(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料金属シリコンを粉砕した後、得られた粒体シリコンを酸洗処理して酸可溶性金属不純物を除去する酸洗精錬と、該酸洗精錬を経た粒体シリコンをコールドクルーシブルにより誘導加熱溶解して、真空中で蒸気圧の高い不純物金属を蒸発させて除去する真空精錬と、該真空精錬を経た溶融体シリコンをコールドクルーシブルにより誘導加熱溶解して、アルゴンガス中で酸素または／および水蒸気を添加して酸化性不純物を酸化して除去する酸化精錬と、該酸化精錬を経た溶融体シリコンをコールドクルーシブルにより誘導加熱溶解し一方向凝固を行って残部不純物を除去する凝固精錬とを溶融状態で連続して行うことにより高純度金属シリコンを製造することを特徴とする太陽電池用シリコンの製造方法。
【請求項２】
前記各精練における溶解は、スカル溶解によることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用シリコンの製造方法。
【請求項３】
原料金属シリコンを装入する原料装入装置と真空中で該原料金属シリコンを溶解する第１誘導溶解炉とを備えた真空チャンバからなる第１精錬室と、真空あるいはアルゴンガス中で酸素または／および水蒸気を添加するガス添加手段が設けられた第２誘導溶解炉を備えたチャンバからなる第２精錬室と、真空中で一方向凝固させる一方向凝固手段を備えた凝固精錬室とを有し、前記第１精錬室と第２精錬室とは第１真空遮断室により連結され、前記第２精錬室と凝固精錬室とは第２真空遮断室により連結されたことを特徴とする太陽電池用シリコンの製造装置。
【請求項４】
前記第１真空遮断室と第２真空遮断室のいずれかまたは双方には、相隣る精錬室との真空を遮断する真空遮断手段が設けられたことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池用シリコンの製造装置。
【請求項５】
前記第１誘導溶解炉と第２誘導溶解炉は、コイル形状を角型水平巻きとし、該コイルにより仕切られて１以上のるつぼが形成されたコイル一体型コールドクルーシブル炉であることを特徴とする請求項３または４に記載の太陽電池用シリコンの製造装置。
【請求項６】
前記第２誘導溶解炉には酸素または／および水蒸気を導入するガス導入手段が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池用シリコンの製造装置。
【請求項７】
前記第１誘導溶解炉と第２誘導溶解炉のいずれかには、誘導加熱と併用して加熱するプラズマ加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の太陽電池用シリコンの製造装置。
【請求項８】
前記第１真空遮断室と第２真空遮断室には、溶融体シリコンを保持する誘導加熱炉が設けられていることを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の太陽電池用シリコンの製造装置。
【請求項９】
前記誘導加熱炉はコイル一体型コールドクルーシブル炉であることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池用シリコンの製造装置。
【請求項１０】
前記第１誘導溶解炉には、スタート時に該溶解炉の加熱コイル内に黒鉛棒を挿入し、該黒鉛棒を誘導加熱して粒体シリコンを溶解するように加熱コイル内に黒鉛棒を挿入抽出できる黒鉛棒挿入手段を備えたことを特徴とする請求項３から９のいずれかに記載の太陽電池用シリコンの製造装置。
【請求項１１】
前記凝固精錬室には、前記第２誘導溶解炉から連続供給される溶融体シリコンを受け、該溶融体シリコンを上部は加熱しながら底部から冷却して連続的に抽出し一方向凝固させるように、前記第２誘導溶解炉から連続供給される溶融体シリコンを受ける誘導炉と、該誘導炉の底部から冷却されたシリコンブロックを抽出する抽出手段とからなる一方向凝固手段を備えたことを特徴とする請求項３から１０のいずれかに記載の太陽電池用シリコンの製造装置。
【請求項１２】
前記誘導溶解炉はスカル溶解可能なことを特徴とする請求項３から１１のいずれかに記載の太陽電池用シリコンの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属シリコン原料から、純度の高い太陽電池用シリコンを製造する製造方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池用シリコンとしては、シックスナイン程度の高純度のシリコンが要求される。通常、原料金属シリコンが９８〜９９．５％程度の純度であるため、太陽電池に使用するためにはこれを要求純度まで精錬しなければならない。
【０００３】
従来は、例えば図３および図４に示す装置を使用して精錬することが行われている。以下、これらの図に基づいて従来の精錬方法について説明する。
【０００４】
まず、図３の真空精錬について説明する。図において、原料金属シリコンＳは樋２から真空チャンバ１中に配設された第１黒鉛ハース３に装入され溶融される。第１黒鉛ハース３により溶解された溶融シリコンＳは第１黒鉛ハース３をオーバーフローして第２黒鉛ハース４に流れ、さらにオーバーフローして水冷銅るつぼ５に流出する。これらの第１、第２黒鉛ハース３、４および水冷銅るつぼ５は電子銃６、７により加熱されている。
【０００５】
この間、溶融状態のシリコンは第１、第２黒鉛ハース３、４と水冷銅るつぼ５において表面が真空に曝されて、Ｐ，Ｍｎ，Ｓｎ，Ｓｂなどの蒸気圧の高い不純物が蒸発して溶融シリコンの純度が向上する。この真空精錬されたシリコンは水冷銅るつぼ５で冷却されて半精錬されたシリコンインゴットにされ、粉砕されて次の酸化精錬の原料にされる。
【０００６】
次に図４の酸化精錬について説明する。図において、酸化精錬の精錬装置は、真空チャンバ１０中に配設されたプラズマトーチ１２により加熱されるるつぼ炉１１と、誘導加熱される黒鉛鋳型１４と、黒鉛鋳型１４中の溶融シリコンの上方を加熱しながら下方より冷却することにより一方向凝固させる凝固装置１５とからなる。
【０００７】
前記真空精錬されたシリコンは粉砕されて、るつぼ炉１１の石英るつぼに装入され、プラズマトーチ１２により加熱、溶融される。この溶融シリコンに水蒸気が吹き付けられ、Ｃ，Ｂなどの不純物が酸化されて除去される。この酸化精錬された溶融シリコンは、樋１３を介して破線の位置にある黒鉛鋳型１４中に移送される。
【０００８】
黒鉛鋳型１４が図３の実線の位置に移動され、溶融シリコンを一方向凝固させる。これにより、前の精錬によりなお残存するＦｅ，Ｂ，Ｃなどの不純物が除去され、精錬されたシリコン板が得られる。なお、太陽電池用シリコンとしての純度を得るためには、従来方法では２回以上の凝固精錬が行われた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の精製方法には下記のような問題点があった。
１．従来方法は真空精錬と酸化精錬を別の工程で行うために、一度凝固させて再溶解する電力が必要である。
２．従来方法はプラズマなどで表面から加熱するために、溶解の投入電力効率が低い。
３．従来方法では１回の酸化精錬では、Ｆｅなどの除去が十分に行われないので２回以上の凝固精錬が必要である。
４．従来は石英るつぼ、黒鉛鋳型を使用するので、これらからの不純物の混入が問題になる。
５  工程が長いためシリコンも蒸発してシリコンの収率が低下する。
【００１０】
そこで本発明は、上記問題点を解決し、安価に高純度の太陽電池用シリコンの製造方法と装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の太陽電池用シリコンの製造方法は、原料金属シリコンを粉砕した後、該粒体シリコンを酸洗処理してＦｅ，Ｔｉなどの酸可溶性金属不純物を除去する酸洗精錬と、該酸洗精錬を経た粒体シリコンをコールドクルーシブルにより誘導加熱溶解して、真空中でＰやＭｎなどの蒸気圧の高い不純物金属を蒸発させて除去する真空精錬と、該真空精錬を経た溶融体シリコンをコールドクルーシブルにより誘導加熱溶解して、アルゴンガス中で酸素または／および水蒸気を添加してＣ，Ｂなどの酸化性不純物を酸化して除去する酸化精錬と、該酸化精錬を経た溶融体シリコンをコールドクルーシブルにより誘導加熱溶解し一方向凝固を行ってＦｅ，Ｔｉなどの残部不純物を除去する凝固精錬とを溶融状態で連続して行うことにより高純度金属シリコンを製造することを特徴とするものである。この各精練における溶解は、スカル溶解によることが不純物の混入を減少させるために望ましい。
【００１２】
すなわち、本発明の方法では、真空精錬と酸化精錬を行う前に、まず原料金属シリコンを粉砕して酸洗処理を行う。これにより、表面に偏析出しているＦｅ，Ｔｉなどの不純物の約５０％以上が除去される。このため、従来これらの不純物を除くために２回以上必要であった凝固精錬が１回で済む。そのために、大幅な電力使用量の低減ができる。
【００１３】
また、真空精錬と酸化精錬と凝固精錬とが連続して行われるので、所要電力が少なくて済む。さらに、シリコンの溶解は誘導加熱するコールドクルーシブルで、かつるつぼ壁にシリコンの凝固殻を形成させて溶解するスカル溶解をすることにより、るつぼからの不純物の混入が少なくなり、純度の高いシリコンが得られやすい。
【００１４】
上記目的を達成する本発明の太陽電池用シリコンの製造装置としては、原料金属シリコンを装入する原料装入装置と真空中で該原料金属シリコンを溶解する第１誘導溶解炉とを備えた真空チャンバからなる第１精錬室と、真空あるいはアルゴンガス中で酸素または／および水蒸気を添加できるガス添加手段が設けられた第２誘導溶解炉を備えたチャンバからなる第２精錬室と、真空中で一方向凝固させる一方向凝固手段を備えた凝固精錬室とを有し、前記第１精錬室と第２精錬室とは第１真空遮断室により連結され、前記第２精錬室と凝固精錬室とは第２真空遮断室により連結されたことを特徴とするものである。
【００１５】
前記第１真空遮断室と第２真空遮断室のいずれかまたは双方には、相隣る精錬室との真空を遮断する真空遮断手段が設けられることが望ましい。
【００１６】
このように、真空精錬を行う第１精錬室と、酸化精錬を行う第２精錬室と、凝固精錬を行う凝固精錬室とを第１、第２真空遮断室を介して接続することにより、従来のように真空精錬後に冷却凝固させることなく、真空精錬、酸化精錬、凝固精錬を連続的に行うことができる。また、第１真空遮断室と第２真空遮断室に真空遮断手段を設けることにより、第１精錬室、第２精錬室、凝固精錬の雰囲気をそれぞれ変えることが容易になる。
【００１７】
また、前記第１誘導溶解炉と第２誘導溶解炉は、コイル形状を角型水平巻きとし、該コイルにより仕切られて１以上のるつぼが形成されたコイル一体型コールドクルーシブル炉であることが望ましい。
【００１８】
このようにすることにより、１炉で２つ以上のるつぼを形成することができて、狭い場所でシリコンの溶湯の表面積を増すことができるので、真空精錬の反応速度を上げることができ、また、装置の小形化と設備費の低減が可能になる。
【００１９】
また、誘導加熱することにより、表面からプラズマなどで加熱する従来炉より効率よく加熱でき、かつ誘導電流による溶湯の撹拌効果により溶融シリコンが真空に曝される機会を多くし、精錬効果を増すことができる。また、るつぼをコールドクルーシブルにし、スカル溶解することにより、るつぼからの不純物の混入を減少できる。また、コールドクルーシブルをコイル一体型にすることにより、一層電力効率を上げることができる。
【００２０】
前記第２誘導溶解炉には酸素または／および水蒸気を導入するガス導入手段が設け、これらのガスによるバブリング効果と誘導電流による撹拌効果とあいまって、一層精錬効果を上げることができる。
【００２１】
さらに、前記第１誘導溶解炉と第２誘導溶解炉のいずれかに、誘導加熱と併用して加熱するプラズマ加熱手段を設けることもできる。これにより、炉内に水蒸気を添加したとき、水蒸気を酸化ガス化できる。
【００２２】
前記第１真空遮断室と第２真空遮断室には、溶融体シリコンを保持する誘導加熱炉が設けられることが連続操業を円滑に行うために望ましい。このようにすれば、例えば第１真空遮断室の真空遮断手段を閉鎖して、第１精錬室で真空精錬を終了した溶融シリコンを第１真空遮断室の誘導加熱炉に保持しておき、第２精錬室のアルゴン雰囲気を調整することなどが容易にできる。第２真空遮断室も同様である。
【００２３】
前記誘導加熱炉はコイル一体型コールドクルーシブル炉であることがるつぼからの不純物の混入を減少するために望ましい。
【００２４】
前記第１誘導溶解炉には、スタート時に該溶解炉の加熱コイル内に黒鉛棒を挿入し、該黒鉛棒を誘導加熱して前記粒体シリコンを溶解するように、加熱コイル内に黒鉛棒を挿入、抽出できる黒鉛棒挿入手段を備えることが初期溶解を簡易に行うために望ましい。
【００２５】
すなわち、粉体金属シリコン素材は電気抵抗が大きいために、第１誘導溶解炉で最初に溶解する場合に、誘導加熱では加熱され難く溶解が困難である。そこでスタート時に加熱コイル内に黒鉛棒を挿入してこの黒鉛棒を誘導加熱し、この熱でシリコンを溶解する。シリコンが溶融すると電気抵抗が減じて誘導加熱ができるので、溶融後は黒鉛棒をコイルから引き抜いて誘導加熱に移行すればよい。
【００２６】
前記凝固精錬室には、前記第２誘導溶解炉から連続供給される溶融体シリコンを受け、該溶融体シリコンを上部は加熱しながら底部から冷却して連続的に抽出し一方向凝固させるように、前記第２誘導溶解炉から連続供給される溶融体シリコンを受ける誘導炉と、該誘導炉の底部から冷却されたシリコンブロックを抽出する抽出手段とからなる一方向凝固手段を備えることが望ましい。
【００２７】
このようにすれば、凝固偏析効果によって、真空精錬、酸化精錬によって除去されなかった残存不純物が溶融体上部の最終凝固部中に残って精錬できるので、凝固精錬を簡易な構造で果たすことができる。
【００２８】
前記誘導溶解炉はスカル溶解可能なことが望ましい。すなわち、スカル溶解によれば、るつぼ壁にシリコンの凝固殻が形成されるので、この断熱効果によりコールドクルーシブルが形成され、かつ不純物の混入が減少する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の１実施形態について具体的に説明する。図１は本発明実施形態の製造工程のフローチャート、図２は本発明実施形態の太陽電池用シリコンの製造設備の断面図である。
【００３０】
まず図１によって、製造工程の全体について説明する。図１において、原料金属シリコンは、通常の粉砕機で１ｍｍ程度の粒度に粉砕される。その後、この粒体シリコンは酸洗処理される。この酸洗処理により原料金属シリコンの粒界に偏析しているＦｅ，Ｔｉなどの不純物の５０％以上が除かれる。
【００３１】
次に、この酸洗処理された粒体シリコンは、誘導加熱により溶解されて真空精錬され、ＰやＭｎなどの蒸気圧の高い不純物元素が除去される。ついでこの溶解された溶融体シリコンは、酸化精錬されてＣ，Ｂなどの元素が酸化されて除去される。さらに、溶融体シリコンは凝固精錬されて残存不純物が除かれて純度が上がり太陽電池用シリコンが得られる。本発明の製造方法では、上記の真空精錬、酸化精錬、凝固精錬がシリコンの溶融の状態で一つの装置内で連続して行われる。
以下、上記真空精錬、酸化精錬、凝固精錬について、図２を用いて詳細に説明する。
【００３２】
図２において、最上部の第１精錬室２０には、真空チャンバ２１の内部に第１誘導加熱炉２２が配設され、第１誘導加熱炉２２に樋２５ａを介して前記酸洗処理された原料粒体シリコンを装入する原料供給装置２５が設けられている。材料供給装置２５は、真空チャンバ２１の真空度を保持しながら原料シリコンを連続供給できるようになっている。
【００３３】
前記第１誘導溶解炉２２は、角型水平巻きのコイル２３を横置きにして内側に仕切り２３ａ，２３ｂ，２３ｃが設けられ、この仕切りによりコールドクルーシブル２４ａ、２４ｂが形成され、このクルーシブルの内壁に形成されるスカル上に溶融シリコンを貯めるようになっている。仕切り２３ａ，２３ｂ，２４ｃは順次高さが低くなるようにされ、原料供給により溶解された溶融シリコンが、るつぼ２４ａからるつぼ２４ｂにオーバーフローして流入し、るつぼ２４ｂの仕切り２３ｃを越えて流出するようにされている。
【００３４】
真空チャンバ２１に黒鉛棒挿入手段２７が設けられ、黒鉛棒２８に連結された制御棒２９を図示しない駆動装置により図の水平方向に移動して、第１誘導加熱炉２２のコイル２３内に挿入抽出できるようになっている。これにより、スタート時にコイル２３内に黒鉛棒２８を挿入して、誘導加熱される黒鉛棒２８の熱により粒体シリコンを溶解するようになっている。
【００３５】
真空チャンバ２１は、図示しない真空ポンプにより排気口２６から排気されて真空になるようにされており、真空チャンバ２１の下部には、開口部２１ａが開口し、第１真空遮断室３０に接続されている。
【００３６】
第１真空遮断室３０の真空チャンバ３１は図示しない真空ポンプにより排気口３２から排気されて真空になるようにされている。真空チャンバ３１内には、第１誘導加熱炉２２のるつぼ２４ｂからオーバーフローする溶融シリコンを受ける位置に誘導溶解炉３３が設けられている。誘導溶解炉３３は、スカル溶解する縦型のコイル一体型のコールドクルーシブルで構成され、下部に溶融シリコンを流出できるオリフィス３４が設けられている。真空チャンバ３１の下部には開口部３６を有する底板３５が設けられ底板３５の上面が誘導溶解炉３３の底部と気密に接している。底板３５にスライドバルブなど真空遮断手段を設けてもよい。
【００３７】
第２精錬室４０は、前記底板３５の下面に接する上部開口部４２と第２真空遮断室５０に接する下部開口部を有する真空チャンバ４１からなる。真空チャンバ４１の内部には、第１真空遮断室３０の誘導溶解炉３３のオリフィス３４から流出する溶融シリコンを受ける位置に第２誘導加熱炉４４が配設されている。第２誘導加熱炉４４も第１誘導加熱炉２２と同様に角型水平巻きのコイル４５を横置きにして内側に仕切り４５ａ，４５ｂ，４５ｃが設けられ、この仕切りによりコールドクルーシブル４６ａ、４６ｂが形成されている。そして、溶融シリコンは仕切り４５ｂ，４５ｃを越えてるつぼ４６ａから４６ｂを経て第２真空遮断室５０の誘導溶解炉３３´に流出するようにされている。
【００３８】
るつぼ４６ａおよび４６ｂには、底部からアルゴンガスとともに酸素あるいは水蒸気を供給するガスノズルを有するガス導入管４８が設けられている。真空チャンバ４１は、図示しない真空ポンプにより排気口４３ａから排気されて真空にされ、またガス導入口４３ｂからアルゴンガスなどが供給されるようになっている。
【００３９】
真空チャンバ４１の下部の開口部４７が、第２真空遮断室５０に接続されている。第２真空遮断室５０は第１真空遮断室３０と同一であるので、同一記号に´を付した記号を使用し、詳細の説明を省略する。第２真空遮断室５０の真空チャンバ３１´も図示しない真空ポンプにより排気されて真空になるようにされている。
【００４０】
凝固精錬室６０は、上部開口部６３が第２真空遮断室５０の底３５´の下面に接して配設された真空チャンバ６１からなり、真空チャンバ６１の内部に第２真空遮断室５０の誘導溶解炉３３´から流出する溶融シリコンを受ける位置に縦型の誘導加熱炉６４が配設されている。真空チャンバ６１の下部にはゲートバルブが設けられた底板６５が設けられている。真空チャンバ６１は排気口６３から排気されて真空に保持されるようになっている。
【００４１】
誘導加熱炉６４は底のないコールドクルーシブルにされ、第２真空遮断室５０の誘導溶解炉３３´のオリフィス３４´から流出する溶融シリコンを受けるようにされている。誘導加熱炉６４の底部は一方向凝固装置６９の引下げ棒６７の先端に設けられた受け板６６によりふさがれ、引下げ棒６７は底板６５に密接した保持部材６８に気密に上下移動できるように保持されている。
【００４２】
こうして、第２誘導溶解炉４４から連続供給されて誘導加熱炉６４により受けられた溶融体シリコンは、上部は加熱された溶融状態で、引下げ棒６７により底部から冷却して連続的に下方に引き下げられて一方向凝固する。これにより、前の精錬により除去されなかったＦｅ，Ｔｉなどの残存不純物が上方のインゴット頭部に残ってシリコンの純度が向上する。
【００４３】
以下上記本発明実施形態のシリコン製造装置を使用して、太陽電池用シリコンを製造する方法について説明する。
【００４４】
まず、前述したように原料金属シリコンは、ほぼ１ｍｍ以下の粒度に粉砕されて酸洗処理される。これにより、偏析しているＦｅ，Ｔｉなどの不純物金属が除去される。以下の工程は図２に基づいて説明する。
【００４５】
まず第１、第２精錬室２０、４０と第１、第２真空遮断室３０、５０および凝固精錬室６０をすべて、図示しない真空ポンプにより排気して真空にする。そして、前記の酸洗処理された粒体を原料供給装置２５に装入し、樋２５ａを介して第１誘導溶解炉２２のるつぼ２４ａに装入する。この状態でコイル２３に通電しても、粒体シリコンは電気抵抗が高いので誘導加熱による溶解はできない。そこで、まず黒鉛棒装入手段２７を駆動して黒鉛棒２８を第１誘導溶解炉２２のコイル２３中に挿入し、コイル２３に通電して黒鉛棒２８を誘導加熱し、この熱により原料シリコンを溶解する。
【００４６】
シリコンが溶解すると、溶融したシリコンは電気抵抗が減じて誘導加熱されるので、黒鉛棒をコイル２３から引き抜く。そして、継続して原料供給装置２５から原料金属シリコンを装入すると、溶融したシリコンはるつぼ２４ａからあふれて仕切り２３ｂを越え、るつぼ２４ｂに流出する。さらに溶融シリコンが増すとるつぼ２４ｂの仕切り２３ｃを越えて第１真空遮断室３０の誘導溶解炉３３内に流出する。
【００４７】
溶融シリコンが第１真空遮断室３０の誘導溶解炉３３に流入してオリフィス３４が溶融シリコンにより塞がれると、第１精錬室２０と第２精錬室４０の雰囲気が遮断される。そこで第２精錬室４０の真空チャンバ４１にガス導入口４３ｂからアルゴンガスを導入する。
【００４８】
誘導溶解炉３３のオリフィス３４から流出した溶融シリコンは第２誘導溶解炉４４のるつぼ４６ａに流入し、さらにるつぼ４６ｂを充満する。この状態で、ガス導入管４８からアルゴンガスとともに酸素あるいは水蒸気を、るつぼ４６ａ，４６ｂの底のガスノズルから溶融シリコンに供給する。これによって、酸化精錬が行われ、シリコン中のＣ，Ｂなどが酸化されて、ガスあるいはスカムとなって除去される。
【００４９】
第２精錬室で酸化精錬された溶融シリコンは、コイル４５の仕切り４５ｃを越えて第２真空遮断室５０の誘導溶解炉３３´内に流出する。誘導溶解炉３３´のオリフィス３４´から流出した溶融シリコンは凝固精錬室６０の誘導溶解炉６４に流入する。このとき、引下げ棒６７の先端の受け板６６は誘導溶解炉６４の上面に近い位置にある。誘導溶解炉６４に溶融シリコンが流入していくと、それにしたがって引下げ棒６７を下方に移動する。すると溶融シリコンは上方が溶融状態で下方から凝固し一方向凝固が行われる。これによって、前記第１、２工程の精錬で除去されなかったＦｅ，Ｔｉなどの不純物がスカムに残って除去され、純度の高いシリコンのインゴットが得られる。
【００５０】
引下げ棒６７が引き下げられ、凝固精錬されたインゴットが所定の大きさになると、底板６５のゲートバルブを閉めて凝固精錬室６０の機密を保持した後、保持部材６８を取り外して、新しい一方向凝固装置６９に取り替えて操業を再開する。こうして、連続して精錬を行うことができる。
【００５１】
［実施例］
以下本発明の１実施例について説明する。本実施例の原料としては、純度９９．０％の金属シリコンを１ｍｍ以下の粒度に粉砕して使用し、これを酸洗処理を行った。
【００５２】
次に、この酸洗処理した粒体シリコンを、原料供給装置２５から１ｋｇ／ｍｉｎの供給量で第１精錬室２０の第１誘導溶解炉２４に供給して、真空度１０-4ｔｏｒｒに保持して１６３０℃で溶解して連続操業した。
【００５３】
第２精錬室４０における酸化精錬では、真空度１０〜０．１ｔｏｒｒ、１５７５℃において、ガス導入管４８からアルゴンと酸素、またはアルゴンと水蒸気の混合ガスを送気した。
【００５４】
凝固精錬室６０における凝固精錬においては、炉内径を１５０ｍｍφにし、ホットトップにより一方向凝固させた。そして、１５０ｍｍφ×２５０ｍｍＬのインゴットが得られたとき、一方向凝固手段６９の保持部材６８を取り替えて、新しく操業を継続した。これらの一連の精錬工程を経ることにより、このときのトップ切り捨て量は５０ｍｍであった。
【００５５】
上記本実施例の各工程における不純物量の変化を表１に示す。
【００５６】
【表１】
0004638002.tif 000002
【００５７】
表に示すように、酸洗処理によりＰ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂ，Ｆｅ，Ｔｉ，などの酸可溶性の金属不純物は５０％以上大幅に低減できた。また、酸洗処理により除かれなかったＣ，Ａｌなどは真空精練、酸化精錬により除去され、続く１回の凝固精錬によって、目標数値の不純物除去が達成され、太陽電池用シリコンに要求されるシックスナイン以上の純度のシリコンが得られた。
【００５８】
以上説明したように、本発明の太陽電池用シリコンの製造方法および装置によれば、溶融状態で連続操業ができ、所要の純度の太陽電池用シリコンが得られた。これにより、下記の効果が認められた。
１．乾式精錬前に、前置工程で酸洗処理を行うことにより粒界に偏析している金属不純物をあらかじめ除去するので、従来方法では２回の凝固精錬を必要とした純度のシリコンが１回の凝固精錬で得られる。
２．誘導加熱炉はコイル一体型コールドクルーシブル炉であるので、投入電力効率が高いとともに、シリコンスカル溶解するので、不純物の混入が防止できる。
３．第１、第２誘導溶解炉は、角型水平巻きコイルの複数るつぼ型なので、反応表面積が拡大され、かつ誘導加熱により強撹拌が行われるので、反応速度が増し反応時間を大幅に短縮できる。
４．従来工程のように中間冷却工程がなく、シリコンの溶融状態のまま全精錬工程を連続で行うので、生産性の向上と電力源単位の低減ができる。
５．溶湯温度、雰囲気の制御が容易であるので、最適な反応条件に設定でき、反応時間を短縮し効率化できる。
６．酸化精錬において、溶湯下方から酸素などを吹き込んでバブリングを行うので、他の方法では除去しにくいＢを効率的に除去でき純度を上げることができる。
７．石英るつぼを使用しないので、不純物の混入を防止でき、かつコスト低減できる。
８．シリコンの蒸発を抑制でき、製品歩留まりが向上する。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の太陽電池用シリコンの製造方法および装置によれば、工程短縮により生産性が向上し、電力消費量を低減でき、高い製品歩留まりが得られるので、安価に高純度のシリコンが得られて太陽電池の発達に寄与でき、近年のクリーンエネルギー問題の解決に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の太陽電池用シリコンの製造工程のフローチャート
【図２】  本発明の太陽電池用シリコンの製造装置の断面図
【図３】  従来の太陽電池用シリコンの製造の真空処理装置の断面図
【図４】  従来の太陽電池用シリコンの製造の酸化処理装置の断面図
【符号の説明】
１  真空チャンバ、２  樋、３、４  黒鉛ハース、５  水冷銅るつぼ、６、７電子銃、１０  真空チャンバ、１１  石英るつぼ、１２  プラズマトーチ、１３  樋、１４  黒鉛鋳型、１５  引上げ装置、２０  第１精錬室、２１  真空チャンバ、２２  第１誘導溶解炉、２３  コイル、２４  るつぼ、２５  原料供給装置、２６  排気口、２７  黒鉛棒挿入手段、２８  黒鉛棒、２９  挿入棒、３０  第１真空遮断室、３１、３１´  真空チャンバ、３２、３２´  排気口、３３、３３´  誘導溶解炉、  ３４、３４´  オリフィス、３５、３５´  底板、３６、３６´  開口部、４０  第２精錬室、４１  真空チャンバ、４２  開口部、４３  排気口、４４  第２誘導溶解炉、４５  コイル、４６  るつぼ、４７  開口部、５０  第２真空遮断室、６０  凝固精錬室、６１  真空チャンバ、６２排気口、６３  開口部、６４  誘導溶解炉、６５  底板、６６  当て板、６７引下げ棒、６８  保持部材、６９一方向凝固装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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