is irradiated with steam-added inert gas plasma from above the holding container, and the bottom of the molten silicon holding container is irradiated. Since multiple electrodes are provided on the surface of the molten metal and the trajectory of the current generated between the plasma torch and the electrodes is scanned on the surface of the molten silicon, the boron in silicon can be purified at a speed three times or more that of the conventional batch type purification method. Now you can do it, and your productivity has improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に用いた装置の要部縦断面模
式図である。
FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of an essential part of an apparatus used in an example of the present invention.

【図2】本発明の一実施例に用いた装置の要部平面図で
ある。
FIG. 2 is a plan view of an essential part of an apparatus used in an embodiment of the present invention.

【図3】前記装置の電極電位の時間変化の一例を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a change with time of an electrode potential of the device.

【図4】本発明の一実施例に用いた4個の電極を容器底
部に設けた装置の要部縦断面図である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an essential part of an apparatus in which four electrodes used in an embodiment of the present invention are provided on the bottom of a container.

【図5】シリコンの精製状況を時間経過によって示した
図である。
FIG. 5 is a diagram showing a refining status of silicon over time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 固体シリコン 12 溶融シリコン 13 プラズマフレーム 14 精製シリコン 15 精製シリコン受け容器 20 プラズマトーチ 21 水蒸気添加プラズマジェット 23 プラズマトーチ陰極(電極) 25 水蒸気添加管 26 移送プラズマ陽極(電極) 27 絶縁体 28 プラズマ発生装置(電源) 30 シリコン保持容器 31 流出口を有するシリコン保持容器 11 Solid Silicon 12 Molten Silicon 13 Plasma Flame 14 Purified Silicon 15 Purified Silicon Receiving Container 20 Plasma Torch 21 Water Vapor Addition Plasma Jet 23 Plasma Torch Cathode (Electrode) 25 Water Vapor Addition Tube 26 Transfer Plasma Anode (Electrode) 27 Insulator 28 Plasma Generator (Power source) 30 Silicon holding container 31 Silicon holding container having an outlet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺嶋 久栄 千葉市中央区川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 阪口 泰彦 千葉市中央区川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hisae Terajima, 1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba City, Kawasaki Steel Co., Ltd. Technical Research Division (72) Inventor, Yasuhiko Sakaguchi, 1 Kawasaki-machi, Chuo-ku, Chiba City Kawasaki Steel Co., Ltd. Research headquarters

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 保持容器内に保持した溶融シリコンの湯
面にプラズマジェットガスを噴射してシリコンを精製す
る方法において、該保持容器の底部に複数の電極を設
け、位相差を有し周期的に変化する電圧をプラズマトー
チと各電極間に印加し、プラズマトーチと電極間に発生
する電流の軌道をシリコン溶湯面で走査させることを特
徴とするシリコンの精製方法。
1. A method for purifying silicon by injecting a plasma jet gas onto a molten metal surface of molten silicon held in a holding container, wherein a plurality of electrodes are provided at the bottom of the holding container, and a periodic phase difference is provided. A method for purifying silicon, characterized in that a voltage that changes to a voltage is applied between the plasma torch and each electrode, and the trajectory of the current generated between the plasma torch and the electrode is scanned on the surface of the molten silicon.
【請求項2】 前記保持容器に固体シリコンを連続的に
供給しオーバーフロー分を流出させながら該固体シリコ
ンを融解することを特徴とする請求項1記載のシリコン
の精製方法。
2. The method for purifying silicon according to claim 1, wherein solid silicon is continuously supplied to the holding container, and the solid silicon is melted while allowing an overflow portion to flow out.
【請求項3】 溶融シリコン保持容器と、溶融シリコン
の湯面に向けて水蒸気を含むプラズマジェットガスを噴
射するプラズマトーチとを備えたシリコンの精製装置に
おいて、保持容器底部に複数の電極を備え、位相差を有
し周期的に変化する電圧をプラズマトーチと前記各電極
間に印加する電源を備え、プラズマトーチと電極間に発
生する電流の軌道がシリコン溶湯面上で走査可能とした
ことを特徴とするシリコンの精製装置。
3. A silicon refining apparatus comprising: a molten silicon holding container; and a plasma torch for injecting a plasma jet gas containing water vapor toward a molten silicon level, wherein the holding container bottom has a plurality of electrodes. A power supply for applying a periodically changing voltage having a phase difference between the plasma torch and each of the electrodes is provided, and the trajectory of the current generated between the plasma torch and the electrodes can be scanned on the molten silicon surface. And silicon refining equipment.
【請求項4】 前記保持容器がオーバーフロー分の流出
口を有し、かつシリコンを連続的に供給する装置を備え
たことを特徴とする請求項3記載のシリコンの精製装
置。
4. The apparatus for purifying silicon according to claim 3, wherein the holding container has an outlet for overflow and has a device for continuously supplying silicon.
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