JP2010052952A - シリコンの精製方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】所謂粗シリコンと呼ばれる、純度９５〜９９質量％程度の金属シリコンの精製方法において、工業的にかつ安価に生産可能な、高純度の金属シリコンの精製方法を提供する。
【解決手段】純度９５質量％以上の金属シリコン粒子を、酸素燃焼炎４を形成する燃焼炎ノズル２中央部に供給することで、シリコン中の不純物を除去し、高純度のシリコンを精製することを特徴とするシリコンの精製方法。シリコン粒子の径が１〜５００μｍである特徴も持つ。
【選択図】図１
【解決手段】純度９５質量％以上の金属シリコン粒子を、酸素燃焼炎４を形成する燃焼炎ノズル２中央部に供給することで、シリコン中の不純物を除去し、高純度のシリコンを精製することを特徴とするシリコンの精製方法。シリコン粒子の径が１〜５００μｍである特徴も持つ。
【選択図】図１
Description
本発明は、純度が９５〜９９質量％程度の、所謂粗シリコンを原料として、より高純度の金属シリコンに精製する方法に関するものである。
近年、特に太陽電池の普及により、その主要な材料であるシリコンの需要は拡大している。シリコンは半導体材料として高純度のものが求められ、太陽電池用は半導体材料のＮＧ品や端材を使用することが多かった。しかし、半導体材料の精製法は高価であり、太陽電池用の需要が高まっていることから、太陽電池専用の生産や精製法が求められている。
例えば半導体に用いられるような高純度シリコンの精製法には、モノシランガス等を原料にしたプラズマＣＶＤ法(特許文献１参照)あるいは単結晶を原料にした赤外線や高周波誘導コイル加熱溶融法(特許文献２参照)等がある。
また、太陽電池などに利用可能なより安価な製造方法として、プラズマを用いる方法(特許文献３参照)が提案されている。
また、他に希薄な弗化水素酸中に浸漬して精製する方法(特許文献４参照)や溶融状態のシリコンにＡｒ、Ｈ２あるいはこれらの混合ガスに１ｖｏｌ％以下のＮ２を混合したガスを吹き込むことで精製する方法(特許文献５参照)等が提案されている。
特開２００５−２４４０９８号公報
米国特許第４１８８１７７号公報
特開昭６３−２１８５０６号公報
特開２００８−５０１８０号公報
特開平５−３３０８１５号公報
例えば上記特開２００５−２４４０９８号公報や米国特許第４１８８１７７号公報に記載の方法は、非常に高価なものである上に、太陽電池用としては純度が高すぎて必要以上の精製が施されたものとなっている。
また、上記特開昭６３−２１８５０６号公報に記載のプラズマを用いる方法は、プラズマを用いるため高価なＡｒガスと電力を多量に消費するため精製コストが高くなる。
また、上記特開２００８−５０１８０号公報に記載の方法は、弗化水素酸の取り扱いや廃液処理などの問題点がある。
さらに、上記特開平５−３３０８１５号公報に記載の方法も、高価なＡｒガスを使用することや、Ｈ２ガスの取り扱い等、簡易な方法とは言い難い。
このように、シリコンの需要が高まっているのにもかかわらず、安価な方法で、かつ簡易で純度の高いシリコンを精製する方法は未だに得られていないのが現状である。
本発明は、純度９５質量％以上の金属シリコン粒子を、酸素燃焼炎を形成する燃焼炎ノズル中央部に供給することで、シリコン中の不純物を除去することを特徴とするシリコンの精製方法である。
また、前記シリコン粒子の径が１〜５００μｍであることを特徴とする上記のシリコンの精製方法である。
本発明によれば、大量の電力を消費せずに、純度９５質量％程度の粗シリコンから純度の高いシリコンを連続でかつ効率的に精製して得ることが可能となる。
図１は、本発明を実施するのに用いる装置の基本的な構成の一例であり、９５質量％以上の金属シリコン粒子を燃焼炎ノズル２の中央部の原料供給口３から連続的に供給し、１５００〜３０００℃の酸素燃焼炎４を通過させる。この酸素燃焼炎を通過する間に金属シリコンは酸化されること無く瞬時に溶解するため、蒸気圧の高いＰ、Ｃａ、Ａｌ、Ｍｇなどの不純物は優先蒸発し、また酸素燃焼炎であるため酸化生成物の蒸気圧が高いＢやＣも気相への除去が可能となる。このことにより、金属シリコン中の不純物（特に、Ｂ、Ｃ、Ｐ）を除去できた精製シリコン６を排出口５より連続的に取り出すことが可能となる。
ここで、原料となる金属シリコン粒子の径は１〜５００μｍとする。金属シリコン粒子が１μｍ未満では金属シリコンの粉砕に多大な時間やコストがかかるため望ましくない。また５００μｍを超えると、原料供給時の空気搬送が困難となり、また酸素燃焼炎中での不純物の除去効率が悪くなるため好ましくない。より好ましくは１０〜３００μｍである。
酸素燃焼においては、火炎温度が好ましくはシリコンの融点である１４００℃以上で、かつシリコンの沸点である２３００℃以下になるように燃焼量などを調整する必要があり、また燃焼における酸素比は０．８０〜１．２０、シリコンの酸化や不純物の除去効率を考慮して好ましくは０．９０〜１．１０程度にする。
燃焼に使用する燃料はＬＮＧ、ＬＰＧや灯油などいずれでも良い。しかし、先に述べたように多くの不純物が蒸発されて除かれるとはいえ、精製したシリコンに出来る限り不純物が移行しないように、燃料中にはＢ、Ｃ、Ｐなどの不純物が少ない方が望ましい。
１ シリコンの製造置
２ 燃焼炎ノズル
３ 原料供給口
４ 酸素燃焼炎
５ 精製シリコン排出口
６ 精製シリコン
２ 燃焼炎ノズル
３ 原料供給口
４ 酸素燃焼炎
５ 精製シリコン排出口
６ 精製シリコン
Claims (2)
- 純度９５質量％以上の金属シリコン粒子を、酸素燃焼炎を形成する燃焼炎ノズル中央部に供給することで、シリコン中の不純物を除去することを特徴とするシリコンの精製方法。
- シリコン粒子の径が１〜５００μｍであることを特徴とする請求項１に記載のシリコンの精製方法。
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|---|---|---|---|
| JP2008216225A JP2010052952A (ja) | 2008-08-26 | 2008-08-26 | シリコンの精製方法 |
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| JP2008216225A Pending JP2010052952A (ja) | 2008-08-26 | 2008-08-26 | シリコンの精製方法 |
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Citations (6)
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| JPS63218506A (ja) * | 1985-07-31 | 1988-09-12 | 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 |
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2008
- 2008-08-26 JP JP2008216225A patent/JP2010052952A/ja active Pending
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