KR102380607B1 - Device for disposal of silicone wastes and disposal method using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전기 분해 공정을 통해 폐 실리콘을 처리하는 폐 실리콘 처리 장치 및 이를 이용한 폐 실리콘 처리 방법에 있어서, 전원, 내부에 폐 실리콘이 수용되는 공간이 구비되고, 상기 전원의 (+) 극에 통전 가능하게 연결되는 양극 바스켓, 상기 전원의 (-) 극에 통전 가능하게 연결되고, 전기 전도성 소재로 형성되는 음극 및 내부에 전해액을 수용하는 용기를 포함하고, 상기 양극 바스켓 및 상기 음극이 상기 전해액에 침강되어, 상기 폐 실리콘이 이온화된 후 상기 음극에 전착되는 폐 실리콘 처리 장치 및 이를 이용한 폐 실리콘 처리 방법을 개시한다.The present invention relates to a waste silicon treatment apparatus for treating waste silicon through an electrolysis process and a waste silicon treatment method using the same, in which a power source, a space in which waste silicon is accommodated is provided, and the (+) pole of the power source is A positive electrode basket connected to be energized, a negative electrode connected to the negative pole of the power source to be energized, and a container for accommodating an electrolyte therein, and a negative electrode formed of an electrically conductive material, wherein the positive electrode basket and the negative electrode are the electrolyte Disclosed are a waste silicon treatment apparatus and a waste silicon treatment method using the same, in which the waste silicon is ionized and then electrodeposited on the cathode.

Description

폐 실리콘 처리 장치 및 이를 이용한 폐 실리콘 처리 방법{Device for disposal of silicone wastes and disposal method using the same}Device for disposal of silicone wastes and disposal method using the same

본 발명은 폐 실리콘 처리 장치 및 이를 이용한 폐 실리콘 처리 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 전기 분해 공정을 통해 폐 실리콘을 처리하는 폐 실리콘 처리 장치 및 이를 이용한 폐 실리콘 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a waste silicon treatment apparatus and a method for treating waste silicon using the same, and more particularly, to a waste silicon treatment apparatus for treating waste silicon through an electrolysis process and a method for treating waste silicon using the same.

실리콘(Si)은 주기율표 14족 3주기에 속하는 원소로서, 금속과 비금속의 특성을 모두 갖는 준금속에 해당한다.Silicon (Si) is an element belonging to Group 14, Period 3 of the Periodic Table, and corresponds to a metalloid having both metal and non-metal characteristics.

실리콘은 합금 제조, 반도체, 태양 전지 등 다양한 분야에 널리 이용되고 있다. 특히, 태양 전지의 경우, 태양 전지의 80% 이상이 실리콘 태양 전지에 해당한다.Silicon is widely used in various fields such as alloy manufacturing, semiconductors, and solar cells. In particular, in the case of a solar cell, 80% or more of the solar cell corresponds to a silicon solar cell.

최근 실리콘 태양 전지의 국내 산업이 급격하게 증가되며, 태양 전지의 사용 후 발생되는 실리콘 폐기물의 양 또한 증가되고 있다. 이에 따라, 실리콘 폐기물의 처리 및 재활용 기술의 중요성 또한 높아지고 있다.Recently, the domestic industry of silicon solar cells is rapidly increasing, and the amount of silicon waste generated after the use of solar cells is also increasing. Accordingly, the importance of silicon waste treatment and recycling technology is also increasing.

태양 전지에 사용되는 실리콘 패널은 표면에 은(Ag), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 등의 물질이 배선재로 사용되고, 산화 실리콘 막을 포함한다. 따라서, 순수한 실리콘이 실리콘 패널로부터 분리되는 데 어려움이 있다.A silicon panel used in a solar cell is made of a material such as silver (Ag), aluminum (Al), or titanium (Ti) on its surface as a wiring material, and includes a silicon oxide film. Therefore, it is difficult for pure silicon to be separated from the silicon panel.

위와 같은 이유로, 현재 소수의 실리콘 폐기물만이 재활용되고 있다. 반면에, 대부분의 실리콘 폐기물은 재활용되지 못하고 폐기된다.For the above reasons, only a small number of silicon wastes are currently being recycled. On the other hand, most of the silicon waste is not recycled and is discarded.

이때, 종래의 폐 실리콘 처리 장치는, 계면활성제와 실리콘을 혼합하여 침전물로부터 실리콘을 회수하는 방식, 폐 실리콘을 고온으로 가열하여 고순도 실리콘을 획득하는 방식 등을 사용한다.In this case, the conventional waste silicon treatment apparatus uses a method of recovering silicon from a precipitate by mixing a surfactant and silicon, a method of obtaining high purity silicon by heating the waste silicon to a high temperature, and the like.

이러한 종래의 폐 실리콘 처리 장치는 실리콘이 결정질 실리콘으로 회수되지 않는 바, 회수된 실리콘의 활용도가 높지 않다.In this conventional waste silicon processing apparatus, silicon is not recovered as crystalline silicon, and thus the utilization of recovered silicon is not high.

또한, 종래의 폐 실리콘 처리 장치는 1420℃ 이상의 고온의 공정 온도가 요구된다. 따라서, 높은 비용의 폐 실리콘의 처리 비용이 요구된다.In addition, the conventional waste silicon processing apparatus requires a high process temperature of 1420° C. or higher. Therefore, a high cost of processing waste silicon is required.

한국등록특허공보 제10-1138733호는 실리콘 폐기물의 재생 방법을 개시한다. 구체적으로, 실리콘 폐기물, 용매 및 계면활성제를 혼합하고 공기를 주입하여 부유물과 침전물이 분리됨으로써 실리콘 폐기물을 재생하는 실리콘 폐기물의 재생 방법을 개시한다.Korean Patent Publication No. 10-1138733 discloses a method for recycling silicon waste. Specifically, a method of regenerating silicon waste is disclosed by mixing silicon waste, a solvent and a surfactant, and injecting air to separate suspended matter and sediment to regenerate silicon waste.

그런데, 이러한 유형의 실리콘 폐기물의 재생 방법은 회수되는 실리콘이 결정질로 성장되지 않는다. 더 나아가, 회수되는 실리콘이 결정질 실리콘이 요구되는 분야에는 사용될 수 없는 바, 실리콘의 재활용에 한계가 있다.However, in this type of silicon waste recycling method, the recovered silicon is not grown to be crystalline. Furthermore, since the recovered silicon cannot be used in a field requiring crystalline silicon, there is a limit to the recycling of silicon.

한국등록특허공보 제10-1391504호는 고순도 메탈 실리콘의 재활용을 위한 용융 장치를 개시한다. 구체적으로, 폐 실리콘을 산소가 제어되는 분위기 하의 용융 공간에서 고주파 유도 가열에 의해 용융하여 고순도 실리콘을 획득하는 고순도 메탈 실리콘의 재활용을 위한 용융 장치를 개시한다.Korean Patent Publication No. 10-1391504 discloses a melting apparatus for recycling high-purity metal silicon. Specifically, there is disclosed a melting apparatus for recycling high-purity metal silicon that obtains high-purity silicon by melting waste silicon by high-frequency induction heating in a melting space under an oxygen-controlled atmosphere.

그런데, 이러한 유형의 고순도 메탈 실리콘의 재활용을 위한 용융 장치는 폐 실리콘이 1420℃ 이상의 고온으로 가열되어야 하는 바, 높은 비용의 폐 실리콘의 처리 공정 비용이 요구된다.However, in the melting apparatus for recycling this type of high-purity metal silicon, the waste silicon must be heated to a high temperature of 1420° C. or higher, which requires a high cost of the waste silicon treatment process.

한국등록특허공보 제10-1138733호 (2012.04.24.)Korean Patent Publication No. 10-1138733 (2012.04.24.) 한국등록특허공보 제10-1391504호 (2014.04.25.)Korean Patent Publication No. 10-1391504 (2014.04.25.)

본 발명의 일 목적은, 전기 분해 공정을 통해 폐 실리콘을 처리하여 고순도 실리콘을 회수하는 폐 실리콘 처리 장치 및 이를 이용한 폐 실리콘 처리 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a waste silicon treatment apparatus for recovering high-purity silicon by treating waste silicon through an electrolysis process, and a waste silicon treatment method using the same.

본 발명의 다른 일 목적은, 폐 실리콘으로부터 결정질 실리콘이 회수되는 폐 실리콘 처리 장치 및 이를 이용한 폐 실리콘 처리 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a waste silicon treatment apparatus for recovering crystalline silicon from waste silicon and a waste silicon treatment method using the same.

본 발명의 또 다른 일 목적은, 폐 실리콘이 보다 낮은 공정 온도에서 분해되는 폐 실리콘 처리 장치 및 이를 이용한 폐 실리콘 처리 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus for treating waste silicon in which waste silicon is decomposed at a lower process temperature and a method for treating waste silicon using the same.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 폐 실리콘 처리 장치는, 전원; 내부에 폐 실리콘이 수용되는 공간이 구비되고, 상기 전원의 (+) 극에 통전 가능하게 연결되는 양극 바스켓; 상기 전원의 (-) 극에 통전 가능하게 연결되고, 전기 전도성 소재로 형성되는 음극; 및 내부에 전해액을 수용하는 용기를 포함하고, 상기 양극 바스켓 및 상기 음극이 상기 전해액에 침강되어, 상기 폐 실리콘이 이온화된 후 상기 음극에 전착된다.In order to achieve the above object, an apparatus for processing waste silicon according to the present invention includes: a power source; an anode basket having a space in which waste silicon is accommodated therein, and being energably connected to the (+) pole of the power source; a negative electrode connected to the (-) pole of the power source so as to be energized and formed of an electrically conductive material; and a container accommodating an electrolyte therein, wherein the anode basket and the anode are precipitated in the electrolyte, and the waste silicon is ionized and then electrodeposited on the cathode.

또한, 상기 음극은, 표면에 단결정 실리콘(single crystal silicon)이 형성될 수 있다.In addition, the cathode, single crystal silicon (single crystal silicon) may be formed on the surface.

또한, 상기 단결정 실리콘에는 단결정 씨앗층(seed layer) 금속이 증착될 수 있다.In addition, a single crystal seed layer metal may be deposited on the single crystal silicon.

또한, 상기 전해액은 이온성 액체일 수 있다.In addition, the electrolyte may be an ionic liquid.

또한, 상기 전해액은 불화물일 수 있다.In addition, the electrolyte may be a fluoride.

또한, 상기 전해액은 불화물과 염화물의 혼합물일 수 있다.In addition, the electrolyte may be a mixture of fluoride and chloride.

또한, 상기 용기에 열을 공급하는 가열로를 포함할 수 있다.In addition, it may include a heating furnace for supplying heat to the container.

또한, 상기 가열로는, 상기 용기를 0℃ 이상 900℃ 이하의 소정의 온도로 가열할 수 있다.Moreover, the said heating furnace can heat the said container to a predetermined temperature of 0 degreeC or more and 900 degrees C or less.

또한, 본 발명은, (a) 폐 실리콘이 양극 바스켓에 투입되는 단계; (b) 상기 양극 바스켓이 전원의 (+) 극에 통전 가능하게 연결되고, 음극이 상기 전원의 (-) 극에 통전 가능하게 연결되는 단계; (c) 상기 양극 바스켓 및 상기 음극이 전해액에 침강되는 단계; (d) 상기 전원이 상기 양극 바스켓 및 상기 음극 간에 전압을 인가하는 단계; 및 (e) 상기 음극에 전착되는 고순도 실리콘이 회수되는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계에서 상기 전원에 연결되는 상기 음극은, 표면에 단결정 실리콘이 형성되는 폐 실리콘 처리 방법을 제공한다.In addition, the present invention, (a) the waste silicon is put into the anode basket; (b) the positive basket is electrically connected to the (+) pole of the power source, and the negative pole is electrically connected to the (-) pole of the power source; (c) precipitating the anode basket and the cathode into an electrolyte; (d) applying a voltage between the anode basket and the cathode by the power source; and (e) recovering high-purity silicon electrodeposited on the cathode, wherein the cathode connected to the power source in step (b) provides a waste silicon treatment method in which single crystal silicon is formed on the surface.

또한, 상기 (a) 단계 이전에, (a0) 상기 폐 실리콘이 소정의 크기로 절단된 뒤 산세척되는 단계를 포함할 수 있다.In addition, before step (a), (a0) may include a step of pickling after the waste silicon is cut to a predetermined size.

또한, 상기 (d) 단계는, (d1) 상기 고순도 실리콘의 결정 구조 및 성장 방향이 설계되는 단계; 및 (d2) 기 설계된 결정 구조 및 성장 방향에 대응되도록, 전압의 크기가 조절되는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step (d), (d1) the step of designing the crystal structure and growth direction of the high-purity silicon; and (d2) adjusting the magnitude of the voltage to correspond to the previously designed crystal structure and growth direction.

본 발명의 다양한 효과 중, 상술한 해결 수단을 통해 얻을 수 있는 효과는 다음과 같다.Among the various effects of the present invention, the effects that can be obtained through the above-described solution are as follows.

먼저, 양극 바스켓에 투입된 폐 실리콘이 이온화되고 음극에서 환원되며 고순도 실리콘이 회수된다.First, waste silicon put into the anode basket is ionized and reduced at the cathode, and high-purity silicon is recovered.

따라서, 실리콘 폐기물 양이 감소될 수 있다. 더 나아가, 실리콘 폐기물의 재활용이 가능하다.Accordingly, the amount of silicon waste can be reduced. Furthermore, recycling of silicon waste is possible.

또한, 음극의 표면에 단결정 실리콘(single crystal silicon)이 형성된다. 따라서, 음극에서 회수되는 고순도 실리콘이 결정질로 성장된다.In addition, single crystal silicon is formed on the surface of the cathode. Therefore, the high-purity silicon recovered from the anode is grown in a crystalline form.

이에 따라, 실리콘 폐기물의 재활용이 용이해질 수 있다. 더 나아가, 실리콘 부재의 제조 단가가 절감될 수 있다.Accordingly, recycling of silicon waste may be facilitated. Furthermore, the manufacturing cost of the silicon member can be reduced.

또한, 공정 온도가 0℃ 이상 900℃ 이하인 바, 폐 실리콘이 상대적으로 낮은 공정 온도에서 분해된다.In addition, since the process temperature is 0° C. or more and 900° C. or less, the waste silicon is decomposed at a relatively low process temperature.

따라서, 실리콘 폐기물의 처리 공정 비용이 절감될 수 있다.Accordingly, the cost of the treatment process of silicon waste can be reduced.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 폐 실리콘 처리 장치를 도시하는 정면도이다.
도 2는 도 1의 전원, 양극 바스켓 및 음극을 도시하는 정면도이다.
도 3은 도 1의 양극 바스켓을 도시하는 사시도이다.
도 4는 폐 실리콘이 투입된 양극 바스켓을 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 1의 음극을 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 음극을 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 음극을 도시하는 단면도이다.
도 8은 양극 바스켓 및 음극 간에 전압이 인가되기 전 상태의 폐 실리콘 처리 장치를 도시하는 정면도이다.
도 9는 양극 바스켓에 투입된 폐 실리콘의 일부가 이온화되어 음극에 전착된 상태의 폐 실리콘 처리 장치를 도시하는 정면도이다.
도 10은 양극 바스켓에 투입된 폐 실리콘이 모두 이온화되어 음극에 전착된 상태의 폐 실리콘 처리 장치를 도시하는 정면도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 폐 실리콘 처리 방법을 도시하는 순서도이다.
도 12는 도 11의 S500 단계의 구체적인 단계를 도시하는 순서도이다.1 is a front view showing a waste silicon processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing a power source, an anode basket, and a cathode of FIG. 1 .
FIG. 3 is a perspective view illustrating the positive electrode basket of FIG. 1 .
4 is a perspective view illustrating a positive electrode basket into which waste silicon is put.
FIG. 5 is a perspective view illustrating the cathode of FIG. 1 .
6 is a cross-sectional view illustrating a negative electrode according to an embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view illustrating a cathode according to another embodiment of the present invention.
8 is a front view showing the waste silicon processing apparatus in a state before voltage is applied between the anode basket and the cathode.
9 is a front view illustrating the waste silicon treatment apparatus in a state in which a part of the waste silicon injected into the anode basket is ionized and electrodeposited on the cathode.
10 is a front view illustrating the waste silicon treatment apparatus in a state in which all of the waste silicon injected into the anode basket is ionized and electrodeposited on the cathode.
11 is a flowchart illustrating a method for treating waste silicon according to an embodiment of the present invention.
12 is a flowchart illustrating specific steps of step S500 of FIG. 11 .

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 폐 실리콘 처리 장치(1) 및 이를 이용한 폐 실리콘(51) 처리 방법을 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the waste silicon processing apparatus 1 and the waste silicon 51 processing method using the same according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

이하의 설명에서는 본 발명의 특징을 명확하게 하기 위해, 일부 구성 요소들에 대한 설명이 생략될 수 있다.In the following description, in order to clarify the characteristics of the present invention, descriptions of some components may be omitted.

본 명세서에서는 서로 다른 실시 예라도 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.In the present specification, the same reference numerals are assigned to the same components even in different embodiments, and overlapping descriptions thereof will be omitted.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않는다.The accompanying drawings are only provided for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical ideas disclosed in the present specification are not limited by the accompanying drawings.

이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 폐 실리콘 처리 장치(1)에 대하여 설명한다.Hereinafter, a waste silicon processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 .

폐 실리콘 처리 장치(1)는 용기(10), 전해액(20), 가열로(30), 전원(40), 양극 바스켓(50) 및 음극(60)을 포함한다.The waste silicon processing apparatus 1 includes a container 10 , an electrolyte solution 20 , a heating furnace 30 , a power source 40 , an anode basket 50 , and a cathode 60 .

용기(10)는 내부에 전해액(20)을 수용하고, 폐 실리콘(51)의 분해 및 석출 공간을 제공한다.The container 10 accommodates the electrolyte 20 therein, and provides a space for decomposition and precipitation of the waste silicon 51 .

용기(10)는 도시된 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 용기(10)는 원기둥 또는 다각 기둥 형태로 이루어질 수 있다.The container 10 is not limited to the illustrated shape, and may be formed in various shapes. For example, the container 10 may be formed in a cylindrical or polygonal column shape.

전해액(20)은 용기(10)의 내부에 수용되어 양극 바스켓(50)과 음극(60) 간에 전류가 통하도록 한다.The electrolyte 20 is accommodated in the container 10 to allow current to flow between the anode basket 50 and the cathode 60 .

전해액(20)은 이온성 액체 또는 용융염으로서, 전기 전도성을 갖는다.The electrolyte solution 20 is an ionic liquid or molten salt, and has electrical conductivity.

예를 들어, 전해액(20)은 SiCl4를 포함하고, 1-butyl-1-methylpyrrolidinium을 양이온으로 하며, bis(trifluoromethylsulfonyl)amide를 음이온으로 하는 이온성 액체일 수 있다.For example, the electrolyte 20 may be an ionic liquid containing SiCl 4 , 1-butyl-1-methylpyrrolidinium as a cation, and bis(trifluoromethylsulfonyl)amide as an anion.

전해액(20)은 양극 바스켓(50)에서 발생된 실리콘 양이온을 음극(60)으로 이동시킨다.The electrolyte 20 moves the silicon cations generated in the anode basket 50 to the cathode 60 .

일 실시 예에서, 전해액(20)은 불화물 용융염이다.In one embodiment, the electrolyte 20 is a fluoride molten salt.

예를 들어, 전해액(20)은 LiF-NaF-KF-K2SiF6, LiF-KF-K2SiF6 또는 LiF-KF-SiF4일 수 있다.For example, the electrolyte 20 may be LiF-NaF-KF-K 2 SiF 6 , LiF-KF-K 2 SiF 6 , or LiF-KF-SiF 4 .

불화물 용융염은 다른 용융염에 비해 전기 분해 공정의 열역학적 안정성 및 반응성이 높다. 따라서, 불화물 용융염을 이용하는 경우, 다른 용융염에 의한 전기 분해 공정에 비해 보다 효과적으로 고순도 실리콘(64)이 회수될 수 있다.Fluoride molten salt has high thermodynamic stability and reactivity in the electrolysis process compared to other molten salts. Therefore, when fluoride molten salt is used, the high-purity silicon 64 can be more effectively recovered compared to other electrolysis processes using molten salt.

다른 실시 예에서, 전해액(20)은 불화물과 염화물의 혼합 용융염이다.In another embodiment, the electrolyte 20 is a mixed molten salt of fluoride and chloride.

예를 들어, 전해액(20)은 LiCl-KCl-LiF-SiCl4, NaCl-KCl-K2SiF6 또는 NaCl-KCl-SiF4일 수 있다.For example, the electrolyte 20 may be LiCl-KCl-LiF-SiCl 4 , NaCl-KCl-K 2 SiF 6 , or NaCl-KCl-SiF 4 .

전해액(20)이 불화물 용융염만으로 구성되는 경우에는 고온의 전기 분해 공정 온도가 요구되는 바, 이를 해결하기 위하여 불화물과 염화물이 혼합된다.When the electrolyte solution 20 is composed of only molten salt of fluoride, a high temperature of the electrolysis process is required. In order to solve this, fluoride and chloride are mixed.

불화물과 염화물이 혼합되는 경우, 폐 실리콘 처리 장치(1)의 전기 분해 공정 온도가 보다 감소된다. 따라서 전해액(20) 가열 비용이 절감될 수 있다. 결과적으로, 폐 실리콘(51) 처리 공정의 비용이 절감될 수 있다.When fluoride and chloride are mixed, the electrolysis process temperature of the waste silicon processing apparatus 1 is further reduced. Accordingly, the cost of heating the electrolyte 20 can be reduced. As a result, the cost of the waste silicon 51 treatment process can be reduced.

가열로(30)는 용기(10)에 열을 가하여 전해액(20)을 기 설정된 공정 온도로 가열시킨다.The heating furnace 30 heats the electrolyte 20 to a preset process temperature by applying heat to the container 10 .

가열로(30)는 도시된 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 가열로(30)는 용기(10)의 하측에 결합되어 용기(10)의 하측을 가열하는 구조로 형성될 수 있다.The heating furnace 30 is not limited to the illustrated shape, and may be formed in various shapes. For example, the heating furnace 30 is coupled to the lower side of the container 10 may be formed in a structure to heat the lower side of the container (10).

전원(40)은 양극 바스켓(50) 및 음극(60) 간 전압을 생성한다.The power source 40 generates a voltage between the positive basket 50 and the negative electrode 60 .

전원(40)은 (+) 극(41) 및 (-) 극(42)을 포함한다.The power source 40 includes a (+) pole 41 and a (-) pole 42 .

(+) 극(41)은 양극 바스켓(50)과 통전 가능하게 연결된다.The (+) pole 41 is electrically connected to the anode basket 50 .

(+) 극(41)은 양극 바스켓(50)으로부터 전자를 흡수한다.The (+) pole 41 absorbs electrons from the anode basket 50 .

(-) 극(42)은 음극(60)과 통전 가능하게 연결된다.The (-) pole 42 is electrically connected to the negative electrode 60 .

(-) 극(42)은 양극 바스켓(50)으로부터 흡수한 전자를 음극(60)으로 방출한다.The negative (-) pole 42 emits electrons absorbed from the anode basket 50 to the cathode 60 .

전원(40)은 도시된 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 전원(40)은 건전지로 이루어질 수 있다.The power source 40 is not limited to the illustrated form, and may be formed in various forms. For example, the power source 40 may be formed of a battery.

양극 바스켓(50)은 (+) 극(41)과 통전 가능하도록 연결되고, 전해액(20)에 침강된다. 양극 바스켓(50)에 대한 상세한 설명은 후술한다(도 3 및 도 4 참조).The anode basket 50 is connected to the (+) pole 41 so as to be energized, and is deposited in the electrolyte 20 . A detailed description of the positive electrode basket 50 will be described later (see FIGS. 3 and 4 ).

음극(60)은 (-) 극(42)과 통전 가능하도록 연결되고, 전해액(20)에 침강된다. 음극(60)에 대한 상세한 설명은 후술한다(도 5 내지 도 7 참조).The negative electrode 60 is connected to the (-) pole 42 so as to be energized, and is precipitated in the electrolyte 20 . A detailed description of the negative electrode 60 will be described later (see FIGS. 5 to 7 ).

이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 도 1의 양극 바스켓(50)에 대하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the positive electrode basket 50 of FIG. 1 will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4 .

양극 바스켓(50)은 내부에 폐 실리콘(51)이 수용되는 공간이 구비된다.The anode basket 50 is provided with a space in which the waste silicon 51 is accommodated therein.

후술될 바와 같이, 양극 바스켓(50)이 전해액(20)에 침강되면, 양극 바스켓(50)에 투입된 폐 실리콘(51)이 이온화된 상태로 전해액(20)을 통해 음극(60)으로 이동된다.As will be described later, when the anode basket 50 is precipitated in the electrolyte 20 , the waste silicon 51 injected into the anode basket 50 is moved to the cathode 60 through the electrolyte 20 in an ionized state.

따라서, 양극 바스켓(50)이 전해액(20)에 침강될 때, 양극 바스켓(50)에 투입된 폐 실리콘(51)은 전해액(20)과 접촉되어야 한다.Therefore, when the anode basket 50 is settling in the electrolyte 20 , the waste silicon 51 injected into the anode basket 50 must be in contact with the electrolyte 20 .

이에 따라, 양극 바스켓(50)은 전해액(20)과 폐 실리콘(51)의 접촉이 용이한 구조로 형성되는 것이 바람직하다.Accordingly, the anode basket 50 is preferably formed in a structure in which the electrolyte 20 and the waste silicon 51 can easily contact each other.

도시된 실시 예에서, 양극 바스켓(50)의 표면에는 복수 개의 공극이 구비된다. 따라서, 전해액(20)이 상기 공극을 통해 자유롭게 이동될 수 있다. 더 나아가, 양극 바스켓(50)에 투입된 폐 실리콘(51)과 전해액(20)이 보다 용이하게 접촉될 수 있다.In the illustrated embodiment, a plurality of pores are provided on the surface of the anode basket 50 . Accordingly, the electrolyte 20 may freely move through the gap. Furthermore, the waste silicon 51 and the electrolyte 20 put into the anode basket 50 may be in contact with each other more easily.

양극 바스켓(50)은 도시된 형태로 한정되지 않고, 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 양극 바스켓(50)은 표면에 복수 개의 공극이 구비되고 내부에 중공이 형성된 구 형태로 형성될 수 있다.The positive electrode basket 50 is not limited to the illustrated shape, and may be formed in various shapes. For example, the anode basket 50 may be formed in a spherical shape having a plurality of pores on its surface and a hollow therein.

양극 바스켓(50)의 상기 공간에는 폐 실리콘(51)이 투입된다.Waste silicon 51 is put into the space of the anode basket 50 .

폐 실리콘(51)은 전처리 과정이 완료된 뒤 양극 바스켓(50)에 투입된다.The waste silicon 51 is put into the anode basket 50 after the pretreatment process is completed.

상기 전처리 과정은, 전지 등으로부터 실리콘 패널을 분리하는 단계, 분리된 실리콘 패널이 소정의 크기로 절단되는 단계, 산세척되어 산화 실리콘과 배선제가 제거되는 단계 및 산세척된 폐 실리콘(51)이 건조되는 단계를 포함한다.The pretreatment process includes the steps of separating the silicon panel from the battery, cutting the separated silicon panel to a predetermined size, pickling to remove silicon oxide and wiring agent, and drying the pickled waste silicon 51 includes the steps to be

상기 소정의 크기가 감소될수록 전해액(20)과 폐 실리콘(51) 간의 접촉 면적이 증가되어 폐 실리콘(51)의 전기 분해 반응성 또한 증가된다.As the predetermined size decreases, the contact area between the electrolyte 20 and the waste silicon 51 increases, so that the electrolytic reactivity of the waste silicon 51 is also increased.

도시된 실시 예에서, 상기 소정의 크기는 양극 바스켓(50)의 표면에 구비되는 공극보다 크게 형성된다. 이에 따라, 양극 바스켓(50)에 투입된 폐 실리콘(51)이 양극 바스켓(50)의 공극을 통해 양극 바스켓(50)의 외부로 빠져나가지 못한다.In the illustrated embodiment, the predetermined size is formed to be larger than the void provided on the surface of the positive electrode basket 50 . Accordingly, the waste silicon 51 injected into the positive electrode basket 50 cannot escape to the outside of the positive electrode basket 50 through the pores of the positive electrode basket 50 .

양극 바스켓(50)은 전기 전도성 소재로 형성된다. 예를 들어, 양극 바스켓(50)은 스테인리스 스틸로 형성될 수 있다.The anode basket 50 is formed of an electrically conductive material. For example, the anode basket 50 may be formed of stainless steel.

양극 바스켓(50)에 투입된 폐 실리콘(51)은 양극 바스켓(50)과 통전 가능하게 접촉된다. 또한, 전술한 바와 같이, 양극 바스켓(50)과 (+) 극(41)은 통전 가능하게 연결된다. 결과적으로, 폐 실리콘(51)과 (+) 극(41) 간에 전류가 통하게 된다.The waste silicon 51 put into the anode basket 50 is in contact with the anode basket 50 so as to be energized. In addition, as described above, the anode basket 50 and the (+) pole 41 are electrically connected. As a result, current flows between the waste silicon 51 and the (+) pole 41 .

따라서, 양극 바스켓(50)에 투입된 폐 실리콘(51)은 (+) 극(41)에 전자를 제공하고 실리콘 양이온(Si4+)으로 이온화된다. 실리콘 양이온(Si4+)은 음극(60)에서 고순도 실리콘(64)으로 회수된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다(도 8 내지 도 10 참조).Accordingly, the waste silicon 51 injected into the anode basket 50 provides electrons to the (+) electrode 41 and is ionized into silicon cations (Si 4+ ). Silicon cations (Si 4+ ) are recovered as high-purity silicon 64 from the cathode 60 . A detailed description thereof will be given later (see FIGS. 8 to 10 ).

이하에서는, 도 5 내지 도 7을 참조하여 도 1의 음극(60)에 대하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the cathode 60 of FIG. 1 will be described in more detail with reference to FIGS. 5 to 7 .

음극(60)은 단결정 실리콘(61) 및 단결정 씨앗층 금속(62)을 포함한다.The cathode 60 includes single crystal silicon 61 and single crystal seed layer metal 62 .

음극(60)은 도시된 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 음극(60)은 원기둥 형태로 형성될 수 있다.The negative electrode 60 is not limited to the illustrated shape, and may be formed in various shapes. For example, the cathode 60 may be formed in a cylindrical shape.

상술하였듯이, 음극(60)은 전원(40)의 (-) 극(42)에 통전 가능하게 연결된다.As described above, the negative electrode 60 is electrically connected to the negative pole 42 of the power source 40 .

음극(60)은 (-) 극(42)으로부터 전자를 제공받는다.The cathode 60 receives electrons from the negative pole 42 .

음극(60)은 전해액(20)에 침강되어, (-) 극(42)으로부터 제공받은 전자를 양극 바스켓(50)에서 발생된 실리콘 양이온(Si4+)에 제공한다. 따라서, 양극 바스켓(50)에서 발생된 실리콘 양이온(Si4+)은 음극(60)에서 전자를 제공받아 실리콘으로 환원된다.The negative electrode 60 is precipitated in the electrolyte 20 , and provides electrons received from the negative electrode 42 to the silicon cations (Si 4+ ) generated in the positive electrode basket 50 . Accordingly, the silicon cations (Si 4+ ) generated in the anode basket 50 are reduced to silicon by receiving electrons from the cathode 60 .

도 6에 도시된 실시 예에서, 음극(60)은 단결정 실리콘(61)으로 형성된다.In the embodiment shown in FIG. 6 , the cathode 60 is formed of single crystal silicon 61 .

단결정이란, 결정 전체가 일정한 결정축을 따라 규칙적으로 생성된 고체를 의미한다.A single crystal refers to a solid in which the entire crystal is regularly generated along a constant crystal axis.

상기 실시 예에서, 단결정 실리콘(61)의 결정축은 특정 방향으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 단결정 실리콘(61)은 Si(111) 또는 Si(100)일 수 있다.In the above embodiment, the crystal axis of the single crystal silicon 61 is not limited to a specific direction. For example, the single crystal silicon 61 may be Si(111) or Si(100).

단결정 실리콘(61)에 고순도 실리콘(64)이 전착되는 경우, 고순도 실리콘(64) 또한 단결정 실리콘(61)으로 성장한다. 따라서, 음극(60)에서 단결정의 고순도 실리콘(64)이 회수될 수 있다.When the high-purity silicon 64 is electrodeposited on the single-crystal silicon 61 , the high-purity silicon 64 also grows into the single-crystal silicon 61 . Accordingly, single-crystal high-purity silicon 64 can be recovered from the cathode 60 .

이에 따라, 음극(60)에서 회수된 고순도 실리콘(64)의 단결정화 공정이 생략될 수 있다. 더 나아가, 실리콘의 재활용 공정이 단순화되고, 재활용 비용이 절감될 수 있다.Accordingly, the single crystallization process of the high-purity silicon 64 recovered from the cathode 60 may be omitted. Furthermore, the recycling process of silicon can be simplified, and recycling costs can be reduced.

다만, 실리콘은 준금속으로서 전도도가 높지 않은 편이다. 따라서, 고순도 실리콘(64)이 단결정 실리콘(61)에 직접 전착되는 경우, 고순도 실리콘(64)의 성장도가 불충분할 우려가 있다.However, as silicon is a metalloid, its conductivity is not high. Therefore, when the high-purity silicon 64 is directly electrodeposited on the single-crystal silicon 61, there is a fear that the growth rate of the high-purity silicon 64 is insufficient.

따라서, 이를 해결하기 위하여 도핑 등의 과정이 추가되거나, 단결정 씨앗층 금속(62)이 단결정 실리콘(61)에 증착될 수 있다.Therefore, in order to solve this problem, a process such as doping may be added, or the single crystal seed layer metal 62 may be deposited on the single crystal silicon 61 .

도 7에 도시된 실시 예에서, 단결정 실리콘(61)의 표면에는 단결정 씨앗층 금속(62)이 증착된다.In the embodiment shown in FIG. 7 , the single crystal seed layer metal 62 is deposited on the surface of the single crystal silicon 61 .

단결정 씨앗층 금속(62)은 전기 전도성 소재로 형성된다.The single crystal seed layer metal 62 is formed of an electrically conductive material.

단결정 씨앗층 금속(62)의 소재와 결정축은 특정 소재 또는 특정 방향으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 단결정 씨앗층 금속(62)은 Ag(111) 또는 Cu(100)일 수 있다.The material and the crystal axis of the single crystal seed layer metal 62 are not limited to a specific material or a specific direction. For example, the single crystal seed layer metal 62 may be Ag (111) or Cu (100).

단결정 씨앗층 금속(62)은 음극(60)의 전기 전도도를 높여 고순도 실리콘(64)의 성장도를 증가시킨다.The single-crystal seed layer metal 62 increases the electrical conductivity of the cathode 60 to increase the growth rate of the high-purity silicon 64 .

이하에서는, 도 8 내지 도 10을 참조하여 폐 실리콘(51)이 이온화되어 음극(60)에 전착되는 단계에 대하여 설명한다.Hereinafter, a step in which the waste silicon 51 is ionized and electrodeposited on the cathode 60 will be described with reference to FIGS. 8 to 10 .

도 8은 양극 바스켓(50) 및 음극(60) 간에 전압이 인가되기 전 상태의 폐 실리콘 처리 장치(1)를 도시한다.8 shows the waste silicon processing apparatus 1 in a state before voltage is applied between the anode basket 50 and the cathode 60 .

먼저, 전처리된 폐 실리콘(51)이 양극 바스켓(50)에 투입된다.First, the pretreated waste silicon 51 is put into the anode basket 50 .

가열로(30)는 이온성 액체인 전해액(20)의 공정 온도 또는 용융염인 전해액(20)의 녹는점보다 높은 온도로 용기(10)를 가열한다. 이때, 가열로(30)는 이온성 액체인 전해액(20)의 공정 온도 또는 용융염인 전해액(20)의 녹는점에 따라 용기(10)를 0℃ 이상 900℃ 이하의 소정의 온도로 가열한다.The heating furnace 30 heats the container 10 to a temperature higher than the process temperature of the electrolyte solution 20 which is an ionic liquid or the melting point of the electrolyte solution 20 which is a molten salt. At this time, the heating furnace 30 heats the vessel 10 to a predetermined temperature of 0° C. or more and 900° C. or less according to the process temperature of the electrolyte solution 20 as an ionic liquid or the melting point of the electrolyte solution 20 as the molten salt. .

이는 실리콘의 녹는점인 1420℃ 보다 낮은 온도에 해당하는 바, 가열 비용 및 이에 따른 폐 실리콘(51)의 처리 비용이 절감될 수 있다.This corresponds to a temperature lower than 1420° C., which is the melting point of silicon, and thus heating cost and thus the processing cost of the waste silicon 51 can be reduced.

상술한 바와 같이, 용기(10)는 내부에 전해액(20)을 수용한다. 따라서, 용기(10)가 가열되면, 용기(10) 내부에 수용된 전해액(20) 또한 가열된다.As described above, the container 10 accommodates the electrolyte 20 therein. Accordingly, when the container 10 is heated, the electrolyte 20 accommodated in the container 10 is also heated.

이후, 가열로(30)에 의해 가열된 전해액(20)에 폐 실리콘(51)이 투입된 양극 바스켓(50) 및 음극(60)이 침강된다.Thereafter, the anode basket 50 and the cathode 60 in which the waste silicon 51 is put into the electrolyte 20 heated by the heating furnace 30 are precipitated.

전원(40)이 폐 실리콘(51)이 투입된 양극 바스켓(50) 및 음극(60) 간에 전압을 가하면, 폐 실리콘(51)이 실리콘 양이온(Si4+)으로 이온화되어 음극(60)에서 고순도 실리콘(64)으로 회수된다.When the power source 40 applies a voltage between the anode basket 50 and the cathode 60 to which the waste silicon 51 is input, the waste silicon 51 is ionized into silicon cations (Si 4+ ) and high-purity silicon in the cathode 60 . (64) is recovered.

도 9는 폐 실리콘(51)의 일부가 이온화되어 음극(60)에 전착된 상태의 폐 실리콘 처리 장치(1)를 도시한다.9 shows the waste silicon processing apparatus 1 in a state in which a part of the waste silicon 51 is ionized and electrodeposited on the cathode 60 .

상술하였듯이, 양극 바스켓(50)에 투입된 폐 실리콘(51)은 전원(40)의 (+) 극(41)과 통전 가능한 바, 전원(40)은 양극 바스켓(50)에 투입된 폐 실리콘(51)으로부터 전자를 흡수한다. 따라서, 폐 실리콘(51)은 전자를 잃고 산화되어, 실리콘 양이온(Si4+)으로 이온화된다.As described above, the waste silicon 51 put into the anode basket 50 can conduct electricity with the (+) pole 41 of the power source 40 , and the power source 40 is the waste silicon 51 put into the cathode basket 50 . absorbs electrons from Accordingly, the waste silicon 51 loses electrons and is oxidized to be ionized into silicon cations (Si 4+ ).

전해액(20)은 전기 전도성을 갖는 이온성 액체 또는 용융염인 바, 실리콘 양이온(Si4+)은 전해액(20)을 통해 음극(60)으로 이동된다.The electrolyte 20 is an ionic liquid or molten salt having electrical conductivity, and silicon cations (Si 4+ ) are moved to the negative electrode 60 through the electrolyte 20 .

음극(60)은 전원(40)의 (-) 극(42)과 통전 가능하게 연결되므로, 전원(40)은 양극 바스켓(50)에 투입된 폐 실리콘(51)으로부터 흡수한 전자를 음극(60)으로 방출한다.Since the negative electrode 60 is energably connected to the negative (-) pole 42 of the power source 40 , the power source 40 absorbs electrons absorbed from the waste silicon 51 put into the anode basket 50 into the negative electrode 60 . emit as

따라서, 음극(60)으로 이동된 실리콘 양이온(Si4+)은 전원(40)으로부터 전자를 제공받아 실리콘으로 환원된다. 즉, 실리콘 양이온(Si4+)은 전원(40)에서 방출된 전자와 만나 음극(60)에 고순도 실리콘(64)으로 전착된다.Accordingly, the silicon cations (Si 4+ ) moved to the cathode 60 are reduced to silicon by receiving electrons from the power source 40 . That is, silicon cations (Si 4+ ) meet electrons emitted from the power source 40 and are electrodeposited on the cathode 60 as high-purity silicon 64 .

상술한 폐 실리콘 처리 장치(1)의 전기 분해 반응을 정리하면 다음과 같다.The electrolysis reaction of the above-described waste silicon processing apparatus 1 is summarized as follows.

양극 바스켓(50): Si → Si4+ + 4e- Anode basket (50): Si → Si 4+ + 4e -

음극(60): Si4+ + 4e- → SiCathode (60): Si 4+ + 4e - → Si

이때, 음극(60)에서 회수되는 고순도 실리콘(64)의 결정 구조 및 성장 방향에 따라 요구되는 전압이 달라진다.At this time, the required voltage varies according to the crystal structure and growth direction of the high-purity silicon 64 recovered from the cathode 60 .

전압이 증가되면 성장 속도가 증가되고, 이에 따라 결정의 평균 크기 또한 증가된다. 즉, 전압의 크기가 조절됨으로써, 결정도가 조절될 수 있다.As the voltage is increased, the growth rate is increased, and thus the average size of the crystals is also increased. That is, by adjusting the magnitude of the voltage, the crystallinity may be adjusted.

따라서, 기 설정된 고순도 실리콘(64)의 결정 구조 및 성장 방향에 대응되도록, 전압의 크기가 조절될 수 있다.Accordingly, the magnitude of the voltage may be adjusted to correspond to the predetermined crystal structure and growth direction of the high-purity silicon 64 .

일 실시 예에서, 음극(60)은 표면에 단결정 실리콘(61)이 형성될 수 있다. 따라서, 음극(60)에 전착되는 고순도 실리콘(64) 또한 단결정으로 성장된다.In an embodiment, single crystal silicon 61 may be formed on the surface of the cathode 60 . Accordingly, the high-purity silicon 64 electrodeposited on the cathode 60 is also grown as a single crystal.

다른 실시 예에서, 음극(60)은 표면에 단결정 씨앗층 금속(62)이 증착된 단결정 실리콘(61)이 형성될 수 있다. 이 경우에도 마찬가지로, 음극(60)에 전착되는 고순도 실리콘(64)이 단결정으로 성장된다.In another embodiment, the cathode 60 may be formed of single crystal silicon 61 on the surface of which a single crystal seed layer metal 62 is deposited. Similarly in this case, the high-purity silicon 64 electrodeposited on the cathode 60 is grown as a single crystal.

음극(60)에 전착되는 고순도 실리콘(64)이 단결정으로 성장됨에 따라, 고순도 실리콘(64)의 재활용이 보다 용이해진다. 더 나아가, 실리콘 부재의 제조 단가가 절감될 수 있다.As the high-purity silicon 64 electrodeposited on the cathode 60 grows into a single crystal, the recycling of the high-purity silicon 64 becomes easier. Furthermore, the manufacturing cost of the silicon member can be reduced.

폐 실리콘 처리 장치(1)가 작동됨에 따라, 양극 바스켓(50)에 투입된 폐 실리콘(51)의 총 부피는 점차 감소되고, 음극(60)에 석출되는 고순도 실리콘(64)의 부피는 점차 증가된다.As the waste silicon processing apparatus 1 is operated, the total volume of the waste silicon 51 injected into the anode basket 50 is gradually reduced, and the volume of the high-purity silicon 64 deposited on the cathode 60 is gradually increased. .

양극 바스켓(50)의 투입된 폐 실리콘(51)이 전부 실리콘 양이온(Si4+)으로 이온화되어 음극(60)에 전착되면, 폐 실리콘 처리 장치(1)의 작동이 종료된다.When the inputted waste silicon 51 of the anode basket 50 is all ionized into silicon cations (Si 4+ ) and electrodeposited on the cathode 60 , the operation of the waste silicon processing apparatus 1 is terminated.

도 10은 폐 실리콘(51)이 전부 이온화되어 음극(60)에 전착된 상태의 폐 실리콘 처리 장치(1)를 도시한다.FIG. 10 shows the waste silicon processing apparatus 1 in a state in which the waste silicon 51 is all ionized and electrodeposited on the cathode 60 .

폐 실리콘 처리 장치(1)의 작동이 종료되면, 음극(60)이 전해액(20)으로부터 제거된다.When the operation of the waste silicon processing apparatus 1 is terminated, the cathode 60 is removed from the electrolyte 20 .

이후, 음극(60)에 석출된 고순도 실리콘(64)이 회수되어 재활용된다.Thereafter, the high-purity silicon 64 deposited on the anode 60 is recovered and recycled.

이하에서는, 도 11 및 도 12를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐 실리콘(51) 처리 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for treating waste silicon 51 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 11 and 12 .

본 발명의 일 실시 예에 따른 폐 실리콘(51) 처리 방법은, 폐 실리콘(51)이 소정의 크기로 절단된 뒤 산세척되는 단계(S100), 폐 실리콘(51)이 양극 바스켓(50)에 투입되는 단계(S200), 양극 바스켓(50)이 전원(40)의 (+) 극(41)에 통전 가능하게 연결되고, 음극(60)이 전원(40)의 (-) 극(42)에 통전 가능하게 연결되는 단계(S300), 양극 바스켓(50) 및 음극(60)이 전해액(20)에 침강되는 단계(S400), 전원(40)이 양극 바스켓(50) 및 음극(60) 간에 전압을 인가하는 단계(S500) 및 음극(60)에 전착되는 고순도 실리콘(64)이 회수되는 단계(S600)를 포함한다.In the method for treating waste silicon 51 according to an embodiment of the present invention, the waste silicon 51 is cut to a predetermined size and then pickled (S100), the waste silicon 51 is placed in the anode basket 50 In the input step (S200), the anode basket 50 is energably connected to the (+) pole 41 of the power source 40, and the cathode 60 is connected to the (-) pole 42 of the power source 40 A step of being electrically connected (S300), a step in which the anode basket 50 and the cathode 60 are sedimented in the electrolyte 20 (S400), the power source 40 is a voltage between the anode basket 50 and the cathode 60 It includes a step of applying (S500) and a step (S600) of recovering the high-purity silicon 64 electrodeposited on the cathode 60 (S600).

우선, 폐 실리콘(51)이 소정의 크기로 절단된 뒤 산세척되는 단계(S100)에 대해 설명한다.First, a step (S100) of pickling after the waste silicon 51 is cut to a predetermined size will be described.

먼저, 전지 등 실리콘 부재를 포함하는 장치로부터 폐 실리콘(51)이 분리된다.First, the waste silicon 51 is separated from a device including a silicon member, such as a battery.

이후, 분리된 폐 실리콘(51)이 소정의 크기로 파쇄 또는 절단된다. 한 개의 폐 실리콘(51)의 부피가 감소될수록, 폐 실리콘(51)과 전해액(20)의 총 접촉 면적이 증가된다. 이에 따라, 폐 실리콘 처리 장치(1)의 전기 분해 반응성이 증가된다.Thereafter, the separated waste silicon 51 is crushed or cut to a predetermined size. As the volume of one waste silicon 51 decreases, the total contact area between the waste silicon 51 and the electrolyte 20 increases. Accordingly, the electrolytic reactivity of the waste silicon processing apparatus 1 is increased.

소정의 크기로 절단된 폐 실리콘(51)은 산세척되어 산화 실리콘과 배선재가 제거된 뒤 건조된다.The waste silicon 51 cut to a predetermined size is pickled to remove silicon oxide and wiring materials, and then dried.

건조 단계가 종료된 폐 실리콘(51)은 양극 바스켓(50)에 투입된다.After the drying step is completed, the waste silicon 51 is put into the anode basket 50 .

본 발명의 다른 실시 예에서, 폐 실리콘(51)이 소정의 크기로 절단된 뒤 산세척되는 단계(S100)는 생략될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the step (S100) of pickling after the waste silicon 51 is cut to a predetermined size may be omitted.

즉, 폐 실리콘(51) 처리 방법은, 폐 실리콘(51)이 양극 바스켓(50)에 투입되는 단계(S200)로 바로 진행될 수 있다.That is, the waste silicon 51 treatment method may proceed directly to the step S200 in which the waste silicon 51 is put into the anode basket 50 .

양극 바스켓(50)에 투입되는 폐 실리콘(51)은 양극 바스켓(50)과 통전 가능하게 양극 바스켓(50)에 접촉된다.The waste silicon 51 injected into the anode basket 50 is in contact with the anode basket 50 so as to be able to conduct electricity with the anode basket 50 .

폐 실리콘(51)이 양극 바스켓(50)에 투입되면, 양극 바스켓(50)과 음극(60)이 전원(40)에 연결된다.When the waste silicon 51 is put into the anode basket 50 , the anode basket 50 and the cathode 60 are connected to the power source 40 .

이하에서는, 양극 바스켓(50)이 전원(40)의 (+) 극(41)에 통전 가능하게 연결되고, 음극(60)이 전원(40)의 (-) 극(42)에 통전 가능하게 연결되는 단계(S300)에 대하여 설명한다.Hereinafter, the positive basket 50 is energably connected to the (+) pole 41 of the power source 40 , and the negative pole 60 is energably connected to the (-) pole 42 of the power source 40 . A step (S300) to be described will be described.

폐 실리콘(51)과 통전 가능하게 접촉되는 양극 바스켓(50)은, 전원(40)의 (+) 극(41)에 통전 가능하게 연결된다. 따라서, 폐 실리콘(51)은 (+) 극(41)과 통전 가능하다.The anode basket 50 in energably contact with the waste silicon 51 is energably connected to the (+) pole 41 of the power source 40 . Accordingly, the waste silicon 51 can conduct electricity with the (+) pole 41 .

또한, 음극(60)은 전원(40)의 (-) 극(42)에 통전 가능하게 연결된다.In addition, the negative electrode 60 is electrically connected to the negative pole 42 of the power source 40 .

일 실시 예에서, 음극(60)은 표면에 단결정 실리콘(61)이 형성된다.In one embodiment, the cathode 60 has a single crystal silicon 61 is formed on the surface.

다른 실시 예에서, 음극(60)의 표면에 단결정 씨앗층 금속(62)이 증착된 단결정 실리콘(61)이 형성된다.In another embodiment, the single-crystal silicon 61 is formed on the surface of the cathode 60, the single-crystal seed layer metal 62 is deposited.

양극 바스켓(50) 및 음극(60)이 전원(40)에 통전 가능하게 연결되면, 양극 바스켓(50) 및 음극(60)이 전해액(20)에 침강된다.When the positive electrode basket 50 and the negative electrode 60 are electrically connected to the power source 40 , the positive electrode basket 50 and the negative electrode 60 are deposited in the electrolyte 20 .

이하에서는, 양극 바스켓(50) 및 음극(60)이 전해액(20)에 침강되는 단계(S400)에 대하여 설명한다.Hereinafter, the step ( S400 ) in which the anode basket 50 and the cathode 60 are settling in the electrolyte 20 will be described.

전해액(20)은 가열로(30)에 의해 소정의 온도로 가열된다. 즉, 이온성 액체인 전해액(20)은 공정 온도로 가열되고, 용융염인 전해액(20)은 액상으로 융해된다.The electrolyte 20 is heated to a predetermined temperature by the heating furnace 30 . That is, the electrolyte solution 20, which is an ionic liquid, is heated to a process temperature, and the electrolyte solution 20, which is a molten salt, is melted into a liquid phase.

이온성 액체인 전해액(20)의 경우, 상기 소정의 온도는, 0℃ 이상 100℃ 이하로 설정된다.In the case of the electrolyte solution 20 which is an ionic liquid, the said predetermined temperature is set to 0 degreeC or more and 100 degrees C or less.

용융염인 전해액(20)의 경우, 상기 소정의 온도는, 전해액(20)의 녹는점보다 높고, 전해액(20)의 녹는점에 따라 500℃ 이상 900℃ 이하로 설정된다.In the case of the electrolyte solution 20 which is a molten salt, the predetermined temperature is higher than the melting point of the electrolyte solution 20 , and is set to 500° C. or more and 900° C. or less according to the melting point of the electrolyte solution 20 .

액상의 전해액(20)에 폐 실리콘(51)이 투입된 양극 바스켓(50) 및 음극(60)이 침강된다.The positive electrode basket 50 and the negative electrode 60 in which the waste silicon 51 is put into the liquid electrolyte 20 is precipitated.

양극 바스켓(50) 및 음극(60)이 전해액(20)에 침강된 후, 양극 바스켓(50) 및 음극(60) 간에 전압이 인가된다.After the anode basket 50 and the cathode 60 are precipitated in the electrolyte 20 , a voltage is applied between the anode basket 50 and the cathode 60 .

이하에서는, 전원(40)이 양극 바스켓(50) 및 음극(60) 간에 전압을 인가하는 단계(S500)에 대하여 설명한다.Hereinafter, the step (S500) of the power source 40 applying a voltage between the anode basket 50 and the cathode 60 will be described.

전원(40)이 양극 바스켓(50) 및 음극(60) 간에 전압을 인가하면, (+) 극(41)이 양극 바스켓(50)에 투입된 폐 실리콘(51)과 통전 가능한 바, 폐 실리콘(51)으로부터 전자를 흡수한다. 따라서, 전자를 상실한 폐 실리콘(51)은 실리콘 양이온(Si4+)으로 이온화된다.When the power source 40 applies a voltage between the anode basket 50 and the cathode 60, the (+) pole 41 can conduct electricity with the waste silicon 51 put into the anode basket 50, the waste silicon 51 ) to absorb electrons from Accordingly, the waste silicon 51 that has lost electrons is ionized into silicon cations (Si 4+ ).

전해액(20)은 전기 전도성을 갖는 이온성 액체 또는 용융염인 바, 양극 바스켓(50)에서 발생된 실리콘 양이온(Si4+)은 전해액(20)을 통해 음극(60)으로 이동된다.The electrolyte 20 is an ionic liquid or molten salt having electrical conductivity, and silicon cations (Si 4+ ) generated in the anode basket 50 are moved to the cathode 60 through the electrolyte 20 .

전술하였듯이, 음극(60)은 (-) 극(42)과 통전 가능하게 연결된다. 따라서, (-) 극(42)은 양극 바스켓(50)에 투입된 폐 실리콘(51)으로부터 흡수한 전자를 음극(60)으로 방출한다.As described above, the negative electrode 60 is electrically connected to the negative (-) pole 42 . Therefore, the negative electrode 42 emits electrons absorbed from the waste silicon 51 injected into the positive electrode basket 50 to the negative electrode 60 .

음극(60)으로 이동된 실리콘 양이온(Si4+)은 음극(60)으로부터 전자를 제공받아 실리콘으로 환원된다. 따라서, 고순도 실리콘(64)이 음극(60)에 전착된다.The silicon cations (Si 4+ ) moved to the negative electrode 60 are reduced to silicon by receiving electrons from the negative electrode 60 . Accordingly, high-purity silicon 64 is electrodeposited on the cathode 60 .

일 실시 예에서, 음극(60)은 표면에 단결정 실리콘(61)이 형성되는 바, 음극(60)에 전착되는 고순도 실리콘(64) 또한 단결정으로 성장된다.In an embodiment, single crystal silicon 61 is formed on the surface of the cathode 60 , and the high purity silicon 64 electrodeposited on the cathode 60 is also grown as a single crystal.

다른 실시 예에서, 음극(60)은 표면에 단결정 씨앗층 금속(62)이 증착된 단결정 실리콘(61)이 형성되는 바, 마찬가지로 음극(60)에 전착되는 고순도 실리콘(64) 또한 단결정으로 성장된다.In another embodiment, the cathode 60 is a single crystal seed layer metal 62 is formed on the surface of the single crystal silicon 61 is formed, likewise high-purity silicon 64 electrodeposited on the cathode 60 is also grown as a single crystal. .

또한, 전원(40)이 양극 바스켓(50) 및 음극(60) 간에 전압을 인가하는 단계(S500)는, 고순도 실리콘(64)의 결정 구조 및 성장 방향이 설계되는 단계(S510) 및 기 설계된 결정 구조 및 성장 방향에 대응되도록, 전압의 크기가 조절되는 단계(S520)를 포함할 수 있다.In addition, in the step (S500) of the power source 40 applying a voltage between the anode basket 50 and the cathode 60, the crystal structure and growth direction of the high-purity silicon 64 are designed (S510) and the pre-designed crystal It may include a step (S520) of adjusting the magnitude of the voltage so as to correspond to the structure and growth direction.

음극(60)에 전착되는 고순도 실리콘(64)의 결정 구조 및 성장 방향은 양극 바스켓(50) 및 음극(60) 간에 가해지는 전압의 크기에 따라 달라진다.The crystal structure and growth direction of the high-purity silicon 64 electrodeposited on the cathode 60 depends on the magnitude of the voltage applied between the anode basket 50 and the cathode 60 .

구체적으로, 전압의 크기가 증가되면, 고순도 실리콘(64)의 성장 속도가 증가되나 결정성이 일정하지 않다. 반면에, 전압의 크기가 감소되면, 고순도 실리콘(64)의 성장 속도는 감소되지만 결정도가 증가된다.Specifically, when the magnitude of the voltage is increased, the growth rate of the high-purity silicon 64 is increased, but the crystallinity is not constant. On the other hand, when the magnitude of the voltage is decreased, the growth rate of the high-purity silicon 64 is decreased but the crystallinity is increased.

실리콘은 그 용도에 따라 요구되는 결정 구조 및 성장 방향이 다르다. 따라서, 양극 바스켓(50) 및 음극(60) 간에 전압이 가해지기 전에, 음극(60)에 전착되는 고순도 실리콘(64)의 결정 구조 및 성장 방향이 설계되어야 한다.Silicon has a different crystal structure and growth direction required depending on its use. Therefore, before a voltage is applied between the anode basket 50 and the cathode 60 , the crystal structure and growth direction of the high-purity silicon 64 electrodeposited on the cathode 60 must be designed.

고순도 실리콘(64)의 결정 구조 및 성장 방향이 설계되면, 기 설계된 결정 구조 및 성장 방향에 대응되도록 전압의 크기가 조절된다.When the crystal structure and growth direction of the high-purity silicon 64 are designed, the magnitude of the voltage is adjusted to correspond to the previously designed crystal structure and growth direction.

양극 바스켓(50) 및 음극(60) 간에 전압이 인가되고, 양극 바스켓(50)에 투입된 폐 실리콘(51)이 전부 이온화되어 음극(60)에 전착되면, 음극(60)에 전착된 고순도 실리콘(64)이 회수된다.When a voltage is applied between the anode basket 50 and the cathode 60 and the waste silicon 51 injected into the anode basket 50 is all ionized and electrodeposited on the cathode 60, high-purity silicon electrodeposited on the cathode 60 ( 64) is recovered.

이하에서는, 음극(60)에 전착되는 고순도 실리콘(64)이 회수되는 단계(S600)에 대하여 설명한다.Hereinafter, the step S600 of recovering the high-purity silicon 64 electrodeposited on the cathode 60 will be described.

폐 실리콘(51)이 전부 이온화되어 음극(60)에 고순도 실리콘(64)으로 전착되면, 폐 실리콘 처리 장치(1)의 작동이 종료된다.When all of the waste silicon 51 is ionized and electrodeposited on the cathode 60 as high-purity silicon 64 , the operation of the waste silicon processing apparatus 1 is terminated.

이후, 고순도 실리콘(64)이 전착된 음극(60)이 전해액(20)으로부터 제거된다.Thereafter, the cathode 60 on which the high-purity silicon 64 is electrodeposited is removed from the electrolyte 20 .

마지막으로, 음극(60)으로부터 고순도 실리콘(64)이 회수된다.Finally, high-purity silicon 64 is recovered from the cathode 60 .

회수된 고순도 실리콘(64)은 실리콘 부재를 포함하는 장치에 재활용될 수 있다. 결과적으로, 폐 실리콘(51)이 처리되어 고순도 실리콘(64)으로 회수되고 재활용됨으로써, 실리콘 폐기물 양이 감소될 수 있다.The recovered high-purity silicon 64 may be recycled to a device including a silicon member. As a result, the waste silicon 51 is treated, recovered as high-purity silicon 64 and recycled, so that the amount of silicon waste can be reduced.

이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 설명된 실시 예들의 구성에 한정되는 것이 아니다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiments.

또한, 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.In addition, the present invention can be variously modified and changed by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below.

더 나아가, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.Furthermore, the embodiments may be configured by selectively combining all or part of each embodiment so that various modifications can be made.

1: 폐 실리콘 처리 장치
10: 용기
20: 전해액
30: 가열로
40: 전원
41: (+) 극
42: (-) 극
50: 양극 바스켓
51: 폐 실리콘
60: 음극
61: 단결정 실리콘
62: 단결정 씨앗층 금속
64: 고순도 실리콘1: Waste silicon processing unit
10: courage
20: electrolyte
30: heating furnace
40: power
41: (+) pole
42: (-) pole
50: positive basket
51: waste silicone
60: cathode
61: single crystal silicon
62: single crystal seed layer metal
64: high purity silicon

Claims (10)

전원;
내부에 폐 실리콘이 수용되는 공간이 구비되고, 상기 전원의 (+) 극에 통전 가능하게 연결되는 양극 바스켓;
상기 전원의 (-) 극에 통전 가능하게 연결되고, 전기 전도성 소재로 형성되는 음극; 및
내부에 전해액을 수용하는 용기를 포함하고,
상기 양극 바스켓 및 상기 음극이 상기 전해액에 침강되어, 상기 폐 실리콘이 이온화된 후 상기 음극에 전착되는 것으로,
상기 음극은,
표면에 단결정 실리콘(single crystal silicon)이 형성되는 폐 실리콘 처리 장치.power;
an anode basket having a space in which waste silicon is accommodated therein, and being energably connected to the (+) pole of the power source;
a negative electrode connected to the (-) pole of the power source so as to be energized and formed of an electrically conductive material; and
Including a container for accommodating the electrolyte therein,
As the positive electrode basket and the negative electrode are precipitated in the electrolyte, the waste silicon is ionized and then electrodeposited on the negative electrode,
The cathode is
A waste silicon processing apparatus in which single crystal silicon is formed on the surface. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단결정 실리콘에는 단결정 씨앗층(seed layer) 금속이 증착되는 폐 실리콘 처리 장치.The method of claim 1,
A waste silicon processing apparatus in which a single crystal seed layer metal is deposited on the single crystal silicon. 제1항에 있어서,
상기 전해액은 이온성 액체인 폐 실리콘 처리 장치.According to claim 1,
The electrolytic solution is an ionic liquid. 제1항에 있어서,
상기 전해액은 불화물 또는 불화물과 염화물의 혼합물인 폐 실리콘 처리 장치.According to claim 1,
The electrolytic solution is fluoride or a mixture of fluoride and chloride. 제1항에 있어서,
상기 용기에 열을 공급하는 가열로를 포함하는 폐 실리콘 처리 장치.According to claim 1,
and a heating furnace for supplying heat to the vessel. 제6항에 있어서,
상기 가열로는,
상기 용기를 0℃ 이상 900℃ 이하의 소정의 온도로 가열하는 폐 실리콘 처리 장치.7. The method of claim 6,
The heating furnace,
A waste silicon processing apparatus for heating the vessel to a predetermined temperature of 0°C or higher and 900°C or lower. (a) 폐 실리콘이 양극 바스켓에 투입되는 단계;
(b) 상기 양극 바스켓이 전원의 (+) 극에 통전 가능하게 연결되고, 음극이 상기 전원의 (-) 극에 통전 가능하게 연결되는 단계;
(c) 상기 양극 바스켓 및 상기 음극이 전해액에 침강되는 단계;
(d) 상기 전원이 상기 양극 바스켓 및 상기 음극 간에 전압을 인가하는 단계; 및
(e) 상기 음극에 전착되는 고순도 실리콘이 회수되는 단계를 포함하고,
상기 (b) 단계에서 상기 전원에 연결되는 상기 음극은,
표면에 단결정 실리콘이 형성되는 폐 실리콘 처리 방법.(a) the waste silicon is put into the anode basket;
(b) the positive basket is electrically connected to the (+) pole of the power source, and the negative pole is electrically connected to the (-) pole of the power source;
(c) precipitating the anode basket and the cathode into an electrolyte;
(d) applying a voltage between the anode basket and the cathode by the power source; and
(e) recovering high-purity silicon electrodeposited on the negative electrode;
The negative electrode connected to the power source in step (b),
Waste silicon treatment method in which single crystal silicon is formed on the surface. 제8항에 있어서,
상기 (a) 단계 이전에,
(a0) 상기 폐 실리콘이 소정의 크기로 절단된 뒤 산세척되는 단계를 포함하는 폐 실리콘 처리 방법.9. The method of claim 8,
Before step (a),
(a0) The waste silicon treatment method comprising the step of being pickled after the waste silicon is cut to a predetermined size. 제8항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
(d1) 상기 고순도 실리콘의 결정 구조 및 성장 방향이 설계되는 단계; 및
(d2) 기 설계된 결정 구조 및 성장 방향에 대응되도록, 전압의 크기가 조절되는 단계를 포함하는 폐 실리콘 처리 방법.9. The method of claim 8,
Step (d) is,
(d1) designing the crystal structure and growth direction of the high-purity silicon; and
(d2) a waste silicon processing method comprising the step of adjusting the magnitude of the voltage so as to correspond to the previously designed crystal structure and growth direction.
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