JPH07277722A - ケイ素の精製方法 - Google Patents
ケイ素の精製方法Info
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- JPH07277722A JPH07277722A JP7026986A JP2698695A JPH07277722A JP H07277722 A JPH07277722 A JP H07277722A JP 7026986 A JP7026986 A JP 7026986A JP 2698695 A JP2698695 A JP 2698695A JP H07277722 A JPH07277722 A JP H07277722A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
(57)【要約】
【目的】過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯から晶出
した初晶ケイ素を、１０００℃以上かつケイ素の融点未
満の温度範囲で、スラグ等の融体を用いることなく、し
たがって分離工程を経ることなく、高純度にケイ素を精
製する方法を提供する。 【構成】アルミニウム含有量が１００００重量ｐｐｍ以
下、鉄含有量が１０重量ｐｐｍ以下の初晶ケイ素を、粉
砕して粒子径を１〜１０００μｍに調整し、無機酸で洗
浄してから、酸素分圧が１×１０-2気圧以下の雰囲気ガ
ス中で１０００℃以上かつケイ素の融点未満の温度範囲
で熱処理し、次いで、高真空下で溶解し、指向性凝固を
行う。
した初晶ケイ素を、１０００℃以上かつケイ素の融点未
満の温度範囲で、スラグ等の融体を用いることなく、し
たがって分離工程を経ることなく、高純度にケイ素を精
製する方法を提供する。 【構成】アルミニウム含有量が１００００重量ｐｐｍ以
下、鉄含有量が１０重量ｐｐｍ以下の初晶ケイ素を、粉
砕して粒子径を１〜１０００μｍに調整し、無機酸で洗
浄してから、酸素分圧が１×１０-2気圧以下の雰囲気ガ
ス中で１０００℃以上かつケイ素の融点未満の温度範囲
で熱処理し、次いで、高真空下で溶解し、指向性凝固を
行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ケイ素の精製方法に関
するものである。さらに詳細には、太陽電池用原料とし
て用いることのできる程度まで純度を向上させることの
できるケイ素の精製方法に関するものである。
するものである。さらに詳細には、太陽電池用原料とし
て用いることのできる程度まで純度を向上させることの
できるケイ素の精製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ケイ素の精製方法について、過共晶アル
ミニウム−ケイ素合金溶湯から初晶ケイ素を晶出させる
方法が特開昭５６−２２６２０号公報に開示されてい
る。しかし、過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯から
晶出した初晶ケイ素は、精製溶媒として用いたアルミニ
ウムを不可避的に結晶内部に含有するため、これを除去
する必要があった。
ミニウム−ケイ素合金溶湯から初晶ケイ素を晶出させる
方法が特開昭５６−２２６２０号公報に開示されてい
る。しかし、過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯から
晶出した初晶ケイ素は、精製溶媒として用いたアルミニ
ウムを不可避的に結晶内部に含有するため、これを除去
する必要があった。
【０００３】初晶ケイ素中に含まれるアルミニウムの除
去（２次精製）方法までを包括する、太陽電池用原料と
して利用可能なケイ素の精製方法は、特公昭５９−１３
４４４号公報に開示されている。この２次精製方法は、
初晶ケイ素を溶融帯域において酸性シリカスラグとの接
触下で溶解した後、ケイ素を凝固、回収する工程を主と
するものである。
去（２次精製）方法までを包括する、太陽電池用原料と
して利用可能なケイ素の精製方法は、特公昭５９−１３
４４４号公報に開示されている。この２次精製方法は、
初晶ケイ素を溶融帯域において酸性シリカスラグとの接
触下で溶解した後、ケイ素を凝固、回収する工程を主と
するものである。
【０００４】また、米国特許第４８２８８１４号明細書
には、ケイ素粉末を固相状態で溶融スラグと反応させて
ケイ素を精製する方法が開示されている。しかしなが
ら、これらの精製方法は、比較的高純度なスラグ材を必
要とし、また精製されたケイ素をスラグから分離する工
程を必要とした。
には、ケイ素粉末を固相状態で溶融スラグと反応させて
ケイ素を精製する方法が開示されている。しかしなが
ら、これらの精製方法は、比較的高純度なスラグ材を必
要とし、また精製されたケイ素をスラグから分離する工
程を必要とした。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、過共晶
アルミニウム−ケイ素合金溶湯から晶出した初晶ケイ素
を工業的に効率よく精製する方法は未だ完成されていな
かった。
アルミニウム−ケイ素合金溶湯から晶出した初晶ケイ素
を工業的に効率よく精製する方法は未だ完成されていな
かった。
【０００６】そこで、本発明の目的は、過共晶アルミニ
ウム−ケイ素合金溶湯から晶出した初晶ケイ素を、１０
００℃以上かつケイ素の融点未満の温度範囲で、スラグ
等の融体を用いることなく、従って分離工程を経ること
なく、高純度にケイ素を精製する方法を提供することに
ある。また、本発明の目的は、太陽電池用原料として用
いることのできる程度の純度まで精製することができる
ケイ素の精製方法を提供することにある。
ウム−ケイ素合金溶湯から晶出した初晶ケイ素を、１０
００℃以上かつケイ素の融点未満の温度範囲で、スラグ
等の融体を用いることなく、従って分離工程を経ること
なく、高純度にケイ素を精製する方法を提供することに
ある。また、本発明の目的は、太陽電池用原料として用
いることのできる程度の純度まで精製することができる
ケイ素の精製方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような事情に鑑み、
本発明者らはケイ素の精製方法について鋭意検討した結
果、過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯から晶出した
初晶ケイ素で、アルミニウムを比較的多量に含有するも
のであっても、無機酸による洗浄、および、酸素分圧が
特定値以下の雰囲気ガス中または減圧下で、固相状態で
の熱処理を行うことにより、高純度にケイ素を精製する
ことができることを見出した。また、該初晶ケイ素を、
無機酸による洗浄、および、酸素分圧が特定値以下の雰
囲気ガス中または減圧下で、固相状態での熱処理を行
い、次いで、得られた精製ケイ素を、さらに溶解し、凝
固させることにより、太陽電池用基板として用いること
のできる程度の純度まで精製することができることを見
出し、本発明を完成させるに至った。
本発明者らはケイ素の精製方法について鋭意検討した結
果、過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯から晶出した
初晶ケイ素で、アルミニウムを比較的多量に含有するも
のであっても、無機酸による洗浄、および、酸素分圧が
特定値以下の雰囲気ガス中または減圧下で、固相状態で
の熱処理を行うことにより、高純度にケイ素を精製する
ことができることを見出した。また、該初晶ケイ素を、
無機酸による洗浄、および、酸素分圧が特定値以下の雰
囲気ガス中または減圧下で、固相状態での熱処理を行
い、次いで、得られた精製ケイ素を、さらに溶解し、凝
固させることにより、太陽電池用基板として用いること
のできる程度の純度まで精製することができることを見
出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】すなわち、本発明は下記に示すものであ
る。 （１）過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯から晶出し
た初晶ケイ素を、その粒子径を１〜１０００μｍに調整
し、無機酸により洗浄し、酸素分圧が１×１０-2気圧以
下の雰囲気ガス中で、１０００℃以上かつケイ素の融点
未満の温度範囲で熱処理することを特徴とするケイ素の
精製方法。
る。 （１）過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯から晶出し
た初晶ケイ素を、その粒子径を１〜１０００μｍに調整
し、無機酸により洗浄し、酸素分圧が１×１０-2気圧以
下の雰囲気ガス中で、１０００℃以上かつケイ素の融点
未満の温度範囲で熱処理することを特徴とするケイ素の
精製方法。
【０００９】（２）過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶
湯から晶出した初晶ケイ素を、その粒子径を１〜１００
０μｍに調整し、無機酸により洗浄し、１×１０-2気圧
以下の減圧下で、１０００℃以上かつケイ素の融点未満
の温度範囲で熱処理することを特徴とするケイ素の精製
方法。
湯から晶出した初晶ケイ素を、その粒子径を１〜１００
０μｍに調整し、無機酸により洗浄し、１×１０-2気圧
以下の減圧下で、１０００℃以上かつケイ素の融点未満
の温度範囲で熱処理することを特徴とするケイ素の精製
方法。
【００１０】（３）前記項（１）または（２）記載の方
法により精製されたケイ素を、溶解し、次いで凝固させ
ることを特徴とするケイ素の精製方法。
法により精製されたケイ素を、溶解し、次いで凝固させ
ることを特徴とするケイ素の精製方法。
【００１１】以下、本発明のケイ素の精製方法について
詳しく説明する。本発明においては、過共晶アルミニウ
ム−ケイ素合金溶湯から晶出した初晶ケイ素を原料とし
て用いる。原料の初晶ケイ素としては、アルミニウム含
有量が１００００重量ｐｐｍ以下、鉄含有量が１０重量
ｐｐｍ以下の初晶ケイ素を用いることが好ましい。該過
共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯から晶出した初晶ケ
イ素は、アルミニウム以外の不純物量がかなり低減され
ているものである。
詳しく説明する。本発明においては、過共晶アルミニウ
ム−ケイ素合金溶湯から晶出した初晶ケイ素を原料とし
て用いる。原料の初晶ケイ素としては、アルミニウム含
有量が１００００重量ｐｐｍ以下、鉄含有量が１０重量
ｐｐｍ以下の初晶ケイ素を用いることが好ましい。該過
共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯から晶出した初晶ケ
イ素は、アルミニウム以外の不純物量がかなり低減され
ているものである。
【００１２】初晶ケイ素は、ケイ素を１５〜６５重量％
程度含有する過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯を、
その組成における液相線温度より高い温度から該液相線
温度より低い温度まで冷却することにより、過共晶アル
ミニウム−ケイ素合金溶湯中に晶出させて得る。
程度含有する過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯を、
その組成における液相線温度より高い温度から該液相線
温度より低い温度まで冷却することにより、過共晶アル
ミニウム−ケイ素合金溶湯中に晶出させて得る。
【００１３】晶出した初晶ケイ素は、溶湯ろ過や溶湯遠
心分離等により過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯か
ら分離することができる。分離された初晶ケイ素は表面
に少量の過共晶アルミニウム−ケイ素合金を付着してい
るので、表面に付着している過共晶アルミニウム−ケイ
素合金を無機酸、好ましくは、例えば塩酸または塩酸と
フッ酸の混酸により洗浄することにより、化学的に溶
解、除去する。
心分離等により過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯か
ら分離することができる。分離された初晶ケイ素は表面
に少量の過共晶アルミニウム−ケイ素合金を付着してい
るので、表面に付着している過共晶アルミニウム−ケイ
素合金を無機酸、好ましくは、例えば塩酸または塩酸と
フッ酸の混酸により洗浄することにより、化学的に溶
解、除去する。
【００１４】初晶ケイ素中のアルミニウム含有量は好ま
しくは１００００重量ｐｐｍ以下である。アルミニウム
含有量が１００００重量ｐｐｍを越えると、後の熱処理
工程を経た後でも精製ケイ素中のアルミニウム残存量が
多くなるため、太陽電池用原料として利用し難い。過共
晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯から晶出した初晶ケイ
素中には、通常、少なくとも１００重量ｐｐｍ程度以上
のアルミニウムが含まれている。初晶ケイ素中のアルミ
ニウム含有量は、より好ましくは３０００重量ｐｐｍ以
下であり、最も好ましくは１０００重量ｐｐｍ以下であ
る。
しくは１００００重量ｐｐｍ以下である。アルミニウム
含有量が１００００重量ｐｐｍを越えると、後の熱処理
工程を経た後でも精製ケイ素中のアルミニウム残存量が
多くなるため、太陽電池用原料として利用し難い。過共
晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯から晶出した初晶ケイ
素中には、通常、少なくとも１００重量ｐｐｍ程度以上
のアルミニウムが含まれている。初晶ケイ素中のアルミ
ニウム含有量は、より好ましくは３０００重量ｐｐｍ以
下であり、最も好ましくは１０００重量ｐｐｍ以下であ
る。
【００１５】初晶ケイ素中の鉄含有量は好ましくは１０
重量ｐｐｍ以下である。鉄含有量は、後の熱処理工程を
経ても大きくは変化しないので、出発原料として用いる
初晶ケイ素中の鉄含有量は少ない方が好ましい。初晶ケ
イ素中の鉄含有量は、より好ましくは５重量ｐｐｍ以
下、最も好ましくは１重量ｐｐｍ以下である。
重量ｐｐｍ以下である。鉄含有量は、後の熱処理工程を
経ても大きくは変化しないので、出発原料として用いる
初晶ケイ素中の鉄含有量は少ない方が好ましい。初晶ケ
イ素中の鉄含有量は、より好ましくは５重量ｐｐｍ以
下、最も好ましくは１重量ｐｐｍ以下である。
【００１６】上記の過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶
湯から晶出した初晶ケイ素は、その粒子径を１〜１００
０μｍ、好ましくは５〜５００μｍ、より好ましくは１
０〜２００μｍに調整して用いる。粒子径を１〜１００
０μｍに調整して用いることにより、後工程の酸洗浄お
よび熱処理工程における精製効率が増大し、純度の高い
精製ケイ素を得ることができる。粒子径を調整する方法
として、例えば粉砕を挙げることができる。粉砕の具体
的な方法は特に限定されず、通常工業的に用いられる粉
砕手段によることができる。
湯から晶出した初晶ケイ素は、その粒子径を１〜１００
０μｍ、好ましくは５〜５００μｍ、より好ましくは１
０〜２００μｍに調整して用いる。粒子径を１〜１００
０μｍに調整して用いることにより、後工程の酸洗浄お
よび熱処理工程における精製効率が増大し、純度の高い
精製ケイ素を得ることができる。粒子径を調整する方法
として、例えば粉砕を挙げることができる。粉砕の具体
的な方法は特に限定されず、通常工業的に用いられる粉
砕手段によることができる。
【００１７】本発明において示す粒子径の範囲は、粒子
径を規定しようとする物質の全体の重量の少なくとも８
０重量％以上がその粒子径の範囲内に入ることで定義す
る。従って、例えば１〜１０００μｍの粒子径の初晶ケ
イ素とは、初晶ケイ素粒子全体のうち粒子径が１〜１０
００μｍの範囲にある初晶ケイ素の重量が少なくとも８
０重量％以上ある初晶ケイ素のことである。
径を規定しようとする物質の全体の重量の少なくとも８
０重量％以上がその粒子径の範囲内に入ることで定義す
る。従って、例えば１〜１０００μｍの粒子径の初晶ケ
イ素とは、初晶ケイ素粒子全体のうち粒子径が１〜１０
００μｍの範囲にある初晶ケイ素の重量が少なくとも８
０重量％以上ある初晶ケイ素のことである。
【００１８】初晶ケイ素の粒子径を１μｍ未満に調整す
ることは工業上かなり困難であるとともに取り扱いが煩
雑となる。粒子径が１０００μｍを超えると熱処理工程
における精製効率の増大が望めない。初晶ケイ素の粒子
径は、好ましくは５〜５００μｍ、より好ましくは１０
〜２００μｍである。初晶ケイ素の粒子径は、過共晶ア
ルミニウム−ケイ素合金溶湯から初晶ケイ素が晶出する
時の該合金溶湯の冷却速度を制御したり、過共晶アルミ
ニウム−ケイ素合金溶湯から分離した初晶ケイ素を粉砕
することにより調整することが可能である。
ることは工業上かなり困難であるとともに取り扱いが煩
雑となる。粒子径が１０００μｍを超えると熱処理工程
における精製効率の増大が望めない。初晶ケイ素の粒子
径は、好ましくは５〜５００μｍ、より好ましくは１０
〜２００μｍである。初晶ケイ素の粒子径は、過共晶ア
ルミニウム−ケイ素合金溶湯から初晶ケイ素が晶出する
時の該合金溶湯の冷却速度を制御したり、過共晶アルミ
ニウム−ケイ素合金溶湯から分離した初晶ケイ素を粉砕
することにより調整することが可能である。
【００１９】１〜１０００μｍの粒子径に調整された初
晶ケイ素に、無機酸による洗浄を施すことにより、アル
ミニウム含有量を５００重量ｐｐｍ程度以下に低減する
ことができる。洗浄に用いられる無機酸としては、例え
ば塩酸または塩酸とフッ酸の混酸等を使用することがで
きる。洗浄は、例えば、塩酸を用いる場合は、濃度を３
〜９規定、温度を８０〜１００℃とし、該塩酸中に上記
の粒子径が１〜１０００μｍに調整された初晶ケイ素を
１時間程度浸漬することにより行うことができる。
晶ケイ素に、無機酸による洗浄を施すことにより、アル
ミニウム含有量を５００重量ｐｐｍ程度以下に低減する
ことができる。洗浄に用いられる無機酸としては、例え
ば塩酸または塩酸とフッ酸の混酸等を使用することがで
きる。洗浄は、例えば、塩酸を用いる場合は、濃度を３
〜９規定、温度を８０〜１００℃とし、該塩酸中に上記
の粒子径が１〜１０００μｍに調整された初晶ケイ素を
１時間程度浸漬することにより行うことができる。
【００２０】次いで、初晶ケイ素は、酸素分圧が１×１
０-2気圧以下の雰囲気ガス中で、１０００℃以上かつケ
イ素の融点未満の温度範囲から任意に選ばれた温度で、
熱処理される。熱処理時間は好ましくは１〜１００時間
である。雰囲気ガス中の酸素分圧が１×１０-2気圧を超
えると、初晶ケイ素の表面に生成する酸化皮膜により、
アルミニウムの除去が阻害されるので好ましくない。熱
処理時の雰囲気ガス中の酸素分圧は、好ましくは１×１
０-3気圧以下であり、より好ましくは１×１０ -4気圧以
下である。
０-2気圧以下の雰囲気ガス中で、１０００℃以上かつケ
イ素の融点未満の温度範囲から任意に選ばれた温度で、
熱処理される。熱処理時間は好ましくは１〜１００時間
である。雰囲気ガス中の酸素分圧が１×１０-2気圧を超
えると、初晶ケイ素の表面に生成する酸化皮膜により、
アルミニウムの除去が阻害されるので好ましくない。熱
処理時の雰囲気ガス中の酸素分圧は、好ましくは１×１
０-3気圧以下であり、より好ましくは１×１０ -4気圧以
下である。
【００２１】熱処理時の雰囲気ガス中の酸素分圧を１×
１０-2気圧以下にするためには、例えば、少なくとも酸
素分圧が１×１０-2気圧よりも低いガスを熱処理炉に長
時間通気させる方法、熱処理炉内の空気を減圧した後、
少なくとも酸素分圧が１×１０-2気圧よりも低いガスを
長時間通気させる方法等が採用できる。
１０-2気圧以下にするためには、例えば、少なくとも酸
素分圧が１×１０-2気圧よりも低いガスを熱処理炉に長
時間通気させる方法、熱処理炉内の空気を減圧した後、
少なくとも酸素分圧が１×１０-2気圧よりも低いガスを
長時間通気させる方法等が採用できる。
【００２２】熱処理時の雰囲気ガスとしては、不活性ガ
ス、水素ガス、窒素ガスまたはこれらの混合ガスを用い
ることができる。また、雰囲気ガスとして、ハロゲン化
水素ガスおよび／またはハロゲンガスを０．１〜５０体
積％含有する不活性ガス、水素ガス、窒素ガスまたはこ
れらの混合ガスを用いることもできる。雰囲気ガスの全
圧は通常１気圧である。なお、ここで不活性ガスとは、
ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトン
ガス、キセノンガス、ラドンガスまたはこれらのガスの
混合ガスのことを指す。
ス、水素ガス、窒素ガスまたはこれらの混合ガスを用い
ることができる。また、雰囲気ガスとして、ハロゲン化
水素ガスおよび／またはハロゲンガスを０．１〜５０体
積％含有する不活性ガス、水素ガス、窒素ガスまたはこ
れらの混合ガスを用いることもできる。雰囲気ガスの全
圧は通常１気圧である。なお、ここで不活性ガスとは、
ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトン
ガス、キセノンガス、ラドンガスまたはこれらのガスの
混合ガスのことを指す。
【００２３】また、本発明においては、熱処理の雰囲気
として、１×１０-2気圧以下に減圧した雰囲気も用いる
ことができる。１×１０-2気圧以下に減圧することによ
り、雰囲気中の酸素分圧が１×１０-2気圧以下となる。
減圧の圧力は、好ましくは１×１０-3気圧以下、より好
ましくは１×１０-4気圧以下である。
として、１×１０-2気圧以下に減圧した雰囲気も用いる
ことができる。１×１０-2気圧以下に減圧することによ
り、雰囲気中の酸素分圧が１×１０-2気圧以下となる。
減圧の圧力は、好ましくは１×１０-3気圧以下、より好
ましくは１×１０-4気圧以下である。
【００２４】熱処理温度は、１０００℃以上かつケイ素
の融点（１４１０℃）未満の温度範囲から任意に選ぶこ
とができる。熱処理温度が１０００℃未満になると、ア
ルミニウムを十分に除去することができない。また、熱
処理温度がケイ素の融点以上になると、初晶ケイ素が溶
融してしまい、アルミニウムの除去効率が低下するとと
もに容器との反応による汚染が発生し易くなる。熱処理
温度は、好ましくは１２００℃以上かつケイ素の融点未
満の温度範囲であり、より好ましくは１３００℃以上か
つケイ素の融点未満の温度範囲であり、さらに好ましく
は１３５０℃以上かつケイ素の融点未満の温度範囲であ
る。
の融点（１４１０℃）未満の温度範囲から任意に選ぶこ
とができる。熱処理温度が１０００℃未満になると、ア
ルミニウムを十分に除去することができない。また、熱
処理温度がケイ素の融点以上になると、初晶ケイ素が溶
融してしまい、アルミニウムの除去効率が低下するとと
もに容器との反応による汚染が発生し易くなる。熱処理
温度は、好ましくは１２００℃以上かつケイ素の融点未
満の温度範囲であり、より好ましくは１３００℃以上か
つケイ素の融点未満の温度範囲であり、さらに好ましく
は１３５０℃以上かつケイ素の融点未満の温度範囲であ
る。
【００２５】熱処理時間は、好ましくは１〜１００時間
の範囲から任意に選ぶことができる。熱処理時間が１時
間未満になるとアルミニウムを十分に除去することが困
難になる傾向を示す。また、熱処理時間が１００時間を
超えるとアルミニウムの除去効率が低下するため、工業
的には非効率となる。熱処理時間の範囲は、より好まし
くは１〜５０時間であり、さらに好ましくは１〜２５時
間である。
の範囲から任意に選ぶことができる。熱処理時間が１時
間未満になるとアルミニウムを十分に除去することが困
難になる傾向を示す。また、熱処理時間が１００時間を
超えるとアルミニウムの除去効率が低下するため、工業
的には非効率となる。熱処理時間の範囲は、より好まし
くは１〜５０時間であり、さらに好ましくは１〜２５時
間である。
【００２６】また、熱処理後の初晶ケイ素の表面には、
アルミニウムの酸化物が残存している場合があるので、
熱処理後に無機酸による洗浄を行うことが好ましい。無
機酸としては特に限定されないが、例えば、フッ酸また
はフッ酸と塩酸の混酸等を用いることができる。
アルミニウムの酸化物が残存している場合があるので、
熱処理後に無機酸による洗浄を行うことが好ましい。無
機酸としては特に限定されないが、例えば、フッ酸また
はフッ酸と塩酸の混酸等を用いることができる。
【００２７】熱処理時に初晶ケイ素と直接接触する炉材
や容器は、本発明の熱処理条件においてケイ素と実質的
に反応しない材質のものであれば特に限定されないが、
例えば、石英が好適である。本発明の方法により熱処理
を施された精製ケイ素は、溶融スラグ等との分離を必要
とせず、そのまま太陽電池用原料等の各種用途に適用で
きる高純度ケイ素である。
や容器は、本発明の熱処理条件においてケイ素と実質的
に反応しない材質のものであれば特に限定されないが、
例えば、石英が好適である。本発明の方法により熱処理
を施された精製ケイ素は、溶融スラグ等との分離を必要
とせず、そのまま太陽電池用原料等の各種用途に適用で
きる高純度ケイ素である。
【００２８】また、さらに純度の高い精製された高純度
ケイ素、例えば、太陽電池用基板として用いることので
きる水準の純度を得るためには、上記の方法で得られた
精製ケイ素を溶解し、凝固させる方法を採用する。その
具体的な方法として、上記の方法で得られた精製ケイ素
を溶解し、通常の凝固、または、指向性凝固させる方法
を採用することができる。ここで、精製ケイ素の溶解
は、通常の溶解、好ましくは減圧下での溶解、より好ま
しくは高真空下での溶解を行うことができる。
ケイ素、例えば、太陽電池用基板として用いることので
きる水準の純度を得るためには、上記の方法で得られた
精製ケイ素を溶解し、凝固させる方法を採用する。その
具体的な方法として、上記の方法で得られた精製ケイ素
を溶解し、通常の凝固、または、指向性凝固させる方法
を採用することができる。ここで、精製ケイ素の溶解
は、通常の溶解、好ましくは減圧下での溶解、より好ま
しくは高真空下での溶解を行うことができる。
【００２９】減圧下、好ましくは高真空下での溶解の方
法は特に限定されないが、雰囲気を減圧にした抵抗加熱
溶解、高周波誘導加熱溶解或いは高エネルギービーム照
射溶解等が採用できる。例えば、電子ビーム法において
は、水冷銅ルツボに装填された精製ケイ素を真空度１×
１０-7気圧で、加速電圧１０ｋＶ、電子電流０．１Ａで
溶解できる。
法は特に限定されないが、雰囲気を減圧にした抵抗加熱
溶解、高周波誘導加熱溶解或いは高エネルギービーム照
射溶解等が採用できる。例えば、電子ビーム法において
は、水冷銅ルツボに装填された精製ケイ素を真空度１×
１０-7気圧で、加速電圧１０ｋＶ、電子電流０．１Ａで
溶解できる。
【００３０】指向性凝固はその方法は特に限定されない
が、溶融ケイ素の一端面を冷却し指向的に凝固させる方
法、または連続鋳造により指向的に凝固させる方法等が
採用できる。例えば、電子ビーム法においては、下端面
が水冷銅ルツボにより冷却されているので、試料を溶解
後電子ビームの出力を徐々に下げることにより、指向性
凝固が達成される。電子ビーム法による溶解と連続鋳造
による指向性凝固とを組み合わせた方法等も採用するこ
とができる。凝固を指向的に行った後、最終凝固部を切
断等で除去することにより高純度ケイ素を得ることがで
きる。
が、溶融ケイ素の一端面を冷却し指向的に凝固させる方
法、または連続鋳造により指向的に凝固させる方法等が
採用できる。例えば、電子ビーム法においては、下端面
が水冷銅ルツボにより冷却されているので、試料を溶解
後電子ビームの出力を徐々に下げることにより、指向性
凝固が達成される。電子ビーム法による溶解と連続鋳造
による指向性凝固とを組み合わせた方法等も採用するこ
とができる。凝固を指向的に行った後、最終凝固部を切
断等で除去することにより高純度ケイ素を得ることがで
きる。
【００３１】上記の溶解と凝固は、例えば、減圧下での
溶解と通常の凝固、または、通常の溶解と指向性凝固を
行うことができ、それぞれの方法によってケイ素の高純
度化が可能であるが、高真空下での溶解を行った後に指
向性凝固を行うことが最も好ましい。
溶解と通常の凝固、または、通常の溶解と指向性凝固を
行うことができ、それぞれの方法によってケイ素の高純
度化が可能であるが、高真空下での溶解を行った後に指
向性凝固を行うことが最も好ましい。
【００３２】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明するが、本
発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３３】実施例１ アルミニウムを５３００重量ｐｐｍ、鉄を１５００重量
ｐｐｍ含有する市販の粗ケイ素と純度９９．９９９重量
％の高純度アルミニウムを用いて、ケイ素を４０重量％
含有する過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯を調製し
た。該過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯を１０００
℃の温度から降温速度３０℃／時で７００℃まで冷却
し、初晶ケイ素を晶出させた。次いで、セラミックスフ
ィルターを用いて該合金溶湯を７００℃でろ過し、室温
まで放冷してセラミックスフィルター上に過共晶アルミ
ニウム−ケイ素合金が付着した初晶ケイ素を得た。該初
晶ケイ素に付着した過共晶アルミニウム−ケイ素合金を
６規定塩酸で化学的に溶解除去して初晶ケイ素を得た。
得られた初晶ケイ素の一部をＩＣＰ発光分析装置（セイ
コー電子工業株式会社製、ＳＴＳ１２００−ＶＲ型）に
て分析したところ、アルミニウムは６８０重量ｐｐｍ、
鉄は２重量ｐｐｍ、カルシウムは３重量ｐｐｍ、チタン
は１重量ｐｐｍ未満（アルミニウム以外の不純物量の合
計は１０重量ｐｐｍ未満）であった。
ｐｐｍ含有する市販の粗ケイ素と純度９９．９９９重量
％の高純度アルミニウムを用いて、ケイ素を４０重量％
含有する過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯を調製し
た。該過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯を１０００
℃の温度から降温速度３０℃／時で７００℃まで冷却
し、初晶ケイ素を晶出させた。次いで、セラミックスフ
ィルターを用いて該合金溶湯を７００℃でろ過し、室温
まで放冷してセラミックスフィルター上に過共晶アルミ
ニウム−ケイ素合金が付着した初晶ケイ素を得た。該初
晶ケイ素に付着した過共晶アルミニウム−ケイ素合金を
６規定塩酸で化学的に溶解除去して初晶ケイ素を得た。
得られた初晶ケイ素の一部をＩＣＰ発光分析装置（セイ
コー電子工業株式会社製、ＳＴＳ１２００−ＶＲ型）に
て分析したところ、アルミニウムは６８０重量ｐｐｍ、
鉄は２重量ｐｐｍ、カルシウムは３重量ｐｐｍ、チタン
は１重量ｐｐｍ未満（アルミニウム以外の不純物量の合
計は１０重量ｐｐｍ未満）であった。
【００３４】さらに、該初晶ケイ素を乳鉢にて粉砕し１
８０μｍのふるいを通った粉末を、６規定塩酸に浸漬し
て９０℃で１時間保持し、その後水洗、乾燥して初晶ケ
イ素粉末を得た。得られた初晶ケイ素の粒度分布を粒度
分布測定装置（ＭＡＬＶＥＲＮ社製）を用いて調べたと
ころ、粒子径の小さい方から１０〜９０重量％の粒子が
含まれる粒子径分布は１５〜２００μｍであった。得ら
れた初晶ケイ素粉末の一部をＩＣＰ発光分析装置にて分
析したところ、アルミニウムは２５０重量ｐｐｍ、鉄は
１重量ｐｐｍ未満、カルシウムは２重量ｐｐｍ、チタン
は１重量ｐｐｍ未満（アルミニウム以外の不純物量の合
計は１０重量ｐｐｍ未満）であった。上記初晶ケイ素粉
末を石英ボートに入れ、高アルミナ製炉芯管を用いた電
気管状炉（株式会社モトヤマ製、ＰＣＲ型、７．５ｋ
Ｗ）に装填し、油回転式真空ポンプを用いて高純度アル
ゴンガス（純度９９．９９９５体積％）に減圧置換し
た。その後、炉内全圧１気圧にて上記高純度アルゴンガ
スを１００ｍｌ／分の量で通気させながら１４００℃で
２４時間の熱処理を行った。なお、昇温速度、降温速度
は２００℃／時とした。熱処理中に、排出アルゴンガス
を酸素分析計（東レエンジニアリング株式会社製、ＬＣ
−７００Ｌ型）にて分析したところ、ガス中の酸素濃度
は１００体積ｐｐｍであり酸素分圧に換算すると１×１
０-4気圧であった。熱処理後の精製ケイ素の一部をＩＣ
Ｐ−発光分析装置にて分析したところ、アルミニウムは
８重量ｐｐｍ、鉄は１重量ｐｐｍ未満、カルシウムは２
重量ｐｐｍ、チタンは１重量ｐｐｍ未満（アルミニウム
以外の不純物量の合計は１０重量ｐｐｍ未満）であっ
た。
８０μｍのふるいを通った粉末を、６規定塩酸に浸漬し
て９０℃で１時間保持し、その後水洗、乾燥して初晶ケ
イ素粉末を得た。得られた初晶ケイ素の粒度分布を粒度
分布測定装置（ＭＡＬＶＥＲＮ社製）を用いて調べたと
ころ、粒子径の小さい方から１０〜９０重量％の粒子が
含まれる粒子径分布は１５〜２００μｍであった。得ら
れた初晶ケイ素粉末の一部をＩＣＰ発光分析装置にて分
析したところ、アルミニウムは２５０重量ｐｐｍ、鉄は
１重量ｐｐｍ未満、カルシウムは２重量ｐｐｍ、チタン
は１重量ｐｐｍ未満（アルミニウム以外の不純物量の合
計は１０重量ｐｐｍ未満）であった。上記初晶ケイ素粉
末を石英ボートに入れ、高アルミナ製炉芯管を用いた電
気管状炉（株式会社モトヤマ製、ＰＣＲ型、７．５ｋ
Ｗ）に装填し、油回転式真空ポンプを用いて高純度アル
ゴンガス（純度９９．９９９５体積％）に減圧置換し
た。その後、炉内全圧１気圧にて上記高純度アルゴンガ
スを１００ｍｌ／分の量で通気させながら１４００℃で
２４時間の熱処理を行った。なお、昇温速度、降温速度
は２００℃／時とした。熱処理中に、排出アルゴンガス
を酸素分析計（東レエンジニアリング株式会社製、ＬＣ
−７００Ｌ型）にて分析したところ、ガス中の酸素濃度
は１００体積ｐｐｍであり酸素分圧に換算すると１×１
０-4気圧であった。熱処理後の精製ケイ素の一部をＩＣ
Ｐ−発光分析装置にて分析したところ、アルミニウムは
８重量ｐｐｍ、鉄は１重量ｐｐｍ未満、カルシウムは２
重量ｐｐｍ、チタンは１重量ｐｐｍ未満（アルミニウム
以外の不純物量の合計は１０重量ｐｐｍ未満）であっ
た。
【００３５】実施例２ アルミニウムを５３００重量ｐｐｍ、鉄を１５００重量
ｐｐｍ含有する市販の粗ケイ素と純度９９．９９９重量
％の高純度アルミニウムを用いて、ケイ素を４０重量％
含有する過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯を調製し
た。該過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯を１０００
℃の温度から降温速度３０℃／時で７００℃まで冷却
し、初晶ケイ素を晶出させた。次いで、セラミックスフ
ィルターを用いて該合金溶湯を７００℃でろ過し、室温
まで放冷してセラミックスフィルター上に過共晶アルミ
ニウム−ケイ素合金が付着した初晶ケイ素を得た。該初
晶ケイ素に付着した過共晶アルミニウム−ケイ素合金を
６規定塩酸で化学的に溶解除去して初晶ケイ素を得た。
得られた初晶ケイ素の一部をＩＣＰ発光分析装置（セイ
コー電子工業株式会社製、ＳＴＳ１２００−ＶＲ型）に
て分析したところ、アルミニウムは７１０重量ｐｐｍ、
鉄は２重量ｐｐｍであった。
ｐｐｍ含有する市販の粗ケイ素と純度９９．９９９重量
％の高純度アルミニウムを用いて、ケイ素を４０重量％
含有する過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯を調製し
た。該過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯を１０００
℃の温度から降温速度３０℃／時で７００℃まで冷却
し、初晶ケイ素を晶出させた。次いで、セラミックスフ
ィルターを用いて該合金溶湯を７００℃でろ過し、室温
まで放冷してセラミックスフィルター上に過共晶アルミ
ニウム−ケイ素合金が付着した初晶ケイ素を得た。該初
晶ケイ素に付着した過共晶アルミニウム−ケイ素合金を
６規定塩酸で化学的に溶解除去して初晶ケイ素を得た。
得られた初晶ケイ素の一部をＩＣＰ発光分析装置（セイ
コー電子工業株式会社製、ＳＴＳ１２００−ＶＲ型）に
て分析したところ、アルミニウムは７１０重量ｐｐｍ、
鉄は２重量ｐｐｍであった。
【００３６】さらに、該初晶ケイ素を乳鉢にて粉砕し１
８０μｍのふるいを通った粉末を、６規定塩酸に浸漬し
て９０℃で１時間保持し、その後水洗、乾燥して初晶ケ
イ素粉末を得た。得られた初晶ケイ素の粒度分布を粒度
分布測定装置（ＭＡＬＶＥＲＮ社製）を用いて調べたと
ころ、粒子径の小さい方から１０〜９０重量％の粒子が
含まれる粒子径分布は１５〜２００μｍであった。得ら
れた初晶ケイ素粉末の一部をＩＣＰ発光分析装置にて分
析したところ、アルミニウムは２２０重量ｐｐｍ、鉄は
３重量ｐｐｍであった。
８０μｍのふるいを通った粉末を、６規定塩酸に浸漬し
て９０℃で１時間保持し、その後水洗、乾燥して初晶ケ
イ素粉末を得た。得られた初晶ケイ素の粒度分布を粒度
分布測定装置（ＭＡＬＶＥＲＮ社製）を用いて調べたと
ころ、粒子径の小さい方から１０〜９０重量％の粒子が
含まれる粒子径分布は１５〜２００μｍであった。得ら
れた初晶ケイ素粉末の一部をＩＣＰ発光分析装置にて分
析したところ、アルミニウムは２２０重量ｐｐｍ、鉄は
３重量ｐｐｍであった。
【００３７】上記初晶ケイ素粉末を石英ボートに入れ、
高アルミナ製炉芯管を用いた電気管状炉（株式会社モト
ヤマ製、ＭＴＳＲ１６−７４０−ＳＰ型、７．５ｋＷ）
に装填し、油回転式真空ポンプと油拡散ポンプを併用し
て高純度アルゴンガス（純度９９．９９９５体積％）に
減圧置換した。その後、炉内全圧１気圧にて上記高純度
アルゴンガスを５０ｍｌ／分の量で通気させながら１４
００℃で５時間の熱処理を行った。なお、昇温速度、降
温速度は２００℃／時とした。熱処理中に、排出アルゴ
ンガスを酸素分析計（東レエンジニアリング株式会社
製、ＬＣ−７００Ｌ型）にて分析したところ、ガス中の
酸素濃度は８体積ｐｐｍであり酸素分圧に換算すると８
×１０-6気圧であった。熱処理後の精製ケイ素の一部を
ＩＣＰ−発光分析装置にて分析したところ、アルミニウ
ムは３２重量ｐｐｍ、鉄は１重量ｐｐｍ未満であった。
高アルミナ製炉芯管を用いた電気管状炉（株式会社モト
ヤマ製、ＭＴＳＲ１６−７４０−ＳＰ型、７．５ｋＷ）
に装填し、油回転式真空ポンプと油拡散ポンプを併用し
て高純度アルゴンガス（純度９９．９９９５体積％）に
減圧置換した。その後、炉内全圧１気圧にて上記高純度
アルゴンガスを５０ｍｌ／分の量で通気させながら１４
００℃で５時間の熱処理を行った。なお、昇温速度、降
温速度は２００℃／時とした。熱処理中に、排出アルゴ
ンガスを酸素分析計（東レエンジニアリング株式会社
製、ＬＣ−７００Ｌ型）にて分析したところ、ガス中の
酸素濃度は８体積ｐｐｍであり酸素分圧に換算すると８
×１０-6気圧であった。熱処理後の精製ケイ素の一部を
ＩＣＰ−発光分析装置にて分析したところ、アルミニウ
ムは３２重量ｐｐｍ、鉄は１重量ｐｐｍ未満であった。
【００３８】実施例３ 熱処理時間を２４時間とした以外は実施例２と同条件で
熱処理した。熱処理前の初晶ケイ素に含まれるアルミニ
ウムは２２０重量ｐｐｍ、鉄は３重量ｐｐｍ、熱処理後
の精製ケイ素に含まれるアルミニウムは５重量ｐｐｍ、
鉄は１重量ｐｐｍであった。
熱処理した。熱処理前の初晶ケイ素に含まれるアルミニ
ウムは２２０重量ｐｐｍ、鉄は３重量ｐｐｍ、熱処理後
の精製ケイ素に含まれるアルミニウムは５重量ｐｐｍ、
鉄は１重量ｐｐｍであった。
【００３９】実施例４ 電気管状炉内をアルゴンガス（酸素濃度９３体積ｐｐｍ
含有）で減圧置換した以外は実施例２と同条件で熱処理
した。熱処理中に、排出アルゴンガスを酸素分析計にて
分析したところ、ガス中の酸素濃度は９５体積ｐｐｍで
あり酸素分圧に換算すると９．５×１０-5気圧であっ
た。熱処理前の初晶ケイ素に含まれるアルミニウムは２
２０重量ｐｐｍ、熱処理後の精製ケイ素に含まれるアル
ミニウムは４４重量ｐｐｍであった。
含有）で減圧置換した以外は実施例２と同条件で熱処理
した。熱処理中に、排出アルゴンガスを酸素分析計にて
分析したところ、ガス中の酸素濃度は９５体積ｐｐｍで
あり酸素分圧に換算すると９．５×１０-5気圧であっ
た。熱処理前の初晶ケイ素に含まれるアルミニウムは２
２０重量ｐｐｍ、熱処理後の精製ケイ素に含まれるアル
ミニウムは４４重量ｐｐｍであった。
【００４０】実施例５ 実施例２と同様にして得られたケイ素粉末（アルミニウ
ムを２２０重量ｐｐｍ、鉄を３ｐｐｍ含有）を石英ボー
トに入れ、ムライト製炉芯管を用いた電気管状炉（株式
会社光洋リンドバーク製、ＶＰＳ型、５．０ｋＷ）に装
填し、油回転式真空ポンプを用いて超高純度アルゴンガ
スに減圧置換した後、続いて高純度水素ガス（純度９
９．９９体積％）に減圧置換した以外は実施例２と同条
件で熱処理した。熱処理中に、排出水素ガスを酸素分析
計にて分析することは装置の性能上不可能であるので、
予備実験として超高純度アルゴンガスで減圧置換したの
ち、排出アルゴンガスを酸素分析計にて分析したとこ
ろ、ガス中の酸素濃度は１００体積ｐｐｍであり酸素分
圧に換算すると１×１０-4気圧であった。高純度水素ガ
スの純度が９９．９９体積％以上であるから、熱処理雰
囲気の酸素分圧は約１×１０ -4気圧であった。熱処理前
の初晶ケイ素に含まれるアルミニウムは２２０重量ｐｐ
ｍ、熱処理後の精製ケイ素に含まれるアルミニウムは４
５重量ｐｐｍであった。
ムを２２０重量ｐｐｍ、鉄を３ｐｐｍ含有）を石英ボー
トに入れ、ムライト製炉芯管を用いた電気管状炉（株式
会社光洋リンドバーク製、ＶＰＳ型、５．０ｋＷ）に装
填し、油回転式真空ポンプを用いて超高純度アルゴンガ
スに減圧置換した後、続いて高純度水素ガス（純度９
９．９９体積％）に減圧置換した以外は実施例２と同条
件で熱処理した。熱処理中に、排出水素ガスを酸素分析
計にて分析することは装置の性能上不可能であるので、
予備実験として超高純度アルゴンガスで減圧置換したの
ち、排出アルゴンガスを酸素分析計にて分析したとこ
ろ、ガス中の酸素濃度は１００体積ｐｐｍであり酸素分
圧に換算すると１×１０-4気圧であった。高純度水素ガ
スの純度が９９．９９体積％以上であるから、熱処理雰
囲気の酸素分圧は約１×１０ -4気圧であった。熱処理前
の初晶ケイ素に含まれるアルミニウムは２２０重量ｐｐ
ｍ、熱処理後の精製ケイ素に含まれるアルミニウムは４
５重量ｐｐｍであった。
【００４１】実施例６ 電気管状炉内を超高純度窒素ガス（純度９９．９９９５
体積％）で減圧置換した以外は実施例２と同条件で熱処
理した。熱処理中に、排出窒素ガスを酸素分析計にて分
析したところ、ガス中の酸素濃度は８体積ｐｐｍであり
酸素分圧に換算すると８×１０-6気圧であった。熱処理
前の初晶ケイ素に含まれるアルミニウムは２２０重量ｐ
ｐｍ、熱処理後の精製ケイ素に含まれるアルミニウムは
１２５重量ｐｐｍであった。
体積％）で減圧置換した以外は実施例２と同条件で熱処
理した。熱処理中に、排出窒素ガスを酸素分析計にて分
析したところ、ガス中の酸素濃度は８体積ｐｐｍであり
酸素分圧に換算すると８×１０-6気圧であった。熱処理
前の初晶ケイ素に含まれるアルミニウムは２２０重量ｐ
ｐｍ、熱処理後の精製ケイ素に含まれるアルミニウムは
１２５重量ｐｐｍであった。
【００４２】実施例７ 実施例１と同じ電気管状炉を用い、ガス配管を耐塩化水
素ガスのテフロンチューブ、テフロンコックとし、超高
純度アルゴンガスで希釈した１体積％の塩化水素ガス
（塩化水素ガスは純度９９．９体積％を使用）で減圧置
換した以外は実施例２と同条件で熱処理した。熱処理中
に、排出塩化水素ガスを酸素分析計にて分析することは
装置の性能上不可能であるので、予備実験として超高純
度アルゴンガスで減圧置換したのち、排出アルゴンガス
を酸素分析計にて分析したところ、ガス中の酸素濃度は
２００体積ｐｐｍであり酸素分圧に換算すると２×１０
-4気圧であった。高純度アルゴンガスの純度が９９．９
９９５体積％、塩化水素ガスの純度が９９．９体積％で
あるから、熱処理雰囲気の酸素分圧は約２×１０-4気圧
であった。熱処理前の初晶ケイ素に含まれるアルミニウ
ム量は２２０重量ｐｐｍ、熱処理後の精製ケイ素に含ま
れるアルミニウムは２４重量ｐｐｍであった。
素ガスのテフロンチューブ、テフロンコックとし、超高
純度アルゴンガスで希釈した１体積％の塩化水素ガス
（塩化水素ガスは純度９９．９体積％を使用）で減圧置
換した以外は実施例２と同条件で熱処理した。熱処理中
に、排出塩化水素ガスを酸素分析計にて分析することは
装置の性能上不可能であるので、予備実験として超高純
度アルゴンガスで減圧置換したのち、排出アルゴンガス
を酸素分析計にて分析したところ、ガス中の酸素濃度は
２００体積ｐｐｍであり酸素分圧に換算すると２×１０
-4気圧であった。高純度アルゴンガスの純度が９９．９
９９５体積％、塩化水素ガスの純度が９９．９体積％で
あるから、熱処理雰囲気の酸素分圧は約２×１０-4気圧
であった。熱処理前の初晶ケイ素に含まれるアルミニウ
ム量は２２０重量ｐｐｍ、熱処理後の精製ケイ素に含ま
れるアルミニウムは２４重量ｐｐｍであった。
【００４３】実施例８ 雰囲気ガスを２．６×１０-5気圧の大気減圧とした以外
は実施例２と同条件で熱処理した。この時の酸素分圧は
５×１０-6気圧と計算された。熱処理前の初晶ケイ素に
含まれるアルミニウムは２２０重量ｐｐｍ、熱処理後の
精製ケイ素に含まれるアルミニウムは１７重量ｐｐｍで
あった。
は実施例２と同条件で熱処理した。この時の酸素分圧は
５×１０-6気圧と計算された。熱処理前の初晶ケイ素に
含まれるアルミニウムは２２０重量ｐｐｍ、熱処理後の
精製ケイ素に含まれるアルミニウムは１７重量ｐｐｍで
あった。
【００４４】実施例９ 実施例２と同じ初晶ケイ素（アルミニウムを７１０重量
ｐｐｍ、鉄を２重量ｐｐｍ含有）を乳鉢にて粉砕し、５
００μｍのふるいを通り、１８０μｍのふるいを通らな
い粉末を、６規定塩酸に浸漬して９０℃で１時間保持
し、その後水洗、乾燥して初晶ケイ素粉末を得た。得ら
れた初晶ケイ素粉末の一部をＩＣＰ発光分析装置にて分
析したところ、アルミニウムは３６０重量ｐｐｍであっ
た。上記初晶ケイ素粉末を実施例２と同条件で熱処理し
た。熱処理後の精製ケイ素に含まれるアルミニウムは６
８重量ｐｐｍであった。
ｐｐｍ、鉄を２重量ｐｐｍ含有）を乳鉢にて粉砕し、５
００μｍのふるいを通り、１８０μｍのふるいを通らな
い粉末を、６規定塩酸に浸漬して９０℃で１時間保持
し、その後水洗、乾燥して初晶ケイ素粉末を得た。得ら
れた初晶ケイ素粉末の一部をＩＣＰ発光分析装置にて分
析したところ、アルミニウムは３６０重量ｐｐｍであっ
た。上記初晶ケイ素粉末を実施例２と同条件で熱処理し
た。熱処理後の精製ケイ素に含まれるアルミニウムは６
８重量ｐｐｍであった。
【００４５】実施例１０ 実施例２と同じ初晶ケイ素（アルミニウムを７１０重量
ｐｐｍ、鉄を２重量ｐｐｍ含有）を乳鉢にて粉砕し、１
０００μｍのふるいを通り、５００μｍのふるいを通ら
ない粉末を、６規定塩酸に浸漬して９０℃で１時間保持
し、その後水洗、乾燥して初晶ケイ素粉末を得た。得ら
れた初晶ケイ素粉末の一部をＩＣＰ発光分析装置にて分
析したところ、アルミニウムは７２０重量ｐｐｍであっ
た。上記初晶ケイ素粉末を実施例２と同条件で熱処理し
た。熱処理後の精製ケイ素に含まれるアルミニウムは２
５０重量ｐｐｍであった。
ｐｐｍ、鉄を２重量ｐｐｍ含有）を乳鉢にて粉砕し、１
０００μｍのふるいを通り、５００μｍのふるいを通ら
ない粉末を、６規定塩酸に浸漬して９０℃で１時間保持
し、その後水洗、乾燥して初晶ケイ素粉末を得た。得ら
れた初晶ケイ素粉末の一部をＩＣＰ発光分析装置にて分
析したところ、アルミニウムは７２０重量ｐｐｍであっ
た。上記初晶ケイ素粉末を実施例２と同条件で熱処理し
た。熱処理後の精製ケイ素に含まれるアルミニウムは２
５０重量ｐｐｍであった。
【００４６】実施例１１ 実施例２と同じ初晶ケイ素（アルミニウムを７１０重量
ｐｐｍ、鉄を２重量ｐｐｍ含有）を乳鉢にて粉砕し、９
０μｍのふるいを通る粉末を、６規定塩酸に浸漬して９
０℃で１時間保持し、その後水洗、乾燥して初晶ケイ素
粉末を得た。得られた初晶ケイ素の粒度分布を粒度分布
測定装置を用いて調べたところ、粒子径の小さい方から
１０重量％〜９０重量％の粒子が含まれる粒子径分布は
２〜５０μｍであった。得られた初晶ケイ素粉末の一部
をＩＣＰ発光分析装置にて分析したところ、アルミニウ
ムは１９０重量ｐｐｍであった。上記初晶ケイ素を実施
例２と同条件で熱処理した。熱処理後の精製ケイ素に含
まれるアルミニウムは１４０重量ｐｐｍであった。
ｐｐｍ、鉄を２重量ｐｐｍ含有）を乳鉢にて粉砕し、９
０μｍのふるいを通る粉末を、６規定塩酸に浸漬して９
０℃で１時間保持し、その後水洗、乾燥して初晶ケイ素
粉末を得た。得られた初晶ケイ素の粒度分布を粒度分布
測定装置を用いて調べたところ、粒子径の小さい方から
１０重量％〜９０重量％の粒子が含まれる粒子径分布は
２〜５０μｍであった。得られた初晶ケイ素粉末の一部
をＩＣＰ発光分析装置にて分析したところ、アルミニウ
ムは１９０重量ｐｐｍであった。上記初晶ケイ素を実施
例２と同条件で熱処理した。熱処理後の精製ケイ素に含
まれるアルミニウムは１４０重量ｐｐｍであった。
【００４７】実施例１２ 熱処理温度を１３００℃とした以外は実施例２と同条件
で熱処理した。熱処理前の初晶ケイ素に含まれるアルミ
ニウムは２２０重量ｐｐｍ、熱処理後の精製ケイ素に含
まれるアルミニウムは８６重量ｐｐｍであった。
で熱処理した。熱処理前の初晶ケイ素に含まれるアルミ
ニウムは２２０重量ｐｐｍ、熱処理後の精製ケイ素に含
まれるアルミニウムは８６重量ｐｐｍであった。
【００４８】実施例１３ 熱処理温度を１２００℃とした以外は実施例２と同条件
で熱処理した。熱処理前の初晶ケイ素に含まれるアルミ
ニムは２２０重量ｐｐｍ、熱処理後の精製ケイ素に含ま
れるアルミニウムは１９０重量ｐｐｍであった。
で熱処理した。熱処理前の初晶ケイ素に含まれるアルミ
ニムは２２０重量ｐｐｍ、熱処理後の精製ケイ素に含ま
れるアルミニウムは１９０重量ｐｐｍであった。
【００４９】実施例１４ 実施例１で得られた精製ケイ素を、電子ビーム溶解炉
（日本電子株式会社製、ＪＥＢＭ−１０Ｄ型）を用い
て、真空度１×１０-7気圧、加速電圧１０ｋＶ、電子電
流０．１Ａで１分間溶解した後、１０分間かけて電子電
流を徐々に減じて凝固させた（高真空下での溶解と指向
性凝固に相当する）。得られたケイ素ボタンの上面およ
び下面をそれぞれ１ｍｍ研削した後、上下面を逆にして
再度上記と同様の条件で電子ビーム溶解した。さらに、
上下面の研削と電子ビーム溶解を同様にしてもう一度繰
り返した。得られたケイ素ボタン（直径２５ｍｍφ、厚
さ５ｍｍ）の上面および下面をそれぞれ２ｍｍ研削した
後、ＩＣＰ−質量分析装置（ＶＧエレメンタル社製、Ｐ
Ｑ２−ＰＬＵＳ型）にて分析したところ、アルミニウム
は０．２重量ｐｐｍ、鉄は０．４重量ｐｐｍ、カルシウ
ムは０．５重量ｐｐｍ未満、銅は０．２重量ｐｐｍ（不
純物の含有量は５ｐｐｍ未満）であった。得られた精製
ケイ素の純度は、太陽電池用基板として用いることがで
きる水準のものであった。
（日本電子株式会社製、ＪＥＢＭ−１０Ｄ型）を用い
て、真空度１×１０-7気圧、加速電圧１０ｋＶ、電子電
流０．１Ａで１分間溶解した後、１０分間かけて電子電
流を徐々に減じて凝固させた（高真空下での溶解と指向
性凝固に相当する）。得られたケイ素ボタンの上面およ
び下面をそれぞれ１ｍｍ研削した後、上下面を逆にして
再度上記と同様の条件で電子ビーム溶解した。さらに、
上下面の研削と電子ビーム溶解を同様にしてもう一度繰
り返した。得られたケイ素ボタン（直径２５ｍｍφ、厚
さ５ｍｍ）の上面および下面をそれぞれ２ｍｍ研削した
後、ＩＣＰ−質量分析装置（ＶＧエレメンタル社製、Ｐ
Ｑ２−ＰＬＵＳ型）にて分析したところ、アルミニウム
は０．２重量ｐｐｍ、鉄は０．４重量ｐｐｍ、カルシウ
ムは０．５重量ｐｐｍ未満、銅は０．２重量ｐｐｍ（不
純物の含有量は５ｐｐｍ未満）であった。得られた精製
ケイ素の純度は、太陽電池用基板として用いることがで
きる水準のものであった。
【００５０】比較例１ 熱処理の雰囲気を大気中（２１体積％の酸素を含む）と
した以外は実施例１と同条件で熱処理した。熱処理前の
初晶ケイ素に含まれるアルミニウムは２５０重量ｐｐ
ｍ、鉄は１重量ｐｐｍ未満であり、熱処理後の精製ケイ
素に含まれるアルミニウムは２５０重量ｐｐｍ、鉄は１
重量ｐｐｍ未満であった。
した以外は実施例１と同条件で熱処理した。熱処理前の
初晶ケイ素に含まれるアルミニウムは２５０重量ｐｐ
ｍ、鉄は１重量ｐｐｍ未満であり、熱処理後の精製ケイ
素に含まれるアルミニウムは２５０重量ｐｐｍ、鉄は１
重量ｐｐｍ未満であった。
【００５１】
【発明の効果】本発明の方法によれば、過共晶アルミニ
ウム−ケイ素合金溶湯から晶出した初晶ケイ素を、１０
００℃以上かつケイ素の融点未満の温度範囲で、スラグ
等の融体を用いることなく、したがって分離工程を経る
ことなく、アルミニウムや鉄を効率よく除去して高純度
にケイ素を精製する方法を提供する。また、本発明の方
法により得られる精製ケイ素は太陽電池用基板として用
いることができる水準の純度を有しており、工業上極め
て有用である。
ウム−ケイ素合金溶湯から晶出した初晶ケイ素を、１０
００℃以上かつケイ素の融点未満の温度範囲で、スラグ
等の融体を用いることなく、したがって分離工程を経る
ことなく、アルミニウムや鉄を効率よく除去して高純度
にケイ素を精製する方法を提供する。また、本発明の方
法により得られる精製ケイ素は太陽電池用基板として用
いることができる水準の純度を有しており、工業上極め
て有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/04 (72)発明者 高橋 明彦 茨城県つくば市北原６ 住友化学工業株式 会社内
Claims (9)
- 【請求項１】過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯から
晶出した初晶ケイ素を、その粒子径を１〜１０００μｍ
に調整し、無機酸により洗浄し、酸素分圧が１×１０-2
気圧以下の雰囲気ガス中で、１０００℃以上かつケイ素
の融点未満の温度範囲で熱処理することを特徴とするケ
イ素の精製方法。 - 【請求項２】雰囲気ガスが不活性ガス、水素ガス、窒素
ガスまたはこれらのガスの混合ガスである請求項１記載
のケイ素の精製方法。 - 【請求項３】過共晶アルミニウム−ケイ素合金溶湯から
晶出した初晶ケイ素を、その粒子径を１〜１０００μｍ
に調整し、無機酸により洗浄し、１×１０-2気圧以下の
減圧下で、１０００℃以上かつケイ素の融点未満の温度
範囲で熱処理することを特徴とするケイ素の精製方法。 - 【請求項４】原料の初晶ケイ素のアルミニウム含有量が
１００００重量ｐｐｍ以下、鉄含有量が１０重量ｐｐｍ
以下である請求項１、２または３記載のケイ素の精製方
法。 - 【請求項５】無機酸が塩酸または塩酸とフッ酸の混酸で
ある請求項１、２、３または４記載のケイ素の精製方
法。 - 【請求項６】熱処理時間が１〜１００時間である請求項
１、２、３、４または５記載のケイ素の精製方法。 - 【請求項７】請求項１、２、３、４、５または６記載の
方法により精製されたケイ素を、溶解し、次いで凝固さ
せることを特徴とするケイ素の精製方法。 - 【請求項８】溶解を減圧下で行う請求項７記載のケイ素
の精製方法。 - 【請求項９】指向性凝固を行う請求項７または８記載の
ケイ素の精製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7026986A JPH07277722A (ja) | 1994-02-16 | 1995-02-15 | ケイ素の精製方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1938594 | 1994-02-16 | ||
| JP6-19385 | 1994-02-16 | ||
| JP7026986A JPH07277722A (ja) | 1994-02-16 | 1995-02-15 | ケイ素の精製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07277722A true JPH07277722A (ja) | 1995-10-24 |
Family
ID=26356208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7026986A Pending JPH07277722A (ja) | 1994-02-16 | 1995-02-15 | ケイ素の精製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07277722A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006219313A (ja) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Nippon Steel Corp | シリコン凝固精製装置及び凝固精製方法 |
| JP2008001592A (ja) * | 2006-05-26 | 2008-01-10 | Sumitomo Chemical Co Ltd | シリコンの製造方法 |
| JPWO2006059632A1 (ja) * | 2004-11-30 | 2008-06-05 | スペースエナジー株式会社 | 多結晶シリコンインゴットの製造方法 |
| WO2010018849A1 (ja) * | 2008-08-15 | 2010-02-18 | 株式会社アルバック | シリコンの精製方法 |
| JP2010070425A (ja) * | 2008-09-19 | 2010-04-02 | Sharp Corp | シリコンの再生方法 |
| JP2012519129A (ja) * | 2009-02-26 | 2012-08-23 | ハシュハルン タスガー， | 太陽電池級シリコンの製造方法 |
| TWI395846B (zh) * | 2009-09-24 | 2013-05-11 | Sino American Silicon Prod Inc | Silicon crystal forming method and forming device thereof |
| CN112456499A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-03-09 | 昆明理工大学 | 一种利用硅切割废料制备高纯硅的方法 |
-
1995
- 1995-02-15 JP JP7026986A patent/JPH07277722A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2006059632A1 (ja) * | 2004-11-30 | 2008-06-05 | スペースエナジー株式会社 | 多結晶シリコンインゴットの製造方法 |
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| US8454920B2 (en) | 2008-08-15 | 2013-06-04 | Ulvac, Inc. | Silicon purification method |
| JP5513389B2 (ja) * | 2008-08-15 | 2014-06-04 | 株式会社アルバック | シリコンの精製方法 |
| TWI449818B (zh) * | 2008-08-15 | 2014-08-21 | Ulvac Inc | 矽之純化方法 |
| JP2010070425A (ja) * | 2008-09-19 | 2010-04-02 | Sharp Corp | シリコンの再生方法 |
| JP2012519129A (ja) * | 2009-02-26 | 2012-08-23 | ハシュハルン タスガー， | 太陽電池級シリコンの製造方法 |
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| CN112456499A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-03-09 | 昆明理工大学 | 一种利用硅切割废料制备高纯硅的方法 |
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