JPS58130114A - ケイ素の精製方法 - Google Patents

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】 本発明は、ケイ素、特に太陽電池縁のケイ素を製造する
ためのケイ素の精製方法に関する。

エネルギー源としての太陽電池の次第に増大する重要性
のゆえに、近時、少くとも９５−の純度を有する工業用
ケイ素、いわゆる粗製ケイ素を太陽電池の製造に適する
ように精製せんとする試みに事欠かない。

スイス国特許第５６ス４３５号および米国特許第２，９
７２，５２１号各明細書によれば、粗製ケイ素を精製す
るだめの剤として酸または酸の混合物が使用される。し
かしながら、これらを使用して例えばホウ素またはす′
ンのようなある種の不純物を除去することは不可能であ
る。

ドイツ特許第１，０２２，８０４号明細書およびドイツ
特許出願公開筒２．７０へ１７５号明細書には、例えば
ケイ酸塩溶融物を用いるような、スラグ処理を用いて精
製を行なう方法が記載されている。しかしながら、これ
らの方法においては、精製効果は、元素カルシウムおよ
びアルミニウムに限定される。

酸処理およびスラグ処理の組合せを用いた場合において
も、太陽電池を製造するのに適したケイ素を得ることは
不可能である。例えば、ドイツ特許出願公開筒２．７２
９．４６４号明細書によれば、粗製ケイ素は、酸処理の
前に抽出溶融物と接触せしめられるが、それにもかかわ
らずこのようにして、例えば元素ホウ素またはリンを除
去することは不可能である。

その浄化作用がすべての望ましくない異物に及ぶような
方法もまた知られているが、それらはあまりにも複雑で
ありかつあま如にも不経済であるかあるいはそれらの方
法は、所望の精製度をもたらさない。例えば、ドイツ特
許出願公開筒２．９５５，１６４号明細書においては、
抽出溶融法に続いて酸処理および真空処理が行なわれる
多段階法が記載されているが、２ｉｉ１目の溶融および
凝固の後においても、ホウ素に関しては僅かなそして決
して十分ではない精製効果しか達成され得ない。

ドイツ特許出願公開筒２．９４４．９７５号明細書に記
載された、ケイ素が溶融状態において炭酸バリウムと反
応せしめられるという方法は、ホウ素に関しては十分な
精製度をもたらすが、十分な精製度を得るためには、極
めて高い温度を必要とし、そして例えば、酸素のような
酸化ガスまたは水蒸気を吹込むことが更に必要なので、
この方法は、労働費および経費が非常に大となる。

従って、本発明の課題は、上記の欠点を有せず、しかも
多大の労力を要せずに簡単かつ経済的衣やシ方で、太陽
電池の製造に必要な純度、特にまたホウ素に関する純度
を有するケイ素を得ることができるような、ケイ素の精
製方法を提供することである。この課題は、本発明によ
って解決される。

本発明の対象は、アルカリ土類金属酸化物および／また
はアルカリ金属酸化物を含有する溶融スラグを用いて粗
製ケイ素を処理することによってケイ素を精製する方法
であって、その方法は、粉砕された形の粗製ケイ素を溶
融前に上記スラグまたはスラグ成分と混合することを特
徴とする。

この方法は、粉砕された粗製ケイ素を同様に粉砕された
スラグおよび／ま九はスラグ形成成分の全量と強力に混
合し、そして次にこの混合物を溶融するかまた紘粗製ケ
イ素を粉砕されたスラグまたはスラグ形成成分の一部の
みと混合しそしてこの混合物をスラグの残ルの溶融され
た部分に加えることＫよって実施されうる。一つの好ま
しい実施態様においては、粉砕された粗製ケイ素をスラ
グま九はスラグ形成成分の約半分と混合し、そして次に
この混合物を残シの溶融された半分に徐々に添加する。

スラグ形成成分としては、酸化物の代）に、使用条件下
に酸化物に変換されうる化合物、例えば、アルカリ金属
またはアルカリ土類金属の炭酸塩または水酸化物のよう
な、二酸化炭素または水の分離によって酸化物に変換さ
れる化合金物の混合物もまた使用されうる。

アルカリ土類金属化合物としては、特に酸化マクネシウ
ム、酸化カルシウム、酸化ストロンび／または水酸化物
もまた使用される。そしてアルカリ金属化合物としては
、酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび／または酸化カ
リウムが使用され、あるいは対応する炭酸塩および／ま
たは水酸化物もまた使用される。

好ましくは、適当な融剤、例えばフッ化マグネシウムお
よび／または７フ化カルシウムの存在下に、そして／ま
たは希釈剤の存在下に操作される。アルカリ土類金属の
ための希釈剤としては、例えば二酸化ケイ素が、アルカ
リ金属酸化物のための希釈剤としては、例えば酸化アル
ミニウムまたは／および二酸化ケイ素が適当である。ス
ラグは、好ましくは、アルカリ金属−および／またはア
ルカリ土類金属酸化物２ｏないし１００重量−１融剤０
な−し４０重量％および希釈剤口ないし８０重量％から
なる。

粉砕された粗製ケイ素の粒度は、好ましくは１０μｍな
いし１■、好ましくは４０　ｐｍないし１００μｍであ
る。粗製ケイ素金属の粉砕は、例えば遠心ボールオルま
たは向流ジェットミルにおいて行なわれる（約１０ない
し１００　ｐｍの粒度）か、または粉砕機によって行な
われる（粒度≦１■）。粉砕されたスラグを九はスラグ
形成成分は、好ましくは粉砕された粗製ケイ素と同じ粒
度分布を有する。それ故、粗製ケイ素およびスラグまた
はスラグ形成成分の粉砕を一緒に行なうこともできる。

溶融は、例えば電気抵抗炉または誘導炉のような、それ
に適した通常の炉で行なわれうる。

その際、溶融温度は、大抵１４００ないしｔ６００℃、
特に約１．５００℃である。

粗製ケイ素対スラグの量比は、スラグの種類および組成
に依存する。粗製ケイ素／アルカリ土類金属−またはア
ルカリ金属酸化物の量比は、好ましくは１：α２ないし
４そして特に１：（Ｌ！Ｉないし３である。

すべての固体の成分が完全に溶融され死後に、ケイ素溶
融物は、流出されまたは注ぎ出される。

よシ長い滞留時間は、一般に必要でない。しかしながら
、ケイ素の特に高い純度を得るためには、本発明による
方法に１例えばドイツ特許出願公開第２．９３　＆　１
６４号明細書に記載されているような、公知の酸処理お
よび／又は真空処理を続いて行なうことが有利であろう
。

驚くべきことＫは、本発明による方法を用いることによ
シ、公知のスラ、グ処理の方法によって得られるケイ素
よりもはるかに高い純度を有するケイ素が得られる。特
に１粗製ケイ素のホウ素含量は、約４０１）１）！ｌか
ら約３ないし４　ｐｐｍまでに低下されうる。それ故、
本発明による方法を用いるととＫより、その純度の点で
太陽電池の製造に極めて適したケイ素を簡単なしかし経
済的な方法で得ることができる。

以下の例は、それに限定されること表く本発明をより詳
細に説明するものである。

例１ 通常の組成の粗製ケイ素２．０ｋを４０　ｐｍの平均粒
度になるまで粉砕し、酸化！グネシウム４１重量嘔、二
酸化ケイ素４１重量−およびフッ化カルシウム１８重量
−からなるスラグ＆５紛と強力に混合し、そしてずでに
溶解されているスラグ更に５．５４に徐々に添加する。

続いての酸糖製の後、下記の純度が確認された二鉄　　
　　　　　　　　　　　α００３重量慢アルミニウム　
　　　α００１５重量％カルシウム　　　　　≦（ＬＯ
１０１重量％ホウ素　　　　３　ｐｐｍ 例２ 通常の組成の粗製ケイ素ｔＯＫＬＩを≦１−の平均粒度
になるまで粉砕し、水酸化バリウム４１重量−１二酸化
ケイ素４１重量嚢およびフッ化カルシウム１８重ｔＳか
らなるスラグ２．７５４と強力に混合し、そしてすでに
溶融されているスラグ更に２．７５４に徐々に添加する
。続いての酸糖製の後、下記の純度が確認され九ニアル
ミニウム　　　　〈α０１重量％ カルシウム　　　　　〈α０１重量％ ホウ素　　　　　　　２　ｐｐｍ 例３ 通常の組成の粗製ケイ素ｔｏｅを４０　ｐｍの平均粒度
になるまで粉砕し、水酸化ナトリウム５０重量％および
二酸化ケイ素５０重量嗟からなるスラグ２．８初と強力
に混合し、そしてすでに溶融されているスラグ更に２．
８ｆｆに徐々に添加する。続いての酸糖製の後、下記の
純度が確　認された： 鉄　　　　　　　　　くα０２重量％ アルミニウム　　　　〈α０１重量％ カルシウム　　　　　〈α０１重量％ ホウ素　　　　　　　１　ｐｐｍ 比較例 例１ないし３において使用され九粗製ケイ素を、公知の
方法に従って、すでに溶融されているスラグに添加した
場合には、続いての酸処理の後に、下記の純度を有する
生成物が得られる：鉄　　　　　　　　　ａ０１重量− アルミニウム　　　　（ＬＯ２０２重 量％カルシウム　　　α０１重量％ ホウ素　　　　　　　３６　ｐｐｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．アルカリ土類金属酸化物および／またはアルカり金
   属酸化物を含有する溶融スラグを用いて粗製ケイ素を処
   理することによシケイ素を精製する方法において、粉砕
   された形態の粗製ケイ素を溶融の前にスラグまたはスラ
   グ成分と混合することを特徴とする、上記ケイ素の精製
   方法。 ２　粉砕された粗製ケイ素を、同様に粉砕されたスラグ
   またはスラグを形成する成分と混合軸 しそして溶解せしめるかまたは粉砕されたスラグまたは
   スラグ形成成分の一部と混合しそしてこの混合物を溶融
   したスラグの残シの部分に添加する特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。 五　粉砕された粗製ケイ素をスラグまたはスラグ形成成
   分の約半分と混合し、そして溶融されたスラグの残シの
   半分に加える特許請求の範囲第２項に記載の方法。 ４　スラグ形成成分としてアルカリ金属および／ま九は
   アルカリ土類金属の酸化物、炭酸塩および／ｉたは水酸
   化物を使用する特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれ
   かに記載の方法。 ＆　融剤の存在下に行なうことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の方法。 ＆　融剤としてフッ化マグネシウムまたはフッ化カルシ
   ウムを使用する特許請求の範囲第５項に記載の方法。 ｌ　希釈剤の存在下に操作する特許請求の範囲第１項〜
   第６項のいずれかに記載の方法。 ａ　アルカリ土類金属酸化物のための希釈剤として酸化
   ケイ素を、そしてアルカリ金属酸化物のための希釈剤と
   して酸化アル１＝クムおよび／または二酸化ケイ素を使
   用する特許請求の範囲第７項記載の方法。 ９　スラグがアルカリ金属酸化物および／またはアルカ
   リ土類金属酸化物２０ないし１００００重量％剤０ない
   し４０重量％および希釈剤０ないし８０重量−からなる
   特許請求の範囲第１項〜第８項のいずれかに記載の方法
   。 １α　アルカリ土類金属酸化物が酸化マグネシウム、酸
   化カルシウム、酸化ストロンチウムおよび／または酸化
   バリウムである特許請求の範囲第１項〜第９項のいずれ
   かに記載の方法。 １１、　　アルカリ金属酸化物が酸化リチウム、酸化ナ
   トリウムおよび／ｌたは酸化カリウムである特許請求の
   範囲第１項〜第９項のいずれかに記載の方法。 １２、粉砕された粗製ケイ素の粒度が１０ｐＩ１１　な
   いし１■、好ましくは４０μｍないし１００μｍである
   特許請求の範囲第１項〜第１１項のいずれかに記載の方
   法。 １工　粉砕されたスラグまたはスラグ形成成分が粉砕さ
   れた粗製ケイ素と同じ粒度分布を有する特許請求の範囲
   第１項〜第１２項のいずれかに記載の方法。 １４．１，４００ないしも６００℃の温度において溶融
   する特許請求の範囲第１項〜第１ｓ項の量比が１：α２
   ないし４、好ましくは１：α３ないし５である特許請求
   の範囲第１項〜第１４項のいずれかに記載の方法。