JPH1160228A - 亜鉛還元による高純度シリコンの製造方法 - Google Patents
亜鉛還元による高純度シリコンの製造方法Info
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- JPH1160228A JPH1160228A JP9217497A JP21749797A JPH1160228A JP H1160228 A JPH1160228 A JP H1160228A JP 9217497 A JP9217497 A JP 9217497A JP 21749797 A JP21749797 A JP 21749797A JP H1160228 A JPH1160228 A JP H1160228A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】太陽電池用として品質的に安定し、低価格化に
対応した高純度の多結晶シリコンを製造する方法を提供
する。 【解決手段】(1)亜鉛含有鉱石と酸素を反応させて亜鉛
酸化物を生成して、この亜鉛酸化物を炭素で還元し亜鉛
ガスを発生させ、発生した亜鉛ガスを蒸留・凝縮して溶
融亜鉛を採取する亜鉛製錬工程と、シリコン原料である
四塩化珪素を亜鉛還元する工程とを連結する高純度シリ
コンの製造方法であって、亜鉛還元に際し反応容器内で
四塩化珪素を前記溶融亜鉛で還元し、多結晶シリコンを
回収することを特徴とする高純度シリコンの製造方法。 (2)上記(1)と同様に、亜鉛製錬工程と、四塩化珪素を亜
鉛還元する工程とを連結する高純度シリコンの製造方法
であって、亜鉛還元に際し反応容器内で四塩化珪素を前
記亜鉛ガスで還元し、多結晶シリコンを回収することを
特徴とする高純度シリコンの製造方法。
対応した高純度の多結晶シリコンを製造する方法を提供
する。 【解決手段】(1)亜鉛含有鉱石と酸素を反応させて亜鉛
酸化物を生成して、この亜鉛酸化物を炭素で還元し亜鉛
ガスを発生させ、発生した亜鉛ガスを蒸留・凝縮して溶
融亜鉛を採取する亜鉛製錬工程と、シリコン原料である
四塩化珪素を亜鉛還元する工程とを連結する高純度シリ
コンの製造方法であって、亜鉛還元に際し反応容器内で
四塩化珪素を前記溶融亜鉛で還元し、多結晶シリコンを
回収することを特徴とする高純度シリコンの製造方法。 (2)上記(1)と同様に、亜鉛製錬工程と、四塩化珪素を亜
鉛還元する工程とを連結する高純度シリコンの製造方法
であって、亜鉛還元に際し反応容器内で四塩化珪素を前
記亜鉛ガスで還元し、多結晶シリコンを回収することを
特徴とする高純度シリコンの製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン原料である四
塩化珪素を亜鉛で還元して高純度シリコンを製造する方
法に関し、さらに詳しくは、高純度シリコン製造工程を
亜鉛製錬工程と連結させ、中間原料の四塩化珪素を亜鉛
鉱石の製錬過程で採取される液体状または気体状の亜鉛
で還元して、多結晶シリコンを製造する方法に関するも
のである。
塩化珪素を亜鉛で還元して高純度シリコンを製造する方
法に関し、さらに詳しくは、高純度シリコン製造工程を
亜鉛製錬工程と連結させ、中間原料の四塩化珪素を亜鉛
鉱石の製錬過程で採取される液体状または気体状の亜鉛
で還元して、多結晶シリコンを製造する方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】最近の太陽光発電の普及にともない、太
陽電池の製造技術は半導体用シリコン、アモルファスシ
リコン、多結晶シリコン等と多様な分野で適用され、い
ずれの分野においても技術開発は著しい。開発当初の太
陽電池に要求された特性は光電変換効率の向上を主眼と
する高性能化であったが、太陽電池の普及にともなって
低価格化が指向されるようになってきた。このため、多
結晶シリコン基板の製造用原料として、半導体用シリコ
ンとして製造された多結晶シリコンの格外品や単結晶シ
リコンの残材等低価格のものが使用されるようになって
きた。しかし、これらの原料では量的に不十分であり、
基板の低価格化にも限界がある。したがって、十分な価
格競争力を持つ太陽電池の開発には、低コスト多結晶シ
リコンの製造技術の確立が必要となる。
陽電池の製造技術は半導体用シリコン、アモルファスシ
リコン、多結晶シリコン等と多様な分野で適用され、い
ずれの分野においても技術開発は著しい。開発当初の太
陽電池に要求された特性は光電変換効率の向上を主眼と
する高性能化であったが、太陽電池の普及にともなって
低価格化が指向されるようになってきた。このため、多
結晶シリコン基板の製造用原料として、半導体用シリコ
ンとして製造された多結晶シリコンの格外品や単結晶シ
リコンの残材等低価格のものが使用されるようになって
きた。しかし、これらの原料では量的に不十分であり、
基板の低価格化にも限界がある。したがって、十分な価
格競争力を持つ太陽電池の開発には、低コスト多結晶シ
リコンの製造技術の確立が必要となる。
【０００３】太陽電池用の多結晶シリコンを製造する方
法として、従来から塩化法が広く採用されている。例え
ば、最も代表的な製造方法として、中間化合物であるト
リクロロシラン(SiＨCl3）を水素（Ｈ2）によって還元
するシーメンス法(Siemens Method)があり、さらに他の
製造方法として、反応炉内にシリコン微粉末を流動させ
ておき、その中にモノシラン(SiＨ4）と水素の混合ガス
とを導入して粒状多結晶シリコンを製造するエチル法
（Ethy Method)がある。しかし、これらの多結晶シリコ
ンの製造方法においては、多電力消費および生産効率が
著しく低いという基本的な問題があり、低価格化を指向
する太陽電池用シリコン原料の製造方法として適さな
い。
法として、従来から塩化法が広く採用されている。例え
ば、最も代表的な製造方法として、中間化合物であるト
リクロロシラン(SiＨCl3）を水素（Ｈ2）によって還元
するシーメンス法(Siemens Method)があり、さらに他の
製造方法として、反応炉内にシリコン微粉末を流動させ
ておき、その中にモノシラン(SiＨ4）と水素の混合ガス
とを導入して粒状多結晶シリコンを製造するエチル法
（Ethy Method)がある。しかし、これらの多結晶シリコ
ンの製造方法においては、多電力消費および生産効率が
著しく低いという基本的な問題があり、低価格化を指向
する太陽電池用シリコン原料の製造方法として適さな
い。
【０００４】上記の多結晶シリコンの製造法に代わり、
塩化法によらない製造方法として、亜鉛によってシリコ
ン化合物の還元する方法が提案されている。すなわち、
特開昭54−84824号公報には、太陽電池用（光電変換
用）多結晶シリコンを製造するのに最適な製造方法とし
て提案されている。ここで開示されている製造方法は、
還元剤によって気体状態の四塩化珪素等の化合物を還元
させる方法であり、還元剤として亜鉛を、その他に錫、
鉛等の少なくとも１種の金属を一緒に液体状態で用い
て、薄膜状の多結晶シリコンを製造することを特徴とし
ている。
塩化法によらない製造方法として、亜鉛によってシリコ
ン化合物の還元する方法が提案されている。すなわち、
特開昭54−84824号公報には、太陽電池用（光電変換
用）多結晶シリコンを製造するのに最適な製造方法とし
て提案されている。ここで開示されている製造方法は、
還元剤によって気体状態の四塩化珪素等の化合物を還元
させる方法であり、還元剤として亜鉛を、その他に錫、
鉛等の少なくとも１種の金属を一緒に液体状態で用い
て、薄膜状の多結晶シリコンを製造することを特徴とし
ている。
【０００５】確かに、提案の製造方法によれば、反応条
件が750℃近傍の比較的低温で適用されることから、作
業効率に優れ、また、多結晶シリコンが薄膜形状に生成
するため、太陽電池用としては有利である。しかし、品
質面において、重金属不純物の含有が避けられず、シリ
コンの純度が確保できないという問題がある。また、こ
の多結晶シリコンの製造方法では反応工程の連続化が難
しく、生産効率の向上が図れないため、コスト低減の面
では不十分である。
件が750℃近傍の比較的低温で適用されることから、作
業効率に優れ、また、多結晶シリコンが薄膜形状に生成
するため、太陽電池用としては有利である。しかし、品
質面において、重金属不純物の含有が避けられず、シリ
コンの純度が確保できないという問題がある。また、こ
の多結晶シリコンの製造方法では反応工程の連続化が難
しく、生産効率の向上が図れないため、コスト低減の面
では不十分である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】太陽電池の製造では、
所定の光電変換効率を具備することが前提となるため、
太陽電池用に供される多結晶シリコンおよびこれを製造
するためのシリコン原料には、光電変換効率に対応する
高純度、具体的には６Ｎ（99.9999％）、７Ｎ（99.9999
9％）相当の純度を確保する必要がある。
所定の光電変換効率を具備することが前提となるため、
太陽電池用に供される多結晶シリコンおよびこれを製造
するためのシリコン原料には、光電変換効率に対応する
高純度、具体的には６Ｎ（99.9999％）、７Ｎ（99.9999
9％）相当の純度を確保する必要がある。
【０００７】このような高純度シリコンを製造するに
は、金属シリコンをハロゲン化反応して中間化合物を生
成したのち、それを２次汚染させることなく還元する方
法が有効である。本発明者らの検討によれば、下記
（Ａ）の反応式で示されるように、中間化合物として四
塩化珪素（SiCl4）を用い、これを液体状または気体状
の亜鉛（Zn）で還元することによってシリコン（Si）を
製造するのが、生産性に優れ、価格面において有効であ
ることが明らかになる。
は、金属シリコンをハロゲン化反応して中間化合物を生
成したのち、それを２次汚染させることなく還元する方
法が有効である。本発明者らの検討によれば、下記
（Ａ）の反応式で示されるように、中間化合物として四
塩化珪素（SiCl4）を用い、これを液体状または気体状
の亜鉛（Zn）で還元することによってシリコン（Si）を
製造するのが、生産性に優れ、価格面において有効であ
ることが明らかになる。
【０００８】 SiCl4 ＋ ２Zn → Si ＋ ２ZnCl2 ・・・ （Ａ） 還元剤として使用される亜鉛には、通常、亜鉛含有鉱石
から製錬された高純度亜鉛が用いられている。後述する
図１は本発明の製造方法を説明する図であるが、そのな
かで亜鉛の製錬工程を説明している。亜鉛の精錬方法に
は乾式製錬法と湿式製錬法とに大別され、図１では乾式
製錬の工程が示されている。亜鉛の乾式製錬法では、亜
鉛鉱石（主にZnＳ）を完全酸化ばい焼して亜鉛酸化物
（ZnＯ）を生成して、この亜鉛酸化物を炭素で還元する
ことによって亜鉛ガス（Zn）を発生させる。さらに高純
度の亜鉛を製造するには、発生した亜鉛ガスを蒸留させ
て純度を向上させるとともに、さらに凝縮、固化させて
高純度の亜鉛地金を製造する。
から製錬された高純度亜鉛が用いられている。後述する
図１は本発明の製造方法を説明する図であるが、そのな
かで亜鉛の製錬工程を説明している。亜鉛の精錬方法に
は乾式製錬法と湿式製錬法とに大別され、図１では乾式
製錬の工程が示されている。亜鉛の乾式製錬法では、亜
鉛鉱石（主にZnＳ）を完全酸化ばい焼して亜鉛酸化物
（ZnＯ）を生成して、この亜鉛酸化物を炭素で還元する
ことによって亜鉛ガス（Zn）を発生させる。さらに高純
度の亜鉛を製造するには、発生した亜鉛ガスを蒸留させ
て純度を向上させるとともに、さらに凝縮、固化させて
高純度の亜鉛地金を製造する。
【０００９】上述の（Ａ）式に示す高純度シリコンの製
造において還元剤として亜鉛を使用する際には、固化さ
れた亜鉛地金を再び溶融する必要がある。このため、再
溶融するための熱量が必要となり、製造工程上も生産効
率が低下するのみでなく、再溶融にともなう亜鉛の純度
低下の問題も発生しうる。亜鉛の純度低下の問題を解消
しようとすると、密閉式溶解装置等の大規模な設備投資
を要することになり、これらの要因が多結晶シリコン製
造コストを押し上げることになる。
造において還元剤として亜鉛を使用する際には、固化さ
れた亜鉛地金を再び溶融する必要がある。このため、再
溶融するための熱量が必要となり、製造工程上も生産効
率が低下するのみでなく、再溶融にともなう亜鉛の純度
低下の問題も発生しうる。亜鉛の純度低下の問題を解消
しようとすると、密閉式溶解装置等の大規模な設備投資
を要することになり、これらの要因が多結晶シリコン製
造コストを押し上げることになる。
【００１０】本発明の目的は、従来の高純度シリコン製
造技術の問題点に鑑み、亜鉛による四塩化珪素の還元反
応を利用した多結晶シリコンの製造方法において、還元
剤として亜鉛の製錬過程で採取される液体状または気体
状の亜鉛を用い、生産効率が高く、品質的に安定して、
低価格化に対応した高純度シリコンを製造する方法を提
供することにある。
造技術の問題点に鑑み、亜鉛による四塩化珪素の還元反
応を利用した多結晶シリコンの製造方法において、還元
剤として亜鉛の製錬過程で採取される液体状または気体
状の亜鉛を用い、生産効率が高く、品質的に安定して、
低価格化に対応した高純度シリコンを製造する方法を提
供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を達成するため、高純度シリコンの製造について種々
の検討を行い、その結果、亜鉛の製錬工程と四塩化珪素
の亜鉛還元工程とを連結することによって、亜鉛地金の
再溶解の工程を削除できることに着目した。すなわち、
亜鉛製錬工程で蒸留・凝縮された亜鉛ガス若しくは溶融
亜鉛を還元亜鉛としてそのまま用いることによって、品
質および生産効率に優れ、低価格化に対応した高純度シ
リコンを製造できる。本発明は、このような着目に基づ
いて完成されたものであり、図１に示すように、下記
(1)、(2)の高純度シリコンの製造方法を要旨としてい
る。
題を達成するため、高純度シリコンの製造について種々
の検討を行い、その結果、亜鉛の製錬工程と四塩化珪素
の亜鉛還元工程とを連結することによって、亜鉛地金の
再溶解の工程を削除できることに着目した。すなわち、
亜鉛製錬工程で蒸留・凝縮された亜鉛ガス若しくは溶融
亜鉛を還元亜鉛としてそのまま用いることによって、品
質および生産効率に優れ、低価格化に対応した高純度シ
リコンを製造できる。本発明は、このような着目に基づ
いて完成されたものであり、図１に示すように、下記
(1)、(2)の高純度シリコンの製造方法を要旨としてい
る。
【００１２】(1)亜鉛含有鉱石と酸素を反応させて亜鉛
酸化物を生成して、この亜鉛酸化物を炭素で還元し亜鉛
ガスを発生させ、発生した亜鉛ガスを蒸留・凝縮して溶
融亜鉛を採取する亜鉛製錬工程と、シリコン原料である
四塩化珪素を亜鉛還元する工程とを連結する高純度シリ
コンの製造方法であって、亜鉛還元に際し反応容器内で
四塩化珪素を前記溶融亜鉛で還元し、多結晶シリコンを
回収することを特徴とする高純度シリコンの製造方法で
ある。
酸化物を生成して、この亜鉛酸化物を炭素で還元し亜鉛
ガスを発生させ、発生した亜鉛ガスを蒸留・凝縮して溶
融亜鉛を採取する亜鉛製錬工程と、シリコン原料である
四塩化珪素を亜鉛還元する工程とを連結する高純度シリ
コンの製造方法であって、亜鉛還元に際し反応容器内で
四塩化珪素を前記溶融亜鉛で還元し、多結晶シリコンを
回収することを特徴とする高純度シリコンの製造方法で
ある。
【００１３】(2)亜鉛含有鉱石と酸素を反応させて亜鉛
酸化物を生成して、この亜鉛酸化物を炭素で還元し亜鉛
ガスを発生させ、発生した亜鉛ガスを蒸留して亜鉛ガス
を採取する亜鉛製錬工程と、シリコン原料である四塩化
珪素を亜鉛還元する工程とを連結する高純度シリコンの
製造方法であって、亜鉛還元に際し反応容器内で四塩化
珪素を前記亜鉛ガスで還元し、多結晶シリコンを回収す
ることを特徴とする高純度シリコンの製造方法である。
酸化物を生成して、この亜鉛酸化物を炭素で還元し亜鉛
ガスを発生させ、発生した亜鉛ガスを蒸留して亜鉛ガス
を採取する亜鉛製錬工程と、シリコン原料である四塩化
珪素を亜鉛還元する工程とを連結する高純度シリコンの
製造方法であって、亜鉛還元に際し反応容器内で四塩化
珪素を前記亜鉛ガスで還元し、多結晶シリコンを回収す
ることを特徴とする高純度シリコンの製造方法である。
【００１４】本発明方法においては、亜鉛製錬工程で蒸
留・凝縮された亜鉛ガス若しくは溶融亜鉛を還元亜鉛と
してそのまま用いることを特徴としている。特に、蒸留
後の高純度亜鉛ガスをそのまま、亜鉛還元の反応容器に
供給すれば、反応容器内で凝縮しながら還元できるの
で、蒸留・凝縮した溶融亜鉛を供給するのに比べ、凝縮
にともなって発生する熱の有効利用が図れるので望まし
い。
留・凝縮された亜鉛ガス若しくは溶融亜鉛を還元亜鉛と
してそのまま用いることを特徴としている。特に、蒸留
後の高純度亜鉛ガスをそのまま、亜鉛還元の反応容器に
供給すれば、反応容器内で凝縮しながら還元できるの
で、蒸留・凝縮した溶融亜鉛を供給するのに比べ、凝縮
にともなって発生する熱の有効利用が図れるので望まし
い。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の高純度シリコン
の製造方法を説明する図である。本発明の製造方法は、
主として太陽電池用多結晶シリコンの製造用原料等に供
される純度７Ｎ（99.99999％）の多結晶シリコンを製造
に適する方法であり、亜鉛の製錬工程と四塩化珪素の亜
鉛還元工程とを連結して、亜鉛製錬工程で採取される亜
鉛ガス若しくは溶融亜鉛を還元剤として四塩化珪素の還
元工程で用いることを特徴としている。その具体的な内
容を、図１に基づいて、亜鉛の製錬工程と四塩化珪素の
還元工程に区分して説明する。
の製造方法を説明する図である。本発明の製造方法は、
主として太陽電池用多結晶シリコンの製造用原料等に供
される純度７Ｎ（99.99999％）の多結晶シリコンを製造
に適する方法であり、亜鉛の製錬工程と四塩化珪素の亜
鉛還元工程とを連結して、亜鉛製錬工程で採取される亜
鉛ガス若しくは溶融亜鉛を還元剤として四塩化珪素の還
元工程で用いることを特徴としている。その具体的な内
容を、図１に基づいて、亜鉛の製錬工程と四塩化珪素の
還元工程に区分して説明する。
【００１６】１．亜鉛の製錬工程について 亜鉛含有鉱石は亜鉛を主にせん亜鉛鉱（ZnＳ）として含
有しており、浮遊選鉱法により50〜55％程度に濃縮され
た精鉱が製錬原料になる。酸化ばい焼の工程では、この
製錬原料は酸素と反応させると発熱反応することを利用
して、酸化させ亜鉛酸化物（ZnＯ）に変換させる。この
とき、副生される二酸化硫黄ガス（ＳＯ２ガス）からは
硫酸が製造される。一方、生成された亜鉛酸化物は、さ
らに製錬過程での冶金反応に適するように、多孔質で、
しかもかさ比重の大きな還元原料にされる。
有しており、浮遊選鉱法により50〜55％程度に濃縮され
た精鉱が製錬原料になる。酸化ばい焼の工程では、この
製錬原料は酸素と反応させると発熱反応することを利用
して、酸化させ亜鉛酸化物（ZnＯ）に変換させる。この
とき、副生される二酸化硫黄ガス（ＳＯ２ガス）からは
硫酸が製造される。一方、生成された亜鉛酸化物は、さ
らに製錬過程での冶金反応に適するように、多孔質で、
しかもかさ比重の大きな還元原料にされる。
【００１７】次に、炭素還元の工程では、亜鉛酸化物は
高温下の条件で炭素還元されて気体状の粗亜鉛が採取さ
れる。具体的には、原料となる亜鉛酸化物は、炭素剤で
ある還元コークスと十分に混合されてレトルト（反応容
器）に挿入され、１０００〜1300℃に加熱される。炭素
還元の進捗にともない、下記の（Ｂ）式の反応に基づい
て亜鉛ガスと一酸化炭素ガスが発生する。このとき精錬
炉の形式によって、還元方式は水平レトルト法、縦型レ
トルト法および電熱蒸留炉法等に区分されるが、本発明
方法では還元方式をいずれかに限定する必要がない。
高温下の条件で炭素還元されて気体状の粗亜鉛が採取さ
れる。具体的には、原料となる亜鉛酸化物は、炭素剤で
ある還元コークスと十分に混合されてレトルト（反応容
器）に挿入され、１０００〜1300℃に加熱される。炭素
還元の進捗にともない、下記の（Ｂ）式の反応に基づい
て亜鉛ガスと一酸化炭素ガスが発生する。このとき精錬
炉の形式によって、還元方式は水平レトルト法、縦型レ
トルト法および電熱蒸留炉法等に区分されるが、本発明
方法では還元方式をいずれかに限定する必要がない。
【００１８】 ZnＯ ＋ Ｃ → Zn ＋ CO ・・・ （Ｂ） 発生した粗亜鉛ガスは蒸留され、高純度の亜鉛ガスとし
て回収される。さらに回収された亜鉛ガスはコンデンサ
ーに通して、凝縮することによって、高純度の溶融亜鉛
を回収することができる。さらに図１では図示しない
が、溶融亜鉛を冷却することによって、高純度の亜鉛地
金が製造される。本発明においては、上記の蒸留された
亜鉛ガスまたは溶融亜鉛が、下記の四塩化珪素の還元工
程の還元剤として用いられる。
て回収される。さらに回収された亜鉛ガスはコンデンサ
ーに通して、凝縮することによって、高純度の溶融亜鉛
を回収することができる。さらに図１では図示しない
が、溶融亜鉛を冷却することによって、高純度の亜鉛地
金が製造される。本発明においては、上記の蒸留された
亜鉛ガスまたは溶融亜鉛が、下記の四塩化珪素の還元工
程の還元剤として用いられる。
【００１９】２．四塩化珪素の還元工程について 中間原料である四塩化珪素（SiCl4）の製造は、下記
（Ｃ）式の反応に基づくが、粗四塩化珪素の製造とその
精製の２工程からなる。
（Ｃ）式の反応に基づくが、粗四塩化珪素の製造とその
精製の２工程からなる。
【００２０】 Si ＋ ２Cl2 → SiCl4 ・・・ （Ｃ） 粗四塩化珪素の製造は、反応条件の調整が比較的簡単で
塩化能率の確保が容易なことから、金属シリコンの流動
塩化法が採用される。通常、流動塩化炉で生成され捕集
された四塩化珪素には未反応物や不純物も含まれる。ま
た、中間化合物である四塩化珪素の純度は製造されるシ
リコンの純度にも大きく影響するので、精製が重要な工
程となる。粗四塩化珪素の精製には蒸留法が採用され、
最終的には純度は４Ｎ（99.99％）以上で、含有される
重金属類は50ppb以下とするのが望ましい。
塩化能率の確保が容易なことから、金属シリコンの流動
塩化法が採用される。通常、流動塩化炉で生成され捕集
された四塩化珪素には未反応物や不純物も含まれる。ま
た、中間化合物である四塩化珪素の純度は製造されるシ
リコンの純度にも大きく影響するので、精製が重要な工
程となる。粗四塩化珪素の精製には蒸留法が採用され、
最終的には純度は４Ｎ（99.99％）以上で、含有される
重金属類は50ppb以下とするのが望ましい。
【００２１】四塩化珪素は液体状態に保たれるが（融点
−70℃）、還元反応容器に供給される際には、液体状ま
たは気体状のいずれの状態であってもよい。一方、還元
剤の純度も製造されるシリコンの純度に大きく影響を及
ぼすのであるから、供給される亜鉛の純度は４Ｎ（99.9
9％）以上とするのが望ましい。前述の通り、還元剤と
しての亜鉛は、凝縮熱の有効利用が図れることから、蒸
留後の高純度亜鉛ガスをそのまま使用するのが望まし
い。
−70℃）、還元反応容器に供給される際には、液体状ま
たは気体状のいずれの状態であってもよい。一方、還元
剤の純度も製造されるシリコンの純度に大きく影響を及
ぼすのであるから、供給される亜鉛の純度は４Ｎ（99.9
9％）以上とするのが望ましい。前述の通り、還元剤と
しての亜鉛は、凝縮熱の有効利用が図れることから、蒸
留後の高純度亜鉛ガスをそのまま使用するのが望まし
い。
【００２２】亜鉛還元は密閉式の反応容器内で行われ、
中間化合物である四塩化珪素を亜鉛ガスまたは溶融亜鉛
で還元することによって、前記（Ａ）式で示すように、
多結晶シリコン粉と塩化亜鉛が生成する。生成される多
結晶シリコン粉は非常に微細であり、塩化亜鉛との混合
物として反応容器の外部に排出される。
中間化合物である四塩化珪素を亜鉛ガスまたは溶融亜鉛
で還元することによって、前記（Ａ）式で示すように、
多結晶シリコン粉と塩化亜鉛が生成する。生成される多
結晶シリコン粉は非常に微細であり、塩化亜鉛との混合
物として反応容器の外部に排出される。
【００２３】多結晶シリコンの分離は慣用される手段で
よく、例えば、蒸発分離法または液体濾過法によって分
離される。これらの分離を繰り返すことによって、副生
成物である塩化亜鉛が完全に分離され、純化された多結
晶シリコンが製造され、取り出される。このようにして
取り出された多結晶シリコンの純度は、７Ｎ（99.99999
％）のグレードであり、太陽電池用として適用できるも
のである。
よく、例えば、蒸発分離法または液体濾過法によって分
離される。これらの分離を繰り返すことによって、副生
成物である塩化亜鉛が完全に分離され、純化された多結
晶シリコンが製造され、取り出される。このようにして
取り出された多結晶シリコンの純度は、７Ｎ（99.99999
％）のグレードであり、太陽電池用として適用できるも
のである。
【００２４】同様に、多結晶シリコンから分離された塩
化亜鉛は比較的高品質な状態で取り出すことが可能であ
り、亜鉛メッキの前処理剤、乾電池の電解成分等として
使用できるものである。
化亜鉛は比較的高品質な状態で取り出すことが可能であ
り、亜鉛メッキの前処理剤、乾電池の電解成分等として
使用できるものである。
【００２５】
【実施例】本発明の太陽電池用高純度シリコンの製造方
法の効果を、実施例１、２に基づいて説明する。
法の効果を、実施例１、２に基づいて説明する。
【００２６】（実施例１）図１の製造工程に基づいて、
高純度シリコンを製造した。製錬原料として亜鉛鉱石を
浮遊選鉱法により50％程度に濃縮された精鉱を用い、粒
径0.2〜0.01mmに破砕して、反応容器内に充填し、温度
条件1000℃で酸化ばい焼して亜鉛酸化物を生成した。こ
のとき発生する二酸化硫黄ガスは反応容器から排出され
て、硫酸工場に送られる。
高純度シリコンを製造した。製錬原料として亜鉛鉱石を
浮遊選鉱法により50％程度に濃縮された精鉱を用い、粒
径0.2〜0.01mmに破砕して、反応容器内に充填し、温度
条件1000℃で酸化ばい焼して亜鉛酸化物を生成した。こ
のとき発生する二酸化硫黄ガスは反応容器から排出され
て、硫酸工場に送られる。
【００２７】次に亜鉛酸化物と還元用コークス粉を還元
容器に充填し、1000℃で還元反応を行った。生成した亜
鉛ガスを還元容器から取り出し、蒸留後凝縮して溶融亜
鉛を回収した。回収された溶融亜鉛の純度は、４Ｎ（9
9.99％）であった。また、Fe、Cu等の不純物は残査とし
て還元容器の下部から取り出した。
容器に充填し、1000℃で還元反応を行った。生成した亜
鉛ガスを還元容器から取り出し、蒸留後凝縮して溶融亜
鉛を回収した。回収された溶融亜鉛の純度は、４Ｎ（9
9.99％）であった。また、Fe、Cu等の不純物は残査とし
て還元容器の下部から取り出した。
【００２８】中間原料である四塩化珪素は金属シリコン
の流動塩化法で製造し、精製処理によって、純度は４Ｎ
（99.99％）を確保し含有される重金属類は50ppb程度と
した。四塩化珪素を還元するため、上記の溶融亜鉛を四
塩化亜鉛の還元反応容器に供給し、その溶融亜鉛中に四
塩化珪素をガス状態で供給して、800℃で還元反応を行
った。生成される多結晶シリコン粉は塩化亜鉛との混合
物として還元反応容器の外部に排出され、蒸発分離法を
繰り返して、純化された多結晶シリコンが取り出され
た。このようにして取り出された多結晶シリコンを分析
したところ、純度は７Ｎ（99.99999％）であり、太陽電
池用として適用できることが確認できた。
の流動塩化法で製造し、精製処理によって、純度は４Ｎ
（99.99％）を確保し含有される重金属類は50ppb程度と
した。四塩化珪素を還元するため、上記の溶融亜鉛を四
塩化亜鉛の還元反応容器に供給し、その溶融亜鉛中に四
塩化珪素をガス状態で供給して、800℃で還元反応を行
った。生成される多結晶シリコン粉は塩化亜鉛との混合
物として還元反応容器の外部に排出され、蒸発分離法を
繰り返して、純化された多結晶シリコンが取り出され
た。このようにして取り出された多結晶シリコンを分析
したところ、純度は７Ｎ（99.99999％）であり、太陽電
池用として適用できることが確認できた。
【００２９】（実施例２）四塩化珪素の還元剤として、
実施例１と同じ条件で蒸留された亜鉛ガスを使用した。
事前に還元反応容器に亜鉛を液体状体で充填し、その後
亜鉛ガスを溶融亜鉛中に供給して、還元反応容器内で凝
縮する。この溶融亜鉛中に四塩化珪素ガスを供給して、
四塩化珪素を還元する。このときの温度条件は、800℃
であった。生成される多結晶シリコンは還元反応容器の
外部に排出され、蒸発分離法を繰り返して純化された多
結晶シリコンを製造した。本方法で製造した多結晶シリ
コンを分析したところ、純度は７Ｎ（99.99999％）であ
り、太陽電池用として問題のない品質であった。
実施例１と同じ条件で蒸留された亜鉛ガスを使用した。
事前に還元反応容器に亜鉛を液体状体で充填し、その後
亜鉛ガスを溶融亜鉛中に供給して、還元反応容器内で凝
縮する。この溶融亜鉛中に四塩化珪素ガスを供給して、
四塩化珪素を還元する。このときの温度条件は、800℃
であった。生成される多結晶シリコンは還元反応容器の
外部に排出され、蒸発分離法を繰り返して純化された多
結晶シリコンを製造した。本方法で製造した多結晶シリ
コンを分析したところ、純度は７Ｎ（99.99999％）であ
り、太陽電池用として問題のない品質であった。
【００３０】
【発明の効果】本発明の高純度シリコンの製造方法によ
れば、亜鉛精錬工程から多結晶シリコンの製造工程を連
結させることによって、亜鉛の凝固、溶解工程を省略す
ることが可能になり、さらに還元剤として亜鉛の製錬過
程で採取される液体状または気体状の亜鉛を用いること
ができ、生産効率が高く、品質的に安定して、低価格化
に対応した高純度シリコンを製造できる。
れば、亜鉛精錬工程から多結晶シリコンの製造工程を連
結させることによって、亜鉛の凝固、溶解工程を省略す
ることが可能になり、さらに還元剤として亜鉛の製錬過
程で採取される液体状または気体状の亜鉛を用いること
ができ、生産効率が高く、品質的に安定して、低価格化
に対応した高純度シリコンを製造できる。
【００３１】また、塩化亜鉛も本発明の多結晶シリコン
の製造プロセスで同時に連続して製造することができる
ので、安価で、品質的に安定した塩化亜鉛を提供するこ
とができる。
の製造プロセスで同時に連続して製造することができる
ので、安価で、品質的に安定した塩化亜鉛を提供するこ
とができる。
【図１】本発明の高純度シリコンの製造方法を、亜鉛製
錬工程と四塩化珪素の還元工程とを連結して説明する図
である。
錬工程と四塩化珪素の還元工程とを連結して説明する図
である。
Claims (2)
- 【請求項１】亜鉛含有鉱石と酸素を反応させて亜鉛酸化
物を生成して、この亜鉛酸化物を炭素で還元し亜鉛ガス
を発生させ、発生した亜鉛ガスを蒸留・凝縮して溶融亜
鉛を採取する亜鉛製錬工程と、シリコン原料である四塩
化珪素を亜鉛還元する工程とを連結する高純度シリコン
の製造方法であって、亜鉛還元に際し反応容器内で四塩
化珪素を前記溶融亜鉛で還元し、多結晶シリコンを回収
することを特徴とする高純度シリコンの製造方法。 - 【請求項２】亜鉛含有鉱石と酸素を反応させて亜鉛酸化
物を生成して、この亜鉛酸化物を炭素で還元し亜鉛ガス
を発生させ、発生した亜鉛ガスを蒸留して亜鉛ガスを採
取する亜鉛製錬工程と、シリコン原料である四塩化珪素
を亜鉛還元する工程とを連結する高純度シリコンの製造
方法であって、亜鉛還元に際し反応容器内で四塩化珪素
を前記亜鉛ガスで還元し、多結晶シリコンを回収するこ
とを特徴とする高純度シリコンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9217497A JPH1160228A (ja) | 1997-08-12 | 1997-08-12 | 亜鉛還元による高純度シリコンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9217497A JPH1160228A (ja) | 1997-08-12 | 1997-08-12 | 亜鉛還元による高純度シリコンの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1160228A true JPH1160228A (ja) | 1999-03-02 |
Family
ID=16705173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9217497A Pending JPH1160228A (ja) | 1997-08-12 | 1997-08-12 | 亜鉛還元による高純度シリコンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1160228A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1903006A1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-26 | Umicore | Process for the production of Si by reduction of SiHCI3 with liquid Zn |
| EP1903005A1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-26 | Umicore | Production of Si by reduction of SiCI4 with liquid Zn, and purification process |
| WO2008034576A1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-27 | Umicore | PRODUCTION OF Si BY REDUCTION OF SiCL4 WITH LIQUID Zn, AND PURIFICATION PROCESS |
| WO2008034577A1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-27 | Umicore | Process for the production of si by reduction of sihc13 with liquid zn |
| CN109486532A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-03-19 | 华中科技大学 | 一种聚焦太阳能高温回收危险固体废弃物的系统 |
-
1997
- 1997-08-12 JP JP9217497A patent/JPH1160228A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1903006A1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-26 | Umicore | Process for the production of Si by reduction of SiHCI3 with liquid Zn |
| EP1903005A1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-26 | Umicore | Production of Si by reduction of SiCI4 with liquid Zn, and purification process |
| WO2008034576A1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-27 | Umicore | PRODUCTION OF Si BY REDUCTION OF SiCL4 WITH LIQUID Zn, AND PURIFICATION PROCESS |
| WO2008034577A1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-27 | Umicore | Process for the production of si by reduction of sihc13 with liquid zn |
| CN109486532A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-03-19 | 华中科技大学 | 一种聚焦太阳能高温回收危险固体废弃物的系统 |
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