WO2010089812A1 - 廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法 - Google Patents

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鈴木文雄
高橋一平
佐々木耕司
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アーベル・システムズ株式会社
Ｔ．Ｎ．Ｇ．テクノロジーズ株式会社
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a solar cell using as raw materials a salt remaining after fresh water is removed from seawater in order to obtain fresh water from seawater and sand existing in a large amount in a desert.
  • JP 2008-282922 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-69643
  • the present invention was developed for the purpose of realizing the above.
  • An important object of the present invention is to effectively use waste salt generated in large quantities due to desalination in the desert region, and further to produce solar grade silicon from almost infinite sand as a raw material. It is to provide a method for manufacturing solar cells from waste salt and desert sand, which realizes an ideal environment by producing electricity and effectively generating power in a desert with little rain.
  • the method for producing a solar cell from waste salt and desert sand according to the present invention is obtained by electrolyzing NaCl of waste salt separated from fresh water from seawater or by electrolyzing salt water containing NaCl of waste salt. Electrolysis step of obtaining NaOH from NaOH obtained in this electrolysis process and desert sand containing SiO 2 are reacted as shown by the formula (1) to form Na 2 SiO 3, and this Na 2 SiO 3 and waste salts are electrolyzed.
  • a sol-gel process in which the resulting HCl is reacted to form H 2 SiO 3 as shown by the formula (2), and the resulting H 2 SiO 3 is fired to increase the purity of SiO 2 ;
  • SiO 2 + 2NaOH ⁇ Na 2 SiO 3 + H 2 O (2) Na 2 SiO 3 + 2HCl ⁇ H 2 SiO 3 + 2NaCl
  • a carbon reduction step in which SiO 2 concentrated in the above sol-gel step is reduced with C as shown by the formula (3) to form high-purity metal silicon; (3) SiO 2 + C ⁇ Si + CO 2
  • the metal silicon obtained in this carbon reduction process is irradiated with an electron beam in vacuum to evaporate and remove impurities, and further oxidized to remove impurities to obtain solar grade silicon,
  • the method for producing a solar cell from the waste salt of the present invention and desert sand is obtained by electrolyzing waste salt NaCl separated from seawater or electrolyzing salt water containing waste salt NaCl.
  • An electrolysis step of obtaining NaOH from the obtained Na; NaOH obtained in this electrolysis process and desert sand containing SiO 2 are reacted as shown by the formula (1) to form Na 2 SiO 3, and this Na 2 SiO 3 and waste salts are electrolyzed.
  • a sol-gel process in which the resulting HCl is reacted to form H 2 SiO 3 as shown by the formula (2), and the resulting H 2 SiO 3 is fired to increase the purity of SiO 2 ;
  • SiO 2 + 2NaOH ⁇ Na 2 SiO 3 + H 2 O (2) Na 2 SiO 3 + 2HCl ⁇ H 2 SiO 3 + 2NaCl
  • a carbon reduction step in which SiO 2 concentrated in the above sol-gel step is reduced with C as shown by the formula (3) to form high-purity metal silicon; (3) SiO 2 + C ⁇ Si + CO 2
  • the metal silicon obtained in the above carbon reduction process is reacted with chlorine to form gaseous silicon tetrachloride, which is distilled to obtain solar grade silicon.
  • a purification process (4) Si + Cl 2 ⁇ SiCl 4 (5) SiCl 4 + 2H 2 ⁇ Si + 4HCl
  • a method for producing a solar cell from waste salt and desert sand comprising a solar cell production step for producing a solar cell from solar grade silicon obtained by the above purification process.
  • the above-mentioned method for producing solar cells from waste salt and desert sand effectively utilizes waste salt generated in large quantities due to desalination in the desert region, and further uses sand that exists almost infinitely in the desert region.
  • Solar grade silicon can be manufactured as a raw material, solar cells can be manufactured, and an ideal environment can be realized by effectively generating power in a desert with little rain.
  • the desert sand containing NaOH and SiO 2 obtained in the electrolysis step is represented by the formula (1) in the sol-gel process.
  • sodium silicate (1) SiO 2 + 2NaOH ⁇ Na 2 SiO 3 + H 2 O
  • a glass production process for producing glass by mixing the obtained sodium silicate into silica A solar cell can be manufactured from a solar cell manufacturing process in which a solar cell layer is provided on the surface of the glass obtained in the glass manufacturing process using solar grade silicon.
  • the method of manufacturing solar cells from the above waste salt and desert sand is to produce glass from waste salt generated in large quantities due to desalination in the desert region and sand that is almost infinite in the desert region. Since this glass is used to manufacture solar cells, waste salt and sand are used to manufacture both solar grade silicon and glass, and these are used to manufacture solar cells. A solar cell can be manufactured using both salt and sand effectively.
  • FIG. 1 is a process diagram showing a method for producing a solar cell from waste salt and desert sand.
  • Solar grade silicon is produced from waste salt and sand by the following electrolysis process, sol-gel process, carbon reduction process, and metallurgical process, and a solar cell is produced using the solar grade silicon.
  • this step is a step of electrolyzing NaCl, which is a waste salt separated from fresh water from seawater, to separate Na, and reacting this Na with water to obtain NaOH.
  • NaCl can be converted to metallic sodium by molten salt electrolysis.
  • molten salt electrolysis NaCl is heated and melted, and this is electrolyzed to separate Na.
  • a flux is added to lower the melting point of NaCl.
  • CaCl 2 can be used as the flux.
  • the melting point of NaCl is about 800 ° C., the melting point can be lowered to about 500 ° C. by adding CaCl 2 to NaCl at a molar ratio of 54:46.
  • NaCl and CaCl 2 are mixed and heated to be dissolved, and a positive electrode 11 and a negative electrode 12 are arranged on this to be electrolyzed.
  • molten salt electrolysis Na is generated on the negative electrode 12 and chlorine is generated on the positive electrode 11.
  • a diaphragm (not shown) is provided between the electrodes so that the produced Na and chlorine do not react.
  • the positive electrode 11 uses carbon
  • the negative electrode 12 uses a metal such as tungsten, stainless steel, or molybdenum.
  • An inert gas is supplied to the negative electrode 12 to prevent the produced Na from reacting with oxygen in the air.
  • the positive electrode 11 and the negative electrode 12 are electrolyzed by applying a DC voltage of 7V.
  • Metal Na obtained in the above steps is reacted with water to become NaOH, and reacted with oxygen to become Na 2 O.
  • Chlorine reacts with water to become HCl.
  • waste NaCl can be dissolved in water to form salt water, and the salt water can be electrolyzed with an electrolyzer to obtain NaOH.
  • waste salt NaCl is dissolved in water to form salt water, but waste salt NaCl can be dissolved in salt water and electrolyzed as salt water having a higher salt concentration.
  • the electrolytic cell 40 is partitioned into a plus chamber 42 and a minus chamber 43 by an ion exchange membrane 41.
  • the ion exchange membrane 41 is a membrane that transmits only sodium ions of salt water supplied to the plus chamber 42 and does not transmit chlorine ions.
  • a plus side electrode 44 is provided in the plus chamber 42 of the electrolytic cell 40.
  • the minus chamber 43 is provided with a minus side electrode 45.
  • Salt water is supplied to the plus chamber 42 of the electrolytic cell 40, and water is supplied to the minus chamber 43. Since the sodium ions that have passed through the ion exchange membrane 41 have a positive charge, they move toward the negative electrode 45. Therefore, the concentration of sodium ions increases in the vicinity of the negative electrode 45. The sodium ions react with the hydroxide ions ionized from the water supplied to the minus chamber 43 to become NaOH. Accordingly, NaOH is generated in the vicinity of the negative electrode 45 and can be discharged to obtain NaOH.
  • Chlorine ions contained in the salt water supplied to the plus chamber 42 are negatively charged, they move toward the plus-side electrode 44. Chlorine ions that have moved to the positive electrode 44 are deprived of charge from the positive electrode 44 and become chlorine gas, which rises from the vicinity of the positive electrode 44 and is discharged. Chlorine is reacted with water to make HCl.
  • reaction (1) sand pulverized in powder form is suspended in an aqueous solution of NaOH to form a sol, and SiO 2 in the sand is dissolved in NaOH to form Na 2 SiO 3 .
  • impurities such as MgO, S (CuS), Ca (CaCO 3 ), Al (AlO), NiO, Ag, Au, and Cu are precipitated and removed.
  • the produced Na 2 SiO 3 is hydrolyzed to obtain a water glass composed of gel-like H 2 SiO 3 .
  • HCl is added to the gel water glass and reacted as shown in (2) to form H 2 SiO 3 .
  • impurity NaCl is precipitated and removed.
  • the produced H 2 SiO 3 is fired to evaporate moisture, and the purity of SiO 2 is increased to 99%.
  • the SiO 2 powder and the carbon powder are mixed by the mixer 22 so as to have a molar ratio of 1: 1 to 1: 2, and supplied from the hopper 23 to the arc furnace 20 of the carbon electrode 21.
  • the arc furnace 20 arc-discharges the carbon electrode 21 to heat and reduce the supplied SiO 2 and carbon.
  • the arc furnace 20 shown in the drawing is heated by a burner 24 from below.
  • the SiO 2 and carbon supplied to the arc furnace 20 react as shown by the equation (3) to produce metal silicon having a purity of 99.9%. Slag is separated on the generated metal silicon. Nitrogen and sulfur are removed in this process.
  • the generated carbon dioxide gas is discharged from the arc furnace 20.
  • SiO 2 and carbon are discharged from the arc furnace 20 together with carbon dioxide, partly as carbon monoxide.
  • the metal silicon obtained in the above carbon reduction process is supplied to the melting furnace 30 in a vacuum, and is irradiated with an electron beam from the electron beam device 31 to be liquid impurities by the electron beam. Is removed by evaporation.
  • the metal silicon from which impurities have been removed is discharged to the unidirectional solidification crucible 32 and solidified.
  • the solidified metal silicon is further oxidized by supplying hydrogen and oxygen in an inert gas argon to burn and oxidize the metal silicon. In this step, polycrystalline solar grade silicon having a purity of 99.9999% is obtained.
  • a solar cell is manufactured as follows, as conventionally performed. Melt polycrystalline solar grade silicon, drop seed crystal, pull it up and rotate it to grow into a single crystal to form a cylindrical ingot, and slice this ingot thinly from 0.3mm to 0.4mm A single crystal cell is manufactured.
  • polycrystalline solar grade silicon can be produced by slicing this ingot thinly by making the ingot solidified in a polycrystalline state without making it a single crystal.
  • Phosphorus is diffused from one side of the single crystal cell or polycrystalline cell manufactured as described above to form a pn junction, and electrodes are provided on both sides to form a solar cell.
  • the electrode transmits sunlight through one side as a transparent electrode. Sun rays that pass through the transparent electrode are incident on a silicon pn junction to generate an electromotive force.
  • solar grade silicon is manufactured by an electrolysis process, a sol-gel process, a carbon reduction process, and a metallurgical process.
  • solar grade silicon can be produced by an electrolysis process, a sol-gel process, a carbon reduction process, and a purification process using the metallurgical process as the following purification process.
  • a solar cell can be manufactured by the solar cell manufacturing process described above.
  • a glass can be manufactured from waste salt and desert sand, and a solar cell can be manufactured using this glass.
  • This manufacturing method manufactures glass by the glass manufacturing process shown below, and manufactures a solar cell by a solar cell manufacturing process using the manufactured glass.
  • silica As a raw material for glass. That is, SiO 2 contained in desert sand is used as a raw material for glass, and sodium carbonate produced from NaO obtained by oxidizing Na obtained in the electrolysis process is used. Silica and sodium carbonate are mixed at a predetermined ratio, and this mixture is fired to produce glass.
  • the solar cell layer is manufactured by using the polycrystalline solar grade silicon obtained in the metallurgical process or the refining process described above on the surface of the glass obtained in the glass manufacturing process.
  • a solar cell is manufactured.
  • the waste salt can be used for power generation by making CaMnO 3 from the contained calcium and using the temperature difference as a thermoelectric material.
  • This thermoelectric material can reduce the electrical resistance by increasing the amount of yttrium substitution.
  • a thermoelectric material made of CaMnO 3 is suitable for power generation by effectively utilizing high-temperature waste heat in the process of distilling seawater because it is excellent in high-temperature stability. It can also be used for power generation using the temperature difference between high temperature and sea water under hot weather in the desert.
  • the present invention effectively utilizes a large amount of waste salt generated by separating fresh water from seawater in order to obtain fresh water in the desert region, and further manufactures solar cells using sand existing in a large amount in the desert as a raw material. By using solar cells effectively, energy can be used extremely effectively as a total.

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Abstract

【課題】砂漠地方で多量に発生している廃棄塩と砂漠の砂とを原料としてソーラーグレードシリコンを製造して太陽電池を製造する。 【解決手段】廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法は、海水から淡水の分離された廃棄塩のＮａＣｌを使用して電気分解によって得られるＮａからＮａＯＨを得る電気分解工程と、このＮａＯＨと砂漠の砂とを反応させてＮａ２ＳｉＯ３とし、このＮａ２ＳｉＯ３とＨＣｌとを反応させてＨ２ＳｉＯ３とし、得られたＨ２ＳｉＯ３を焼成してＳｉＯ２の純度を高くするゾル・ゲル工程と、ゾル・ゲル工程で濃縮されたＳｉＯ２をＣで還元して純度の高いメタルシリコンとする炭素還元工程と、このメタルシリコンを真空中で電子ビーム照射して不純物を蒸発除去すると共に、さらに酸化して不純物を除去してソーラーグレードシリコンを得る冶金工程と、このソーラーグレードシリコンから太陽電池を製造する太陽電池製造工程とからなる。

Description

廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法
　本発明は、海水から真水を得るために海水から淡水が除去されて残る塩と、砂漠に多量に存在する砂とを原料として太陽電池を製造する方法に関する。
　砂漠地帯で真水を得るために、海水を蒸留して淡水を分離する方法、または海水を逆浸透膜に透過させて淡水を分離する方法が実用化されている。これらの方法は、砂漠地方で現実に利用されて、多量の淡水を製造している。ところが、これらの方法は、淡水を分離すると多量の塩が発生する。海水には、約３重量％の塩が含まれるので、淡水の３％の塩が発生する。多量に発生する塩は有効な用途がなく、また、海水に投棄することもできない。海水の塩分濃度が異常に高くなるからである。
　また、淡水化装置が利用されるのは砂漠地方であるから、多量の砂がある。さらにまた、砂漠地方は降水量が極端に少ないことから晴天が多く、太陽電池を利用して効率よく発電できる。ところで、ポリシリコンから太陽電池を製造する方法はすでに実用化されている（特許文献１及び２参照）。したがって、淡水化によって発生している膨大な量の廃棄塩と、砂漠に無限に存在する砂から太陽電池の原料として使用されるポリシリコンが製造できるなら、廃棄塩を有効利用しながら太陽電池を製造することができ、製造された太陽電池で有効に発電できる理想的な環境が実現できる。
特開２００８－２８２９２１号公報 特開平９－６９６４３号公報
　本発明は、以上のことを実現することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、砂漠地方での淡水化によって多量に発生している廃棄塩を有効に利用し、さらに、ほとんど無限に存在する砂を原料としてソーラーグレードシリコンを製造して、太陽電池を製造し、雨の少ない砂漠で有効に発電することで理想的な環境を実現する廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法を提供することにある。
課題を解決するための手段及び発明の効果
　本発明の廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法は、海水から淡水の分離された廃棄塩のＮａＣｌを電気分解し、又は廃棄塩のＮａＣｌを含む塩水を電気分解して得られるＮａからＮａＯＨを得る電気分解工程と、
　この電気分解工程で得られるＮａＯＨとＳｉＯ２を含む砂漠の砂とを(1)の式で示すように反応させてＮａ２ＳｉＯ３とし、さらに、このＮａ２ＳｉＯ３と、廃棄塩を電気分解して得られるＨＣｌとを反応させて(2)の式で示すようにＨ２ＳｉＯ３とし、得られたＨ２ＳｉＯ３を焼成してＳｉＯ２の純度を高くするゾル・ゲル工程と、
　(1)　ＳｉＯ２＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳｉＯ３＋Ｈ２Ｏ
　(2)　Ｎａ２ＳｉＯ３＋２ＨＣｌ→Ｈ２ＳｉＯ３＋２ＮａＣｌ
　以上のゾル・ゲル工程で濃縮されたＳｉＯ２を(3)の式で示すようにＣで還元して純度の高いメタルシリコンとする炭素還元工程と、
　(3)　ＳｉＯ２＋Ｃ→Ｓｉ＋ＣＯ２
　この炭素還元工程で得られたメタルシリコンを真空中で電子ビーム照射して不純物を蒸発除去すると共に、さらに酸化して不純物を除去してソーラーグレードシリコンを得る冶金工程と、
　この冶金工程で得られるソーラーグレードシリコンから太陽電池を製造する太陽電池製造工程とからなる。
　また、本発明の廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法は、海水から淡水の分離された廃棄塩のＮａＣｌを電気分解し、又は廃棄塩のＮａＣｌを含む塩水を電気分解して得られるＮａからＮａＯＨを得る電気分解工程と、
　この電気分解工程で得られるＮａＯＨとＳｉＯ２を含む砂漠の砂とを(1)の式で示すように反応させてＮａ２ＳｉＯ３とし、さらに、このＮａ２ＳｉＯ３と、廃棄塩を電気分解して得られるＨＣｌとを反応させて(2)の式で示すようにＨ２ＳｉＯ３とし、得られたＨ２ＳｉＯ３を焼成してＳｉＯ２の純度を高くするゾル・ゲル工程と、
　(1)　ＳｉＯ２＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳｉＯ３＋Ｈ２Ｏ
　(2)　Ｎａ２ＳｉＯ３＋２ＨＣｌ→Ｈ２ＳｉＯ３＋２ＮａＣｌ
　以上のゾル・ゲル工程で濃縮されたＳｉＯ２を(3)の式で示すようにＣで還元して純度の高いメタルシリコンとする炭素還元工程と、
　(3)　ＳｉＯ２＋Ｃ→Ｓｉ＋ＣＯ２
　以上の炭素還元工程で得られたメタルシリコンを、以下の(4)と(5)式で示すように、塩素と反応させガス状の四塩化ケイ素とし、これを蒸留してソーラーグレードシリコンを得る精製工程と、
　(4)　Ｓｉ＋Ｃｌ２→ＳｉＣｌ４
　(5)　ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２→Ｓｉ＋４ＨＣｌ　
　以上の精製工程で得られるソーラーグレードシリコンから太陽電池を製造する太陽電池製造工程とからなる廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法。
　以上の廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法は、砂漠地方での淡水化によって多量に発生している廃棄塩を有効に利用し、さらに、砂漠地方にほとんど無限に存在する砂を原料としてソーラーグレードシリコンを製造して、太陽電池を製造し、雨の少ない砂漠で有効に発電することで理想的な環境を実現することができる。
　さらに、本発明の廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法は、電気分解工程で得られたＮａを酸化して得られるＮａＯに、以下の(6)式で示すように二酸化炭素を反応させて炭酸ナトリウムとし、この炭酸ナトリウムをシリカに混入してガラスを製造するガラス製造工程と、
　(6)　４ＮａＯ＋２ＣＯ２→２Ｎａ２ＣＯ３＋Ｏ２
　以上のガラス製造工程で得られたガラスの表面に、前記ソーラーグレードシリコンを使用して太陽電池層を設ける太陽電池製造工程とから太陽電池を製造することができる。
　さらに、本発明の廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法は、ゾル・ゲル工程において、電気分解工程で得られるＮａＯＨとＳｉＯ２を含む砂漠の砂とを(1)の式で示すように反応させて珪酸ナトリウムとし、
　(1)　ＳｉＯ２＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳｉＯ３＋Ｈ２Ｏ
　得られるケイ酸ナトリウムをシリカに混入してガラスを製造するガラス製造工程と、
　ガラス製造工程で得られたガラスの表面に、ソーラーグレードシリコンを使用して太陽電池層を設ける太陽電池製造工程とから太陽電池を製造することができる。
　以上の廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法は、砂漠地方での淡水化によって多量に発生している廃棄塩と、さらに砂漠地方にほとんど無限に存在する砂を原料としてガラスを製造し、このガラスを使用して太陽電池を製造するので、廃棄塩と砂を利用して、ソーラーグレードシリコンとガラスの両方を製造し、これ等を利用して太陽電池を製造することから、廃棄塩と砂の両方を有効に利用して太陽電池を製造することができる。
本発明の一実施例にかかる廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法を示す工程図である。 電気分解工程を示す概略図である。 ゾル・ゲル工程を示す概略図である。 炭素還元工程を示す概略図である。 冶金工程を示す概略図である。 本発明の他の実施例にかかる廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法を示す工程図である。 本発明の他の実施例にかかる廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法を示す工程図である。 他の電気分解工程を示す概略図である。
　以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法を例示するものであって、本発明は太陽電池の製造方法を以下の方法には特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
　図１は、廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法を示す工程図である。廃棄塩と砂から、以下の電気分解工程と、ゾル・ゲル工程と、炭素還元工程と、冶金工程とでソーラーグレードシリコンを製造し、このソーラーグレードシリコンを使用して太陽電池を製造する。
［電気分解工程］
　この工程は、図２に示すように、海水から淡水の分離された廃棄塩のＮａＣｌを電気分解してＮａを分離し、このＮａを水に反応させてＮａＯＨを得る工程である。ＮａＣｌは融解塩電解して金属ナトリウムとすることができる。融解塩電解は、ＮａＣｌを加熱して融解し、これを電気分解してＮａを分離する。この工程は、ＮａＣｌの融点を低くするために融剤を添加する。融剤にはＣａＣｌ２が使用できる。ＮａＣｌの融点は約８００℃であるが、ＮａＣｌにＣａＣｌ２をモル比で５４：４６の割合で添加して、融点を約５００℃に低下できる。ＮａＣｌとＣａＣｌ２とを混合して加熱して溶解し、これにプラス側の電極１１とマイナス側の電極１２を配置して、電気分解する。
　融解塩電解において、マイナス側の電極１２にＮａが生成され、プラス側の電極１１に塩素が生成される。生成されるＮａと塩素とが反応しないように、電極の間に隔膜（図示せず）が設けられる。融解塩電解において、プラス側の電極１１は炭素、マイナス側の電極１２はタングステン、ステンレス、モリブデン等の金属を使用する。マイナス側の電極１２には不活性ガスを供給して、生成されるＮａが空気中の酸素と反応するのを防止する。プラス側の電極１１とマイナス側の電極１２には７Ｖの直流電圧を印加して電気分解する。
　以上の工程で得られる金属Ｎａは水と反応させてＮａＯＨとなり、酸素と反応させてＮａ２Ｏとなる。塩素は水と反応させてＨＣｌとなる。
　電気分解工程は、図８に示すように、廃棄塩のＮａＣｌを水に溶解して塩水とし、この塩水を電気分解装置で電気分解してＮａＯＨを得ることもできる。この実施例では、廃棄塩のＮａＣｌを水に溶解して塩水としているが、廃棄塩のＮａＣｌは、塩水に溶解させて、より塩分濃度の高い塩水として電気分解することもできる。この図の電気分解装置は、電解槽４０をイオン交換膜４１でプラスチャンバ４２とマイナスチャンバ４３に区画している。イオン交換膜４１は、プラスチャンバ４２に供給される塩水のナトリウムイオンのみを透過して、塩素イオンを透過させない膜である。電解槽４０のプラスチャンバ４２にはプラス側の電極４４を設けている。マイナスチャンバ４３にはマイナス側の電極４５を設けている。電解槽４０のプラスチャンバ４２には塩水が供給され、マイナスチャンバ４３には水が供給される。イオン交換膜４１を透過したナトリウムイオンは、プラスの電荷を帯びているのでマイナス側の電極４５に向かって移動する。したがって、マイナス側の電極４５の近傍ではナトリウムイオンの濃度が高くなる。このナトリウムイオンは、マイナスチャンバ４３に供給された水から電離された水酸イオンと反応してＮａＯＨとなる。したがって、マイナス側の電極４５の近傍でＮａＯＨが生成され、これを排出してＮａＯＨを得ることができる。
　さらに、プラスチャンバ４２に供給される塩水に含まれる塩素イオンは、マイナスの電荷を帯びているのでプラス側の電極４４に向かって移動する。プラス側の電極４４に移動した塩素イオンはプラス側の電極４４から電荷が奪われて塩素ガスとなってプラス側の電極４４の近傍から浮上して排出される。塩素は水と反応させてＨＣｌとする。
［ゾル・ゲル工程］
　この工程は、図３に示すように、電気分解工程で得られるＮａＯＨと、砂漠の砂の成分であるＳｉＯ２とを、以下の(1)の式で示すように反応させてＮａ２ＳｉＯ３とし、さらに、このＮａ２ＳｉＯ３と、廃棄塩を電気分解して得られるＨＣｌとを反応させて(2)の式で示すようにＨ２ＳｉＯ３とし、得られたＨ２ＳｉＯ３を焼成してＳｉＯ２の純度を高くする。
　(1)　ＳｉＯ２＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳｉＯ３＋Ｈ２Ｏ
　(2)　Ｎａ２ＳｉＯ３＋２ＨＣｌ→Ｈ２ＳｉＯ３＋２ＮａＣｌ
　(1)の反応は、ＮａＯＨの水溶液に粉末状に粉砕した砂を懸濁してゾル状態とし、砂のＳｉＯ２をＮａＯＨに溶解してＮａ２ＳｉＯ３とする。この工程で、不純物のＭｇＯ、Ｓ（ＣｕＳ）、Ｃａ（ＣａＣＯ３）、Ａｌ（ＡｌＯ）、ＮｉＯ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ等の不純物は沈殿して除去される。生成されたＮａ２ＳｉＯ３を加水分解してゲル状のＨ２ＳｉＯ３からなる水ガラスを得る。このゲル状の水ガラスにＨＣｌを添加して、(2)で示すように反応させてＨ２ＳｉＯ３とする。この工程で、不純物のＮａＣｌは沈殿して除去される。さらに、生成されたＨ２ＳｉＯ３を焼成して水分を気化させて、ＳｉＯ２の純度を９９％と高くする。
［炭素還元工程］
　以上のゾル・ゲル工程で９９％と純度の高くなったＳｉＯ２を、図４に示すように、以下の(3)の式で示すようにＣで還元して純度の高いメタルシリコンとする。
　(3)　ＳｉＯ２＋Ｃ→Ｓｉ＋ＣＯ２
　この工程は、ＳｉＯ２の粉末と、炭素の粉末を、１：１～１：２のモル比となるようにミキサー２２で混合し、ホッパー２３から炭素電極２１のアーク炉２０に供給する。アーク炉２０は、炭素電極２１をアーク放電させて、供給されるＳｉＯ２と炭素とを加熱して還元する。さらに、図に示すアーク炉２０は、下からバーナー２４で加熱している。アーク炉２０に供給されるＳｉＯ２と炭素は、(3)の式で示すように反応して、純度を９９．９％とするメタルシリコンが生成される。生成されたメタルシリコンの上にはスラグが分離される。この工程で窒素やイオウが除去される。生成される炭酸ガスは、アーク炉２０から排出される。この工程で、ＳｉＯ２と炭素は、一部を一酸化炭素として二酸化炭素と一緒にアーク炉２０から排出される。
［冶金工程］
　以上の炭素還元工程で得られたメタルシリコンは、図５に示すように、真空中で溶融炉３０に供給されると共に、電子ビーム装置３１から電子ビームが照射されて、電子ビームで液体の不純物を蒸発させて除去する。不純物の除去されたメタルシリコンは、一方向凝固用ルツボ３２に排出されて凝固する。凝固したメタルシリコンは、不活性ガスのアルゴン中において、水素と酸素を供給して燃焼させて酸化させることで、さらに不純物を除去する。この工程で純度を９９．９９９９％とする多結晶のソーラーグレードシリコンが得られる。
［太陽電池製造工程］
　以上の冶金工程で得られた多結晶のソーラーグレードシリコンを使用して、従来から行われているように、以下のようにして太陽電池を製造する。多結晶のソーラーグレードシリコンを溶融し、種結晶を投下してこれを回転させながら引き上げて単結晶に成長させて円柱状のインゴットとし、このインゴットを０．３ｍｍ～０．４ｍｍと薄くスライスして、単結晶セルを製造する。ただ、多結晶のソーラーグレードシリコンは、単結晶とすることなく、多結晶の状態で固めたものをインゴットとして、このインゴットを薄くスライスして、多結晶セルを製造することもできる。
　以上のようにして製造された単結晶セルまたは多結晶セルの片面からリンを拡散してｐｎ接合とし、両面に電極を設けて太陽電池とする。電極は、片面を透明電極として太陽光線を透過させる。透明電極を透過する太陽光線は、シリコンのｐｎ接合に入射して起電力を発生する。
　以上の製造方法は、図１に示すように、電気分解工程と、ゾル・ゲル工程と、炭素還元工程と、冶金工程とでソーラーグレードシリコンを製造するが、本発明の製造方法は、図６に示すように、冶金工程を以下の精製工程として、電気分解工程と、ゾル・ゲル工程と、炭素還元工程と、精製工程とでソーラーグレードシリコンを製造することができる。
［精製工程］
　この工程は、炭素還元工程で得られたメタルシリコンを、以下の(4)と(5)式で示すように、電気分解工程で得られる塩素と反応させて四塩化ケイ素とし、これを蒸留してソーラーグレードシリコンを得る。
　(4)　Ｓｉ＋Ｃｌ２→ＳｉＣｌ４
　(5)　ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２→Ｓｉ＋４ＨＣｌ
　以上の精製工程で得られるソーラーグレードシリコンを使用して、前述した太陽電池製造工程で太陽電池を製造することができる。
　さらに、本発明は、図７に示すように、廃棄塩と砂漠の砂からガラスを製造し、このガラスを使用して太陽電池を製造することができる。この製造方法は、以下に示すガラス製造工程でガラスを製造し、製造されたガラスを使用して太陽電池製造工程で太陽電池を製造する。
［ガラス製造工程］
　この工程は、前述の電気分解工程で得られたＮａを酸化して得られるＮａＯに、以下の(6)式で示すように二酸化炭素を反応させて炭酸ナトリウムとし、この炭酸ナトリウムをシリカに混入してガラスを製造する。
　(6)　４ＮａＯ＋２ＣＯ２→２Ｎａ２ＣＯ３＋Ｏ２
　この工程では、ガラスの原料となるシリカとして、砂漠に多量に存在する砂を使用する。すなわち、砂漠の砂に含まれるＳｉＯ２をガラスの原料として使用すると共に、電気分解工程で得られたＮａを酸化して得られるＮａＯから製造される炭酸ナトリウムを使用する。シリカと炭酸ナトリウムを所定の割合で混合させると共に、この混合物を焼成してガラスが製造される。
　さらにまた、ガラス製造工程は、ゾル・ゲル工程において、電気分解工程で得られるＮａＯＨとＳｉＯ２を含む砂漠の砂とを(1)の式で示すように反応させて珪酸ナトリウムとし、得られるケイ酸ナトリウムをシリカに混入し、この混合物を焼成してガラスを製造することもできる。
　(1)　ＳｉＯ２＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳｉＯ３＋Ｈ２Ｏ
　さらに、太陽電池製造工程において、ガラス製造工程で得られたガラスの表面に、前述の冶金工程または精製工程で得られた多結晶のソーラーグレードシリコンを使用して製造された太陽電池を太陽電池層として設けて、太陽電池を製造する。
　さらに、廃棄塩は、含有しているカルシウムからＣａＭｎＯ３を作成して、これを熱電材料として温度差を利用した発電にも利用できる。ＣａＭｎＯ３は、マンガンの一部をイットリウムで置換してＣａ１－ｘＹｘＭｎＯ３（ｘ＝０～０．１）とし、これを焼結しても熱電材料として使用できる。この熱電材料は、イットリウムの置換量を多くして電気抵抗を小さくできる。とくに、ＣａＭｎＯ３からなる熱電材料は、高温安定性に優れていることから、海水を蒸留する工程での高温廃熱を有効に利用しての発電に適している。また、砂漠での炎天下における高温と海水の温度差を利用しての発電にも使用できる。
　本発明は、砂漠地方において、真水を得るために海水から真水を分離して発生する膨大な廃棄塩を有効に利用し、さらに砂漠に多量に存在する砂を原料として太陽電池を製造し、晴天が多くて太陽電池を有効に利用ことで、エネルギーをトータルとして極めて有効に利用できる。
　１１…プラス側の電極
　１２…マイナス側の電極
　２０…アーク炉
　２１…電極
　２２…ミキサー
　２３…ホッパー
　２４…バーナー
　３０…溶融炉
　３１…電子ビーム装置
　３２…一方向凝固用ルツボ
　４０…電解槽
　４１…イオン交換膜
　４２…プラスチャンバ
　４３…マイナスチャンバ
　４４…プラス側の電極
　４５…マイナス側の電極

Claims (8)

  1. 　海水から淡水の分離された廃棄塩のＮａＣｌを電気分解して得られるＮａからＮａＯＨを得る電気分解工程と、
    　この電気分解工程で得られるＮａＯＨとＳｉＯ２を含む砂漠の砂とを(1)の式で示すように反応させてＮａ２ＳｉＯ３とし、さらに、このＮａ２ＳｉＯ３と、前記廃棄塩を電気分解して得られるＨＣｌとを反応させて(2)の式で示すようにＨ２ＳｉＯ３とし、得られたＨ２ＳｉＯ３を焼成してＳｉＯ２の純度を高くするゾル・ゲル工程と、
    　(1)　ＳｉＯ２＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳｉＯ３＋Ｈ２Ｏ
    　(2)　Ｎａ２ＳｉＯ３＋２ＨＣｌ→Ｈ２ＳｉＯ３＋２ＮａＣｌ
    　以上のゾル・ゲル工程で濃縮されたＳｉＯ２を(3)の式で示すようにＣで還元して純度の高いメタルシリコンとする炭素還元工程と、
    　(3)　ＳｉＯ２＋Ｃ→Ｓｉ＋ＣＯ２
    　以上の炭素還元工程で得られたメタルシリコンを、真空中で電子ビーム照射して不純物を蒸発除去すると共に、さらに酸化して不純物を除去してソーラーグレードシリコンを得る冶金工程と、
    　この冶金工程で得られるソーラーグレードシリコンから太陽電池を製造する太陽電池製造工程とからなる廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法。
  2. 　海水から淡水の分離された廃棄塩のＮａＣｌを電気分解して得られるＮａからＮａＯＨを得る電気分解工程と、
    　この電気分解工程で得られるＮａＯＨとＳｉＯ２を含む砂漠の砂とを(1)の式で示すように反応させてＮａ２ＳｉＯ３とし、さらに、このＮａ２ＳｉＯ３と、前記廃棄塩を電気分解して得られるＨＣｌとを反応させて(2)の式で示すようにＨ２ＳｉＯ３とし、得られたＨ２ＳｉＯ３を焼成してＳｉＯ２の純度を高くするゾル・ゲル工程と、
    　(1)　ＳｉＯ２＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳｉＯ３＋Ｈ２Ｏ
    　(2)　Ｎａ２ＳｉＯ３＋２ＨＣｌ→Ｈ２ＳｉＯ３＋２ＮａＣｌ
    　以上のゾル・ゲル工程で濃縮されたＳｉＯ２を(3)の式で示すようにＣで還元して純度の高いメタルシリコンとする炭素還元工程と、
    　(3)　ＳｉＯ２＋Ｃ→Ｓｉ＋ＣＯ２
    　以上の炭素還元工程で得られたメタルシリコンを、以下の(4)と(5)式で示すように、塩素と反応させガス状の四塩化ケイ素とし、これを蒸留してソーラーグレードシリコンを得る精製工程と、
    　(4)　Ｓｉ＋２Ｃｌ２→ＳｉＣｌ４
    　(5)　ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２→Ｓｉ＋４ＨＣｌ　
    　以上の精製工程で得られるソーラーグレードシリコンから太陽電池を製造する太陽電池製造工程とからなる廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法。
  3. 　前記電気分解工程で得られたＮａを酸化して得られるＮａＯに、以下の(6)式で示すように二酸化炭素を反応させて炭酸ナトリウムとし、得られた炭酸ナトリウムをシリカに混入してガラスを製造するガラス製造工程と、
    　(6)　４ＮａＯ＋２ＣＯ２→２Ｎａ２ＣＯ３＋Ｏ２
    　以上のガラス製造工程で得られたガラスの表面に、前記ソーラーグレードシリコンを使用して太陽電池層を設ける太陽電池製造工程とからなる請求項１または２に記載される廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法。
  4. 　前記ゾル・ゲル工程において、前記電気分解工程で得られるＮａＯＨとＳｉＯ２を含む砂漠の砂とを(1)の式で示すように反応させて珪酸ナトリウムとし、
    　(1)　ＳｉＯ２＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳｉＯ３＋Ｈ２Ｏ
    　得られるケイ酸ナトリウムをシリカに混入してガラスを製造するガラス製造工程と、
    　以上のガラス製造工程で得られたガラスの表面に、前記ソーラーグレードシリコンを使用して太陽電池層を設ける太陽電池製造工程とからなる請求項１または２に記載される廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法。
  5. 　海水から淡水の分離された廃棄塩のＮａＣｌを含む塩水を電気分解して得られるＮａからＮａＯＨを得る電気分解工程と、
    　この電気分解工程で得られるＮａＯＨとＳｉＯ２を含む砂漠の砂とを(1)の式で示すように反応させてＮａ２ＳｉＯ３とし、さらに、このＮａ２ＳｉＯ３と、前記廃棄塩を電気分解して得られるＨＣｌとを反応させて(2)の式で示すようにＨ２ＳｉＯ３とし、得られたＨ２ＳｉＯ３を焼成してＳｉＯ２の純度を高くするゾル・ゲル工程と、
    　(1)　ＳｉＯ２＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳｉＯ３＋Ｈ２Ｏ
    　(2)　Ｎａ２ＳｉＯ３＋２ＨＣｌ→Ｈ２ＳｉＯ３＋２ＮａＣｌ
    　以上のゾル・ゲル工程で濃縮されたＳｉＯ２を(3)の式で示すようにＣで還元して純度の高いメタルシリコンとする炭素還元工程と、
    　(3)　ＳｉＯ２＋Ｃ→Ｓｉ＋ＣＯ２
    　以上の炭素還元工程で得られたメタルシリコンを、真空中で電子ビーム照射して不純物を蒸発除去すると共に、さらに酸化して不純物を除去してソーラーグレードシリコンを得る冶金工程と、
    　この冶金工程で得られるソーラーグレードシリコンから太陽電池を製造する太陽電池製造工程とからなる廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法。
  6. 　海水から淡水の分離された廃棄塩のＮａＣｌを含む塩水を電気分解して得られるＮａからＮａＯＨを得る電気分解工程と、
    　この電気分解工程で得られるＮａＯＨとＳｉＯ２を含む砂漠の砂とを(1)の式で示すように反応させてＮａ２ＳｉＯ３とし、さらに、このＮａ２ＳｉＯ３と、前記廃棄塩を電気分解して得られるＨＣｌとを反応させて(2)の式で示すようにＨ２ＳｉＯ３とし、得られたＨ２ＳｉＯ３を焼成してＳｉＯ２の純度を高くするゾル・ゲル工程と、
    　(1)　ＳｉＯ２＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳｉＯ３＋Ｈ２Ｏ
    　(2)　Ｎａ２ＳｉＯ３＋２ＨＣｌ→Ｈ２ＳｉＯ３＋２ＮａＣｌ
    　以上のゾル・ゲル工程で濃縮されたＳｉＯ２を(3)の式で示すようにＣで還元して純度の高いメタルシリコンとする炭素還元工程と、
    　(3)　ＳｉＯ２＋Ｃ→Ｓｉ＋ＣＯ２
    　以上の炭素還元工程で得られたメタルシリコンを、以下の(4)と(5)式で示すように、塩素と反応させガス状の四塩化ケイ素とし、これを蒸留してソーラーグレードシリコンを得る精製工程と、
    　(4)　Ｓｉ＋２Ｃｌ２→ＳｉＣｌ４
    　(5)　ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２→Ｓｉ＋４ＨＣｌ　
    　以上の精製工程で得られるソーラーグレードシリコンから太陽電池を製造する太陽電池製造工程とからなる廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法。
  7. 　前記電気分解工程で得られたＮａを酸化して得られるＮａＯに、以下の(6)式で示すように二酸化炭素を反応させて炭酸ナトリウムとし、得られた炭酸ナトリウムをシリカに混入してガラスを製造するガラス製造工程と、
    　(6)　４ＮａＯ＋２ＣＯ２→２Ｎａ２ＣＯ３＋Ｏ２
    　以上のガラス製造工程で得られたガラスの表面に、前記ソーラーグレードシリコンを使用して太陽電池層を設ける太陽電池製造工程とからなる請求項５または６に記載される廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法。
  8. 　前記ゾル・ゲル工程において、前記電気分解工程で得られるＮａＯＨとＳｉＯ２を含む砂漠の砂とを(1)の式で示すように反応させて珪酸ナトリウムとし、
    　(1)　ＳｉＯ２＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳｉＯ３＋Ｈ２Ｏ
    　得られるケイ酸ナトリウムをシリカに混入してガラスを製造するガラス製造工程と、
    　以上のガラス製造工程で得られたガラスの表面に、前記ソーラーグレードシリコンを使用して太陽電池層を設ける太陽電池製造工程とからなる請求項５または６に記載される廃棄塩と砂漠の砂から太陽電池を製造する方法。
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