JPH04193706A

JPH04193706A - シリコンの精製方法

Info

Publication number: JPH04193706A
Application number: JP32232090A
Authority: JP
Inventors: Kenkichi Yushimo; 湯下　憲吉; Matao Araya; 荒谷　復夫; Hiroyuki Baba; 裕幸馬場
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、主に太陽電池に用いる高純度シリコンの精製
方法に関するものである。

〈従来の技術〉太陽電池に使用するシリコン中のＰ、Ｂ、Ｃ１Ｆｅ、　
ＡＩ、　Ｔ＋などの不純物は少ない方がよく、シリコン
は高純度であることが望まれる。また、太陽電池が広く
利用されるためには、このシリコンを安価に量産するこ
とが必要である。

従来、この太陽電池用シリコンとして半導体用のシリコ
ンが用いられてきたが、高価なためより安価な製造法が
検討されている。例えば特開昭６３−２１８５０６号公
報にはプラズマを用いる精製方法が提案されている。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、この方法では金属シリコンより除去しに
くいＢの除去ができ、量産も可能であるが、プラズマを
用いるため、高価な静ガスと電力の多量消費は避けられ
ず、精製コストの点で未だ問題があった。

そこで、工業的により有利に太陽電池用のシリコンを製
造する技術の開発が望まれていた。

本発明の目的は、上記問題点を解決し、より有利に高純
度の原料シリコンを大量に供給できるシリコンの精製方
法を提供することである。

〈課題を解決するだめの手段〉本発明者らは、前記問題点を解決Ｊるため、基礎実験を
重ねた結果、シリコン中の炭素、ボ［Ｉンの除去にはシ
リコン浴の攪拌強化と、さらに加えるに、酸化性ガスと
の反応界面積の増加が重要な要因であることを知見し、
これに基づいて本発明を構成したものである。

ずなわぢ、本発明は、１３、Ｃ，Ｐ、　Ｆｅ、へ１等の
不純物元素を含むシリコンを底部にガス吹込め羽Ｌ１を
有するシリカを主成分とする容器内で溶融し、該羽口か
らＡｒ若しくはＨ□又はこれらの混合ガスを吹込むこと
を特徴とするシリコンの精製方法であり、さらに望まし
くは、上記吹込みガスにＨ□０、ＣＯ□及び／又は０□
ガスを添加することであり、またあるいはさらに、ｌｌ
Ｃｌを添加することもできる。

また、羽口から吹込まれるガスにＳｉＯ□、ＣａＯ１Ｃ
ａＣＩ□及びＣａＦ２の各粉末から選ばれた１種以上を
添加することもできる。

く作　用〉第１図は本発明を実施する際に用いる基本的な装置を示
したもので、Ｂ、Ｃ，Ｐ、Ｆｅ、ＡＩなどの不純物を１
　ｐｐｍ以上含む金属シリコン２を、底部にガス吹込み
羽口（ガス吹込み孔）３を有するシリカあるいはシリカ
を主成分とする容器Ｉ内でシリコンの融点以上の温度に
加熱して溶融し、底部に設けた羽口より計、Ｈ□などの
不活性ガス、あるいはこれにｆ（２０、ＣＯ□、又は少
量の０２などの酸化性ガスを混合したガスを吹込むこと
ができるように構成されている。４は誘導力ｉｊ熱コイ
ル、６はガス排出用フードである。

このように容器底部よりガスを吹込むことで、容器内の
シリコンは停滞域を形成ゼす、浴全体が強く攪拌される
と同時に、浴中を上昇するガス気泡とシリコンの界面が
反応界面となるため、反応を非常に速く進行さ・けるこ
とができる。またシリコン中の炭素、ボロンは、このよ
・うな方法では酸化物ガスの形で除去されると考えられ
るが、シリカ又はシリカを主成分とする容器を用いるこ
よで、容器より反応に必要な酸素が供給されると同時に
、容器より他の不純物が混入するのを防くごとができる
。また、反応をより速く進めるには、底部より吹込むガ
スに、Ｈ□０、ＣＯ２及び／又は少量の酸素などの酸化
性ガスを混入することで有利に進めることができる。

また、特に原料Ｓｉ中のＢ濃度が高い場合には、底部羽
口より吹込まれるガスにＳｉｎ、、Ｃａｂ、　ＣａＣｌ
□、（：ａＦｅの一種以上の混合物をわ）末で添加する
ことで、Ｂの除去が有利に促進される。

本発明では、このようにして、反応時間を短くして有利
にシリコン中のＣ１■３を除去できるが、シリコン中の
Ｐ、ＡＩなどのガスとして除去し易い成分も同時にシリ
コンより除去できる。またＦｅを除去するには該吹込み
ガスに少量のＨＣｌを添加し、蒸気圧の高い鉄の塩化物
を生成させ、これをガスとともに系外に除去することで
達成できる。

これらの処理は、Ｓｉの融点以上の温度で行われるが、
作業性、反応速度の点より１４５０〜１６５０’Ｃの範
囲が望ましい。

〈実施例〉第１図に示す装置出回じ構造を有する装置を用いてシリ
コンの精製を行った。容器はシリカ製の容器を用い、底
部に１ｍｍφの孔径の羽口３木を設けている。８ｋｇの
金属シリコンを該容器内で誘導加熱により１５５０’Ｃ
に加熱溶解し、２５ＮＩ／ｍｉｎで静ガスを底部羽口よ
り吹込んだ。原料として用いた金属シリコン中の不純物
含有量ならびに処理後のシリコン中の不純物含有量を表
１に示す。

実施例１は吹込みガスにＡｒ、実施例２はＨ□、実施例
３はＡｒとＨ３、を用いたときの結果である。実施例４
．５．６は各々計ガスにＨ□０５％、ＣＯ□　２％、０
□Ｏ２０５％を添力Ｈシたときの結果で、これらガスの
添加により不純物の除去速度はより大きくなることがわ
かる。

実施例７ば実施例４の条件にフラ・ンクスとじて５ｉＯ
ｚ／ＣａＯ（］　：　１　）の混合粉末を２．０　ｇ　
／ｍｉｎで吹込んだときの結果で、実施例８はＳｉＯ□
／ＣａＣｌ□／ＣａＦｚ　（１：　１　：　Ｉ）の混合
粉末を２．０ｇ／ｍｉｎで吹込んだときの結果である。

この処理では、処理後シリコン浴を静置してフラックス
とシリコンの分離を図ることが必要であったが、反応は
最も早く進行した。

実施例９は上記結果ではシリコン中のｌ？ｅが除去でき
ないため、実施例１の＾ｒガスにＨ０１ガスを１％添加
したときの結果で、Ｆｅ分の除去も行われた。

本発明の実施例では、表１かられかるように、シリコン
中のＦｅ、ＡＩの除去は必ずしも太陽電池用として十分
な量まで低減されないが、これは処理後に一方向凝固な
ど通常の処理方法を併用することで十分な結果を得るこ
とができる。すなわち、実施例４で処理したシリコンを
、１ｍｍ／ｍｉｎの速度で一方向に凝固させたシリコン
鋳塊の中央部より切り出した多結晶シリコン基板を用い
た太陽電池では、Ｈ％の変換効率が得られた。

以上のように、本発明ではプラズマを使用しないため、
プラズマ発生のためのＡｒガス、電力が不要であるなど
、経済的にも有利な結果が得られている。

〈発明の効果〉本発明は、従来複雑な工程により製造される半導体用シ
リコンを用いていた太陽電池に対して、冶金的手法によ
り低コストかつ量産製の高い原料シリコン製造技術を提
供したもので、これにより将来のエネルギー問題に対し
て自然エネルギー（太陽エネルギー）を安価に利用でき
る道を拓くものである。

また、Ｓｉ合金など他の産業に対しても高純度の原料シ
リコンを安価に製造できることになり、Ｓｉ合金分野の
発展にも貢献し得る技術である。

また、本発明の説明ではＳｉの溶融に誘導加熱を用いた
が、抵抗加熱や他の一般的に用いられる加熱方法のいず
れを用いＣも、本発明の範囲から逸脱するものではない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に用いられる装置の説明図である。１・・・容　器、２・・・熔融シリコン、３・・・ガス吹込み羽口、４・・・誘導加熱コイル、５・・・ガス導入口、６・・・ガス排出用フード。特許出願人　　　川崎製鉄株式会社第１図ガス

Claims

【特許請求の範囲】１、Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ｆｅ、Ａｌ等の不純物元素を含むシリ
コンを底部にガス吹込み羽口を有するシリカを主成分と
する容器内で溶融し、該羽口からＡｒ若しくはＨ＿２又
はこれらの混合ガスを吹込むことを特徴とするシリコン
の精製方法。２、羽口から吹込まれるガスに酸化性のＨ＿２Ｏ、ＣＯ
＿２及び／又はＯ＿２ガスを添加することを特徴とする
請求項１記載のシリコンの精製方法。３、羽口から吹込まれるガスにＨＣｌを添加することを
特徴とする請求項１又は２記載のシリコンの精製方法。４、羽口から吹込まれるガスにＳｉＯ＿２、ＣａＯ、Ｃ
ａＣｌ＿２及びＣａＦ＿２の各粉末から選ばれた１種以
上を添加することを特徴とする請求項１、２又は３記載
のシリコンの精製方法。