JPH10324515A - 太陽電池用シリコンの製造方法 - Google Patents
太陽電池用シリコンの製造方法Info
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- JPH10324515A JPH10324515A JP9313291A JP31329197A JPH10324515A JP H10324515 A JPH10324515 A JP H10324515A JP 9313291 A JP9313291 A JP 9313291A JP 31329197 A JP31329197 A JP 31329197A JP H10324515 A JPH10324515 A JP H10324515A
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Silicon Compounds (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、不純物含有量の低い高純度の太陽電
池用シリコンを、１回の凝固精製で効率良く製造する方
法を提供することを目的としている。 【解決手段】酸化珪素を炭素還元して金属シリコンと
し、該金属シリコンを酸化精錬工程、凝固粗精製工程、
真空精錬工程及び凝固仕上精製工程を経て精製して太陽
電池用シリコンを製造するに際し、炭素還元後の溶融状
態にある金属シリコンを、高さ／相当直径ｄの比が０．
２以上の鋳型に直接注入し、注入した溶湯面を加熱また
は保温しつつ徐冷して凝固し、その後該凝固物を前記凝
固粗精製工程を省いて精製する。但し、相当直径ｄは，
ｄ＝√（断面積×４／π）で定義される。
池用シリコンを、１回の凝固精製で効率良く製造する方
法を提供することを目的としている。 【解決手段】酸化珪素を炭素還元して金属シリコンと
し、該金属シリコンを酸化精錬工程、凝固粗精製工程、
真空精錬工程及び凝固仕上精製工程を経て精製して太陽
電池用シリコンを製造するに際し、炭素還元後の溶融状
態にある金属シリコンを、高さ／相当直径ｄの比が０．
２以上の鋳型に直接注入し、注入した溶湯面を加熱また
は保温しつつ徐冷して凝固し、その後該凝固物を前記凝
固粗精製工程を省いて精製する。但し、相当直径ｄは，
ｄ＝√（断面積×４／π）で定義される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池用シリコ
ンの製造方法に関し、特に、従来は２回必要であった金
属シリコンの凝固精製を１回にして、効率良く太陽電池
に用いる高純度シリコンを得る技術である。
ンの製造方法に関し、特に、従来は２回必要であった金
属シリコンの凝固精製を１回にして、効率良く太陽電池
に用いる高純度シリコンを得る技術である。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池に使用するシリコン中のＰ，
Ｂ，Ｃ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｏなどの不純物元素は、所
要の光電交換効率を確保するには、Ｃ，Ｏ以外は１ｐｐ
ｍ以下、Ｃ，Ｏに関しては各々５〜１０ｐｐｍ以下にす
る必要がある。また、太陽電池が広く利用されるために
は、このシリコンを安価に量産する必要がある。
Ｂ，Ｃ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｏなどの不純物元素は、所
要の光電交換効率を確保するには、Ｃ，Ｏ以外は１ｐｐ
ｍ以下、Ｃ，Ｏに関しては各々５〜１０ｐｐｍ以下にす
る必要がある。また、太陽電池が広く利用されるために
は、このシリコンを安価に量産する必要がある。
【０００３】従来、太陽電池用のシリコンは、図３に示
すように、半導体用シリコンと同様、気相法を主体にし
て製造されている。つまり、高純度の酸化珪素ＳｉＯ2
を高純度Ｃで還元して、純度の低い所謂粗製した金属シ
リコンを溶製する。その後、上記金属シリコンをシラン
化してから、蒸留法によって高純度化し、さらに、析出
法で精製してから凝固し、基板とする方法である。この
気相法は、量産に適さず製造コストが高くなると共に、
歩留も低い。また、半導体用なので純度が良すぎ、Ｂな
どは逆に添加して調整する必要があり、太陽電池用のシ
リコンの製造方法としては好ましくない。
すように、半導体用シリコンと同様、気相法を主体にし
て製造されている。つまり、高純度の酸化珪素ＳｉＯ2
を高純度Ｃで還元して、純度の低い所謂粗製した金属シ
リコンを溶製する。その後、上記金属シリコンをシラン
化してから、蒸留法によって高純度化し、さらに、析出
法で精製してから凝固し、基板とする方法である。この
気相法は、量産に適さず製造コストが高くなると共に、
歩留も低い。また、半導体用なので純度が良すぎ、Ｂな
どは逆に添加して調整する必要があり、太陽電池用のシ
リコンの製造方法としては好ましくない。
【０００４】このような要請の下で、本出願人は、前記
粗製した粒状の金属シリコンを出発原料として、冶金プ
ロセスだけで一気に太陽電池用シリコンに精製する方法
を先に提案している。その方法は、図４（ａ）に示すよ
うに、前記金属シリコンを真空精錬で脱Ｐした後、一方
向凝固（凝固粗精製工程）によって金属不純物元素（Ａ
ｌ，Ｔｉ，Ｆｅ等）をある程度除去し、再び溶解して酸
化精練で脱Ｂ、脱Ｃを行い、次いで、脱Ｏ後に前記金属
不純物の最終的な除去と、インゴットの製造を兼ねた仕
上の凝固精製を行うものである。つまり、金属シリコン
のＡｌ、Ｆｅ、Ｔｉ等金属不純物元素については、固液
分配係数の小さいことを利用した２度の一方向凝固精製
により除去し、Ｃについては、ＳｉＣは凝固の際に表面
に析出させ、また固溶しているＣはＣＯとして除去し、
Ｐについては、その蒸気圧の高いことを利用して真空除
去し、Ｂについては、Ｈ2 Ｏ、ＣＯ2 あるいはＯ2 を添
加した酸化精製により除去する。この方法によれば、冶
金プロセスなので、設備を大型にして量産が可能とな
り、製造コストがかなり安価になることが期待できる。
粗製した粒状の金属シリコンを出発原料として、冶金プ
ロセスだけで一気に太陽電池用シリコンに精製する方法
を先に提案している。その方法は、図４（ａ）に示すよ
うに、前記金属シリコンを真空精錬で脱Ｐした後、一方
向凝固（凝固粗精製工程）によって金属不純物元素（Ａ
ｌ，Ｔｉ，Ｆｅ等）をある程度除去し、再び溶解して酸
化精練で脱Ｂ、脱Ｃを行い、次いで、脱Ｏ後に前記金属
不純物の最終的な除去と、インゴットの製造を兼ねた仕
上の凝固精製を行うものである。つまり、金属シリコン
のＡｌ、Ｆｅ、Ｔｉ等金属不純物元素については、固液
分配係数の小さいことを利用した２度の一方向凝固精製
により除去し、Ｃについては、ＳｉＣは凝固の際に表面
に析出させ、また固溶しているＣはＣＯとして除去し、
Ｐについては、その蒸気圧の高いことを利用して真空除
去し、Ｂについては、Ｈ2 Ｏ、ＣＯ2 あるいはＯ2 を添
加した酸化精製により除去する。この方法によれば、冶
金プロセスなので、設備を大型にして量産が可能とな
り、製造コストがかなり安価になることが期待できる。
【０００５】しかしながら、各不純物元素の除去方法が
それぞれ異なると共に、凝固精製の工程が２回必要であ
り、工程が煩雑になるばかりでなく、凝固塊上部シリコ
ンの切断による歩留まりの悪さ、電力原単位が大きい等
の問題点は残っていた。
それぞれ異なると共に、凝固精製の工程が２回必要であ
り、工程が煩雑になるばかりでなく、凝固塊上部シリコ
ンの切断による歩留まりの悪さ、電力原単位が大きい等
の問題点は残っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
を鑑み、不純物含有量の低い高純度の太陽電池用シリコ
ンを、１回の凝固精製で効率良く製造する方法を提供す
ることを目的としている。
を鑑み、不純物含有量の低い高純度の太陽電池用シリコ
ンを、１回の凝固精製で効率良く製造する方法を提供す
ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、出発原料の金属シリコンを事前に予備処理
して金属不純物元素をある程度除去することに着眼し、
その考えの具現化に鋭意努力を重ね、本発明を完成させ
るに至った。すなわち、本発明は、酸化珪素を炭素還元
して金属シリコンとし、該金属シリコンを酸化精錬工
程、凝固粗精製工程、真空精錬工程及び凝固仕上精製工
程を経て精製して太陽電池用シリコンを製造するに際
し、炭素還元後の溶融状態にある金属シリコンを、高さ
／相当直径ｄの比が０．２以上の鋳型に直接注入し、注
入した溶湯面を加熱または保温しつつ徐冷して凝固し、
その後該凝固物を前記凝固粗精製工程を省いて精製する
ことを特徴とする太陽電池用シリコンの製造方法であ
る。但し、相当直径ｄは，ｄ＝√（断面積×４／π）で
定義される。
成するため、出発原料の金属シリコンを事前に予備処理
して金属不純物元素をある程度除去することに着眼し、
その考えの具現化に鋭意努力を重ね、本発明を完成させ
るに至った。すなわち、本発明は、酸化珪素を炭素還元
して金属シリコンとし、該金属シリコンを酸化精錬工
程、凝固粗精製工程、真空精錬工程及び凝固仕上精製工
程を経て精製して太陽電池用シリコンを製造するに際
し、炭素還元後の溶融状態にある金属シリコンを、高さ
／相当直径ｄの比が０．２以上の鋳型に直接注入し、注
入した溶湯面を加熱または保温しつつ徐冷して凝固し、
その後該凝固物を前記凝固粗精製工程を省いて精製する
ことを特徴とする太陽電池用シリコンの製造方法であ
る。但し、相当直径ｄは，ｄ＝√（断面積×４／π）で
定義される。
【０００８】また、本発明は、前記鋳型を、７００〜１
１００℃に予熱することを特徴とする太陽電池用シリコ
ンの製造方法である。さらに、本発明は、前記凝固中
に、鋳型内の溶湯厚みを測定し、該測定値が目標値に到
達したら、溶湯を鋳型から排出したり、あるいは前記溶
湯厚みの測定を、超音波距離計で行うことを特徴とする
太陽電池用シリコンの製造方法でもある。
１００℃に予熱することを特徴とする太陽電池用シリコ
ンの製造方法である。さらに、本発明は、前記凝固中
に、鋳型内の溶湯厚みを測定し、該測定値が目標値に到
達したら、溶湯を鋳型から排出したり、あるいは前記溶
湯厚みの測定を、超音波距離計で行うことを特徴とする
太陽電池用シリコンの製造方法でもある。
【０００９】本発明では、太陽電池用シリコンを製造す
るに際して、出発原料の金属シリコンに予め予備処理を
施し、含有する金属不純物元素、例えば、Ｆｅ及びＡｌ
をそれぞれ１０００ｐｐｍ未満までに低減したので、従
来行っていた２回の凝固精製を１回にすることが可能と
なる。また、この１回凝固に加え、不純物の濃化した溶
湯を最後まで凝固させず排出するので、予熱精製工程が
簡略化して精製時間が短縮されるばかりでなく、鋳型の
事前加熱で製造工程全体でのシリコン歩留も向上した。
その結果、太陽電池用の高純度シリコンの製造コスト
が、従来より格段と安価にすることができるようにな
る。
るに際して、出発原料の金属シリコンに予め予備処理を
施し、含有する金属不純物元素、例えば、Ｆｅ及びＡｌ
をそれぞれ１０００ｐｐｍ未満までに低減したので、従
来行っていた２回の凝固精製を１回にすることが可能と
なる。また、この１回凝固に加え、不純物の濃化した溶
湯を最後まで凝固させず排出するので、予熱精製工程が
簡略化して精製時間が短縮されるばかりでなく、鋳型の
事前加熱で製造工程全体でのシリコン歩留も向上した。
その結果、太陽電池用の高純度シリコンの製造コスト
が、従来より格段と安価にすることができるようにな
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、発明をなすに至った経緯と
共に、本発明の実施形態について説明する。現在、金属
シリコンを得るには、酸化珪素をアーク炉にて炭素還元
した後、溶湯を、図２に示すような断面積が広くて浅い
容器、所謂パレットに注入して凝固させている。これ
は、金属シリコンを市販する時に、凝固物の破砕を容易
にするためである。しかし、かかる方法で得た金属シリ
コン中には、ＦｅやＡｌのような金属不純物元素が１０
００〜２０００ｐｐｍ程度含有され、そのため、出願人
が先に提案した図４（ａ）の太陽電池用シリコンの製造
方法においては、２回の凝固精製を行う必要があった。
共に、本発明の実施形態について説明する。現在、金属
シリコンを得るには、酸化珪素をアーク炉にて炭素還元
した後、溶湯を、図２に示すような断面積が広くて浅い
容器、所謂パレットに注入して凝固させている。これ
は、金属シリコンを市販する時に、凝固物の破砕を容易
にするためである。しかし、かかる方法で得た金属シリ
コン中には、ＦｅやＡｌのような金属不純物元素が１０
００〜２０００ｐｐｍ程度含有され、そのため、出願人
が先に提案した図４（ａ）の太陽電池用シリコンの製造
方法においては、２回の凝固精製を行う必要があった。
【００１１】通常、凝固精製では、不純物元素の濃化し
た凝固物の２０％程度は切断、除去されるので、２回に
わたる凝固精製の実施は、シリコン歩留の点から製造コ
ストに大きな影響を持っている。また、凝固物の後処理
工程が必要な場合には、それを再溶解する必要があり、
前記製造方法には、エネルギー面にも改良の余地があ
る。
た凝固物の２０％程度は切断、除去されるので、２回に
わたる凝固精製の実施は、シリコン歩留の点から製造コ
ストに大きな影響を持っている。また、凝固物の後処理
工程が必要な場合には、それを再溶解する必要があり、
前記製造方法には、エネルギー面にも改良の余地があ
る。
【００１２】そこで、発明者は、アーク電気炉からの出
湯時を利用して、溶融状態にある金属シリコン（以下、
溶湯ともいう）を事前に予備処理して、出発原料として
Ｆｅ及びＡｌを１０００ｐｐｍ未満にすることを考えた
のである。その予備精製の１つの方法が、図１に示す簡
易な凝固精製である。すなわち、深さのある容器、つま
り鋳型１に、電気炉内の溶湯５を直接注入し、徐冷して
凝固させるのである。その際、凝固界面７が底より上方
へ向けて進行するように、注入した溶湯の表面はバーナ
等の加熱手段３で暖めたり、あるいは保温材４で覆うよ
うにした。その結果、鋳型下方への抜熱よりも上方への
抜熱が小さくなって、凝固速度が遅くなり、完全な一方
向凝固とまではいかないが、凝固物６の上方に金属不純
物元素の濃化部が生じた。そして、その濃化部を切断除
去し、太陽電池用シリコン製造の出発原料としての金属
シリコンとした。
湯時を利用して、溶融状態にある金属シリコン（以下、
溶湯ともいう）を事前に予備処理して、出発原料として
Ｆｅ及びＡｌを１０００ｐｐｍ未満にすることを考えた
のである。その予備精製の１つの方法が、図１に示す簡
易な凝固精製である。すなわち、深さのある容器、つま
り鋳型１に、電気炉内の溶湯５を直接注入し、徐冷して
凝固させるのである。その際、凝固界面７が底より上方
へ向けて進行するように、注入した溶湯の表面はバーナ
等の加熱手段３で暖めたり、あるいは保温材４で覆うよ
うにした。その結果、鋳型下方への抜熱よりも上方への
抜熱が小さくなって、凝固速度が遅くなり、完全な一方
向凝固とまではいかないが、凝固物６の上方に金属不純
物元素の濃化部が生じた。そして、その濃化部を切断除
去し、太陽電池用シリコン製造の出発原料としての金属
シリコンとした。
【００１３】また、凝固に先きだち、前記鋳型の内壁を
前記バーナで予熱してから、溶湯の注入を行うような工
夫もこらした（図５（ａ）参照）。この予熱の効果を、
図６に示す。図６より、予熱の有無で有効な凝固高さが
増加し、金属シリコンの歩留向上が明らかである。この
場合、前述したことと同様に、鋳型上方への抜熱は、下
方への抜熱よりも小さくする必要があるが、凝固中に鋳
型上方からバーナ等の手段で加熱するようにした。
前記バーナで予熱してから、溶湯の注入を行うような工
夫もこらした（図５（ａ）参照）。この予熱の効果を、
図６に示す。図６より、予熱の有無で有効な凝固高さが
増加し、金属シリコンの歩留向上が明らかである。この
場合、前述したことと同様に、鋳型上方への抜熱は、下
方への抜熱よりも小さくする必要があるが、凝固中に鋳
型上方からバーナ等の手段で加熱するようにした。
【００１４】さらに、本発明では、上記切断除去に代
え、凝固を最後まで行わずに、不純物元素の濃化した上
方の残湯９を途中で鋳型から抜き出し、電気炉へリサイ
クルして凝固時間の短縮を図っても良い（図５（ｂ）及
び（ｃ）参照）。その際、凝固作業を停止する時期は、
不純物の濃化してきた溶湯の高さで判断した。つまり、
超音波距離計（図示せず）を用いて凝固殻８の上から、
内部の残湯９厚みを測定し、該測定値を目標値と比較す
ることで、判断するのである。この目標値は、不純物の
濃化程度と残湯９厚みとの関係を、事前の操業で求めて
おけば良い。なお、溶湯の深さを測定する手段は、超音
波距離計に限らず、他の手段でも良い。
え、凝固を最後まで行わずに、不純物元素の濃化した上
方の残湯９を途中で鋳型から抜き出し、電気炉へリサイ
クルして凝固時間の短縮を図っても良い（図５（ｂ）及
び（ｃ）参照）。その際、凝固作業を停止する時期は、
不純物の濃化してきた溶湯の高さで判断した。つまり、
超音波距離計（図示せず）を用いて凝固殻８の上から、
内部の残湯９厚みを測定し、該測定値を目標値と比較す
ることで、判断するのである。この目標値は、不純物の
濃化程度と残湯９厚みとの関係を、事前の操業で求めて
おけば良い。なお、溶湯の深さを測定する手段は、超音
波距離計に限らず、他の手段でも良い。
【００１５】本発明では、鋳型１を高さ／相当直径ｄの
比で０．２とした。その理由は、０．２未満では、不純
物濃化が顕著に生じないからである。また、鋳型１の形
状は、円筒状、角筒状、逆円錐台状等が好ましいよう
だ。さらに、鋳型１の底は、冷却したり（冷却ジャケッ
ト２使用）、あるいは冷却しない２通りある。さらに加
えて、本発明に係る予備処理によってＦｅやＡｌを１０
００ｐｐｍ未満とする理由は、それ以上の濃度の金属シ
リコンを後工程で精製しても、一回の凝固によって太陽
電池用シリコンとしての目標濃度以下にならないからで
ある。
比で０．２とした。その理由は、０．２未満では、不純
物濃化が顕著に生じないからである。また、鋳型１の形
状は、円筒状、角筒状、逆円錐台状等が好ましいよう
だ。さらに、鋳型１の底は、冷却したり（冷却ジャケッ
ト２使用）、あるいは冷却しない２通りある。さらに加
えて、本発明に係る予備処理によってＦｅやＡｌを１０
００ｐｐｍ未満とする理由は、それ以上の濃度の金属シ
リコンを後工程で精製しても、一回の凝固によって太陽
電池用シリコンとしての目標濃度以下にならないからで
ある。
【００１６】なお、前記鋳型の予熱温度は、７００℃〜
１１００℃の範囲が好ましい。図６に示したように、７
００℃未満では予熱効果が小さく、１１００℃超えると
該効果は飽和し、熱が無駄になるからである。以上述べ
た予備精錬を施したインゴット上部の濃化部を除去した
金属シリコンは、粒状に破砕され、下記の如く精製さ
れ、太陽電池用シリコンあるいは基板にされる。すなわ
ち、上記予備精製された粒状の金属シリコンを、１０-
4 ｔｏｒｒ以上の真空度下で溶解し、脱Ｐを行う。そし
て、大気圧下又は弱減圧下で、酸化性雰囲気でＢ，Ｃを
酸化除去し、次いでＡｒ等によって減圧下又は大気圧下
で脱酸してＯを除去する。例えば、溶融状態のシリコン
に不活性ガス（Ａｒ，Ｎ2等）に１０％程度のＨ2 Ｏ、
ＣＯ2 などを加えた熱プラズマを照射して脱Ｂ、Ｃを行
い、１４００〜１５００℃で脱Ｏを行う。次いで、金属
シリコンを仕上の一方向凝固させ、金属不純物元素を目
標値まで除去し、かくして太陽電池用シリコンを得るの
である。なお、本発明では、上記真空精錬と脱Ｂ，Ｃ，
Ｏを行う酸化、脱酸工程との順序を逆にしても良い。
１１００℃の範囲が好ましい。図６に示したように、７
００℃未満では予熱効果が小さく、１１００℃超えると
該効果は飽和し、熱が無駄になるからである。以上述べ
た予備精錬を施したインゴット上部の濃化部を除去した
金属シリコンは、粒状に破砕され、下記の如く精製さ
れ、太陽電池用シリコンあるいは基板にされる。すなわ
ち、上記予備精製された粒状の金属シリコンを、１０-
4 ｔｏｒｒ以上の真空度下で溶解し、脱Ｐを行う。そし
て、大気圧下又は弱減圧下で、酸化性雰囲気でＢ，Ｃを
酸化除去し、次いでＡｒ等によって減圧下又は大気圧下
で脱酸してＯを除去する。例えば、溶融状態のシリコン
に不活性ガス（Ａｒ，Ｎ2等）に１０％程度のＨ2 Ｏ、
ＣＯ2 などを加えた熱プラズマを照射して脱Ｂ、Ｃを行
い、１４００〜１５００℃で脱Ｏを行う。次いで、金属
シリコンを仕上の一方向凝固させ、金属不純物元素を目
標値まで除去し、かくして太陽電池用シリコンを得るの
である。なお、本発明では、上記真空精錬と脱Ｂ，Ｃ，
Ｏを行う酸化、脱酸工程との順序を逆にしても良い。
【００１７】このように、予備精製された金属シリコン
を後工程で精整すると、図４（ｂ）に示すように、凝固
精製が１回ですみ、従来の図４（ａ）に示す２回凝固精
製実施に比べてエネルギー・ロス、溶解ロス等を大幅に
減ずることができる。また、１回分の切断除去が省略さ
れ、シリコン歩留の向上が達成され、製造工程の簡略に
もなった。
を後工程で精整すると、図４（ｂ）に示すように、凝固
精製が１回ですみ、従来の図４（ａ）に示す２回凝固精
製実施に比べてエネルギー・ロス、溶解ロス等を大幅に
減ずることができる。また、１回分の切断除去が省略さ
れ、シリコン歩留の向上が達成され、製造工程の簡略に
もなった。
【００１８】
【実施例】酸化珪素をアーク電気炉で炭素還元し、その
溶湯を鋳型に直接注入し、本発明に係る太陽電池用シリ
コンを製造した。これらの実施成績は、予備精製を行わ
ない市販の金属シリコンを出発原料とした図４（ａ）の
工程で製造した場合と比較して評価される。
溶湯を鋳型に直接注入し、本発明に係る太陽電池用シリ
コンを製造した。これらの実施成績は、予備精製を行わ
ない市販の金属シリコンを出発原料とした図４（ａ）の
工程で製造した場合と比較して評価される。
【００１９】表１に予備精製前後の金属シリコンの化学
組成を、表２に金属シリコンを出発原料として太陽電池
用シリコンを本発明に係る図４（ｂ）の工程で製造した
場合のシリコンの歩留、電力原単位等の結果を示す。ま
た、予備精製時、切断除去した濃縮部の割合は３〜１５
％であった。
組成を、表２に金属シリコンを出発原料として太陽電池
用シリコンを本発明に係る図４（ｂ）の工程で製造した
場合のシリコンの歩留、電力原単位等の結果を示す。ま
た、予備精製時、切断除去した濃縮部の割合は３〜１５
％であった。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】表２より、本発明に係る太陽電池用シリコ
ンの製造方法が、図４（ａ）上段に示す従来の２回凝固
精製法より優れていることが明らかである。なお、実施
例及び比較例の２回凝固精製法で得た最終的な太陽電池
用シリコンの化学組成は、Ｐ＜０．１ｐｐｍ、Ｂ＝０．
１〜０．３ｐｐｍ、Ｆｅ＜０．１ｐｐｍ、Ａｌ＜０．１
ｐｐｍ、Ｔｉ＜０．１ｐｐｍ、Ｃａ＜０．１ｐｐｍ、Ｏ
＜５ｐｐｍ、Ｃ＜５ｐｐｍであった。
ンの製造方法が、図４（ａ）上段に示す従来の２回凝固
精製法より優れていることが明らかである。なお、実施
例及び比較例の２回凝固精製法で得た最終的な太陽電池
用シリコンの化学組成は、Ｐ＜０．１ｐｐｍ、Ｂ＝０．
１〜０．３ｐｐｍ、Ｆｅ＜０．１ｐｐｍ、Ａｌ＜０．１
ｐｐｍ、Ｔｉ＜０．１ｐｐｍ、Ｃａ＜０．１ｐｐｍ、Ｏ
＜５ｐｐｍ、Ｃ＜５ｐｐｍであった。
【００２３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明により、太陽
電池用シリコンを製造するにあたり、凝固精製を１回分
減らすことが可能になり、シリコン歩留の向上、さらに
は熱量原単位、すなわち電力原単位も低下させることが
できた。その結果、従来の高価な半導体用シリコンを用
いていた太陽電池用シリコンの低コスト化が可能とな
り、太陽電池の利用を大きく進展させて、社会へ多大な
貢献ができると思われる。
電池用シリコンを製造するにあたり、凝固精製を１回分
減らすことが可能になり、シリコン歩留の向上、さらに
は熱量原単位、すなわち電力原単位も低下させることが
できた。その結果、従来の高価な半導体用シリコンを用
いていた太陽電池用シリコンの低コスト化が可能とな
り、太陽電池の利用を大きく進展させて、社会へ多大な
貢献ができると思われる。
【図１】本発明に係る太陽電池用シリコンの製造方法で
採用した金属シリコンの予備処理を示す縦断面図であ
る。
採用した金属シリコンの予備処理を示す縦断面図であ
る。
【図２】金属シリコンの製造時に溶湯の凝固に用いたパ
レット状鋳型を示す斜視図である。
レット状鋳型を示す斜視図である。
【図３】従来のシリコン精製法を示すフロー図である。
【図４】太陽電池用シリコンの製造方法を示すフロー図
であり、（ａ）は出願人が先に提案したもの、（ｂ）は
本発明によるものである。
であり、（ａ）は出願人が先に提案したもの、（ｂ）は
本発明によるものである。
【図５】本発明に係る太陽電池用シリコンの製造方法の
別の実施態様を示す図であり、（ａ）は鋳型の予熱状
況、（ｂ）は凝固途中、（ｃ）は残湯の途中排出状況を
示す。
別の実施態様を示す図であり、（ａ）は鋳型の予熱状
況、（ｂ）は凝固途中、（ｃ）は残湯の途中排出状況を
示す。
【図６】鋳型の予熱効果を示す図である。
１ 鋳型 ２ 冷却ジャケット ３ 加熱手段（ガス・バーナ） ４ 保温材 ５ 溶湯 ６ 凝固物 ７ 凝固界面 ８ 凝固殻 ９ 残湯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 正道 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究所内 (72)発明者 花澤 和浩 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究所内 (72)発明者 馬場 裕幸 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究所内 (72)発明者 中村 尚道 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究所内 (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 会社技術研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 酸化珪素を炭素還元して金属シリコンと
し、該金属シリコンを酸化精錬工程、凝固粗精製工程、
真空精錬工程及び凝固仕上精製工程を経て精製して太陽
電池用シリコンを製造するに際し、 炭素還元後の溶融状態にある金属シリコンを、高さ／相
当直径ｄの比が０．２以上の鋳型に直接注入し、注入し
た溶湯面を加熱または保温しつつ徐冷して凝固し、その
後該凝固物を前記凝固粗精製工程を省いて精製すること
を特徴とする太陽電池用シリコンの製造方法。但し、相
当直径ｄは，ｄ＝√（断面積×４／π）で定義される。 - 【請求項２】 前記鋳型を、７００〜１１００℃に予熱
することを特徴とする請求項１記載の太陽電池用シリコ
ンの製造方法。 - 【請求項３】 前記凝固中に、鋳型内の溶湯厚みを測定
し、該測定値が目標値に到達したら、溶湯を鋳型から排
出することを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池
用シリコンの製造方法。 - 【請求項４】 前記溶湯厚みの測定を、超音波距離計で
行うことを特徴とする請求項３記載の太陽電池用シリコ
ンの製造方法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9313291A JPH10324515A (ja) | 1997-03-24 | 1997-11-14 | 太陽電池用シリコンの製造方法 |
| CA002232777A CA2232777C (en) | 1997-03-24 | 1998-03-20 | Method for producing silicon for use in solar cells |
| NO981311A NO981311L (no) | 1997-03-24 | 1998-03-23 | Fremgangsmåte for fremstilling av silisium for bruk i solceller |
| US09/046,172 US6090361A (en) | 1997-03-24 | 1998-03-23 | Method for producing silicon for use in solar cells |
| RU98105343/12A RU2154606C2 (ru) | 1997-03-24 | 1998-03-23 | Способ производства кремния для использования в солнечных элементах |
| EP98105340A EP0867405B1 (en) | 1997-03-24 | 1998-03-24 | Method for producing silicon for use in solar cells |
| CN98109237A CN1119281C (zh) | 1997-03-24 | 1998-03-24 | 太阳能电池用硅的制造方法 |
| BR9800953-2A BR9800953A (pt) | 1997-03-24 | 1998-03-24 | Processo de produção de sílicio para uso em células solares |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-69589 | 1997-03-24 | ||
| JP6958997 | 1997-03-24 | ||
| JP9313291A JPH10324515A (ja) | 1997-03-24 | 1997-11-14 | 太陽電池用シリコンの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10324515A true JPH10324515A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=26410767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9313291A Pending JPH10324515A (ja) | 1997-03-24 | 1997-11-14 | 太陽電池用シリコンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10324515A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006240963A (ja) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Nippon Steel Corp | 高純度のシリコンの製造方法 |
| JP2009520664A (ja) * | 2005-12-21 | 2009-05-28 | ショイテン ソーラー ホールディング ベーフェー | 太陽熱利用目的に適したシリコンの製造方法 |
| WO2009130786A1 (ja) * | 2008-04-25 | 2009-10-29 | テイーアンドエス インベストメント リミテッド | 太陽電池用シリコン原料製造方法 |
| WO2014036373A1 (en) * | 2012-08-31 | 2014-03-06 | Silicor Materials Inc. | Reactive cover glass over molten silicon during directional solidification |
-
1997
- 1997-11-14 JP JP9313291A patent/JPH10324515A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006240963A (ja) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Nippon Steel Corp | 高純度のシリコンの製造方法 |
| JP4741860B2 (ja) * | 2005-03-07 | 2011-08-10 | 新日鉄マテリアルズ株式会社 | 高純度のシリコンの製造方法 |
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| JP2015532635A (ja) * | 2012-08-31 | 2015-11-12 | シリコー マテリアルズ インコーポレイテッド | 方向性凝固の過程での溶融シリコン上の反応性カバーガラス |
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