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JP2011098861A - Method and apparatus for producing solar cell silicon - Google Patents

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JP2011098861A JP2009254809A JP2009254809A JP2011098861A JP 2011098861 A JP2011098861 A JP 2011098861A JP 2009254809 A JP2009254809 A JP 2009254809A JP 2009254809 A JP2009254809 A JP 2009254809A JP 2011098861 A JP2011098861 A JP 2011098861A
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Hitoshi Nakamura
等 中村
Koji Mizuguchi
浩司 水口
Ryota Takahashi
陵太 高橋
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Toshiba Corp
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Abstract

【課題】原材料から製品まで一貫して製造することができ、かつエネルギーの必要量が少なく、COの発生量も少ない太陽電池用シリコンの製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】不純物を含んだシリコンの酸化物からなる原料から太陽電池用シリコンを製造する太陽電池用シリコンの製造方法であって、前記原料を溶融塩中で電気化学的に還元し酸素を分離する溶融塩電解還元工程と、前記溶融塩電解還元工程によって得られた生成物を溶融塩中で電解精製して電気化学的に塩化物を生成し、不純物の一部を分離しつつシリコンを塩化物として回収する溶融塩電解精製工程と、前記溶融塩電解精製工程によって回収した塩化物中に同伴する不純物を蒸留してシリコンの塩化物と分離する蒸留精製工程と、前記蒸留精製工程によって精製したシリコンの塩化物を化学還元しシリコンを得る還元工程と、を具備する。
【選択図】図1
A method and apparatus for manufacturing silicon for solar cells that can be manufactured consistently from raw materials to products, require less energy, and generate less CO 2 .
A method for producing silicon for solar cells from a raw material comprising silicon oxide containing impurities, wherein the raw material is electrochemically reduced in molten salt to separate oxygen. The molten salt electrolytic reduction step and the product obtained by the molten salt electrolytic reduction step are electrolytically purified in molten salt to produce chloride electrochemically, and chlorinate silicon while isolating some of the impurities. The molten salt electrolytic purification process recovered as a product, the distillation purification process for separating impurities entrained in the chloride recovered by the molten salt electrolytic purification process and separating them from silicon chloride, and the purification by the distillation purification process A reduction step of chemically reducing silicon chloride to obtain silicon.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、太陽電池用シリコンの製造方法及び製造装置に関し、より具体的には、溶融塩電解法を用いシリコンの酸化物を還元し精製することによって太陽電池用シリコンを製造する太陽電池用シリコンの製造方法及び製造装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing silicon for solar cells, and more specifically, silicon for solar cells that manufactures silicon for solar cells by reducing and purifying silicon oxide using a molten salt electrolysis method. The present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus.

近年、地球環境を考慮し、温暖化ガス発生量の少ない太陽光、太陽熱、風力などの再生可能エネルギーが注目されている。その中でも太陽光発電はメガソーラと呼ばれる大型発電所の建設が計画されており、この発電施設の基盤となる太陽電池の需要は増大することがわかっている。   In recent years, in consideration of the global environment, renewable energy such as sunlight, solar heat, wind power, etc., which generate less greenhouse gases has attracted attention. Among them, solar power generation is planned to build a large-scale power plant called Mega Solar, and it is known that the demand for solar cells serving as the base of this power generation facility will increase.

太陽電池は、単結晶又は多結晶シリコンを用いたものが主流である。太陽電池用シリコン(ソーラーグレードシリコン)は99.9999%(6N)以上の純度が必要とされており、その材料として現在は半導体用シリコン(純度99.999999999%(11N))の規格外品が使用されている。しかし、半導体需要の変動や、今後のソーラーグレードシリコンの需要増大を考慮すると、安定的な材料供給に障害が出る可能性が高い。このため6Nのソーラーグレードシリコンを供給できる製造システムの開発が必要となっている。   As for solar cells, those using single crystal or polycrystalline silicon are mainly used. Silicon for solar cells (solar grade silicon) is required to have a purity of 99.9999% (6N) or higher, and as a material there is currently a non-standard product for silicon for semiconductors (purity 99.999999999% (11N)). in use. However, considering fluctuations in semiconductor demand and the future increase in demand for solar grade silicon, there is a high possibility that there will be obstacles to stable material supply. For this reason, it is necessary to develop a manufacturing system capable of supplying 6N solar grade silicon.

また、現行のシリコン製造方法では、原料生産プロセスで多くのエネルギーを必要とするとともに、排気ガスとしてのCOの発生がある。このため、他の再生可能エネルギーに比較するとEPT(エネルギーペイバックタイム)が長期になる問題があった。 In addition, the current silicon production method requires a lot of energy in the raw material production process and generates CO 2 as exhaust gas. For this reason, there has been a problem that EPT (energy payback time) becomes long compared to other renewable energies.

従来のシリコン製造方法では、原料の二酸化ケイ素を炭素とともに加熱し粗精製のシリコンを得る。その後、このシリコンをシラン系ガスに転換し蒸留精製によって高純度なシリコンを得る方法が多く用いられている。この方法は、半導体グレードのシリコンを得るための技術であり、11Nの純度を得るための技術で多くのエネルギーと複雑な工程が必要となる。   In the conventional silicon manufacturing method, raw silicon dioxide is heated together with carbon to obtain roughly purified silicon. Thereafter, a method of converting this silicon into a silane-based gas and obtaining high-purity silicon by distillation purification is often used. This method is a technique for obtaining semiconductor grade silicon, and requires a lot of energy and complicated processes for obtaining a purity of 11N.

一方、ソーラーグレードシリコンの製造に関しては、需要の増加を見据え多くの簡易的な製造方法の開発が行われているが確立された技術は少ない。また、二酸化ケイ素を電気化学的に還元してソーラーグレードシリコンを製造する方法も提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。しかし、これらの方法は、原材料から製品まで一貫して電気化学的手法により製造を行うものではない。   On the other hand, regarding the manufacture of solar grade silicon, many simple manufacturing methods have been developed in anticipation of an increase in demand, but few technologies have been established. A method for producing solar grade silicon by electrochemical reduction of silicon dioxide has also been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). However, these methods are not consistently manufactured by electrochemical techniques from raw materials to products.

特開2006−321688号公報JP 2006-321688 A 特開2007−16293号公報JP 2007-16293 A

上記のとおり従来は、エネルギーの必要量が多くCOの発生量の多い半導体用シリコン(11N)の製造方法によって製造されたシリコンの規格外品を、太陽電池用シリコンとして使用することが多く、太陽電池用シリコンを原材料から製品まで一貫して製造することのできる方法がなかった。このため、太陽電池用シリコンを、原材料から製品まで一貫して製造することができ、かつ、エネルギーの必要量が少なく、COの発生量も少ない太陽電池用シリコンの製造方法及び製造装置の開発が求められていた。 Conventionally, as described above, a silicon non-standard product manufactured by a method for manufacturing silicon for semiconductor (11N) that requires a large amount of energy and generates a large amount of CO 2 is often used as solar cell silicon. There was no method that could consistently manufacture solar silicon from raw materials to products. For this reason, solar cell silicon can be manufactured consistently from raw materials to products, and the development of solar cell silicon manufacturing method and manufacturing apparatus that requires less energy and generates less CO 2 Was demanded.

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、原材料から製品まで一貫して製造することができ、かつ、エネルギーの必要量が少なく、COの発生量も少ない太陽電池用シリコンの製造方法及び製造装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in response to the above-described conventional circumstances, and can be manufactured consistently from raw materials to products, and also requires less energy and generates less CO 2. It is intended to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus.

本発明の太陽電池用シリコンの製造方法の一態様は、不純物を含んだシリコンの酸化物からなる原料から太陽電池用シリコンを製造する太陽電池用シリコンの製造方法であって、前記原料を溶融塩中で電気化学的に還元し酸素を分離する溶融塩電解還元工程と、前記溶融塩電解還元工程によって得られた生成物を溶融塩中で電解精製して電気化学的に塩化物を生成し、不純物の一部を分離しつつシリコンを塩化物として回収する溶融塩電解精製工程と、前記溶融塩電解精製工程によって回収した塩化物中に同伴する不純物を蒸留してシリコンの塩化物と分離する蒸留精製工程と、前記蒸留精製工程によって精製したシリコンの塩化物を化学還元しシリコンを得る還元工程と、を具備することを特徴とする。   One aspect of a method for producing silicon for solar cells of the present invention is a method for producing silicon for solar cells from a raw material made of an oxide of silicon containing impurities, wherein the raw material is a molten salt. A molten salt electroreduction step in which oxygen is separated by electrochemical reduction therein, and a product obtained by the molten salt electroreduction step is electrolytically purified in molten salt to electrochemically produce chloride, Molten salt electrorefining process for recovering silicon as chloride while separating a part of impurities, and distillation for separating impurities entrained in the chloride recovered by the molten salt electrorefining process to separate from silicon chloride And a reduction step of obtaining silicon by chemically reducing a chloride of silicon purified by the distillation purification step.

本発明の太陽電池用シリコンの製造装置の一態様は、不純物を含んだシリコンの酸化物からなる原料から太陽電池用シリコンを製造する太陽電池用シリコンの製造装置であって、前記原料を溶融塩中で電気化学的に還元し酸素を分離する溶融塩電解還元手段と、前記溶融塩電解還元手段によって得られた生成物を溶融塩中で電解精製して電気化学的に塩化物を生成し、不純物の一部を分離しつつシリコンを塩化物として回収する溶融塩電解精製手段と、前記溶融塩電解精製手段によって回収した塩化物中に同伴する不純物を蒸留してシリコンの塩化物と分離する蒸留精製手段と、前記蒸留精製手段によって精製したシリコンの塩化物を化学還元しシリコンを得る還元手段と、を具備することを特徴とする。   One aspect of the solar cell silicon manufacturing apparatus of the present invention is a solar cell silicon manufacturing apparatus that manufactures solar cell silicon from a raw material made of an oxide of silicon containing impurities, wherein the raw material is a molten salt. A molten salt electroreduction means for electrochemically reducing and separating oxygen therein, and a product obtained by the molten salt electroreduction means is electrolytically purified in molten salt to electrochemically produce chloride, Molten salt electrolytic purification means for recovering silicon as chloride while separating a part of impurities, and distillation for separating impurities entrained in the chloride recovered by the molten salt electrolytic purification means to separate from silicon chloride It comprises a purification means, and a reduction means for obtaining silicon by chemically reducing the chloride of silicon purified by the distillation purification means.

本発明によれば、原材料から製品まで一貫して製造することができ、かつ、エネルギーの必要量が少なく、COの発生量も少ない太陽電池用シリコンの製造方法及び製造装置を提供することができる。 According to the present invention, it can be produced consistently from raw material to finished products, and the required amount of energy is small, to provide a method and apparatus for manufacturing a silicon for even small solar cell generation amount of CO 2 it can.

本発明の一実施形態に係る太陽電池用シリコンの製造方法及び製造装置の構成を説明するための図。The figure for demonstrating the structure of the manufacturing method and manufacturing apparatus of the silicon for solar cells which concern on one Embodiment of this invention. 図1の溶融塩電解還元工程及び使用する装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the molten salt electrolytic reduction process of FIG. 1, and the apparatus to be used. 図1の溶融塩電解精製工程及び使用する装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the molten salt electrorefining process of FIG. 1, and the apparatus to be used. 図1の蒸留精製工程及び使用する装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the distillation purification process of FIG. 1, and the apparatus to be used. 図1の還元工程及び使用する装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the reduction | restoration process of FIG. 1, and the apparatus to be used.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る太陽電池用シリコンの製造方法及び製造装置の構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態では、溶融塩電解還元工程1、溶融塩電解精製工程2、蒸留精製工程3、還元工程4および蒸留工程5の5つの工程を組み合わせることによって、原料から太陽電池用シリコンを得る。これによって、原材料の転換反応に起因するCO発生をゼロにすることができ、有害ガスをまったく使用しない太陽電池用シリコン製造プロセスとすることができる。 FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of a method and an apparatus for manufacturing solar cell silicon according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in this embodiment, by combining five steps of a molten salt electrolytic reduction step 1, a molten salt electrolytic purification step 2, a distillation purification step 3, a reduction step 4 and a distillation step 5 Obtain battery silicon. As a result, the generation of CO 2 due to the conversion reaction of the raw materials can be made zero, and a solar cell silicon production process that does not use any harmful gas can be achieved.

すなわち、本実施形態では、原料を装荷した陰極と対極になる金属製陽極を溶融塩中に浸漬し電極間に電流を流すことで電気化学反応を起こし、原料の二酸化ケイ素を還元してシリコンを得るとともに酸素を陽極でガス化して排気する。次に、還元で得たシリコンを溶融塩中で電解精製することで電気化学的に粗精製のシリコンを塩化物に転換するとともに含まれる不純物の一部を分離する。次に、電解精製で得た塩化物をさらに蒸留し各元素の沸点の差を利用して塩化ケイ素を高純度化し、さらにアルカリ金属又はアルカリ土類金属等を還元剤とした化学還元で還元することで太陽電池用シリコン(ソーラーグレードシリコン)を得る。   That is, in this embodiment, a metal anode that is opposite to the cathode loaded with the raw material is immersed in molten salt and an electric current is passed between the electrodes to cause an electrochemical reaction, reducing the silicon dioxide of the raw material to obtain silicon. At the same time, oxygen is gasified at the anode and exhausted. Next, the silicon obtained by reduction is electrolytically purified in a molten salt to electrochemically convert the crudely purified silicon into chloride and to separate some of the impurities contained therein. Next, the chloride obtained by electrolytic purification is further distilled, the silicon chloride is refined using the difference in boiling point of each element, and further reduced by chemical reduction using an alkali metal or alkaline earth metal as a reducing agent. Thus, silicon for solar cells (solar grade silicon) is obtained.

図2は、図1に示した溶融塩電解還元工程1及び溶融塩電解還元工程1に使用する装置の詳細を模式的に示すものである。同図に示すように、溶融塩電解還元工程1では、電気炉6内に設置した電解槽7に装荷され加熱溶融状態に維持された溶融塩(塩化物)8中に、金属等の導電体製の網状材料で構成され内部に原料9を装荷した電解還元陰極10と、排気管11を有する金属製の電解還元陽極12を設置する。原料9は、シリコンの酸化物(二酸化ケイ素)からなり、不純物を含んでいる珪砂等を用いることができる。   FIG. 2 schematically shows details of the apparatus used in the molten salt electroreduction step 1 and the molten salt electroreduction step 1 shown in FIG. As shown in the figure, in the molten salt electroreduction step 1, a conductor such as metal is contained in a molten salt (chloride) 8 loaded in an electrolytic cell 7 installed in an electric furnace 6 and maintained in a heated and molten state. An electrolytic reduction cathode 10 made of a net-like material made of metal and loaded with a raw material 9 therein and a metal electrolytic reduction anode 12 having an exhaust pipe 11 are installed. The raw material 9 is made of silicon oxide (silicon dioxide), and silica sand containing impurities can be used.

この状態で電解還元陰極10と電解還元陽極12との間に電流を流すことで、電解還元陰極10に装荷された原料9から電気化学的に酸素が分離され、電解還元陽極12で酸素ガスが発生し、排気管11を介して系外に排出される。この操作によりシリコンの酸化物からなる原料9は還元され、シリコンを得ることができる。本方法によればCOを発生させずにシリコンの製造が可能となる。 In this state, by passing a current between the electrolytic reduction cathode 10 and the electrolytic reduction anode 12, oxygen is electrochemically separated from the raw material 9 loaded on the electrolytic reduction cathode 10, and oxygen gas is generated at the electrolytic reduction anode 12. It is generated and discharged out of the system through the exhaust pipe 11. By this operation, the raw material 9 made of silicon oxide is reduced, and silicon can be obtained. According to this method, silicon can be produced without generating CO 2 .

還元を行うための電解溶媒として使用する溶融塩としては、例えば、塩化リチウム等のアルカリ金属塩化物の単体又は、塩化カルシウム等のアルカリ土類金属塩化物の単体、又は塩化マグネシウムの単体、若しくはこれらを2種類以上混合したものを使用することができる。   Examples of the molten salt used as the electrolytic solvent for the reduction include, for example, a simple substance of alkali metal chloride such as lithium chloride, a simple substance of alkaline earth metal chloride such as calcium chloride, a simple substance of magnesium chloride, or these. What mixed 2 or more types can be used.

図3は、図1に示した溶融塩電解精製工程2及び溶融塩電解精製工程2に使用する装置の詳細を模式的に示すものである。同図に示すように、溶融塩電解還元工程1で還元されたシリコン(不純物を含む)を、溶融塩電解精製陽極13(溶融塩電解還元で原料を装荷した電解還元陰極10を抜き出して使用する。)に装荷し、金属陰極14と共に加熱溶融した溶融塩15中に設置する。そして、電解精製陽極13と金属陰極14との間に電流を流す。   FIG. 3 schematically shows details of the apparatus used in the molten salt electrolytic purification step 2 and the molten salt electrolytic purification step 2 shown in FIG. As shown in the figure, the silicon (including impurities) reduced in the molten salt electroreduction step 1 is used by extracting the molten salt electrorefined anode 13 (electrolytic reduction cathode 10 loaded with raw materials by molten salt electroreduction). And placed in the molten salt 15 heated and melted together with the metal cathode 14. A current is passed between the electrolytically purified anode 13 and the metal cathode 14.

この操作により、電解精製陽極13においてSiはイオン化され、溶融塩15中に四塩化ケイ素として分散する。しかし四塩化ケイ素は沸点が57.6℃と低温のため直ちに気化し溶融塩15の外にガスとして放出される。このときに還元されたシリコンに含まれる不純物、Fe、Ti、Al、C等は溶融塩15中又は陽極残渣として残留し分離される。一方、金属陰極14では、シリコンの塩化物生成に伴い発生する溶融塩成分に起因して金属(カルシウム又はリチウム又はマグネシウム等)が析出物16として回収される。   By this operation, Si is ionized in the electrolytically purified anode 13 and dispersed as silicon tetrachloride in the molten salt 15. However, since silicon tetrachloride has a boiling point as low as 57.6 ° C., it is immediately vaporized and released as a gas outside the molten salt 15. At this time, impurities, Fe, Ti, Al, C, etc. contained in the reduced silicon remain in the molten salt 15 or as an anode residue and are separated. On the other hand, at the metal cathode 14, metal (calcium, lithium, magnesium, or the like) is recovered as a precipitate 16 due to a molten salt component generated along with the generation of silicon chloride.

図4は、図1に示した電解精製工程2で発生する四塩化ケイ素の蒸気を冷却回収するための蒸留精製工程3及び蒸留精製工程3に使用する装置の詳細を模式的に示すものである。溶融塩電解精製工程2で発生した四塩化ケイ素の蒸気は100℃程度に加熱された導管17を通って凝集部18に移送される。   FIG. 4 schematically shows details of a distillation purification process 3 for cooling and recovering the vapor of silicon tetrachloride generated in the electrolytic purification process 2 shown in FIG. 1 and an apparatus used for the distillation purification process 3. . The silicon tetrachloride vapor generated in the molten salt electrorefining step 2 is transferred to the agglomeration section 18 through the conduit 17 heated to about 100 ° C.

凝集部18内には、夫々が所定の温度に設定された複数段の冷却回収板19が設置されている。図4に示す例では、1段目の冷却回収板19が60℃より高温、2段目の冷却回収板19が50〜60℃、3段目の冷却回収板19が50℃より低温、となっている。そして、ガス中に含まれる四塩化ケイ素20と不純物である塩化ホウ素21、塩化リン22は凝固点の差により、分離凝集して回収されるようになっている。具体的には、1段目の冷却回収板19で塩化リン22が回収され、2段目の冷却回収板19で四塩化ケイ素20が回収され、3段目の冷却回収板19で塩化ホウ素21が回収される。この方法で分離した四塩化ケイ素を、目標純度に達するまで繰り返し蒸留、凝集を繰り返すことで目標純度の四塩化ケイ素を得ることができる。   A plurality of stages of cooling recovery plates 19 each set at a predetermined temperature are installed in the aggregation unit 18. In the example shown in FIG. 4, the first-stage cooling recovery plate 19 is higher than 60 ° C., the second-stage cooling recovery plate 19 is 50 to 60 ° C., and the third-stage cooling recovery plate 19 is lower than 50 ° C. It has become. The silicon tetrachloride 20 contained in the gas and the impurities boron chloride 21 and phosphorus chloride 22 are separated and aggregated and recovered due to the difference in freezing point. Specifically, phosphorus chloride 22 is recovered by the first-stage cooling recovery plate 19, silicon tetrachloride 20 is recovered by the second-stage cooling recovery plate 19, and boron chloride 21 is recovered by the third-stage cooling recovery plate 19. Is recovered. Silicon tetrachloride separated by this method is repeatedly distilled and agglomerated until the target purity is reached, thereby obtaining silicon tetrachloride having the target purity.

図5は、図1に示した蒸留精製工程3で精製回収した四塩化ケイ素を再びシリコンに還元するための還元工程4及び還元工程4に使用する装置の詳細を模式的に示すものである。還元工程4では、高純度化された四塩化ケイ素23を気化部24に装荷し加熱して気化する。一方、反応容器25には、溶融塩電解精製工程2で金属陰極14に析出した金属析出物(カルシウム又は、リチウム又は、マグネシウム等)16を装荷し、これを加熱溶融して溶融金属29を溶融状態に保持する。   FIG. 5 schematically shows details of the reduction step 4 for reducing again the silicon tetrachloride purified and recovered in the distillation purification step 3 shown in FIG. 1 and the apparatus used in the reduction step 4. In the reduction process 4, the highly purified silicon tetrachloride 23 is loaded on the vaporizing section 24 and heated to be vaporized. On the other hand, the metal deposit (calcium, lithium, magnesium, or the like) 16 deposited on the metal cathode 14 in the molten salt electrorefining process 2 is loaded into the reaction vessel 25, and this is heated and melted to melt the molten metal 29. Keep in state.

この状態で気化した四塩化ケイ素26を、溶融金属29中に導管27を通して放出すると、溶融金属29が例えばMgの場合、溶融金属29により、
SiCl+2Mg→Si+2MgCl
等の化学還元反応が生じ、四塩化ケイ素から高純度のケイ素28を得ることができる。
When the silicon tetrachloride 26 vaporized in this state is discharged into the molten metal 29 through the conduit 27, when the molten metal 29 is, for example, Mg, the molten metal 29
SiCl 4 + 2Mg → Si + 2MgCl 2
Thus, high-purity silicon 28 can be obtained from silicon tetrachloride.

さらに、得られた高純度のケイ素は、図1に示すように、蒸留工程5に送られ、ここで、金属の塩化物及び金属と、高純度のケイ素(シリコン)とが蒸留分離される。得られた高純度のシリコンは、純度評価され、太陽電池用シリコンとしての純度の条件を充足している場合は、製品とされる。一方、太陽電池用シリコンとしての純度の条件を充足していない場合は、電解精製工程2からの精製工程を繰り返して行うことにより、太陽電池用シリコンとしての純度の条件を充足した高純度のシリコンを得ることができる。   Further, as shown in FIG. 1, the obtained high-purity silicon is sent to the distillation step 5, where metal chloride and metal and high-purity silicon (silicon) are distilled and separated. The obtained high-purity silicon is evaluated for purity, and if it satisfies the conditions for purity as silicon for solar cells, it is regarded as a product. On the other hand, when the conditions for purity as solar cell silicon are not satisfied, high-purity silicon that satisfies the conditions for purity as solar cell silicon by repeating the purification step from electrolytic purification step 2 Can be obtained.

以上のように上記実施形態の太陽電池用シリコンの製造方法及び製造装置によれば、製造に使用される電力に起因するCO以外のCOが発生しない。また塩化物転換等で用いられる塩素ガスなどの有害ガスの使用も抑制することができることから、より効率的に太陽電池用シリコンの製造が可能となる。 According to the manufacturing method and manufacturing apparatus of silicon for solar cell of the embodiment as described above, CO 2 other than CO 2 due to the power used in the preparation does not occur. In addition, since the use of harmful gases such as chlorine gas used for chloride conversion can be suppressed, it is possible to more efficiently manufacture silicon for solar cells.

1……溶融塩電解還元工程、2……溶融塩電解精製工程、3……蒸留精製工程、4……還元工程、5……蒸留工程、6……電気炉、7……電解槽、8……溶融塩、9……原料、10……電解還元陰極、11……排気管、12……電解還元陽極、13……電解精製陽極、14……金属陰極、15……溶融塩、16……析出物、17……導管、18……凝集部、19……冷却回収板、20……四塩化ケイ素、21……塩化リン、22……塩化ホウ素、23……高純度四塩化ケイ素、24……気化部、25……反応容器、26……四塩化ケイ素ガス、27……導管、28……高純度のケイ素、29……溶融金属。   1 ... Molten salt electrolytic reduction process, 2 ... Molten salt electrolytic purification process, 3 ... Distillation purification process, 4 ... Reduction process, 5 ... Distillation process, 6 ... Electric furnace, 7 ... Electrolyzer, 8 ...... Molten salt, 9 ... Raw material, 10 ... Electrolytic reduction cathode, 11 ... Exhaust pipe, 12 ... Electrolytic reduction anode, 13 ... Electrolytic purification anode, 14 ... Metal cathode, 15 ... Molten salt, 16 …… Precipitate, 17 …… Conduit, 18 …… Agglomerate, 19 …… Cooling recovery plate, 20 …… Silicon tetrachloride, 21 …… Phosphorus chloride, 22 …… Boron chloride, 23 …… High purity silicon tetrachloride , 24 ... vaporization section, 25 ... reaction vessel, 26 ... silicon tetrachloride gas, 27 ... conduit, 28 ... high-purity silicon, 29 ... molten metal.

Claims (7)

不純物を含んだシリコンの酸化物からなる原料から太陽電池用シリコンを製造する太陽電池用シリコンの製造方法であって、
前記原料を溶融塩中で電気化学的に還元し酸素を分離する溶融塩電解還元工程と、
前記溶融塩電解還元工程によって得られた生成物を溶融塩中で電解精製して電気化学的に塩化物を生成し、不純物の一部を分離しつつシリコンを塩化物として回収する溶融塩電解精製工程と、
前記溶融塩電解精製工程によって回収した塩化物中に同伴する不純物を蒸留してシリコンの塩化物と分離する蒸留精製工程と、
前記蒸留精製工程によって精製したシリコンの塩化物を化学還元しシリコンを得る還元工程と、
を具備することを特徴とする太陽電池用シリコンの製造方法。
A method for producing silicon for solar cells, comprising producing silicon for solar cells from a raw material consisting of oxides of silicon containing impurities,
A molten salt electrolytic reduction process in which the raw material is electrochemically reduced in molten salt to separate oxygen;
Electrolytic purification of the product obtained by the molten salt electroreduction step in a molten salt to produce chloride electrochemically, and recovering silicon as chloride while separating a part of impurities Process,
A distillation purification step of distilling impurities entrained in the chloride recovered by the molten salt electrolytic purification step and separating it from silicon chloride;
A reduction step of obtaining silicon by chemically reducing silicon chloride purified by the distillation purification step;
The manufacturing method of the silicon for solar cells characterized by comprising.
請求項1記載の太陽電池用シリコンの製造方法であって、
前記溶融塩電解還元工程では、
ガスを排気するための排気管を有する電解還元陽極と、導電体製の網状材料で容器状に構成され内部に前記原料を保持する電解還元陰極との間に電流を流すことによって前記原料から酸素を分離しシリコンを得ることを特徴とする太陽電池用シリコンの製造方法。
It is a manufacturing method of the silicon for solar cells of Claim 1,
In the molten salt electrolytic reduction step,
Oxygen is removed from the raw material by flowing an electric current between an electrolytic reduction anode having an exhaust pipe for exhausting gas and an electrolytic reduction cathode configured in a container shape with a conductive mesh material and holding the raw material therein. A method for producing silicon for solar cells, characterized in that silicon is obtained by separating the components.
請求項1又は2記載の太陽電池用シリコンの製造方法であって、
前記溶融塩電解還元工程では、
前記溶融塩として、塩化リチウム又は塩化カルシウム又は塩化マグネシウムの単体又はこれらを2種類以上混合したものを使用することを特徴とする太陽電池用シリコンの製造方法。
A method for producing silicon for solar cells according to claim 1 or 2,
In the molten salt electrolytic reduction step,
A method for producing silicon for solar cells, wherein the molten salt is lithium chloride, calcium chloride, or magnesium chloride, or a mixture of two or more thereof.
請求項1〜3いずれか1項記載の太陽電池用シリコンの製造方法であって、
前記溶融塩電解精製工程では、
前記溶融塩電解還元工程で得た還元生成物を陽極として電解精製し陽極溶解することによって、前記溶融塩中から不純物を分離して塩化ケイ素をガスとして回収するとともに、陰極側で前記溶融塩を還元して金属として陰極に析出させる
ことを特徴とする太陽電池用シリコンの製造方法。
It is a manufacturing method of silicon for solar cells given in any 1 paragraph of Claims 1-3,
In the molten salt electrolytic purification process,
The reduction product obtained in the molten salt electrolytic reduction step is electrolytically purified as an anode and dissolved in an anode, thereby separating impurities from the molten salt and recovering silicon chloride as a gas, and the molten salt is removed on the cathode side. A method for producing silicon for solar cells, comprising reducing and precipitating a metal on the cathode.
請求項1〜4いずれか1項記載の太陽電池用シリコンの製造方法であって、
前記蒸留精製工程では、
前記電解精製工程で回収したガスを、異なる温度に設定した複数の凝集板に接触させることによって、塩化ケイ素と沸点の違なる不純物とを分離する
ことを特徴とする太陽電池用シリコンの製造方法。
It is a manufacturing method of the silicon for solar cells of any one of Claims 1-4,
In the distillation purification step,
A method for producing silicon for solar cells, wherein silicon chloride and impurities having different boiling points are separated by bringing the gas recovered in the electrolytic purification step into contact with a plurality of aggregate plates set at different temperatures.
請求項1〜5いずれか1項記載の太陽電池用シリコンの製造方法であって、
前記還元工程では、前記蒸留精製工程で得た高純度に精製された塩化ケイ素を、前記溶融塩電解精製工程で陰極に析出した金属と接触させて化学還元しシリコンを得る
ことを特徴とする太陽電池用シリコンの製造方法。
It is a manufacturing method of silicon for solar cells given in any 1 paragraph of Claims 1-5,
In the reduction step, the silicon chloride purified to a high purity obtained in the distillation purification step is brought into contact with the metal deposited on the cathode in the molten salt electrolytic purification step to chemically reduce to obtain silicon. A method for producing silicon for batteries.
不純物を含んだシリコンの酸化物からなる原料から太陽電池用シリコンを製造する太陽電池用シリコンの製造装置であって、
前記原料を溶融塩中で電気化学的に還元し酸素を分離する溶融塩電解還元手段と、
前記溶融塩電解還元手段によって得られた生成物を溶融塩中で電解精製して電気化学的に塩化物を生成し、不純物の一部を分離しつつシリコンを塩化物として回収する溶融塩電解精製手段と、
前記溶融塩電解精製手段によって回収した塩化物中に同伴する不純物を蒸留してシリコンの塩化物と分離する蒸留精製手段と、
前記蒸留精製手段によって精製したシリコンの塩化物を化学還元しシリコンを得る還元手段と、
を具備することを特徴とする太陽電池用シリコンの製造装置。
An apparatus for producing silicon for solar cells, which produces silicon for solar cells from a raw material consisting of oxides of silicon containing impurities,
Molten salt electrolytic reduction means for electrochemically reducing the raw material in molten salt to separate oxygen;
Electrolytic purification of the product obtained by the molten salt electroreduction means in the molten salt to electrochemically generate chloride, and recovering silicon as chloride while separating a part of impurities, the molten salt electrolytic purification Means,
A distillation purification means for distilling impurities entrained in the chloride recovered by the molten salt electrolytic purification means and separating it from silicon chloride;
A reducing means for chemically reducing silicon chloride purified by the distillation purification means to obtain silicon;
An apparatus for producing silicon for solar cells, comprising:
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