JP2003238137A - Method of producing polycrystal silicon for solar cell - Google Patents
Method of producing polycrystal silicon for solar cellInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池用多結晶
シリコンの製造方法に係わり、特に、シリコンウエハや
半導体の製造工程において、シリコンウエハを研削・研
磨する際に生じるシリコンスラッジを有効に再使用し、
安価に太陽電池用多結晶シリコンを製造する技術に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing polycrystalline silicon for solar cells, and more particularly, to effectively recovering silicon sludge generated when grinding and polishing a silicon wafer in a silicon wafer or semiconductor manufacturing process. use,
The present invention relates to a technique for inexpensively manufacturing polycrystalline silicon for solar cells.
【0002】[0002]
【従来の技術】シリコンウエハや半導体を製造するに
は、素材であるシリコンインゴットあるいはシリコンウ
エハを所定のサイズに研削したり、研磨する必要があ
る。その研削及び研磨作業を行うと、当然のことながら
多量のシリコン屑が発生する。2. Description of the Related Art In order to manufacture a silicon wafer or a semiconductor, it is necessary to grind or polish a material such as a silicon ingot or a silicon wafer to a predetermined size. When the grinding and polishing work is performed, a large amount of silicon dust is naturally generated.
【0003】このシリコン屑は、粒度が0.1〜10μ
mと非常に細かく、且つシリコンウエハを研削した場合
には、シリコン以外にも、イオン注入法によってウエハ
表面に不純物として打ち込まれたボロン、リン、タング
ステン、クロム、チタン、砒素、ガリウム、鉄が含有さ
れている。また、研削、研磨には装置の温度上昇を防い
だり、潤滑性を向上させるために、水が利用されるが、
この水の中に油等を添加するので、油等の不純物が多く
含まれている。さらに、水中のシリコン屑を凝集沈殿さ
せる際に添加される凝集剤としてのポリ塩化アルミニウ
ムや硫酸バンドも含有されている。The particle size of this silicon waste is 0.1 to 10 μm.
When the silicon wafer is ground to a very small value of m, boron, phosphorus, tungsten, chromium, titanium, arsenic, gallium, and iron, which are implanted as impurities on the wafer surface by the ion implantation method, are contained in addition to silicon. Has been done. In addition, water is used for grinding and polishing to prevent the temperature of the device from rising and to improve lubricity.
Since oil or the like is added to this water, many impurities such as oil are contained. Further, polyaluminum chloride and a sulfuric acid band as a coagulant added when coagulating and sedimenting silicon debris in water are also contained.
【0004】このように、シリコンインゴットあるいは
シリコンウエハを研削、研磨する際に生じるシリコン屑
には、シリコン以外に、多くの金属元素や有機・無機物
が含まれているため、これまで適当な再利用方法がな
く、所謂「廃スラッジ」として埋め立て処理が行われて
いた。つまり、シリコン屑から水を分離・除去し、埋め
たてて廃棄していたのである。As described above, since silicon debris generated when grinding or polishing a silicon ingot or a silicon wafer contains many metal elements and organic / inorganic substances in addition to silicon, it has been appropriately reused. There was no method, and so-called “waste sludge” was used for landfill treatment. In other words, the water was separated and removed from the silicon scrap, and it was buried and discarded.
【0005】ところが、分離した排水中に含まれるシリ
コンインゴットあるいはシリコンウエハのシリコン屑
は、粒度が0.1〜10μmと非常に細かいばかりでな
く、その含有量が50〜300ng/リットルと非常に
少ないので、この屑を分離・除去するのに多大の費用と
時間がかかっていた。また、大量に生成した廃スラッジ
は、前記したように、再利用の途はなく、埋め立て処理
する以外に途は無いが、埋め立て処理するにも、埋め立
て処分場の規制があり、無害化処理をしてから行わねば
ならない。さらに、近年、埋め立て処分場の枯渇という
問題も生じていた。However, the silicon ingot or the silicon debris of the silicon wafer contained in the separated waste water has not only a very fine particle size of 0.1 to 10 μm, but also a very small content of 50 to 300 ng / liter. Therefore, it takes a lot of cost and time to separate and remove this waste. In addition, the large amount of waste sludge, as described above, has no way to reuse it, and there is no need to do it except for landfill treatment. You have to do it first. Furthermore, in recent years, the problem of depletion of landfill disposal sites has arisen.
【0006】そこで、本出願人は、このシリコンスラッ
ジの再利用方法が開発できれば、社会へ貢献すること大
と考え、該シリコンスラッジを太陽電池用シリコンの原
料にすることを着想した。すでに、特開平9−1652
12号公報には、シリコンスラッジの再利用に関する技
術が開示されている。それは、『シリコンインゴットを
スライスしてシリコンウエハに加工する際に発生するシ
リコンを主成分とするシリコンスラッジを素材として、
該素材から固形分を分離したのち、該固形分を酸溶液に
浸漬して不純物を除去する酸浸漬工程と、さらに洗浄及
び乾燥工程とを経ることを特徴とする太陽電池用シリコ
ン原料の製造方法』及び『該太陽電池用シリコン原料の
粉末で得たペレットを、溶融した高純度シリコン浴に投
入し溶解する溶解工程と溶融シリコンを一方向凝固によ
り凝固させる凝固工程によりインゴットとすることを特
徴とする太陽電池用シリコンインゴットの製造方法』を
主体としたものである。この技術によれば、従来は廃棄
していたシリコンスラッジを太陽電池用シリコンとして
有効に利用できるようになる。[0006] Therefore, the present applicant considers that if a method of reusing this silicon sludge can be developed, it will greatly contribute to society, and has conceived to use the silicon sludge as a raw material of silicon for solar cells. Already, JP-A-9-1652
Japanese Unexamined Patent Publication No. 12 discloses a technique relating to the reuse of silicon sludge. It says, "Silicone sludge containing silicon as a main component generated when slicing a silicon ingot and processing it into a silicon wafer is used as a material,
A method for manufacturing a silicon raw material for a solar cell, which comprises a step of separating a solid content from the material, an acid immersion step of immersing the solid content in an acid solution to remove impurities, and a washing and drying step. And "a pellet obtained from the powder of the silicon raw material for a solar cell is put into a molten high-purity silicon bath to be dissolved, and a solidification step of solidifying the molten silicon by unidirectional solidification to form an ingot. The method of manufacturing a silicon ingot for a solar cell "is mainly used. According to this technique, the conventionally discarded silicon sludge can be effectively used as silicon for solar cells.
【0007】しかしながら、この特開平9−16521
2号公報に開示されたシリコンスラッジを太陽電池用シ
リコンの製造原料にする技術は、酸溶液、あるいは超電
導マグネットを使用するので、いずれも高価な設備を設
ける必要があり、経済的な見地により、まだ実用化され
ていない。また、その原料で成形したペレットを利用し
ての太陽電池用シリコンインゴットの製造方法は、該シ
リコン原料を溶融状態にある、高純度で、且つ高価な半
導体製造用シリコンへ投入するものである。そのため、
素材の主体はあくまでも高純度の半導体製造用シリコン
であり、スラッジから得たシリコン粉は、補助原料的に
利用されるに過ぎない。従って、上記特開平9−165
212号公報記載の技術では、入手し得るシリコンスラ
ッジの全量を処理できるものではなかった。また、たと
え実用化されたとしても、製造される太陽電池用シリコ
ンは高価なものになると予想される。However, this Japanese Patent Laid-Open No. 9-16521
Since the technique of using silicon sludge as a raw material for manufacturing silicon for solar cells disclosed in Japanese Patent Publication No. 2 uses an acid solution or a superconducting magnet, it is necessary to provide expensive equipment, and from an economical standpoint, It has not been put to practical use yet. In addition, a method for manufacturing a silicon ingot for a solar cell using pellets molded from the raw material is to put the silicon raw material into molten, high-purity and expensive semiconductor manufacturing silicon. for that reason,
The main material is only high-purity silicon for semiconductor production, and the silicon powder obtained from sludge is merely used as an auxiliary raw material. Therefore, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 9-165
The technique described in Japanese Patent No. 212 cannot process all available silicon sludge. Moreover, even if it is put into practical use, the silicon for solar cells to be manufactured is expected to be expensive.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、従来、埋め立て処理されていたシリコンの廃ス
ラッジを主原料にして、安価な太陽電池の素材を製造す
ることの可能な太陽電池用多結晶シリコンの製造方法を
提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above situation, the present invention is a solar cell capable of producing an inexpensive solar cell material using waste sludge of silicon, which has been conventionally landfilled, as a main raw material. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing polycrystalline silicon for use.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため鋭意研究を行い、その成果を本発明に具現化
した。Means for Solving the Problems The inventor has conducted earnest research in order to achieve the above object, and realized the results in the present invention.
【0010】すなわち、本発明は、溶融状態にあるシリ
コンを一方向凝固で精製して、太陽電池仕様を満たすシ
リコンインゴットとするに際し、前記溶融シリコンを、
シリコンウエハ及び半導体の製造においてシリコンイン
ゴットあるいはシリコンウエハを研削、研磨する工程の
排水より濾過分離して得たシリコンスラッジだけで形成
することを特徴とする太陽電池用多結晶シリコンの製造
方法である。この場合、前記排水よりの濾過分離を、該
排水に含まれる前記シリコンスラッジを第1のフィルタ
に通過させて該第1のフィルタ表面に該シリコンスラッ
ジからなる第2のフィルタを形成させて行うのが好まし
い。また、前記溶融状態にあるシリコンに、珪石を電気
炉内で炭素系還元剤により還元して得られた金属シリコ
ンを添加しても良く、その際、前記金属シリコンの添加
量が、溶融状態にあるシリコンに対して0.1〜20質
量%であることが好ましい。さらに、前記溶融状態にあ
るシリコンが、前記シリコンスラッジを乾燥し、不活性
雰囲気又は真空中で溶解したものであるのが好ましい。That is, according to the present invention, when the molten silicon is refined by directional solidification to obtain a silicon ingot satisfying the solar cell specifications, the molten silicon is
In the production of silicon wafers and semiconductors, a method for producing polycrystalline silicon for solar cells is characterized in that it is formed only by silicon sludge obtained by filtering and separating the silicon ingot or the silicon wafer from wastewater in the steps of grinding and polishing. In this case, filtration separation from the waste water is performed by passing the silicon sludge contained in the waste water through a first filter to form a second filter made of the silicon sludge on the surface of the first filter. Is preferred. Further, to the silicon in the molten state, metallic silicon obtained by reducing silica stone with a carbon-based reducing agent in an electric furnace may be added. At that time, the addition amount of the metallic silicon is It is preferably 0.1 to 20 mass% with respect to a certain silicon. Further, it is preferable that the molten silicon is obtained by drying the silicon sludge and melting it in an inert atmosphere or vacuum.
【0011】本発明によれば、従来は埋め立て処理され
ていたシリコンの廃スラッジを主原料にして、安価な太
陽電池の素材を製造することが可能になる。According to the present invention, it becomes possible to manufacture an inexpensive solar cell material by using, as a main material, waste silicon sludge which has been conventionally landfilled.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、発明をなすに至った経緯を
まじえ、本発明の実施の形態を説明する。まず、発明者
は、シリコンスラッジについて詳細な調査を行い、下記
の結果を得た。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below, including the background of the invention. First, the inventor conducted a detailed investigation on silicon sludge and obtained the following results.
【0013】シリコンインゴットからシリコンウエハを
製造するに際しては、現在、シリコンインゴットの両端
切断工程、インゴット粗研磨工程、スライス工程、面取
り工程においてシリコンの研削・研磨屑が多量に排出さ
れている。そのため、シリコンインゴットからシリコン
ウエハになる収率は、現在40%程度であり、残りの6
0%がシリコンの研削・研磨屑となって、前記したよう
に、埋め立てにより廃棄している。このシリコンインゴ
ットのシリコン純度は、99.9999質量%以上と非
常に純度の高いので、このシリコンインゴットから生じ
る研削・研磨屑のシリコン純度も非常に高く、ほとんど
不純物の無いシリコンスラッジが得られる。When manufacturing a silicon wafer from a silicon ingot, a large amount of silicon grinding / polishing debris is currently discharged in the steps of cutting both ends of the silicon ingot, ingot rough polishing step, slicing step, and chamfering step. Therefore, the yield of silicon wafers from silicon ingots is currently about 40%, and the remaining 6
0% becomes silicon grinding / polishing waste, which is discarded by landfill as described above. Since the silicon purity of this silicon ingot is as high as 99.9999% by mass or more, the silicon purity of the grinding / polishing dust generated from this silicon ingot is also very high, and silicon sludge containing almost no impurities can be obtained.
【0014】また、半導体製造におけるICの製造工程
は、使用する技術や装置設備、製造環境によりウエハ製
造工程、組み立て(アセンブリ)工程、検査(テスト)
工程の3つに大きく分けられる。そのウエハ製造工程で
は、単結晶シリコンインゴットから切り出され、表面研
磨された5〜8インチ径のシリコンウエハ(シリコン基
盤)上に、不純物注入、薄膜形成、フォトエッチングを
繰り返すことでトランジスタや配線等を形成し、チップ
を完成させている。そして、ウエハ製造工程を完了した
シリコンウエハ(ICチップ群)は、組み立て工程で個
々のICチップ単位に切断、分離される。従って、半導
体の製造においてシリコンウエハを研削・研磨する際に
排出されるシリコンスラッジとは、かかるウエハ製造工
程及び組み立て工程で排出されるシリコンスラッジのこ
とである。また、上記シリコン基盤は、最初、数百ミク
ロンの厚みを有しているが、これは強度を確保するため
の厚みであり、実際に使用されるシリコンウエハは、組
み立て工程で使用される際に有利なように、その半分の
厚みにまで研磨により薄くされので、この研磨だけでも
約半分のシリコンが研磨屑として廃棄されている。ま
た、ICチップ単位に切断、分離する際にもシリコン研
削、研磨屑が発生している。In addition, the IC manufacturing process in semiconductor manufacturing includes a wafer manufacturing process, an assembly process, and an inspection (test) depending on the technology, equipment and manufacturing environment used.
The process can be roughly divided into three. In the wafer manufacturing process, impurities, thin film formation, and photoetching are repeated on a silicon wafer (silicon substrate) having a diameter of 5 to 8 inches that is cut out from a single crystal silicon ingot and surface-polished to form transistors and wirings. Form and complete the chip. Then, the silicon wafer (IC chip group) that has completed the wafer manufacturing process is cut and separated into individual IC chips in the assembly process. Therefore, the silicon sludge discharged when grinding and polishing a silicon wafer in the manufacture of semiconductors is the silicon sludge discharged in the wafer manufacturing process and the assembling process. In addition, the silicon substrate initially has a thickness of several hundreds of microns, but this is a thickness for ensuring strength, and a silicon wafer actually used is used when it is used in the assembly process. Advantageously, since it is thinned to half its thickness by polishing, about half of the silicon is discarded as polishing debris by this polishing alone. Further, silicon cutting and polishing dust are also generated when the IC chip is cut and separated.
【0015】以上述べたように、現在入手可能なシリコ
ンスラッジは、シリコンウエハ製造で得られるものと、
半導体製造で得られるものの2種類あるが、シリコンウ
エハ製造で得られるシリコンスラッジは、シリコン純度
が高く、不純物をほとんど含まないのに対し、半導体製
造で得られるシリコンスラッジは、シリコン以外にボロ
ン、リン、タングステン、クロム、チタン、砒素、ガリ
ウム、鉄の不純物元素や、凝集剤、油等の無機、有機物
が多く含まれている。As described above, the currently available silicon sludge is obtained from silicon wafer manufacturing,
There are two types of silicon sludge that can be obtained by semiconductor manufacturing. Silicon sludge obtained by silicon wafer production has high silicon purity and contains almost no impurities, whereas silicon sludge obtained by semiconductor production is not limited to silicon. Impurity elements such as tungsten, chromium, titanium, arsenic, gallium, and iron, and a large amount of inorganic and organic substances such as coagulant and oil.
【0016】しかしながら、このようなシリコンスラッ
ジの発生量は、我が国だけでも年間3000トンはあ
り、太陽電池用シリコンの全生産量に十分見合ってい
る。そこで、発明者は、前記上記特開平9−16521
2号公報記載の技術よりも安価に太陽電池用シリコンを
製造することに着眼し、シリコンスラッジからボロン、
リン、タングステン、クロム、チタン、砒素、ガリウ
ム、鉄の不純物元素や凝集剤、油等の無機、有機物をで
きるだけ簡便な方法で除くことを検討した。However, the amount of such silicon sludge generated in Japan alone is 3000 tons per year, which is sufficiently commensurate with the total production of silicon for solar cells. Therefore, the inventor has found that the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 9-16521.
Focusing on manufacturing silicon for solar cells at a lower cost than the technology described in Japanese Patent No. 2 publication, silicon sludge to boron,
It was examined to remove the impurity elements such as phosphorus, tungsten, chromium, titanium, arsenic, gallium, and iron, and the inorganic and organic substances such as coagulant and oil by the simplest possible method.
【0017】そして、前記2種類のシリコンスラジのい
ずれも、不純物元素については、従来より行われている
一方向凝固だけによる精製で十分に太陽電池用シリコン
の仕様(ボロン含有量:0.1ppm以下,リン含有
量:0.1ppm以下)を満足できることがわかった。
また、この仕様を満たす太陽電池用シリコンを製造する
ための出発原料としては、シリコン濃度が90%以上
(無水ベース)で、ボロン含有量が1ppm以下、リン
が30ppm以下であれば良いことも見出した。しかし
ながら、凝集剤、油等の無機、有機物の除去について
は、かなり努力が必要であると結論した。なお、この一
方向凝固で得られるシリコンインゴットは多結晶質であ
る。In both of the above two types of silicon sludges, the impurity element can be sufficiently purified by conventional unidirectional solidification, which is sufficient for the specifications of silicon for solar cells (boron content: 0.1 ppm or less). , Phosphorus content: 0.1 ppm or less) was satisfied.
It was also found that a starting material for producing silicon for a solar cell satisfying this specification may have a silicon concentration of 90% or more (anhydrous basis), a boron content of 1 ppm or less, and a phosphorus content of 30 ppm or less. It was However, it was concluded that considerable effort is required to remove inorganic and organic substances such as flocculants and oils. The silicon ingot obtained by this unidirectional solidification is polycrystalline.
【0018】そこで、発明者は、引き続き該シリコンス
ラッジに含まれている前記のポリ塩化アルミニウムや硫
酸バンドのような凝集剤や油分を除く方法の発見に鋭意
努力することにし、研究を重ねた。しかも、その方法と
しては、酸溶液を利用するのではなく、もっと簡便に除
くことが望ましいので、単純な水スラリーの濾過技術に
注目し、適切な濾過な方法を探した。その結果、特開2
001−38352号公報に、凝集剤や油分を全く使用
せずにシリコンスラッジと水とを分離する新規な濾過技
術が提案されていることを知り、その技術の利用可能性
を実験で確認した。ここで、特開2001−38352
号公報記載の濾過技術とは、図2に示すように、排水に
含まれる前記シリコンスラッジを第1のフィルタに通過
させて該第1のフィルタ表面に該シリコンスラッジから
なる第2のフィルタを形成させて行うものである。Therefore, the inventor has continued to make a diligent effort to find a method for removing a flocculant such as the polyaluminum chloride and the sulfuric acid band and an oil component contained in the silicon sludge, and has conducted extensive research. Moreover, as the method, rather than using an acid solution, it is desirable to remove it more easily. Therefore, attention was paid to a simple water slurry filtration technique, and an appropriate filtration method was searched for. As a result,
It was found that a new filtration technique for separating silicon sludge and water without using any coagulant or oil was proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 001-38352, and the availability of the technique was confirmed by experiments. Here, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-38352
As shown in FIG. 2, the filtration technique described in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2003-242242 is such that the silicon sludge contained in wastewater is passed through a first filter to form a second filter made of the silicon sludge on the surface of the first filter. It is something that can be done.
【0019】そして、多くの実験を試み、この技術で凝
集剤や油分を全く使用しなくても、シリコンスラッジを
水から分離できることを確認した。なお、その場合、第
1のフィルタは、ポリオレフィン系高分子であることが
好ましく、また濾過に際しては第2のフィルタの表面に
外力を与えるのが良かった。Then, many experiments were conducted, and it was confirmed that this technique can separate the silicon sludge from water without using any coagulant or oil. In that case, the first filter is preferably made of a polyolefin-based polymer, and it was good to apply an external force to the surface of the second filter during filtration.
【0020】この濾過によって得られたシリコンスラッ
ジは、シリコン濃度90%以上(無水ベース)、かつ凝
集剤や油分を全く含まないものであり、且つシリコン濃
度が90%以上(無水ベース)で、シリコン以外に含ま
れる元素として、ボロン含有量が1ppm以下、リン含
有量が30ppm以下であったので、発明者は、太陽電
池用多結晶シリコンの出発原料として用いることができ
ると判断した。The silicon sludge obtained by this filtration has a silicon concentration of 90% or more (anhydrous basis) and contains no coagulant or oil, and has a silicon concentration of 90% or more (anhydrous basis). Since the boron content was 1 ppm or less and the phosphorus content was 30 ppm or less as elements contained other than the above, the inventor determined that the element can be used as a starting material of polycrystalline silicon for solar cells.
【0021】従って、本発明に係る太陽電池用多結晶シ
リコンの製造方法としては、図1に示すように、出発原
料として前記濾過で得たシリコンスラッジだけを乾燥し
てさらに水分を除去した後、窒素、アルゴン等の不活性
雰囲気下、又は1.33kPa(10トール)以下の真
空下で、1500〜1800℃の温度で溶解し、シリコ
ン以外の不純物を除去するため一方向凝固による精製を
行えば良いことになる。そして、得られたシリコンイン
ゴットの下部を十分に太陽電池用多結晶シリコンとして
使用するのである。ちなみに、不純物が濃縮したインゴ
ット上部を切断除去した残りの平均組成を、表1に示
す。表1より、太陽電池用多結晶シリコンとして十分に
使用できることが明らかである。Therefore, in the method for producing polycrystalline silicon for solar cells according to the present invention, as shown in FIG. 1, only the silicon sludge obtained by the filtration as a starting material is dried to further remove water, In an inert atmosphere such as nitrogen or argon, or under a vacuum of 1.33 kPa (10 torr) or less, melting is performed at a temperature of 1500 to 1800 ° C., and purification by unidirectional solidification is performed to remove impurities other than silicon. It will be good. The lower part of the obtained silicon ingot is sufficiently used as polycrystalline silicon for solar cells. By the way, Table 1 shows the average composition of the remainder after cutting and removing the upper part of the ingot where the impurities were concentrated. From Table 1, it is clear that it can be sufficiently used as polycrystalline silicon for solar cells.
【0022】[0022]
【表1】 [Table 1]
【0023】次に、発明者は、表1のシリコンインゴッ
トの分析値から、太陽電池用シリコンの仕様としてはも
っと純度が低くても良いと考えた。つまり、シリコンス
ラッジは元々純度(特に、ボロン、リン)が良いので、
もっと低純度の原料を混合しても良いと考えた。そし
て、比較的安価で且つ入手し易い別のシリコン原料を検
討した。その結果、電気炉で2000℃の高温で珪石
(SiO2)を木炭、石炭、オイル、コークス等のカー
ボン源で還元して得られた金属シリコンが好適であるこ
とを見出し、この金属シリコンのシリコンスラッジへの
添加も本発明に加えることにした(図1参照)。この金
属シリコンは、シリコン純度が98%以上あり、シリコ
ン以外にアルミ、鉄、チタン、カルシウムが不純物とし
て含まれているが、それら不純物は一方向凝固だけで十
分に除去できるからである。ただし、太陽電池仕様のシ
リコンとしては、一方向凝固だけでは除去できないボロ
ン及びリンの量に制限があるので、それらの金属シリコ
ン中の含有量によって金属シリコンの混合量を決めるの
が良い。なお、本発明では、その添加量は、溶融シリコ
ンに対して0.1〜20質量%であること推奨する。
0.1質量%未満では、少な過ぎてまだ太陽電池仕様の
シリコン品質に余裕があるし、20質量%超えでは、ボ
ロンやリンの制限を超えるからである。Next, from the analysis value of the silicon ingot in Table 1, the inventor considered that the purity of the silicon for the solar cell may be lower. In other words, since silicon sludge is originally good in purity (especially boron and phosphorus),
We thought that raw materials of lower purity could be mixed. Then, another silicon raw material that is relatively inexpensive and easily available was studied. As a result, it was found that metallic silicon obtained by reducing silica stone (SiO 2 ) with a carbon source such as charcoal, coal, oil, and coke at a high temperature of 2000 ° C. in an electric furnace is suitable, and silicon of this metallic silicon is suitable. The addition to sludge was also decided to be added to the present invention (see FIG. 1). This metallic silicon has a silicon purity of 98% or more, and contains aluminum, iron, titanium, and calcium as impurities in addition to silicon, but these impurities can be sufficiently removed by unidirectional solidification. However, since the amount of boron and phosphorus that cannot be removed only by unidirectional solidification is limited as the silicon for solar cell specifications, it is preferable to determine the amount of metallic silicon mixed depending on their contents in the metallic silicon. In the present invention, it is recommended that the addition amount is 0.1 to 20 mass% with respect to molten silicon.
This is because if it is less than 0.1% by mass, it is too small and there is still room for the silicon quality of the solar cell specification, and if it exceeds 20% by mass, the limit of boron or phosphorus is exceeded.
【0024】[0024]
【実施例】(実施例1)シリコンウエハの製造におい
て、シリコンインゴットを研削・研磨した際に排出され
たシリコン研削・研磨屑を含む排水を、本発明に係る前
記濾過手段を用いて、シリコンスラッジと水とに分離し
た。その際、排水中のシリコン研削・研磨屑の濃度は、
200ng/リットルで、レーザー法による粒度分布の
結果、0.1〜20μmまで分布し、平均粒子径は1.
8μmであった。濾過は、第1のフィルタにポリオレフ
ィン系の高分子膜を使用し、この高分子膜を介して排水
を吸引して第2のフィルタを形成させることで行った。Example 1 In manufacturing a silicon wafer, waste water containing silicon grinding / polishing waste discharged when a silicon ingot was ground / polished was treated with the above-mentioned filtering means according to the present invention to obtain silicon sludge. And water. At that time, the concentration of silicon grinding and polishing debris in the drainage is
As a result of particle size distribution by laser method at 200 ng / liter, the particle size distribution was 0.1 to 20 μm, and the average particle size was 1.
It was 8 μm. The filtration was performed by using a polyolefin-based polymer film for the first filter, and sucking waste water through the polymer film to form a second filter.
【0025】この濾過により得られたシリコンスラッジ
は、まだ含水率が80%であったので、このシリコンス
ラッジを窒素中で90℃で24時間乾燥し、水分を除去
した。乾燥後の分析結果は、シリコン=98.3%,鉄
=8ppm、酸素=1.5%で、ボロン、リン、タング
ステン、クロム、砒素、ガリウムは含まれていなかっ
た。Since the silicon sludge obtained by this filtration still had a water content of 80%, the silicon sludge was dried in nitrogen at 90 ° C. for 24 hours to remove water. The analysis results after drying were silicon = 98.3%, iron = 8 ppm, oxygen = 1.5%, and did not contain boron, phosphorus, tungsten, chromium, arsenic, and gallium.
【0026】そして、該シリコンスラジだけをアルゴン
雰囲気下で1600℃で溶解した後に、所謂「一方向凝
固法」で凝固させシリコンインゴットを得た、そのイン
ゴットの上部にある不純物濃縮部を分離除去したとこ
ろ、得られたシリコンは、鉄0.1ppm以下、酸素
0.1ppm以下、ボロンが0.1ppm以下、リン
0.1ppm以下で太陽電池の仕様を満たしていたの
で、太陽電池セルを作成した。該太陽電池の太陽光から
の電気エネルギー変換率は15%となり、充分な特性を
有していた。
(実施例2)まず、実施例1と同様な濾過で得たシリコ
ンスラッジだけを0.67kPa(5トール)の真空下
で1600℃で溶解した。そして、その溶融シリコンに
電気炉で珪石を炭素還元してえた金属シリコンを、前記
溶融シリコンに10質量%だけ添加し、溶解させた。2
0分経過後に、所謂「一方向凝固法」で凝固させ、イン
ゴットとなし、その上部にある不純物濃縮部を分離除去
した。得られたシリコンは、鉄が0.1ppm以下、酸
素が0.1ppm以下、ボロンが0.1ppm以下、リ
ン0.1ppm以下で太陽電池の仕様を満たしていたの
で、太陽電池セルを作成した。その太陽電池の太陽光か
らの電気エネルギー変換率は15%であり、充分な特性
であった。Then, only the silicon sludge was melted at 1600 ° C. in an argon atmosphere and then solidified by a so-called "unidirectional solidification method" to obtain a silicon ingot. The impurity enriched portion on the upper part of the ingot was separated and removed. However, the obtained silicon was 0.1 ppm or less of iron, 0.1 ppm or less of oxygen, 0.1 ppm or less of boron, and 0.1 ppm or less of phosphorus, which satisfied the specifications of the solar cell. Therefore, a solar cell was prepared. The electric energy conversion rate from sunlight of the solar cell was 15%, which was sufficient characteristics. (Example 2) First, only silicon sludge obtained by the same filtration as in Example 1 was melted at 1600 ° C under a vacuum of 0.67 kPa (5 torr). Then, to the molten silicon, 10% by mass of metallic silicon obtained by carbon reduction of silica stone in an electric furnace was added and dissolved. Two
After 0 minutes, it was solidified by the so-called "unidirectional solidification method" to form an ingot, and the impurity concentrated portion on the upper portion was separated and removed. The obtained silicon was 0.1 ppm or less for iron, 0.1 ppm or less for oxygen, 0.1 ppm or less for boron, and 0.1 ppm or less for phosphorus, which satisfied the specifications of the solar cell. Therefore, a solar cell was prepared. The electric energy conversion rate from sunlight of the solar cell was 15%, which was a sufficient characteristic.
【0027】これらの実施結果は、シリコンスラッジの
後処理の問題が解決されるばかりでなく、従来、廃スラ
ッジとして廃棄していた廃棄物を、太陽電池用多結晶シ
リコンの出発原料として再使用できることを明らかにし
ている。These results show that not only the problem of post-treatment of silicon sludge can be solved, but also the wastes conventionally discarded as waste sludge can be reused as a starting material for polycrystalline silicon for solar cells. Is revealed.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上述べたように、本発明により、従来
廃棄されていたシリコンスラッジを太陽電池用多結晶シ
リコンに転換させることができ、循環型社会の構築に寄
与するところ大である。さらに、安価な太陽電池が製造
でき、社会に対する貢献が大である。As described above, according to the present invention, conventionally discarded silicon sludge can be converted into polycrystalline silicon for solar cells, which greatly contributes to the construction of a recycling society. Furthermore, inexpensive solar cells can be manufactured, which greatly contributes to society.
【図1】本発明に係る太陽電池用多結晶シリコンの製造
方法の工程フロー図である。FIG. 1 is a process flow chart of a method for producing polycrystalline silicon for solar cells according to the present invention.
【図2】シリコンスラッジを含む水スラリーの濾過手段
を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a filtration means for water slurry containing silicon sludge.
1 第1のフィルタ 2 第2のフィルタ 3 シリコンスラッジを含む水スラリー 4 シリコンの微粒子 5 シリコンの比較的大きい粒子 1 First filter 2 Second filter 3 Water slurry containing silicon sludge 4 Silicon particles 5 Relatively large particles of silicon
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新田 稔 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川鉄テ クノリサーチ株式会社内 (72)発明者 内村 良治 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川鉄テ クノリサーチ株式会社内 (72)発明者 上杉 浩之 東京都千代田区内幸町2丁目2番3号 川 鉄テクノリサーチ株式会社内 Fターム(参考) 4G072 AA01 BB01 BB02 BB12 GG01 GG03 HH01 HH40 MM21 MM38 UU02 5F051 AA03 GA04 GA20 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Minoru Nitta 1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba City, Chiba Prefecture Within Kuno Research Co., Ltd. (72) Inventor Ryoji Uchimura 1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba City, Chiba Prefecture Within Kuno Research Co., Ltd. (72) Inventor Hiroyuki Uesugi 2-3-2 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Tetsu Techno Research Co., Ltd. F term (reference) 4G072 AA01 BB01 BB02 BB12 GG01 GG03 HH01 HH40 MM21 MM38 UU02 5F051 AA03 GA04 GA20
Claims (5)
精製して、太陽電池仕様を満たすシリコンインゴットと
するに際し、 前記溶融シリコンを、シリコンウエハ及び半導体の製造
においてシリコンインゴットあるいはシリコンウエハを
研削、研磨する工程の排水より濾過分離して得たシリコ
ンスラッジだけで形成することを特徴とする太陽電池用
多結晶シリコンの製造方法。1. When refining molten silicon by unidirectional solidification to obtain a silicon ingot satisfying solar cell specifications, the molten silicon is ground into a silicon ingot or a silicon wafer in the production of silicon wafers and semiconductors. A method for producing polycrystalline silicon for solar cells, which comprises forming only by using silicon sludge obtained by filtering and separating from the waste water of the polishing step.
まれる前記シリコンスラッジを第1のフィルタに通過さ
せて該第1のフィルタ表面に該シリコンスラッジからな
る第2のフィルタを形成させて行うことを特徴とする請
求項1記載の太陽電池用多結晶シリコンの製造方法。2. The separation and separation from the waste water is carried out by passing the silicon sludge contained in the waste water through a first filter to form a second filter made of the silicon sludge on the surface of the first filter. The method for producing polycrystalline silicon for solar cells according to claim 1, which is performed.
電気炉内で炭素系還元剤により還元して得られた金属シ
リコンを添加することを特徴とする請求項1又は2記載
の太陽電池用多結晶シリコンの製造方法。3. The solar cell according to claim 1, wherein metallic silicon obtained by reducing silica with a carbon-based reducing agent in an electric furnace is added to the molten silicon. Method for manufacturing polycrystalline silicon.
にあるシリコンに対して0.1〜20質量%であること
を特徴とする請求項3記載の太陽電池用多結晶シリコン
の製造方法。4. The method for producing polycrystalline silicon for a solar cell according to claim 3, wherein the addition amount of the metallic silicon is 0.1 to 20 mass% with respect to silicon in a molten state.
リコンスラッジを乾燥し、不活性雰囲気又は真空中で溶
解したものであることを特徴とする請求項1〜4のいず
れかに記載の太陽電池用多結晶シリコンの製造方法。5. The solar cell according to claim 1, wherein the silicon in the molten state is obtained by drying the silicon sludge and melting it in an inert atmosphere or a vacuum. For manufacturing polycrystalline silicon for automobiles.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002044561A JP2003238137A (en) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | Method of producing polycrystal silicon for solar cell |
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JP2002044561A Withdrawn JP2003238137A (en) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | Method of producing polycrystal silicon for solar cell |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003238137A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006231245A (en) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Uchida Kogyo Kk | Method for treating silicon sludge |
US7727502B2 (en) | 2007-09-13 | 2010-06-01 | Silicum Becancour Inc. | Process for the production of medium and high purity silicon from metallurgical grade silicon |
JP2011157226A (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Kyushu Institute Of Technology | Silicon recovery system and silicon recovery method |
-
2002
- 2002-02-21 JP JP2002044561A patent/JP2003238137A/en not_active Withdrawn
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JP2006231245A (en) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Uchida Kogyo Kk | Method for treating silicon sludge |
US7727502B2 (en) | 2007-09-13 | 2010-06-01 | Silicum Becancour Inc. | Process for the production of medium and high purity silicon from metallurgical grade silicon |
JP2011157226A (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Kyushu Institute Of Technology | Silicon recovery system and silicon recovery method |
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