NO310347B1 - Fremgangsmåte for rensing av silisium - Google Patents
Fremgangsmåte for rensing av silisium Download PDFInfo
- Publication number
- NO310347B1 NO310347B1 NO19912074A NO912074A NO310347B1 NO 310347 B1 NO310347 B1 NO 310347B1 NO 19912074 A NO19912074 A NO 19912074A NO 912074 A NO912074 A NO 912074A NO 310347 B1 NO310347 B1 NO 310347B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- silicon
- plasma
- molten silicon
- silica
- gas
- Prior art date
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims description 112
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims description 112
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 41
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 86
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 39
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 33
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 13
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 107
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 19
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 14
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 11
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 8
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 4
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 4
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011172 small scale experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
Description
Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for rensing av silisium i en slik grad at den passer for solceller.
Høy-renhetssilisium til solceller bør ha en resistivitet som er større enn, omtrent 0,1 fi.cm. Derfor er det nødvendig at innholdet av urenheter i slik høy-renhetssilisium er i størrelsesorden ppm. Det har blitt gjort mange undersøkelser for å oppnå dette målet; imidlertid er bor og karbon fremdeles vanskelig å fjerne.
En kjent fremgangsmåte for å fjerne bor er ved å smelte silisium under en høy-temperaturplasma som er generert ved radio-frekvenseksitering. (Se japansk patent nr. 218506/- 1988). Ifølge beskrivelsen består denne metoden av et første trinn med å behandle silisium med en (blandet) gass som består av 1-10056 hydrogen og 99-0$ argon, og et andre trinn med å behandle silisium med en plasma som er generert i en blandet gass som består av 0,005-0,05$ oksygen og 1-99,995$ hydrogen. Denne metoden har noen ulemper som inkluderer: (a) Uøkonomisk som resultat av anvendelse av en termisk ineffektiv plasma til både smelting og rensing av silisium. (b) Lav produktivitet i en plasma som for det meste smelter et relativt lite begrenset silisiumareal (som ikke garanterer masseproduksjon av solceller). (c) Restriksjoner ved økning av oksygenkonsentrasjonen av plasmagass som er uunngåelig for å redusere tap (ved spredning eller damping) av silisium som foregår på grunn av lokal omfattende oppvarming under rensingen.
Når det gjelder fjerning av karbon er det beskrevet i japansk patent nr. 292613/1987 en fremgangsmåte som består av blåsing med argongass (under redusert trykk) over smeltet silisium i en silika smeltedigel på en slik måte at man omrører den smeltede' silisium. Denne metoden er langsom når det gjelder dekarbonisering og dårlig når det gjelder produktivitet.
Foreliggende oppfinnelse ble gjennomført for å imøtegå de ovenf ornevnte problemene. Det er således et mål med foreliggende oppfinnelse å skaffe til veie en metode for rensing av silisium. Med andre ord er det et mål med foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en økonomisk, effektiv metode for rensing av metallurgisk-kvalitetssilisium (som inneholder bor og karbon i et høyere kvalitetsnivå enn det som er nødvendig i solceller) i en slik grad at den passer til solceller, og også å frembringe et apparat som er nødvendig for å gjennom-føre metoden. Fig. 1 er et langsgående snitt som viser et apparat til rensing av silisium som tilhører den første utførel-sesformen. Fig. 2 er en graf som viser hvordan konsentrasjonen av bor i silisium endrer med tiden når silisium blir renset ved å anvende apparatet som er vist i fig. 1. Fig. 3 er en graf som viser hvordan hastighetskoeffesienten k varierer avhengig av modifikasjonen av plasmagassen. Fig. 4 er et langsgående snitt som viser et apparat for rensing av silisium som vedrører den andre utførel-sesformen.
Ifølge fremgangsmåten i foreliggende oppfinnelse blir silisium renset ved retting av en bue-indusert høy-temperatur, høy-hastighetsplasmastråle mot overflaten av smeltet silisium oppvarmet ved induksjon eller resistans i en beholder som er kledd med silika eller et silika-basert motstandsdyktig materiale, og forårsaker dermed at plasmastrålen omrører smeltet silisium og fremstiller en høy-temperaturflekk der bor og karbon rømmer fra smeltet silisium. Det er ønskelig at den Inerte gassen (slik som argon eller helium) når plasmagassen blir blandet med 0,1 til 10 volum-Sé damp og/eller mindre enn 1 g silikapulver pr. liter lnertgass ved normaltilstand (0"C og 1 atm). Det er også ønskelig at en spenning for plasmagenerering blir påsatt over den smeltede silisium og plasmalansen som utstråler fra plasmastrålen.
Således angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for rensing av silisium som omfatter at man retter en plasmastråle med en lnertgass mot overflaten av smeltet silisium, kjennetegnet ved at silisiumet holdes i en beholder som er belagt med silika eller silika-basert motstandsdyktig materiale, der den inerte gassen blir blandet med 0,1-10 volum-$ damp.
Apparatet til silisiumrensing omfatter en beholder som er kledd med silika eller et silikabasert motstandsdyktig materiale for å holde smeltet silisium, en oppvarmingsan-ordning for å varme den smeltede silisium fra utsiden av beholderen, og en plasmaflamme som utsender en plasmastråle mot overflaten til den smeltede silisiumen som blir holdt i beholderen. Det er ønskelig at en spenning for plasmagenerering blir påført over den smeltede silisum og plasmalansen. Det er også ønskelig at beholderen har en bunnåpning og at beholderen er utstyrt med en vann- eller gass-avkjølt elektrode under bunnåpningen, slik at smeiten størkner i bunnåpningen for å forhindre lekkasje av silisium fra beholderen, nevnte elektrode er knyttet til katoden i plasmalansen gjennom en kraftkilde.
En fordel med fremgangsmåten i foreliggende oppfinnelse er at smeltet silisium i. beholderen enkelt blir omrørt ved plasmastrålen og blir således tilført oksygen fra beholderveggen. Det høye oksygeninnholdet i silisiumbadet er gunstig for fjerning av karbon og bor.
Ifølge fremgangsmåten i foreliggende oppfinnelse blir plasma generert ved å anvende en blandet gass som består av en lnertgass (slik som argon og helium) og hydrogen. Rensingen blir gjennomført ved fjerning av bor og karbon i form av oksider. Oksygen for å danne oksider blir tilført fra beholderveggen av silika eller silikabasert motstandsdyktig materiale når smeltet silisium blir omrørt. Silika som utgjør beholderveggen eller smeltedigelbekledningen forhindrer innføring av urenheter i silisium, tilfører oksygen, og fungerer som reaksjonssete for karbonfjerning. Derfor er silika uunngåelig for karbonfjerning. For rask karbonfjerning er det ønskelig å tilsette en oksyderende gass (slik som damp og oksygen, fortrinnsvis damp) og/eller silikapulver til plasmagassen ved utløpet av plasmalansen. Mengden damp som blir tilsatt er 0,1-10 volum-$, og mengden silikapulver som blir tilsatt er mindre enn 1 g pr. liter lnertgass ved normaltilstand. Oksygen i plasmastrålen kan danne faststoff-silika på overflaten av smeltet silisium, hvis dens innhold er høyt. Dette fast silika blir enkelt smeltet ved tilsetning av mindre mengder fluks (slik som CaO og CaF2) for å forsikre glatt omrøring av smeltet silisium ved plasmastrålen. I tillegg kan inertgass (slik som argon og helium) som plasmagass bli blandet med hydrogen for å øke plasmastråle-kraften, og dermed frembringe den samme effekten som i det tilfellet der smeltet silium blir omrørt mer kraftig.
Selv om den ovenfornevnte metoden benytter en plasmalansen som genererer en bue deri, er det mulig å gjøre modifiksjoner ved å anvende en spenning tvers over plasmalansen og smeltet silisium. Denne modifikasjonen blir gjennomført ved å lage en åpning i bunnen av beholderen og skaffe tilveie bunnen av beholderen med en elektrode. Den pålagte spenningen genererer en elektronstråle som strømmer fra katoden i plasmalansen til smeltet silisium. Konsekvensen av buelaging på utsiden av plasmalansen er en energisparing som er et resultat at mindre varmegenerering i plasmalansen. Videre treffer elektronstrålen i forbindelse med plasmastrålen på overflaten av smeltet silisium, ikke bare omrører den smeltede silisum men også tillater at en elektrisk strøm kan strømme gjennom smeltet silisum. Denne elektriske strømmen intensiverer omrøringen. Når plasmastrålen og elektronstrålen støter på overflaten av smeltet silisium, danner de en høytemperatur-flekk der reaksjonen foregår raskt for fjerning av bor og karbon fra silisium.
Reaksjonene for fjerningen av bor og karbon foregår ved en tilstrekkelig høy hastighet selv under atmosfærisk trykk som nevnt over. For høyere produktivitet er det ønskelig å gjennomføre prosedyren under redusert trykk. Det foretrukkede trykket er i området fra 10"^ til 1 atm for å unngå over-skuddstap av silisium i form av monoksid.
Omrøringen av smeltet silisium forhindrer overflatelaget med smeltet silisium og bli omfattende oppvarmet av plasmastrålen (og elektronstrålen) som støter på den smeltede silisium-overflaten. Med andre ord er den kraftige oppvarmingen ved plasmastrålen (og elektronstrålen) begrenset til et smalt område på overflaten av smeltet silisium. Dette minimaliserer tapet av silisium ved avdamping. Denne effekten blir øket ved å pålegge en elektrisk strøm til smeltet silisium, og dermed fremme dens omrøring.
Det er funnet ved små-scalaeksperimenter at tilstrekkelig omrøring av smeltet silisium reduserer tap av silisium under 10$ under rensingsprosessen selv om mengden damp som blir tilført plasmagassen blir øket til 10 volum-$. Således er omrøring av smeltet silisium essensielt i foreliggende oppfinnelse. Et bedre resultat blir oppnådd når induksjonsoppvarming blir anvendt på den smeltede silisium. Rensingsmetoden i foreliggende oppfinnelse kan bli anvendt på metallurgisk-kvalitetssilisium; imidlertid for effektiv fjerning av karbon er det ønskelig å tidligere fjerne silisiumkarbid fra det ved filtrering. Renset silisium kan ytterligere bli renset enkelt ved soneraffinering eller retningsstørkning til en høyere renhet som er nødvendig i solceller.
Som nevnt over er foreliggende oppfinnelse utformet til å rense silisium ved å rette en plasmastråle mot overflaten til indusert-oppvarmet smeltet silisium. Ved å anvende en plasmastråle på denne måten til rensing forhindres inntreng-ning av urenheter av silisium fra plasmalansen og det minimaliserer energitap.
Eksempler
Oppfinnelsen vil bli forklart i mer detalj med referanse til følgende eksempler. Et apparat (som første utførelsesform) som vedrører foreliggende oppfinnelse er vist i fig. 1 som er et langsgående snitt. Det er vist smeltet silisium 1, en kvartssmeltedigel 2, en varme-isolerende bekledning 3 og en induksjonsvarmecoil 4. Over smeltet silisium vises en plasmalanse 5 som har en anode 6 og en katode 7 som eksiterer en inertgass 8 til å generere en plasmastråle 10. Plasmastrålen 10 treffer overflaten med smeltet silisium 1. Den inerte gassen kan bli blandet med damp, oksygen og silikapulver 9 inviduelt eller i kombinasjon i henhold til behovet.
Apparatet vist i fig. 1 blir anvendt på følgende måte for å gjennomføre fremgangsmåten i foreliggende oppfinnelse. Først blir silisium smeltet ved den ordinære oppvarmingsanordningen slik som induksjonsoppvarming. Deretter blir en plasmastråle 10 rettet mot overflaten av smeltet silisium 1 hvorved den smeltede silisiumen blir omrørt. En kvartssmeltedigel bør fortrinnsvis bli anvendt for smeltet silisium for å unngå kontaminering. En kvartssmeltedigel kan bli erstattet med en smeltedigel dannet ved stampet silikapulver.
For å vurdere effektiviteten til fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, ble silisiumrensing gjennomført på følgende måte ved å anvende det ovenfor-nevnte apparatet. Metallurgisk-kvalitetssilisium (1 kg) ble smeltet i en kvartssmeltedigel 2 (115 mm i innsidediameter og 70 mm høy) ved induksjonsoppvarming. Mot overflaten av smeltet silisium ble det rettet en plasmastråle 10 generert ved en 30-kW bueplasmab låse lampe 5 plassert 50 mm over smeiten. Det ble funnet at borkonsentrasjonen i smeltet silisium 1 endret seg med tiden som vist i fig. 2. Hastigheten på endringen i borkonsentrasjonen varierer avhengig av om enten plasmagassen ble blandet med damp eller silikapulver.
Reaksjonen for borfjerning ble observert å være av første orden med hensyn på borkonsentrasjonen som vist ved ligning (1) under.
der [B] : konsentrasjon av bor i silisium (ppmw)
t : tid (min)
k : hastighetskoeffesient
C : konstant
Ifølge ligning (1), vil større verdi av k gi mer effektiv fjerning av bor. Resultatet av eksperimentene som ble gjennomført under forskjellige betingelser indikerte av verdien av k varierer avhengig av mengden damp, oksygen og silikapulver som ble tilsatt plasmagassen. Det ble funnet at mengden damp bør være 0,1-10 volum-$ og mengden silikapulver bør være mindre enn 1 g pr. liter plasmagass i normaltilstand, hvis bor skal bli fjernet ved en tilstrekkelig hastighet. Dette er grafisk vist i fig. 3. Det må bemerkes at reaksjonskoeffesienten øker når mengden damp i plasmagassen øker fra 0,1 volum-$ til 10 volum-$. Med en mengde som er mindre enn 0,1 volum-$, er reaksjonskoeffesienten så lav for at reaksjonen bli praktisert. Med en mengde i overskudd av 10 volum-$, blir en film av silisiumoksyd dannet på den delen av overflaten med smeltet silisium som plasmastrålen treffer, og denne filmen forhindrer rensningsprosessen.
For å sammenligne foreliggende oppfinnelse med tidligere kjent teknikk, ble eksperimenter gjennomført for å rense 50 g silisium ifølge metoden (beskrevet i japansk patent nr. 218506/1988) der argon som inneholder 0,005-0,05$ oksygen og 1-99,995$ hydrogen blir benyttet og silisium blir delvis smeltet bare ved varmen av plasmastrålen til gassen, ved å anvende det samme bueplasmaapparatet, men uten enhver beholder, som anvendt i fremgangsmåten i foreliggende oppfinnelse. Ifølge beskrivelsen er øvre grense av oksygen-innhold, som er 0,05$, kritisk. Faktisk når mer enn 0,05$ oksygen ble tilsatt plasmagassen, ble en oksidfilm dannet på overflaten av smeltet silisium, nedsetter fjerningen av bor, og tapet av silisium var så høyt som 40$.
I motsetning til denne tidligere kjente teknikken, gjør fremgangsmåten i foreliggende oppfinnelse det mulig å tilsette en større mengde oksideringsmiddel og å rense en større mengde silisium ved et enkelt trinn i løpet av en kort tid. Det er antatt at plasmastrålen som treffer overflaten med smeltet silisium (omdanning under påvirkning av induksjonsoppvarming) oppvarmer lokalt smeiten til en slik høy temperatur at oksidfilmen derpå forsvinner ved smelting. Videre blir det vurdert at denne effekten blir øket ved tilsetting av damp og silikapulver som oksideringsmiddel. Fremgangsmåten i foreliggende oppfinnelse passer for masseproduksjon av renset silisium på grunn av dens til-pasningsevne til å anvende en større mengde oksideringsmiddel enn konvensjonell teknologi.
Ifølge fremgangsmåten i foreliggende oppfinnelse kan silikapulver bli anvendt som oksideringsmidlet som nevnt over. I praktiske operasjoner produseres det imidlertid en bedre effekt som vist i fig. 3 når anvendt i kombinasjon med damp. I dette tilfellet er tilstrekkelig mengde silikapulver
(som har en gjennomsnittlig partikkeldiameter på 10 pm)
mindre enn 1 g pr. liter plasmagass ved normaltilstand. Med en mengde i overskudd av 1 g pr. normalliter, dekker silikapulver overflaten av smeltet silisium og hindrer operasjonen.
Den samme effekten som nevnt over ble oppnådd når silikapulver ble erstattet med en hvilken som helst annen eller flere av CaO, CaF2 og CaClg- Det er antatt at substituttet smelter for å absorbere silisiumoksid dannet ved reaksjonen.
Eksempel 1
Silisiumrensing (fjerning av bor og karbon) ble gjennomført ved å anvende det samme apparatet som vist i fig. 1, med unntagelse av at kvartssmeltedigelen 2 ble erstattet med en silikasmeltedigel (80 mm i diameter). Rå silisium (500 g) ble plassert i silikasmeltedigelen og smeltet ved 1430°C under atmosfærisk trykk ved induksjonsoppvarming. Mot overflaten av den smeltede silisium ble det i 30 minutter rettet plasmastrålen 10 som var generert ved 30-kW bueplasmalansen 5 tilført med argon som plasmagass ved en hastighet på 15 liter/min. Plasmalansen ble plassert 50 mm over den smeltede silisiumen. Resultatene er vist i tabell 1, nr. 1.
Eksempel 2 og 3
Silisiumrensing (fjerning av bor og karbon) ble gjennomført ved å anvende apparater som vist i fig. 1. Rå silisium (1 kg) ble plassert i kvartssmeltedigelen (115 mm i innsidediameter) og 70 mm høyde) og smeltet ved induksjonsoppvarming. Mot overflaten av smeltet silisium ble det i 60 minutter rettet plasmastråle 10 som var generert ved 30-kW bueplasmalanse 5 tilført med plasmagass som inneholdt 5 volum-$ eller 4,5 volum-# damp. Plasmalansen ble plassert 50 mm over den smeltede" silisium. Resultatene er vist i tabell 1, nr. 2 og 3.
Eksempel 4
Den samme prosedyren som i eksempel 2 og 3 ble gjentatt, med unntagelse av at plasmagassen ble blandet med 3 volum-% damp og silikapulver (0,6 g pr. liter plasmagass ved normaltil-standen). Resultatene er vist i tabell 1, nr. 4.
Eksempel 5 og 6
Den samme prosedyren som i eksempel 1 ble gjentatt, med unntagelse for at plasmagassen ble blandet med 9 volum-# damp (i eksempel 5) eller 0,1 volum-# oksygen (i eksempel 6). Resultatene er vist i tabell 1, nr. 5 og 6. (Det var leilighetsvis, med en mengde oksygen endret til 0,15 volum-5é umulig å gjennomføre tilfredsstillende rensing på grunn av dannelse av fast silika på overflaten av smeltet silisium).
Eksempel 7
Den samme prosedyren som i eksemplene 1, 5 og 6 ble gjentatt, med unntagelse av at plasmagassen ble blandet med 3 volum-# damp og fremgangsmåten ble gjennomført under redusert trykk (IO-<2> atm). Fremgangsmåten varte i 30 minutter. Resultatene er vist i tabell 1, nr. 7.
Eksempel 8
Den samme prosedyren som i eksempel 1 ble gjentatt, med unntagelse av plasmagassen ble blandet med 0,1 volum-# oksygen (under atmosfærisk trykk) og en tilbakestrømning ble tilsatt (sammensatt av 20 g hver av CaF2 og CaO). Resultatene er vist i tabell 1, nr. 8.
Sammenligningseksempel
Silisiumrensing ble gjennomført som følger i hhv. til den konvensjonelle metoden. Rå silisium (500 g) ble smeltet i en silikasmeltedigel (80 mm i diameter) og deretter størknet. Den størknede silisium ble smeltet igjen og renset i 30 minutter' ved hjelp av plasma.
Resultatene er vist i tabell 1, nr. 9. Det er tydelig at den konvensjonelle metoden er dårligere i forhold til metoden i foreliggende oppfinnelse når det gjelder renseeffektivitet og utbytte. I disse eksperimentene var mengden oksygen så lav som 0,05 volum-#. Med en oksygenmengde som er høyere enn dette, var det mulig å gjennomføre tilstrekkelig rensing.
Eksempel 9
Silisiumrensing ble gjennomført ved å anvende et apparat som vist i fig. 4 som er et langsgående snitt. (Like referanse-tall betegner like eller korresponderende deler i fig. 1 og 4).
Apparatet består av en silikasmeltedigel 11 som er belagt med en varme-isolerende bekledning 3, en induksjonsvarmecoil 4 for å smelte silisium, en plasmalanse 5 som utsender en plasmastråle 10 og en elektronstråle 12 mot overflaten av smeltet silisium 1, en vann-avkjølt elektrode 14 plassert under silikasmeltedigelen, og en buekraftkilde 15. Silikasmeltedigelen 11 har en bunnåpning 13. Silisium la i bunnåpningen 13 blir holdt avkjølt og størknet, og den muliggjør at den elektriske strømmen strømmer til den vann-avkjølte elektroden 14. (Vann-avkjøling kan bli erstattet med gass-avkjøling). Buekraftkilden 15 er knyttet til katoden 7 og den vann-avkjølte elektroden 14 ved ledning 16, slik at de danner en lukket krets gjennom elektrodestrømmen 12, den smeltede silisium 1, og den størknede silisium la. Plasmalansen 5 blir tilført en plasmagass 8 som er argon eller argon blandet med helium og/eller hydrogen. Plasmagassen blir blandet med eventuell damp, oksygen, og silikapulver gjennom et innløp 17.
Rå silisium (500 g) ble plassert i silikasmeltedigelen 11 (80 mm i diameter) som har bunnåpning 13 (15 mm i diameter). Silisium ble smeltet ved 1430°C ved induksjonsoppvarmingscoil 14 under atmosfærisk trykk. Mot overflaten av den smeltede silisium ble det i 30 minutter rettet plasmastrålen 10 generert ved 30-kW bueplasmalanse 5 (tilført argon som plasmagassen ved en hastighet på 15 liter/min) sammen med elektronstrålen 12 utsendt fra katoden 7. Plasmalansen ble plassert 50 mm over den smeltede silisium. Resultatene er vist i tabell 2, nr. 1.
Eksempel 10
Den samme prosedyren som i eksempel 9 ble gjentatt, med unntagelse for at plasmagassen ble blandet med 5 volum-# damp. Resultatene er vist i tabell 2, nr. 2.
Eksempel 11
Den samme prosedyren som i eksempel 9 ble gjentatt, med unntagelse for at plasmagassen ble blandet med 3 volum-# damp og fremgangsmåten ble gjennomført under redusert trykk (IO-<2> atm). Resultatene er vist i tabell 2, nr. 3.
Eksempel 12
Den samme prosedyren som i eksempel 9 ble gjentatt, med unntagelse for at plasmagassen ble blandet med 10 volum-# damp. Resultatene er vist i tabell 2, nr. 4.
Som nevnt over fremskaffer foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte og apparat for økonomisk fremstilling, fra rimelig regulær-kvalitetssilisium, høy-renhetssilisium som passer for fremstilling av solceller. Derfor vil foreliggende oppfinnelse gjøre at det blir mindre avhengighet av kostbar semi-leder-kvalitetssilisium for fremstilling av solceller og således vil oppfinnelsen i stor grad bidra til samfunnet med utbredt anvendelse av solceller.
Claims (3)
1.
Fremgangsmåte for rensing av silisium som omfatter at man retter en plasmastråle med en inertgass mot overflaten av smeltet silisium, karakterisert ved at silisiumet holdes i en beholder som er belagt med silika eller silika-basert motstandsdyktig materiale, der den inerte gassen blir blandet med 0,1-10 volum-# damp.
2.
Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at inertgassen som plasmagass blir blandet med mindre enn 1 g silika pr. liter inertgass ved 0"C og 1 atm.
3.
Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 2, karakterisert ved at en spenning for plasmagenerering blir pålagt over den smeltede silisium og plasmalansen som utsender plasmastrålen.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13826890 | 1990-05-30 | ||
| JP13826690 | 1990-05-30 | ||
| JP10434291A JP3205352B2 (ja) | 1990-05-30 | 1991-05-09 | シリコン精製方法及び装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO912074D0 NO912074D0 (no) | 1991-05-29 |
| NO912074L NO912074L (no) | 1991-12-02 |
| NO310347B1 true NO310347B1 (no) | 2001-06-25 |
Family
ID=27310203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO19912074A NO310347B1 (no) | 1990-05-30 | 1991-05-29 | Fremgangsmåte for rensing av silisium |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5182091A (no) |
| EP (1) | EP0459421B1 (no) |
| JP (1) | JP3205352B2 (no) |
| CA (1) | CA2043492C (no) |
| DE (1) | DE69124287T2 (no) |
| NO (1) | NO310347B1 (no) |
Families Citing this family (50)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5346724A (en) * | 1991-04-12 | 1994-09-13 | Nippon Oil Company, Ltd. | Oil and fat composition for lubricating food processing machines and use thereof |
| NO180532C (no) * | 1994-09-01 | 1997-05-07 | Elkem Materials | Fremgangsmåte for fjerning av forurensninger fra smeltet silisium |
| US5753567A (en) * | 1995-08-28 | 1998-05-19 | Memc Electronic Materials, Inc. | Cleaning of metallic contaminants from the surface of polycrystalline silicon with a halogen gas or plasma |
| FR2746785B1 (fr) * | 1996-04-02 | 1998-05-22 | Pechiney Electrometallurgie | Silicium metallurgique a structure controlee destine a la synthese des halogenosilanes |
| JP3325900B2 (ja) * | 1996-10-14 | 2002-09-17 | 川崎製鉄株式会社 | 多結晶シリコンの製造方法及び装置、並びに太陽電池用シリコン基板の製造方法 |
| EP0855367A1 (en) * | 1997-01-22 | 1998-07-29 | Kawasaki Steel Corporation | Method for removing boron from metallurgical grade silicon and apparatus |
| US6368403B1 (en) * | 1997-08-28 | 2002-04-09 | Crystal Systems, Inc. | Method and apparatus for purifying silicon |
| US5972107A (en) * | 1997-08-28 | 1999-10-26 | Crystal Systems, Inc. | Method for purifying silicon |
| FR2772741B1 (fr) * | 1997-12-19 | 2000-03-10 | Centre Nat Rech Scient | Procede et installation d'affinage du silicium |
| AU2001285142A1 (en) | 2000-08-21 | 2002-03-04 | Astropower Inc. | Method and apparatus for purifying silicon |
| US6994835B2 (en) * | 2000-12-28 | 2006-02-07 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation | Silicon continuous casting method |
| FR2827592B1 (fr) | 2001-07-23 | 2003-08-22 | Invensil | Silicium metallurgique de haute purete et procede d'elaboration |
| US20070202029A1 (en) * | 2003-12-04 | 2007-08-30 | Gary Burns | Method Of Removing Impurities From Metallurgical Grade Silicon To Produce Solar Grade Silicon |
| JP4766837B2 (ja) | 2004-03-03 | 2011-09-07 | 新日鉄マテリアルズ株式会社 | シリコンからのホウ素除去方法 |
| FR2871151B1 (fr) * | 2004-06-07 | 2006-08-11 | Centre Nat Rech Scient Cnrse | Installation d'affinage de silicium |
| JP4665479B2 (ja) * | 2004-09-27 | 2011-04-06 | 株式会社 アイアイエスマテリアル | 電子ビームを用いたボロン含有シリコンの精錬方法及び装置 |
| JP4632769B2 (ja) | 2004-12-09 | 2011-02-16 | シャープ株式会社 | シリコンの精製方法 |
| JP5140835B2 (ja) * | 2005-03-07 | 2013-02-13 | 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 | 高純度シリコンの製造方法 |
| JP4966560B2 (ja) | 2005-03-07 | 2012-07-04 | 新日鉄マテリアルズ株式会社 | 高純度シリコンの製造方法 |
| JP4741860B2 (ja) * | 2005-03-07 | 2011-08-10 | 新日鉄マテリアルズ株式会社 | 高純度のシリコンの製造方法 |
| US7572334B2 (en) * | 2006-01-03 | 2009-08-11 | Applied Materials, Inc. | Apparatus for fabricating large-surface area polycrystalline silicon sheets for solar cell application |
| JP5084144B2 (ja) * | 2006-01-18 | 2012-11-28 | 新日鉄マテリアルズ株式会社 | 高純度シリコンの製造方法 |
| RU2445258C2 (ru) * | 2006-04-04 | 2012-03-20 | Калисолар Канада Инк. | Способ очистки кремния |
| US7682585B2 (en) | 2006-04-25 | 2010-03-23 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Silicon refining process |
| FR2912397B1 (fr) * | 2007-02-14 | 2009-05-08 | Commissariat Energie Atomique | Installation d'affinage de silicium. |
| JP2008241197A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 通電加熱装置 |
| JP5400782B2 (ja) | 2007-10-03 | 2014-01-29 | シリコア マテリアルズ インコーポレイテッド | シリコン結晶を得るためのシリコン粉末の処理方法 |
| FR2928641B1 (fr) * | 2008-03-14 | 2010-03-26 | Centre Nat Rech Scient | Procede de purification de silicium pour applications photovoltaiques |
| ITMI20081085A1 (it) * | 2008-06-16 | 2009-12-17 | N E D Silicon S P A | Metodo per la preparazione di silicio di grado metallurgico di elevata purezza. |
| DE112009001990B4 (de) | 2008-08-15 | 2018-01-25 | Ulvac, Inc. | Verfahren zum Reinigen von Silizium |
| JP5512941B2 (ja) * | 2008-08-27 | 2014-06-04 | 株式会社アルバック | シリコンの精製装置および精製方法 |
| JP2011251853A (ja) * | 2008-08-29 | 2011-12-15 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | 珪素の精製方法 |
| IT1394029B1 (it) | 2009-05-12 | 2012-05-25 | Raysolar S R L | Metodo per la purificazione di silicio ed apparato con cui realizzarlo |
| KR100966755B1 (ko) * | 2009-05-25 | 2010-06-29 | (주)원익머트리얼즈 | 금속실리콘의 정제방법 및 그 정제장치 |
| KR20120031159A (ko) | 2009-07-03 | 2012-03-30 | 미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤 | 실리콘의 제조 방법, 실리콘 및 태양 전지용 패널 |
| US8562932B2 (en) | 2009-08-21 | 2013-10-22 | Silicor Materials Inc. | Method of purifying silicon utilizing cascading process |
| FR2950046B1 (fr) * | 2009-09-15 | 2011-11-25 | Apollon Solar | Dispositif a basse pression de fusion et purification de silicium et procede de fusion/purification/solidification |
| TWI393805B (zh) | 2009-11-16 | 2013-04-21 | Masahiro Hoshino | Purification method of metallurgical silicon |
| CN101708850B (zh) * | 2009-11-19 | 2011-09-14 | 大连理工大学 | 连续熔炼去除多晶硅中磷和硼的方法及装置 |
| TWI397617B (zh) * | 2010-02-12 | 2013-06-01 | Masahiro Hoshino | Metal silicon purification device |
| TWI403461B (zh) * | 2010-07-21 | 2013-08-01 | Masahiro Hoshino | Method and apparatus for improving yield and yield of metallurgical silicon |
| CN102742034B (zh) * | 2010-08-16 | 2015-10-14 | 星野政宏 | 冶金硅的提纯方法 |
| CN102834935B (zh) * | 2010-08-16 | 2015-06-03 | 星野政宏 | 用于太阳能电池的冶金硅的提纯设备和方法 |
| CN101948113B (zh) * | 2010-09-19 | 2014-01-01 | 江西盛丰新能源科技有限公司 | 一种物理除磷制备多晶硅的方法及设备 |
| WO2017062571A2 (en) | 2015-10-09 | 2017-04-13 | Milwaukee Silicon, Llc | Purified silicon, devices and systems for producing same |
| CN105671474B (zh) * | 2016-03-18 | 2018-11-30 | 李光武 | 制造半导体基片的方法和装置 |
| RU2693172C1 (ru) * | 2018-10-09 | 2019-07-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" ФГБОУ ВО "РГРТУ" | Способ очистки металлургического кремния от примесей |
| CN109161963A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-01-08 | 大连颐和顺新材料科技有限公司 | 一种高效回收金刚线切割硅粉制备太阳能级多晶硅的方法 |
| RU2707053C1 (ru) * | 2018-12-25 | 2019-11-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ очистки металлургического кремния от углерода |
| CN115872408B (zh) * | 2022-10-19 | 2023-08-11 | 北京理工大学 | 一种基于热等离子体射流的石英砂纯化方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2623413C2 (de) * | 1976-05-25 | 1985-01-10 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum Herstellen von für Halbleiterbauelemente verwendbarem Silicium |
| FR2438499A1 (fr) * | 1978-10-13 | 1980-05-09 | Anvar | Procede de purification et d'elaboration de cristaux par fusion de zone utilisant un jet de plasma et installation correspondante |
| JPS6031761B2 (ja) * | 1979-12-28 | 1985-07-24 | 富士写真フイルム株式会社 | 非晶質シリコン微粉末の製造方法 |
| DE3016807A1 (de) * | 1980-05-02 | 1981-11-05 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zur herstellung von silizium |
| CA1147698A (en) * | 1980-10-15 | 1983-06-07 | Maher I. Boulos | Purification of metallurgical grade silicon |
| JPS57149815A (en) * | 1981-03-05 | 1982-09-16 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Manufacture of granular silicon |
| JPH075288B2 (ja) * | 1985-07-31 | 1995-01-25 | フォトワット・インタナショナル・ソシエテ・アノニム | 分割されたけい素をプラズマの下で精製する方法 |
| EP0274283B1 (fr) * | 1987-01-08 | 1989-05-24 | Rhone-Poulenc Chimie | Procédé de purification sous plasma de silicium divisé |
| US4680096A (en) * | 1985-12-26 | 1987-07-14 | Dow Corning Corporation | Plasma smelting process for silicon |
| JPS62292613A (ja) * | 1986-06-10 | 1987-12-19 | Kawasaki Steel Corp | 高純度けい素の精製方法 |
-
1991
- 1991-05-09 JP JP10434291A patent/JP3205352B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-28 DE DE69124287T patent/DE69124287T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-28 EP EP91108736A patent/EP0459421B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-29 NO NO19912074A patent/NO310347B1/no not_active IP Right Cessation
- 1991-05-29 CA CA002043492A patent/CA2043492C/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-29 US US07/706,990 patent/US5182091A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0459421A1 (en) | 1991-12-04 |
| NO912074D0 (no) | 1991-05-29 |
| DE69124287T2 (de) | 1997-05-07 |
| JPH04228414A (ja) | 1992-08-18 |
| JP3205352B2 (ja) | 2001-09-04 |
| DE69124287D1 (de) | 1997-03-06 |
| US5182091A (en) | 1993-01-26 |
| NO912074L (no) | 1991-12-02 |
| CA2043492A1 (en) | 1991-12-01 |
| CA2043492C (en) | 2000-05-23 |
| EP0459421B1 (en) | 1997-01-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO310347B1 (no) | Fremgangsmåte for rensing av silisium | |
| US5788945A (en) | Method for refining of silicon | |
| US5972107A (en) | Method for purifying silicon | |
| NO335984B1 (no) | Fremgangsmåte for fremstilling av silisium av fotovoltaisk kvalitet | |
| CN101555013A (zh) | 一种工业硅的精炼提纯方法 | |
| JPS5827937A (ja) | 化学的及び冶金学的利用のための移行ア−ク式プラズマ反応器 | |
| US6368403B1 (en) | Method and apparatus for purifying silicon | |
| JP5140835B2 (ja) | 高純度シリコンの製造方法 | |
| KR100275973B1 (ko) | 금속 실리콘으로부터의 붕소제거 방법 및 장치 | |
| CA1250131A (en) | Melt consolidation of silicon powder | |
| US3469968A (en) | Electroslag melting | |
| JP4227956B2 (ja) | 溶融珪素の処理のための珪酸カルシウムスラグ | |
| RU2403299C1 (ru) | Способ вакуумной очистки кремния и устройство для его осуществления (варианты) | |
| JPH05262512A (ja) | シリコンの精製方法 | |
| JP2004125246A (ja) | 高純度Ｓｉの溶解方法およびこれに用いる溶解装置 | |
| RU2381990C1 (ru) | Способ вакуумной очистки кремния | |
| JPH05139713A (ja) | シリコンの精製方法及びその装置 | |
| JP2007191347A (ja) | 高純度シリコンの製造方法 | |
| JP2002173311A (ja) | シリコン溶湯の精製方法 | |
| US9352970B2 (en) | Method for producing silicon for solar cells by metallurgical refining process | |
| CN112723358B (zh) | 一种工业硅降铁除磷的方法 | |
| JP2000007318A (ja) | 金属シリコンからのボロン除去方法及び装置 | |
| JPH10212113A (ja) | 金属シリコンからのボロン除去方法 | |
| US4990179A (en) | Process for increasing the life of carbon crucibles in plasma furnaces | |
| JPH05246706A (ja) | シリコンの精製方法及びその装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MK1K | Patent expired |