KR20150036171A - 실리콘의 정제 방법 - Google Patents

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KR20150036171A
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폴 에이. 만치니
알랭 튀렌
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실리코르 머티리얼즈 인코포레이티드
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    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/037—Purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
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Abstract

본 발명의 방법은 (a) 용매 금속, 실리콘 및 알칼리 마그네슘 할로겐화물로부터 용융액을 형성하는 단계; (b) 상기 용융액을 냉각하여 실리콘 결정 및 모액을 제공하는 단계; 및 (c) 상기 모액으로부터 상기 실리콘 결정을 분리하는 단계를 포함한다.

Description

실리콘의 정제 방법{METHOD OF PURIFYING SILICON}
본 발명은 2013년 3월 15일자로 출원된 미국 가출원 제61/788,008호에 대한 우선권 및 2012년 6월 25일자로 출원된 미국 가출원 제61/663,874호에 대한 우선권의 이익을 주장하고, 이들은 그 전체가 인용에 의해 본 발명에 포함된다.
본 발명은 실리콘의 정제 방법에 관한 것이다.
태양 전지는 태양광을 전기 에너지로 전환하는 능력을 이용함으로써 에너지 공급원으로 현재 사용된다. 실리콘은 이러한 광발전 전지에서 반도체 물질로서 거의 배타적으로 사용된다. 현재 태양 전지의 사용에 있어 심각한 제한점은 태양전지급(SG) 실리콘으로 실리콘을 정제하는 비용에 관련된 것이다. 지금의 에너지 수요 및 공급의 제한적 측면에서, 금속급(MG) 실리콘(또는 태양전지급 보다 불순물이 더 많은 기타 다른 실리콘)을 태양전지급 실리콘으로 정제하는 보다 경제적인 방법에 대한 엄청난 요구가 있다.
본 발명은 하기 단계들을 포함하는 방법을 제공한다: (a) 용매 금속, 실리콘 및 알칼리 마그네슘 할로겐화물(alkali magnesium halide)로부터 용융액을 형성하는 단계; (b) 상기 용융액을 냉각하여 실리콘 결정 및 모액(mother liquor)을 제공하는 단계; 및 (c) 상기 모액으로부터 상기 실리콘 결정을 분리하는 단계.
본 발명의 특정 구현예들의 방법은 실리콘을 정제한다(예를 들어, 상기 방법들은 정제된 실리콘을 제공한다). 본 발명의 추가의 특정 구현예들의 방법은 인으로부터 실리콘을 정제한다. 본 발명의 추가의 특정 구현예들의 방법은 붕소로부터 실리콘을 정제한다. 본 발명의 추가의 특정 구현예들의 방법은 약 4ppmw 이하의 인을 포함하는 정제된 실리콘을 제공한다. 본 발명의 추가의 특정 구현예들의 방법은 약 5ppmw 이하의 붕소를 포함하는 정제된 실리콘을 제공한다. 본 발명의 추가의 특정 구현예들의 방법은 적어도 약 0.5cm의 평균 직경을 갖는 플레이크 또는 결정 형태의 정제된 실리콘을 제공한다.
하기의 상세한 설명은 첨부하는 도면에 대한 참조를 포함하며, 이는 상세한 설명의 일부를 구성한다. 상기 도면은 예시를 통하여, 본 발명이 실행될 수 있는 특정 구현예를 나타낸다. 이들 구현예들은 또한 본원에 "실시예"로서도 언급되는데 본 기술 분야의 숙련자들이 본 발명을 실시하기에 충분히 자세히 기술되어 있다. 본 발명의 범주로부터 일탈함 없이, 상기 구현예들은 결합될 수도 있고, 다른 구현예들이 이용될 수도 있으며 또는 구조적 및 논리적 변화가 만들어질 수도 있다. 하기의 상세한 설명은 따라서 제한하려는 의도로 받아들여서는 안되며, 본 발명의 범주는 부속의 특허청구범위 및 이들의 등가물에 의해서 정의된다.
본 명세서에서, "일(a)" 또는 "하나(an)"는 하나 이상을 포함하는데 사용되며, 용어 "또는(or)"은 달리 지적되지 않는 한 비배타적인 "또는(or)"을 언급하는데 사용된다. 또한, 본원에 사용되는 구절 또는 용어는 달리 정의되지 않는 한 기술만을 목적으로 한 것이며 제한함이 아님을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서에 언급되는 모든 출판물, 특허 및 특허 문헌들은 참조로 개별적으로 포함되듯이 그 전체가 본원에 참조로 포함된다. 본 문헌 및 참조로 포함되는 상기 문헌들 사이에 일치되지 않는 사용이 발생되는 경우, 포함된 참조 문헌에서의 사용은 본 문헌의 사용에 대해 보충적임을 고려해야 하는데; 조화가 되지 않는 불일치에 대해서는 본 문헌에서의 사용이 조절된다.
본원에 기술되는 제조 방법에 있어서, 단계들은 본 발명의 원리로부터 일탈하지 않고 임의의 순서로 수행될 수 있는데, 단, 시간적 또는 작동적 순서가 명백하게 언급된 경우에는 예외이다. 첫째 단계가 실행된 후 복수의 다른 단계들이 이어서 실행되는 효과에 대한 청구항 내의 설명은, 다른 어떤 단계들 전에 첫째 단계가 실행되지만 다른 단계들 내에 순서가 더 이상 언급되지 않는 한 다른 단계들은 임의의 적절한 순서로 실행될 수 있음을 의미하는 것으로 간주될 것이다. 예를 들어, "단계 A, 단계 B, 단계 C, 단계 D 및 단계 E"를 언급하는 청구항 요소는 단계 A가 제일 먼저 수행되며, 단계 E가 제일 나중에 수행되고, 단계 B, C 및 D는 단계 A 및 E 사이에 임의의 순서로 수행될 수 있으며, 상기 순서는 청구되는 공정의 문자상 범주 내에 여전히 놓일 것이라고 추측될 것이다. 임의의 단계 또는 단계들의 하부 집합은 또한 반복될 것이다.
또한, 특정된 단계들은 명백한 청구 용어가 이들이 개별적으로 수행됨을 설명하지 않는 한, 동시적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, X를 실시하는 청구된 단계 및 Y를 실시하는 청구된 단계는 단일 작업 내에서 동시에 처리될 수 있으며, 이에 따른 공정은 상기 청구된 공정의 문자상 범주 내에 놓이게 될 것이다.
정의
본 발명에서 사용된 것과 같이, "알칼리 마그네슘 할로겐화물(alkali magnesium halide)"은 MgX2 및 YX에 기초한 2원 염(binary salt)을 의미하며, 여기에서 X는 할로겐(예를 들어, 각 X는 독립적으로 Cl 또는 Br)이며, Y는 알칼리(예를 들어, K 또는 Na)이다. 예를 들어, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 YMgX3(예: KMgCl3 또는 MgNaCl3), Y2MgX4(예: K2MgCl4 또는 Na2MgCl4) 및 Y3Mg2X7(예: K3Mg2Cl7) 중 적어도 하나를 포함하는 화학적 성분인데, 여기에서 X는 할로겐(예를 들어, 각 X는 독립적으로 Cl 또는 Br)이며, Y는 알칼리(예를 들어, 각 Y는 독립적으로 K 또는 Na)이다. 구체적으로, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 염화마그네슘칼륨을 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "염화마그네슘칼륨(potassium magnesium chloride)"은 MgCl2 및 KCl의 2원 염을 의미한다. 상기 염화마그네슘칼륨은 KMgCl3, K2MgCl4 및 K3Mg2Cl7 중 적어도 하나를 포함하는 화학적 성분이다. 상기 염화마그네슘칼륨은 상업적으로 입수가능한데, 예를 들어, Pyrotek®사(Spokane, WA)의 PROMAG(합성 무수 카날라이트)과 같은 것이다. 상기 염화마그네슘칼륨은 수화되거나 무수일 수 있다. 상기 염화마그네슘칼륨은 합성 또는 자연적으로 발생하는 것일 수 있다. 부가적으로, 상기 염화마그네슘칼륨은 미립자, 또는 과립 형태(0.03-0.12인치 즉, 0.8-3.15mm)일 수 있다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "카날라이트(carnallite)"는 할로겐화물의 증발암 광물인, 화학식: KMgCl3·6(H2O)을 갖는 수화된 알칼리 마그네슘 할로겐화물을 의미한다. 합성 카날라이트 결정 종은 1.5몰 백분율의 KCl과 9.8몰의 MgCl2·6H2O를 25℃에서 느리게 결정화하여 재생산될 수 있다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "정제하는(purifying)"은 하나 이상의 외부 또는 오염물질들로부터 관심의 물질을 물리적으로 분리하는 것을 의미한다. 대조적으로, "불순물들(impurities)" 또는 "불순물(impurity)"은 바람직하지 않은 하나 이상의 외부 또는 오염물질을 의미한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "용융된(molten)" 또는 "용융액(molten liquid)"은 하나 또는 그 이상의 물질들이 함께 융해된 것을 의미한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "융해(melting)"는 하나 이상의 고체 물질이 그들이 액체로 바뀌는 점(융점이라고 불림) 또는 그 이상으로 가열하는 과정을 의미한다. 이와 같이, 상기 "융해"는 충분한 열에 노출된 경우에 고체에서 액체로 변화하는 물질에 관한 것이다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "반응 산물(reaction product)"은 둘 이상의 물질의 화학적 반응에 의해 형성된 화합물을 의미한다. 예를 들어, (초기 실리콘 소스로부터의) 용융액에서의 불순물은 알칼리 마그네슘 할로겐화물 내의 하나 이상의 물질과 반응하여 반응 산물을 형성할 수 있다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "고체화(solidifying)"는 하나 이상의 액체 물질(예를 들어, 용융액)을 이들이 고체로 변하게 되는 점(융점이라고 불림) 아래로 냉각하는 단계를 의미한다. 이와 같이, 상기 "고체화"는 냉각시 액체에서 고체로 변화하는 물질에 관한 것이다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "제거하는(removing)"은 다른 물질로부터 한 물질을 분리하는 과정(예를 들어, 혼합물에서 고체 또는 액체를 제거하는 과정) 또는 다른 부분으로부터 한 물질의 일부를 분리하는 과정(예를 들어, 고체의 다른 부분으로부터 고체의 일부를 제거하는 과정)을 의미한다. 상기 과정은 본 기술 분야의 숙련자들에 공지인 임의의 기술, 예를 들면, 혼합물을 따르기(decanting), 혼합물로부터 하나 이상의 액체를 걷어내기(skimming), 혼합물을 원심분리하기(centrifuging), 혼합물로부터 고체를 여과하기(filtering), 고체를 절단(cutting)하여 그의 일부를 제거하기 또는 이들 조합을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "용매 금속(solvent metal)"은 하나 이상의 금속 또는 이의 합금을 의미하며, 가열시 효과적으로 실리콘을 용해시킬 수 있어 용융액이 된다. 적절한 용매 금속의 예로는 가령, 알루미늄, 구리, 주석, 아연, 안티몬, 은, 비스무스, 카드뮴, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 이들의 합금 및 이들의 조합을 포함한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "합금(alloy)"은 둘 이상의 원소의 균일 혼합물을 의미하는데, 이들 중 적어도 하나는 금속이며, 수득되는 물질은 금속 특성을 가진다. 상기 수득되는 금속 물질은 일반적으로, 각 성분들의 특성과는 상이한 (때로는 매우 상이한) 특성을 가진다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "알루미늄(aluminum)"은 기호 Al 및 원자 번호 13을 갖는 화학 원소를 의미한다. 상기 용어는 금속 알루미늄 또는 원소 알루미늄(Al0), 또는 이들의 합금을 포함한다. 상기 알루미늄은 일반적으로 본 발명에서 용매 금속으로 사용될 것이다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "붕소(boron)"는 기호 B 및 원자 번호 5를 갖는 화학 원소를 의미한다. 상기 용어는 붕소를 포함하는 화합물(즉, B3+, B2+ 또는 B+를 포함하는 붕소-함유 화합물) 및 이의 조합을 포함하는 화합물을 포함한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "인(phosphorous)"은 기호 P 및 원자 번호 15를 갖는 화학 원소를 의미한다. 상기 용어는 인을 포함하는 화합물(즉, P5 +, P4 +, P3+, P2 +, P+, P-1, P2 -, P-을 포함하는 인-함유 화합물) 및 이의 조합을 포함한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "실리콘(silicon)"은 기호 Si 및 원자 번호 14를 갖는 화학 원소를 의미한다. 상기 용어는 금속 또는 원소 실리콘(Si0) 또는 이들의 합금을 포함한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "금속급 실리콘(metallurgical grade silicon)" 또는 "MG 실리콘"은 상대적으로 순수한(예를 들어, 적어도 약 96중량%의) 실리콘을 의미한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "소스 실리콘(source silicon)"은 본 명세서에 기술된 단계에서 사용된 실리콘을 의미한다. 상기 소스 실리콘은 정제되어(예를 들어, 적어도 부분적으로 정제되어) 정제된 실리콘 결정을 제공한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "업그레이드된 금속급 실리콘(upgraded metallurgical grade silicon)" 또는 "UMG 실리콘"은 상대적으로 중간급의 순수한(예를 들어 적어도 약 98.0중량%의) 실리콘을 의미한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "태양전지급 실리콘(solar grade silicon)" 또는 "SOG 실리콘"은 상대적으로 순도가 높은(예를 들어 적어도 약 99.9999중량%의) 실리콘을 의미한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "결정질(crystalline)"은 고체 내 원자들의 규칙적이고 기하적인 배열을 포함한다. 따라서, "실리콘 결정(solicon crystals)"은 고체 상태에서 실리콘 원자의 규칙적이고 기하적인 배열을 갖는 실리콘을 의미한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "접촉하는(contacting)"은 터치 행위, 접하게 하는 행위 또는 물질을 최근접의 위치로 가져오게 하는 행위를 의미한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "따르는(decanting)" 또는 "따르기(decantation)"는 유체를 따라 내어 퇴적물(sediment) 또는 침전물(precipitate)을 남김으로써 상기 유체를 퇴적물이나 침전물로부터 분리하는 것을 포함한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "거르는(filtering)" 또는 "여과(filtration)"는 고체는 보유하고 액체는 통과하도록 하는 세라믹 또는 금속 멤브레인과 같은 다공성 시트를 통하여 공급 스트림을 통과시킴으로써 고체를 액체로부터 분리하는 기계적 방법에 관한 것이다. 이는 중력, 압력 또는 진공(흡인)에 의해 달성될 수 있다. 상기 여과는 액체로부터 퇴적물 및/또는 침전물을 효과적으로 분리한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "모액(mother liquor)"은 결정화 및/또는 세척 후에 남겨진 용액의 부분을 의미한다. 결정화에서, 고체(대체로 불순한)는 고온에서 용매에 용해되고, 더 높은 온도에서 대부분의 고체의 용해도는 더 높다는 사실을 이용한다. 상기 용액이 냉각됨에 따라, 용매 내의 용질의 용해도는 점차로 더 작아질 것이다. 그 결과 얻어진 용액은 과포화된 것으로 기술되는데, 이는 해당 온도에서의 용질의 용해도로 예측된 것보다 용액 내 더 많은 용질이 용해되어 있음을 의미한다. 그 후 이 과포화 용액으로부터 결정화가 유도될 수 있는데, 그 결과 얻어진 순수한 결정이 진공 여과 및 원심분리기와 같은 방법들에 의해 제거된다. 일단 결정이 여과되면, 잔존하는 용액은 모액으로 알려져 있으며, 여과되지 않은 불순물뿐만 아니라 (그 온도에서의 용해도로 예측된 바와 같은) 원래 용질의 일부를 포함할 것이다. 그 후, 결정의 둘째 및 셋째 수확물이 상기 모액으로부터 회수될 수 있다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "공융(eutectic)"은 완전히 융해될 수 있는 가장 낮은 융해점을 제공하는 합금 또는 다른 혼합물 내의 성분들의 비율에 관한 것이다. 모든 다른 비율에서, 상기 혼합물은 균일한 융점을 가지지 않을 것이고; 상기 혼합물의 일부는 고체로 잔존할 것이며 일부는 액체로 잔존할 것이다. 공융점에서, 고상선(solidus) 및 액상선(liquidus) 온도는 동일하다.
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상기 다이어그램에서, 물질 X는 2개의 성분 A 및 B(약 80%의 A 및 20%의 B)로 구성된다. 상기 액상선(제1 고체가 형성되기 시작하는 온도) 위에서는 두 성분이 모두 액체이다. 온도가 액상선으로 떨어지게 됨에 따라, 성분 A는 고체화하기 시작하며, 잔존 액체는 성분 A의 양이 줄어들며 성분 B의 양이 더 늘어난다. 상기 온도가 고상선으로 떨어지게 된 경우, 이는 공융 온도와 동일한데, 고체 B가 마찬가지로 형성되기 시작한다. 상기 고상선 아래에서, 전체 혼합물은 고체이다. 성분 Y(약 80%의 B 및 20%의 A로 구성됨)의 액체는 유사한 방식으로 냉각되지만, 고체 B가 먼저 형성된다. 일반적으로, 공융 비율의 혼합물은 항상 전체가 고체 또는 전체가 액체이다. Houghton Mifflin Harcourt Publishing사의 The American Heritage® Science Dictionary, 2010 참조(Houghton Mifflin Harcourt Publishing사 출판).
본 발명에서 사용된 것과 같이, "액상선(liquidus)"은 그 선 위에서 주어진 물질이 액상으로 안정한 상평형 다이어그램 상의 선을 의미한다. 가장 흔하게, 상기 선은 전이 온도를 나타낸다. 상기 액상선은 물질에 따라 직선일 수도 있고 또는 곡선일 수도 있다. 상기 액상선은 금속 합금을 포함하는 고체 용액과 같은 2원 시스템에 가장 빈번하게 적용된다. 상기 액상선은 고상선에 대비될 수 있다. 상기 액상선 및 고상선은 반드시 나란하거나 겹쳐질 필요는 없다. 상기 고상선 및 액상선 사이에 갭이 존재한다면 그 갭 내에서 물질은 고체 또는 액체만큼 안정적이지 않다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "고상선(solidus)"은 그 선 아래에서 주어진 물질이 고상으로 안정한 상평형 다이어그램 상의 선을 의미한다. 가장 흔하게, 상기 선은 전이 온도를 나타낸다. 상기 고상선은 물질에 따라 직선일 수도 있고 또는 곡선일 수도 있다. 상기 고상선은 금속 합금을 포함하는 고체 용액과 같은 2원 시스템에 가장 빈번하게 적용된다. 상기 고상선은 액상선에 대비될 수 있다. 상기 고상선 및 액상선은 반드시 나란하거나 겹쳐질 필요는 없다. 상기 고상선 및 액상선 사이에 갭이 존재한다면 그 갭 내에서 물질은 고체 또는 액체로 개별적으로 존재하는 만큼 안정적이지 않다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "배치(batch)"는 비-연속적인 제조 또는 용도를 의미하는데; 단일 작업으로 제조되거나 사용되는 어떠한 것을 의미한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "연속적인(continuous)"은 비-배치 제조 또는 용도를 의미하는데, 중단되지 않는 제조 또는 용도를 의미한다. 연속 공정은 무한히 연속적일 필요는 없으나, 공정을 포함하는 방법이 작동 중인 동안은 실질적으로 연속적이어야 한다.
입자 크기는 고체 입자의 치수를 비교하기 위해 도입된 개념이다. 구형 물체의 입자 크기는 그 직경으로 모호함없이 정량적으로 정의될 수 있다. 그러나, 통상적인 물질 대상은 모양이 불규칙적이며 비-구형일 가능성이 크다. 입자 크기를 측정하기 위한 다수의 방법들이 있다. 이들 중 일부는 빛에, 다른 일부는 초음파 또는 전기장, 또는 중력 또는 원심분리에 기초한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "평균 직경(average mean diameter)"은 입자 크기의 평균이며, 입자 집합 직경의 평균을 의미한다.
본 발명에서 사용된 것과 같이, "인 시츄(in situ)"는 혼합물 또는 반응 혼합물 내에서를 의미한다.
본 기술 분야의 숙련자들은 물질의 혼합물이 상기 혼합물을 제조하는 데 유용한 시작 물질 또는 중간 성분(예를 들어, 용매 금속, 알칼리 마그네슘 할로겐화물 및 실리콘)에 의해 일반적으로 특성화됨을 이해한다고 인식된다. 이들 물질들이 실질적인 전환을 겪게 될지라도, 이들 물질 또는 성분을 포함하는 것과 같은 상기 혼합물에 대한 기준은 본 기술 분야의 숙련자들에게 허용가능하며 적절하다. 예를 들어, 용융액은 알루미늄 및 알칼리 마그네슘 할로겐화물로부터 형성될 수 있다. 이들 물질들의 도입 이후에, 하나 이상의 이들 물질(또는 그곳에 위치된 불순물)은 화학적 및/또는 물리적 전환을 겪을 수 있는데, 이들은 더 이상 알루미늄 또는 알칼리 마그네슘 할로겐화물로 분류될 수 있는 기준을 명확하게 및 글자 상으로 만족할 수 없을 것이다. 그러나, 알루미늄 및 알칼리 마그네슘 할로겐화물을 포함하는 것과 같은 혼합물에 대한 기준은 본 기술 분야의 숙련자들에게 허용 가능하며 적절하다. 이는 용융액을 알루미늄과 접촉시키는(또는 형성시키는) 경우, 알칼리 마그네슘 할로겐화물이 분해되거나 알루미늄으로부터의 불순물과 반응하게 될 것으로 여겨진다 할지라도 그러하다. 그러나, 알루미늄 및 알칼리 마그네슘 할로겐화물을 포함하는 것과 같은 용융액에 대한 기준은 적절하다.
도 1을 참조하면, 일부 구현예에 따른, 실리콘을 정제하기 위한 방법의 블록 플로우 다이어그램(100)의 예가 도시되어 있다. 용매 금속(103) 및 실리콘(109)을 가열(105)하여 제1 용융액(107)이 형성된다. 상기 제1 용융액(107)에 알칼리 마그네슘 할로겐화물(101)을 접촉(예를 들어, 첨가)시켜 제2 용융액(111)이 형성된다. 상기 제2 용융액(111)은 냉각(113)되어 실리콘 결정과 모액(115)을 제공한다. 상기 실리콘 결정과 모액(115)은 분리(117)되어 실리콘 결정(121) 및 모액(119)을 제공한다.
도 2를 참조하면, 일부 구현예에 따른, 실리콘을 정제하기 위한 방법의 블록 플로우 다이어그램(200)의 예가 도시되어 있다. 용매 금속(203), 알칼리 마그네슘 할로겐화물(201) 및 실리콘(209)을 가열(205)하여 용융액(207)이 형성된다. 상기 용융액(207)은 냉각(213)되어 실리콘 결정과 모액(215)을 제공한다. 상기 실리콘 결정과 모액(215)은 분리(217)되어 실리콘 결정(221) 및 모액(219)을 제공할 수 있다.
어떤 특정 이론에 구애받음 없이, 알칼리 마그네슘 할로겐화물(101 또는 201)은 상기 제1 용융액(107)(또는 용융액(207))과 접촉시 반응을 하여 그곳에 위치한 불순물을 제거할 것이다. 이들 불순물(예를 들어, 나트륨, 리튬, 칼슘, 붕소 및/또는 인)은 소스 실리콘(109 또는 209) 및/또는 용매 금속(103 또는 203)으로부터 기인한 것일 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물(101 또는 201)은 상기 용융액의 기저부 내로 주입되어 상기 제1 용융액(107)(또는 용융액(207))의 상부 표면으로 부유하거나 떠오를 수 있다. 알칼리 마그네슘 할로겐화물(101 또는 201)이 제1 용융액(107)(또는 용융액(207))의 상부 표면으로 부유하거나 떠오름에 따라 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물(101 또는 201)은 반응을 하여 그곳에 위치된 불순물들을 제거할 수 있다.
공정을 위한 실리콘은 다수의 소스로부터 얻어질 수 있다. 상기 실리콘은 예를 들어 태양전지 패널, 반도체 웨이퍼 또는 잉곳 성형의 제조로부터 스크랩되거나 버려진 실리콘일 수 있다. 때로 상기 실리콘은 슬러리의 일부이다. 상기 슬러리는 물, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 실리콘 카바이드, 철, 알루미늄, 칼슘, 구리 및 다른 오염물질을 포함할 수 있다. 상기 실리콘은 슬러리로부터 제거(예로써 분리)되고 건조되어 과잉의 물이 제거될 수 있다. 파우더는 원심분리, 침강 또는 다른 공정에 의해 슬러리로부터 분리될 수 있다. 상기 슬러리에 물을 가하는 것은 비중을 낮출 수 있어 침강 또는 원심분리를 개선하는데 도움이 된다. 상기 실리콘은 예를 들어 산 처리를 수행하는 것과 같은 단계에 의해 불순물을 제거하는 추가의 공정을 거칠 수 있다. 예를 들어, 실리콘 파우더의 표면에 떨어져서, 염산은 철과 같은 금속을 용해시키는데 사용될 수 있다. 플루오르화수소산, 염산, 질산 또는 이의 조합은 파우더 표면에서 떨어진 이산화규소를 용해시키거나 파우더 표면을 용해시킬 수 있다. 선택적으로, 수산화칼륨, 수산화나트륨 또는 이의 조합이 상기 파우더의 표면을 용해시키는데 사용될 수 있다. 상기 파우더는 또한 철 및 다른 자성 원소들을 제거하는 자성 분리 공정으로 처리될 수 있다.
구체적으로, 상기 실리콘은 업그레이드된 금속급(UMG) 실리콘 또는 금속급(MG) 실리콘을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 실리콘은 금속급(MG) 실리콘 보다 아래의 급이거나 질의 실리콘일 수 있다. 덜 순수한 실리콘(예를 들어, 금속급(MG) 실리콘 보다 아래의 급 또는 질의 실리콘)을 사용하는 것은, 그렇지 않더라면 사용 가능하지 않거나 실용적이지 않을 실리콘을 사용하게 할 뿐만 아니라 비용 절감 효과도 제공할 수 있다.
상기 제1 용융액(107)은, (i) 제1 용융액(107)을 형성하기에 충분한 용매 금속(103)을 가열(105)하고, 그 후 실리콘(109)을 첨가하는 단계(도 1에 도시되지 않음), (ii) 상기 제1 용융액(107)을 형성하기에 충분하도록, 용매 금속(103) 및 실리콘(109)의 혼합물을 가열(105)하는 단계(도 1), 또는 (iii) 제1 용융액(107)을 형성하기에 충분하도록 실리콘(109)을 가열(105)하고, 그 후 용매 금속(103)을 첨가하는 단계(도 1에 도시되지 않음)에 의해 얻어질 수 있다. 어느 방법으로든, 용매 금속(103) 및 실리콘(109)을 포함하는 제1 용융액(107)이 형성될 수 있다. 이와 같이, 상기 용매 금속(103) 및 실리콘(109)이 제공될 수 있으며, 이들은 함께 가열(105)되어 제1 용융액(107)을 형성할 수 있다(도 1). 선택적으로(도 1에 도시되지 않음), 상기 용매 금속(103)은 가열(105)되어 제1 용융액(107)을 형성하기에 충분할 수 있으며, 그 후 상기 실리콘(109)이 상기 제1 용융액(107)에 첨가될 수 있다.
상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 제1 용융액(107)에 첨가(101)되어 제2 용융액(111)을 형성할 수 있다. 선택적으로(도 1에 도시되지 않음), 상기 제1 용융액(107)은 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물에 첨가되어 제2 용융액(111)을 형성할 수 있다. 어느 방법으로든 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물 및 제1 용융액(107)은 서로 접촉되어 상기 제2 용융액(111)을 제공한다.
선택적으로, 용융액(207)은 용매 금속(203), 실리콘(209) 및 알칼리 마그네슘 할로겐화물(201)의 가열(205)로부터 형성될 수 있다(도 2). 구체적으로, 상기 용매 금속(203), 실리콘(209) 및 알칼리 마그네슘 할로겐화물(201)은 서로 접촉(예를 들어 혼합)될 수 있으며, 함께 가열(205)되어 용융액(207)을 형성할 수 있다.
상기 제1 용융액(107), 제2 용융액(111) 및/또는 상기 용융액(207)은 회전식 탈기기(rotary degasser), 용융 금속 펌프, 회전식 로(rotary furnace)를 사용하여 볼텍스(vortex) 내로 이송하거나 전류를 유도함으로써 형성될 수 있다. 상기 재료(예를 들어, 용매 금속(203), 알칼리 마그네슘 할로겐화물(201), 실리콘(209), 실리콘(109), 용매 금속(103) 및 알칼리 마그네슘 할로겐화물(101))는 실질적으로 건조되어 산소와의 접촉을 제한하면서 지속적으로 볼텍스 내에 공급될 수 있다. 상기 재료들은 예를 들어 고전단(high shear)을 위한 믹서 설정을 세팅함으로써 각각의 알갱이들로 전단될 수 있다. 융해는 용융조 내에 침잠(submersion)된 상태로 일어날 수 있다. 예를 들어, 상기 조는 액상선 아래의 온도 및 고상선 위의 온도일 수 있는데, 따라서 조의 증가된 점성으로 인하여 분말 상에 좀 더 전단을 가하는 것이 더 용이하며, 조 내에 상기 분말이 담겨진 채로 유지시키는 것이 더 용이하다. 내화 로(furnace refractory)는 재료 내에 인 또는 붕소가 거의 없도록 함으로써 오염물질이 낮아질 수 있다. 용융 실리카(fused silica)는 바람직한 내화물의 일례일 수 있다. 마찬가지로, 회전식 탈기기 또는 용융 금속 펌프가 사용된다면, 이들은 오염을 최소화하기 위하여 인 또는 붕소가 거의 없도록 제조될 수 있다.
상기 재료들은 융해 난류(melt turbulence)를 사용함으로써 침잠된 상태가 유지될 수 있다. 상기 융해는 온도가 고상선 위의 온도로 유지되는 조건들을 혼합함으로써 일어날 수 있다.
가열(105 또는 205)은 제1 용융액(107), 제2 용융액(111) 및/또는 용융액(207)을 효과적으로 형성할 온도를 달성하기에 적절한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 용융액(107), 제2 용융액(111) 및/또는 용융액(207)은 고상선 위의 온도에서 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 용융액(107), 제2 용융액(111) 및/또는 용융액(207)은 적어도 약 1450℃의 온도에서 형성될 수 있다.
제1 용융액(107), 제2 용융액(111) 및/또는 용융액(207)이 형성된다면, 용매 금속, 알칼리 마그네슘 할로겐화물 및 실리콘의 임의의 적절한 양(또는 비율)이 사용될 수 있으며, 원하는 불순물들이 실리콘 및/또는 알루미늄으로부터 필요량 제거된다.
상기 제2 용융액(111)은 냉각(113)되어 실리콘 결정과 모액(115)을 형성할 수 있다. 이와 같이, 상기 용융액(207)은 냉각(213)되어 실리콘 결정과 모액(215)을 형성할 수 있다. 상기 냉각(113)(또는 213)은 실리콘 결정과 모액(115)(또는 215)이 얻어진다면 임의의 적절한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 냉각(113)(또는 213)은 대략 실온(약 20℃)에서 연장된 길이의 시간 동안 수행될 수 있다. 추가적으로, 상기 냉각(113)(또는 213)은 적절한 속도, 예를 들어 약 150℃/hr까지 수행될 수 있다.
상기 제2 용융액(111)(또는 용융액(207))은, 실리콘 결정이 모액(115)(또는 215) 내에서 얻어진다면 임의의 적절하고 알맞은 길이의 시간에 걸쳐 냉각(113)(또는 213)될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 용융액(111)(또는 용융액(207))은 적어도 약 2시간 길이의 시간에 걸쳐 냉각될 수 있다.
냉각(113)(또는 213)을 하는 경우, 상기 실리콘 결정과 모액(115)(또는 215)은 분리(117)(또는 217)되어 분리된 실리콘 결정(121)(또는 221) 및 모액(119)(또는 219)이 제공될 수 있다. 상기 분리(117)(또는 217)는 예를 들어, 따르기(예: 실리콘 결정으로부터 모액을 따라 내기) 및/또는 여과와 같은 임의의 적절한 기술을 사용하여 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제2 용융액(111)은 냉각(113)되어 실리콘 결정과 모액(115)을 형성할 수 있으며, 상기 용융액(207)은 냉각(213)되어 실리콘 결정과 모액(215)을 형성할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 냉각(113)(또는 213)은 제2 용융액(111)(또는 용융액(207))의 임의의 현저하거나 알맞은 교반 없이 일어날 수 있다. 선택적으로, 상기 제2 용융액(111)(또는 용융액(207))을 교반하는 동안, 상기 제2 용융액(111)(또는 용융액(207))은 냉각(113)(또는 213)될 수 있다.
특정한 이론에 구애받음 없이, 냉각(113)(또는 213)하는 동안의 교반은, 거르기 어려울 수 있는 상대적으로 고순도의 상대적으로 작은 실리콘 결정을 제공할 수 있다고 여겨진다. 특정 구현예에서, 적은 양의 혼합은 적어도 약 1mm(두께), 약 5mm(폭), 약 5mm(길이)의 실리콘 결정을 제공할 수 있다.
추가적으로, 상기 제2 용융액(111)(또는 용융액(207))은 실리콘 결정이 모액(115)(또는 215) 내에 얻어진다면, 임의의 적절하고 알맞은 온도(액상선 및 고상선 온도 사이와 같은 온도)로 냉각(113)(또는 213)될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 용융액(111)(또는 용융액(207))은 약 585-1400℃의 온도로 냉각(113)(또는 213)될 수 있다.
상기 실리콘 결정과 모액(115)(또는 215)은 분리(117)(또는 217)되어 분리된 실리콘 결정(121)(또는 221) 및 모액(119)(또는 219)을 제공할 수 있다. 이들 분리(117)(또는 217)는 임의의 적절하고 알맞은 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 분리(117)(또는 217)는 실리콘 결정으로부터 모액을 따라 냄으로써 수행될 수 있다. 선택적으로, 상기 분리(117)(또는 217)는 상기 모액으로부터 실리콘 결정을 거름 및/또는 여과함으로써 수행될 수 있다. 선택적으로, 상기 분리는 원심분리를 사용함으로써 수행될 수 있다.
특정 일 구현예에서, 얻어진 상기 실리콘 결정(121)(또는 221)은 사용될 수 있거나 후속의 정제에서 실리콘(109)(또는 209)으로 재사용될 수 있다. 이러한 재사용은 필수 순도의 수준을 갖는 실리콘 결정(121)(또는 221)을 제공하기 위하여 여러번(예를 들어 2, 3, 4 또는 5회) 수행될 수 있다. 이처럼, 실리콘 결정(121)(또는 221)을 제공하기 위하여 실리콘(100)(또는 200)을 정제하는 방법은 한번 수행될 수 있다. 선택적인 구현예에서, 실리콘 결정(121)(또는 221)을 제공하기 위하여 실리콘(100)(또는 200)을 정제하는 방법은 2회 이상(예를 들어 2, 3, 4 또는 5회) 수행될 수 있다.
실리콘(100)(또는 200)을 정제하는 방법은 실리콘(109)(또는 209)에 비하여 상대적으로 순수한 실리콘 결정(121)(또는 221)을 제공한다. 이들 실리콘 결정(121)(또는 221)은 그 후 후속의 정제를 거치거나 거치지 않고 예를 들어 태양 전지의 제조에 사용될 수 있는데, 상기 태양 전지는 후속적으로 태양 패널의 제조에 사용될 수 있다. 실리콘(100)(또는 200)을 정제하는 방법은 붕소가 정제된 실리콘 결정(121)(또는 221)을 제공하는데, 적어도 붕소의 일부가 초기 실리콘(109)(또는 209)으로부터 제거되도록 한다. 예를 들어, 실리콘 결정(121)(또는 221)은 약 4ppmw 이하의 붕소를 포함할 수 있다. 또한, 초기 실리콘(109)(또는 209)에 존재하는 붕소의 약 85중량%까지 제거된 실리콘 결정(121)(또는 221)을 제공할 수 있다. 상기 실리콘 결정(121)(또는 221)은 또한 약 5ppmw 이하의 인을 포함할 수 있다. 또한, 초기 실리콘(109)(또는 209)에 존재하는 인의 약 85중량%까지 제거된 실리콘 결정(121)(또는 221)을 제공할 수 있다. 붕소 및/또는 인 외의 추가적인 물질이 실리콘(100)(또는 200)으로부터 제거되어 실리콘 결정(121)(또는 221)을 제공할 수 있다. 따라서 얻어지는 실리콘 결정(121)(또는 221)은 상대적으로 순수할 것이다. 예를 들어, 실리콘 결정(121)(또는 221)은 적어도 약 98중량% 순도의 실리콘을 포함할 수 있다.
하기에 제공되는 특정 범위, 값 및 구현예들은 예시의 목적만을 위한 것이며, 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 개시된 본 발명 대상의 범위를 제한하기 위함이 아니다. 하기에 기술되는 특정 범위, 값 및 구현예들은 명료하게 개시되어 있느냐에 관계없이 각 개시된 범위, 값 및 구현예의 모든 조합 및 하부 조합을 포함한다.
특정 범위, 값 및 구현예
본 명세서에 기술된 방법은 하나 이상의 물질(예를 들어 불순물)에 관하여 실리콘의 순도를 증가시킬 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 실리콘은 인으로부터 적어도 부분적으로 정제되어 있다(즉, 상기 정제된 실리콘 결정은 소스 실리콘보다 인을 덜 포함한다). 추가적인 특정 일 구현예에서, 상기 실리콘은 붕소로부터 적어도 부분적으로 정제되어 있다(즉, 상기 정제된 실리콘 결정은 소스 실리콘보다 붕소를 덜 포함한다). 추가적인 특정 일 구현예에서, 상기 실리콘은 알루미늄으로부터 적어도 부분적으로 정제되어 있다(즉, 상기 정제된 실리콘 결정은 소스 실리콘보다 알루미늄을 덜 포함한다).
특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 약 5ppmw 이하의 인을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 약 4ppmw 이하의 인을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 약 3ppmw 이하의 인을 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 약 6ppmw 이하의 붕소를 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 약 5ppmw 이하의 붕소를 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 약 4ppmw 이하의 붕소를 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 약 5,000ppmw 이하의 알루미늄을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 약 3,000ppmw 이하의 알루미늄을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 약 1,500ppmw 이하의 알루미늄을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 약 1,000ppmw 이하의 알루미늄을 포함한다.
본 명세서에 기술된 방법은 적절한 크기를 갖는 정제된 실리콘 결정을 제공할 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 적어도 약 0.25cm의 평균 직경을 갖는다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 적어도 약 0.5cm의 평균 직경을 가진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 적어도 약 0.75cm의 평균 직경을 가진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 약 0.25cm 내지 약 0.75cm의 평균 직경을 가진다.
본 명세서에 기술된 방법은 적절한 순도(또는 불순물) 수준의 실리콘을 사용할 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 업그레이드된 금속급(UMG) 실리콘을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 금속급(MG) 실리콘을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 금속급(MG) 실리콘보다 아래의 급 또는 질의 실리콘을 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘(예를 들어, 용융액을 형성하는 실리콘)은 약 99중량% 이하의 순도를 가진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘(예를 들어, 용융액을 형성하는 실리콘)은 약 98중량% 이하의 순도를 가진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘(예를 들어, 용융액을 형성하는 실리콘)은 약 97.5중량% 이하의 순도를 가진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘(예를 들어, 용융액을 형성하는 실리콘)은 약 97중량% 이하의 순도를 가진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘(예를 들어, 용융액을 형성하는 실리콘)은 약 96.5중량% 이하의 순도를 가진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘(예를 들어, 용융액을 형성하는 실리콘)은 약 96중량% 이하의 순도를 가진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘(예를 들어, 용융액을 형성하는 실리콘)은 약 95.5중량% 이하의 순도를 가진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘(예를 들어, 용융액을 형성하는 실리콘)은 약 95중량% 이하의 순도를 가진다.
특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 약 90ppmw까지의 인 레벨을 갖는 금속급 실리콘을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 약 60ppmw까지의 인 레벨을 갖는 금속급 실리콘을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 약 40ppmw까지의 인 레벨을 갖는 금속급 실리콘을 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 적어도 약 10ppmw의 인 레벨을 갖는 금속급 실리콘을 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 적어도 약 20ppmw의 인 레벨을 갖는 금속급 실리콘을 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 적어도 약 40ppmw의 인 레벨을 갖는 금속급 실리콘을 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 적어도 약 60ppmw의 인 레벨을 갖는 금속급 실리콘을 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 약 25ppmw까지의 붕소 레벨을 갖는 금속급 실리콘을 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 약 15ppmw까지의 붕소 레벨을 갖는 금속급 실리콘을 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 약 10ppmw까지의 붕소 레벨을 갖는 금속급 실리콘을 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 적어도 약 3ppmw의 붕소 레벨을 갖는 금속급 실리콘을 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 적어도 약 7ppmw의 붕소 레벨을 갖는 금속급 실리콘을 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 적어도 약 10ppmw의 붕소 레벨을 갖는 금속급 실리콘을 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 소스 실리콘은 적어도 약 15ppmw의 붕소 레벨을 갖는 금속급 실리콘을 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 적어도 약 0.05중량%로 사용된다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 적어도 약 0.10중량%로 사용된다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 약 0.10중량% 내지 약 2.5중량%로 사용된다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 약 5중량%까지 사용된다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 약 2.5중량%까지 사용된다.
특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 합성 카날라이트를 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 자연적으로 발생하는(예를 들어 천연의) 카날라이트를 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 무수 카날라이트를 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 수화된 카날라이트를 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 염화마그네슘칼륨을 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 KMgCl3, K2MgCl4, K3Mg2Cl7, Na2MgCl4 및 MgNaCl3 중 적어도 하나를 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 KMgCl3, K2MgCl4 및 K3Mg2Cl7 중 적어도 하나를 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 KMgCl3, K2MgCl4 및 K3Mg2Cl7의 조합을 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 미립자로서 염화마그네슘칼륨을 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 과립 형태(예를 들어, 약 0.03-0.12인치, 즉 약 0.8-3.15mm)로 염화마그네슘칼륨을 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 용매 금속은 구리, 주석, 아연, 안티몬, 은, 비스무스, 알루미늄, 카드뮴, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 이의 합금 및 이의 조합 중 적어도 하나를 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 용매 금속은 알루미늄 또는 이의 합금, 및 구리, 주석, 아연, 안티몬, 은, 비스무스, 카드뮴, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 이의 합금 중 적어도 하나를 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 용매 금속은 알루미늄 또는 이의 합금을 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 용매 금속은 알루미늄을 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 용융액은 용매 금속 및 실리콘을 접촉시켜 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 가열하여 용융액을 형성하는 단계 및 그 후 상기 용융액을 알칼리 마그네슘 할로겐화물에 접촉시키는 단계에 의해 형성된다.
특정 구현예에서, 상기 용융액은 용매 금속 및 실리콘을 접촉시켜 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 가열하여 용융액을 형성하는 단계 및 그 후 상기 용융액을 알칼리 마그네슘 할로겐화물에 접촉시키는 단계에 의해 형성되며, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 기저부에서 상기 용융액과 접촉된다.
특정 구현예에서, 상기 용융액은 용매 금속 및 실리콘을 접촉시켜 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 가열하여 용융액을 형성하는 단계 및 그 후 상기 용융액을 알칼리 마그네슘 할로겐화물에 접촉시키는 단계에 의해 형성되며, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은, 상기 용융액의 기저부 내로 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물을 주입함으로써 상기 용융액의 기저부에서 상기 용융액과 접촉된다.
특정 구현예에서, 상기 용융액은 용매 금속 및 실리콘을 접촉시켜 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 가열하여 용융액을 형성하는 단계 및 그 후 상기 용융액을 알칼리 마그네슘 할로겐화물에 접촉시키는 단계에 의해 형성되며, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은, 상기 용융액의 기저부 내로 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물을 주입함으로써 상기 용융액의 기저부에서 상기 용융액과 접촉되고, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 상부 표면으로 부유하거나 떠오르게 된다.
특정 구현예에서, 상기 모액은 적어도 약 2,000ppmw의 알루미늄을 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 모액은 적어도 약 1,000ppmw의 알루미늄을 포함한다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 모액은 적어도 약 500ppmw의 알루미늄을 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 모액을 형성하는 실리콘은 실리콘 정제 공정으로부터 재활용된 실리콘을 포함한다.
특정 구현예에서, 용융액을 형성하기 위한 가열은 적어도 약 1400℃의 온도를 달성하기 위해 수행될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 용융액을 형성하기 위한 가열은 적어도 약 1450℃의 온도를 달성하기 위해 수행될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 용융액을 형성하기 위한 가열은 적어도 약 1500℃의 온도를 달성하기 위해 수행될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 용융액을 형성하기 위한 가열은 약 1400℃ 내지 약 1600℃의 온도를 달성하기 위해 수행될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 용융액을 형성하기 위한 가열은 약 1450℃ 내지 약 1550℃의 온도를 달성하기 위해 수행될 수 있다.
특정 구현예에서, 상기 실리콘 결정 및 상기 모액을 제공하기 위한 상기 용융액의 냉각은 고상선 온도 위의 온도에서 수행된다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 실리콘 결정 및 상기 모액을 제공하기 위한 상기 용융액의 냉각은 고상선 및 액상선 온도 사이의 온도에서 수행된다.
특정 구현예에서, 상기 냉각은 적어도 약 20℃의 온도에서 수행될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 냉각은 약 0℃ 내지 약 60℃의 온도에서 수행될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 냉각은 약 15℃ 내지 약 40℃의 온도에서 수행될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 냉각은 약 500℃/hr까지의 속도, 약 250℃/hr까지, 약 125℃/hr까지, 약 100℃/hr까지 또는 약 75℃/hr까지의 속도로 수행될 수 있다.
특정 구현예에서, 상기 용융액은 상기 고상선 온도에 근접하게 그러나 그 위의 온도(예를 들어, 고상선 온도 위 약 200℃ 내, 고상선 온도 위 약 125℃ 내, 또는 고상선 온도 위 약 50℃ 내)로 냉각될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 용융액은 약 700℃ 내지 약 750℃의 온도로 냉각될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 용융액은 고상선 위의 온도 및 액상선 아래의 온도로 냉각될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 용융액은 상기 액상선 아래의 온도로 냉각될 수 있다.
특정 구현예에서, 상기 용융액은 적어도 약 2시간 길이의 시간에 걸쳐 냉각될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 용융액은 적어도 약 4시간 길이의 시간에 걸쳐 냉각될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 용융액은 적어도 약 8시간 길이의 시간에 걸쳐 냉각될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 용융액은 적어도 약 12시간 길이의 시간에 걸쳐 냉각될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 용융액은 적어도 약 24시간 길이의 시간에 걸쳐 냉각될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 용융액은 적어도 약 48시간 길이의 시간에 걸쳐 냉각될 수 있다.
특정 구현예에서, 본 명세서에 기술된 방법들은 실리콘을 정제하기 위해 사용된다(예를 들어, 상기 방법은 실리콘을 정제하기 위해 수행된다). 추가의 특정 구현예에서, 상기 방법은 실리콘을 정제하기 위한 하나의 방법이며(예를 들어, 상기 방법은 실리콘을 정제하기 위해 수행된다), 상기 정제된 실리콘은 후속적으로 추가 정제될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 방법은 실리콘을 정제하기 위한 하나의 방법이며(예를 들어, 상기 방법은 실리콘을 정제하기 위해 수행된다), 상기 정제된 실리콘은 예를 들어, 방향성 고체화(DS: directional solidification)를 사용하여 후속 정제될 수 있다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 방법은 실리콘을 정제하기 위한 하나의 방법이며(예를 들어, 상기 방법은 실리콘을 정제하기 위해 수행된다), 상기 정제된 실리콘은 후속적으로 추가 정제되어 태양 패널의 제조에 사용될 수 있다.
특정 구현예에서, 상기 방법은 배치 또는 연속적인 방식으로 수행된다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 방법은 배치 방식으로 수행된다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 방법은 연속적인 방식으로 수행된다.
본 명세서에 기술된 상기 방법들은 필수 순도를 갖는 실리콘 결정을 생성할 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 적어도 약 95중량% 순수하다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 적어도 약 96중량% 순수하다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 적어도 약 97중량% 순수하다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 적어도 약 98중량% 순수하다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 적어도 약 98.5중량% 순수하다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 적어도 약 99중량% 순수하다. 추가의 특정 구현예에서, 상기 정제된 실리콘 결정은 적어도 약 99.5중량% 순수하다.
본 명세서에 기술된 방법들은 상업적 또는 산업적 규모로 정제된 실리콘 결정을 생산할 수 있다. 특정 구현예에서, 본 명세서에 기술된 방법들은 배치당 적어도 약 150kg의 실리콘 결정을 생산할 수 있다. 특정 구현예에서, 본 명세서에 기술된 방법들은 배치당 적어도 약 240kg의 실리콘 결정을 생산할 수 있다. 특정 구현예에서, 본 명세서에 기술된 방법들은 배치당 적어도 약 300kg의 실리콘 결정을 생산할 수 있다. 특정 구현예에서, 본 명세서에 기술된 방법들은 배치당 적어도 약 500kg의 실리콘 결정을 생산할 수 있다.
본 명세서에 기술된 방법들은 단계들을 포함하는데, 단계들 중 하나하나의 단계는 한번만 수행될 수 있다. 선택적으로, 본 명세서에 기술된 방법들은 단계들을 포함하는데, 상기 단계들 중 임의의 하나 이상의 단계들은 독립적으로 1회 이상 반복될 수 있다. 예를 들어, 상기 단계들 중 임의의 하나 이상의 단계들은 독립적으로 1회, 2회, 3회, 4회 또는 5회 반복될 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 방법들은 단계들 중 하나하나의 단계가 독립적으로 1회 이상 반복될 수 있는 단계들을 포함한다. 예를 들어, 단계들 중 각각은 독립적으로 1회, 2회, 3회, 4회 또는 5회 반복될 수 있다.
하기에 제공되는 구체적으로 열거된 구현예들 [1] 내지 [51]은 예시의 목적만을 위한 것이며, 청구항들에 의해 규정되는 바와 같은 개시된 본 발명의 범주를 제한하는 것은 아니다. 이들 열거된 구현예들은 본원에 기술된 구현예들의 모든 조합, 하부 조합 및 다중 인용(예로써 다중 종속) 조합을 포함한다.
열거된 구현예들
[1] (a) 용매 금속, 실리콘 및 알칼리 마그네슘 할로겐화물로부터 용융액을 형성하는 단계;
(b) 상기 용융액을 냉각하여 실리콘 결정 및 모액을 제공하는 단계; 및
(c) 상기 모액으로부터 상기 실리콘 결정을 분리하는 단계를 포함하는 방법.
[2] 구현예 [1]의 방법에 있어서, 상기 방법은 실리콘 정제 방법이다.
[3] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 실리콘 결정은 인으로부터 정제된다.
[4] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 실리콘 결정은 붕소로부터 정제된다.
[5] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액은 용매 금속 및 실리콘을 접촉시켜 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 가열하여 용융액을 형성하고, 및 그 후 상기 용융액을 알칼리 마그네슘 할로겐화물에 접촉시킴으로써 형성된다.
[6] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액은 용매 금속 및 실리콘을 접촉시켜 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 가열하여 용융액을 형성하고, 및 그 후 상기 용융액을 알칼리 마그네슘 할로겐화물에 접촉시킴으로써 형성되며, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 기저부에서 상기 용융액과 접촉한다.
[7] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액은 용매 금속 및 실리콘을 접촉시켜 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 가열하여 용융액을 형성하고, 및 그 후 상기 용융액을 알칼리 마그네슘 할로겐화물에 접촉시킴으로써 형성되며, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 기저부 내로 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물을 주입함으로써 상기 용융액의 기저부에서 상기 용융액과 접촉한다.
[8] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액은 용매 금속 및 실리콘을 접촉시켜 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 가열하여 용융액을 형성하고, 및 그 후 상기 용융액을 알칼리 마그네슘 할로겐화물에 접촉시킴으로써 형성되며, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 기저부 내로 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물을 주입함으로써 상기 용융액의 기저부에서 상기 용융액과 접촉하고, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 최상부 표면으로 부유하거나 떠오르게 된다.
[9] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액과 접촉하는 상기 실리콘은 금속급(MG) 실리콘이다.
[10] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액과 접촉하는 상기 실리콘은 약 60ppmw까지의 인 레벨을 갖는 금속급(MG) 실리콘이다.
[11] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액과 접촉하는 상기 실리콘은 약 15ppmw까지의 붕소 레벨을 갖는 금속급(MG) 실리콘이다.
[12] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 모액으로부터 분리된 상기 실리콘 결정은 약 8ppmw 이하의 인을 포함한다.
[13] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 모액으로부터 분리된 상기 실리콘 결정은 약 4ppmw 이하의 인을 포함한다.
[14] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 모액으로부터 분리된 상기 실리콘 결정은 약 5ppmw 이하의 붕소를 포함한다.
[15] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 모액으로부터 분리된 상기 실리콘 결정은 약 1ppmw 이하의 붕소를 포함한다.
[16] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용매 금속은 구리, 주석, 아연, 안티몬, 은, 비스무스, 알루미늄, 카드뮴, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납 및 이의 합금 중 적어도 하나를 포함한다.
[17] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용매 금속은 알루미늄을 포함한다.
[18] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 용융액의 적어도 약 0.05중량%로 사용된다.
[19] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 용융액의 적어도 약 0.10중량%로 사용된다.
[20] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 용융액의 약 0.10중량% 내지 약 5중량%로 사용된다.
[21] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 용융액의 약 10중량%까지 사용된다.
[22] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액을 냉각하여 상기 실리콘 결정 및 상기 모액을 제공하는 단계는 고상선 온도 위의 온도에서 수행된다.
[23] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액을 냉각하여 상기 실리콘 결정 및 상기 모액을 제공하는 단계는 고상선 및 액상선 온도 사이의 온도에서 수행된다.
[24] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 모액으로부터 분리된 상기 실리콘 결정은 약 3,000ppmw 이하의 알루미늄을 포함한다.
[25] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 모액으로부터 분리된 상기 실리콘 결정은 약 1,500ppmw 이하의 알루미늄을 포함한다.
[26] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 적어도 약 240kg의 실리콘 결정이 수득된다.
[27] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 단계들 (a)-(c) 중 임의의 하나 이상이 1회 이상 반복된다.
[28] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 단계들 (a)-(c) 각각은 독립적으로 1회 이상 반복된다.
[29] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 배치 또는 연속적인 방식으로 수행된다.
[30] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 모액은 적어도 약 1,000ppmw의 알루미늄을 포함한다.
[31] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 실리콘 결정은 적어도 약 0.5cm의 평균 직경을 가진다.
[32] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 합성 카날라이트를 포함한다.
[33] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 무수 카날라이트를 포함한다.
[34] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 염화마그네슘칼륨을 포함한다.
[35] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 KMgCl3, K2MgCl4, K3Mg2Cl7, Na2MgCl4 및 MgNaCl3 중 적어도 하나를 포함한다.
[36] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 KMgCl3, K2MgCl4 및 K3Mg2Cl7 중 적어도 하나를 포함한다.
[37] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 KMgCl3, K2MgCl4 및 K3Mg2Cl7의 조합을 포함한다.
[38] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 실리콘 결정은 순도가 적어도 약 98중량%이다.
[39] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액을 형성하는 실리콘은 약 98중량% 이하의 순도를 가진다.
[40] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 미립자로서 염화마그네슘칼륨을 포함한다.
[41] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 과립 형태로 염화마그네슘칼륨을 포함한다.
[42] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액을 마그네슘 금속(Mg0)과 접촉하는 단계를 추가로 포함한다.
[43] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액을 상기 용융액의 적어도 약 0.1중량%로 사용되는 마그네슘 금속(Mg0)과 접촉하는 단계를 추가로 포함한다.
[44] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액을 상기 용융액의 약 10중량%까지로 사용되는 마그네슘 금속(Mg0)과 접촉하는 단계를 추가로 포함한다.
[45] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액을 상기 용융액의 약 0.2-5중량%로 사용되는 마그네슘 금속(Mg0)과 접촉하는 단계를 추가로 포함한다.
[46] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액을 MgCl2, KCl 및 NaCl 중 적어도 하나와 접촉하는 단계를 추가로 포함한다.
[47] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 용융액을 염소(Cl2), 산소(O2), 질소(N2), 헬륨(He), 아르곤(Ar), 수소(H2), 육플루오르화황(SF6), 포스겐(COCl2), 사염화탄소(CCl4), 수증기(H2O), 산소(O2), 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 사염화규소(SiCl4) 및 사플루오르화규소(SiF4) 중 적어도 하나와 접촉하는 단계를 추가로 포함한다.
[48] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 실리콘 결정은 인으로부터 정제되어서, 상기 인의 적어도 약 25중량%가 상기 실리콘으로부터 제거된다.
[49] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 실리콘 결정은 인으로부터 정제되어서, 상기 인의 적어도 약 33중량%가 상기 실리콘으로부터 제거된다.
[50] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 실리콘 결정은 인으로부터 정제되어서, 상기 인의 약 50중량%까지가 상기 실리콘으로부터 제거된다.
[51] 상기 구현예들 중 어느 한 방법에 있어서, 상기 실리콘 결정은 인으로부터 정제되어서, 상기 인의 약 43중량%까지가 상기 실리콘으로부터 제거된다.
도 1은 실리콘 정제 방법의 블록 플로우 다이어그램을 도시한다.
도 2는 실리콘 정제 방법의 블록 플로우 다이어그램을 도시한다.

Claims (51)

  1. (a) 용매 금속, 실리콘 및 알칼리 마그네슘 할로겐화물로부터 용융액을 형성하는 단계;
    (b) 상기 용융액을 냉각하여 실리콘 결정 및 모액을 제공하는 단계; 및
    (c) 상기 모액으로부터 상기 실리콘 결정을 분리하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    실리콘 정제 방법인 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 실리콘 결정은 인으로부터 정제된 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 결정은 붕소로부터 정제된 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액은 용매 금속 및 실리콘을 접촉시켜 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 가열하여 용융액을 형성하고, 및 그 후 상기 용융액을 알칼리 마그네슘 할로겐화물에 접촉시킴으로써 형성되는 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액은 용매 금속 및 실리콘을 접촉시켜 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 가열하여 용융액을 형성하고, 및 그 후 상기 용융액을 알칼리 마그네슘 할로겐화물에 접촉시킴으로써 형성되며, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 기저부에서 상기 용융액과 접촉하는 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액은 용매 금속 및 실리콘을 접촉시켜 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 가열하여 용융액을 형성하고, 및 그 후 상기 용융액을 알칼리 마그네슘 할로겐화물에 접촉시킴으로써 형성되며, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 기저부 내로 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물을 주입함으로써 상기 용융액의 기저부에서 상기 용융액과 접촉하는 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액은 용매 금속 및 실리콘을 접촉시켜 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 가열하여 용융액을 형성하고, 및 그 후 상기 용융액을 알칼리 마그네슘 할로겐화물에 접촉시킴으로써 형성되며, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 기저부 내로 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물을 주입함으로써 상기 용융액의 기저부에서 상기 용융액과 접촉하고, 상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 최상부 표면으로 부유하거나 떠오르게 되는 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액과 접촉하는 상기 실리콘은 금속급(MG) 실리콘인 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액과 접촉하는 상기 실리콘은 약 60ppmw까지의 인 레벨을 갖는 금속급(MG) 실리콘인 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액과 접촉하는 상기 실리콘은 약 15ppmw까지의 붕소 레벨을 갖는 금속급(MG) 실리콘인 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모액으로부터 분리된 상기 실리콘 결정은 약 8ppmw 이하의 인을 포함하는 방법.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모액으로부터 분리된 상기 실리콘 결정은 약 4ppmw 이하의 인을 포함하는 방법.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모액으로부터 분리된 상기 실리콘 결정은 약 5ppmw 이하의 붕소를 포함하는 방법.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모액으로부터 분리된 상기 실리콘 결정은 약 1ppmw 이하의 붕소를 포함하는 방법.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용매 금속은 구리, 주석, 아연, 안티몬, 은, 비스무스, 알루미늄, 카드뮴, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납 및 이의 합금 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용매 금속은 알루미늄을 포함하는 방법.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 적어도 약 0.05중량%로 사용되는 방법.
  19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 적어도 약 0.10중량%로 사용되는 방법.
  20. 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 약 0.10중량% 내지 약 5중량%로 사용되는 방법.
  21. 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 상기 용융액의 약 10중량%까지 사용되는 방법.
  22. 청구항 1 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액을 냉각하여 상기 실리콘 결정 및 상기 모액을 제공하는 단계는 고상선 온도 위의 온도에서 수행되는 방법.
  23. 청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액을 냉각하여 상기 실리콘 결정 및 상기 모액을 제공하는 단계는 고상선 및 액상선 온도 사이의 온도에서 수행되는 방법.
  24. 청구항 1 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모액으로부터 분리된 상기 실리콘 결정은 약 3,000ppmw 이하의 알루미늄을 포함하는 방법.
  25. 청구항 1 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모액으로부터 분리된 상기 실리콘 결정은 약 1,500ppmw 이하의 알루미늄을 포함하는 방법.
  26. 청구항 1 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 약 240kg의 실리콘 결정이 수득되는 방법.
  27. 청구항 1 내지 청구항 26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계들 (a)-(c) 중 임의의 하나 이상이 1회 이상 반복되는 방법.
  28. 청구항 1 내지 청구항 27 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계들 (a)-(c) 각각은 독립적으로 1회 이상 반복되는 방법.
  29. 청구항 1 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서,
    배치 또는 연속적인 방식으로 수행되는 방법.
  30. 청구항 1 내지 청구항 29 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모액은 적어도 약 1,000ppmw의 알루미늄을 포함하는 방법.
  31. 청구항 1 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 결정은 적어도 약 0.5cm의 평균 직경을 가지는 방법.
  32. 청구항 1 내지 청구항 31 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 합성 카날라이트(carnallite)를 포함하는 방법.
  33. 청구항 1 내지 청구항 32 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 무수 카날라이트를 포함하는 방법.
  34. 청구항 1 내지 청구항 33 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 염화마그네슘칼륨을 포함하는 방법.
  35. 청구항 1 내지 청구항 34 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 KMgCl3, K2MgCl4, K3Mg2Cl7, Na2MgCl4 및 MgNaCl3 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  36. 청구항 1 내지 청구항 35 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 KMgCl3, K2MgCl4 및 K3Mg2Cl7 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  37. 청구항 1 내지 청구항 36 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 KMgCl3, K2MgCl4 및 K3Mg2Cl7의 조합을 포함하는 방법.
  38. 청구항 1 내지 청구항 37 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 결정은 순도가 적어도 약 98중량%인 방법.
  39. 청구항 1 내지 청구항 38 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액을 형성하는 상기 실리콘은 약 98중량% 이하의 순도를 가지는 방법.
  40. 청구항 1 내지 청구항 39 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 미립자로서 염화마그네슘칼륨을 포함하는 방법.
  41. 청구항 1 내지 청구항 40 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리 마그네슘 할로겐화물은 과립 형태로 염화마그네슘칼륨을 포함하는 방법.
  42. 청구항 1 내지 청구항 41 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액을 마그네슘 금속(Mg0)과 접촉하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  43. 청구항 1 내지 청구항 42 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액을 상기 용융액의 적어도 약 0.1중량%로 사용되는 마그네슘 금속(Mg0)과 접촉하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  44. 청구항 1 내지 청구항 43 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액을 상기 용융액의 약 10중량%까지로 사용되는 마그네슘 금속(Mg0)과 접촉하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  45. 청구항 1 내지 청구항 44 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액을 상기 용융액의 약 0.2-5중량%로 사용되는 마그네슘 금속(Mg0)과 접촉하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  46. 청구항 1 내지 청구항 45 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액을 MgCl2, KCl 및 NaCl 중 적어도 하나와 접촉하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  47. 청구항 1 내지 청구항 46 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융액을 염소(Cl2), 산소(O2), 질소(N2), 헬륨(He), 아르곤(Ar), 수소(H2), 육플루오르화황(SF6), 포스겐(COCl2), 사염화탄소(CCl4), 수증기(H2O), 산소(O2), 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 사염화규소(SiCl4) 및 사플루오르화규소(SiF4) 중 적어도 하나와 접촉하는 단계를 추가로 포함한다.
  48. 청구항 1 내지 청구항 47 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 결정은 인으로부터 정제되어서, 상기 인의 적어도 약 25중량%가 상기 실리콘으로부터 제거되는 방법.
  49. 청구항 1 내지 청구항 48 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 결정은 인으로부터 정제되어서, 상기 인의 적어도 약 33중량%가 상기 실리콘으로부터 제거되는 방법.
  50. 청구항 1 내지 청구항 49 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 결정은 인으로부터 정제되어서, 상기 인의 약 50중량%까지가 상기 실리콘으로부터 제거되는 방법.
  51. 청구항 1 내지 청구항 50 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 결정은 인으로부터 정제되어서, 상기 인의 약 43중량%까지가 상기 실리콘으로부터 제거되는 방법.
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