多結晶シリコン
多結晶シリコン(たけっしょうシリコン、Polycrystalline silicon/multicrystalline silicon)は、ポリシリコン(polysilicon)、poly-Si あるいは mc-Si とも呼ばれ、高純度なシリコンの多結晶であり、太陽光発電と電子産業において原材料として使われる。
多結晶シリコンは、冶金グレードシリコン(MG-Si : metallurgical-grade silicon。純度が低いシリコン)からシーメンス法と呼ばれる化学的な精製処理によって製造される。その処理は、揮発性シリコン化合物の蒸留と高温でのシリコンへの化学分解を含んでいる。新しい方法として、流動層反応器(英語版)を使う改良された方法がある。太陽光発電産業は、化学的な精製処理の代わりに冶金を使って純度を上げた改良型冶金グレードシリコン(UMG-Si : upgraded metallurgical-grade silicon)も生産する。電子産業のために生産されるポリシリコンは、1 ppb未満の不純物を含んでいるが、ソーラーグレードシリコン(SoG-Si : solar grade silicon)は、一般的にそれよりも純度が低くなる。GCL-Poly、Wacker Chemie、トクヤマ、OCI、そしてHemlock Semiconductorのような中国、ドイツ、日本、韓国、そしてアメリカ合衆国の企業およびREC(ノルウェー発祥)は、2013年に全世界で23万トンの生産量を計上した。
ポリシリコンの価格は、よく2つのカテゴリーに分けられる。契約価格とスポット価格である。純度が高いほど高価になる。 太陽電池の設置が盛んになると、ポリシリコンの価格競争が起きる。 市場においてスポット価格が契約価格を超えるのはもちろんだが、それでもポリシリコンを十分に獲得するのは困難である。 バイヤーは、十分な量のポリシリコンを獲得するために頭金と長期契約を受け入れることになる。 逆に太陽電池の設置が下火になれば、スポット価格は契約価格を下回る。 2010年の終わり頃に太陽電池の設置が盛んになったので、ポリシリコンのスポット価格は上昇した。 2011年前半において、イタリアのFIT(固定価格買取制度)のおかげでポリシリコンの価格は強く維持された。 太陽電池価格の調査と市場調査の企業であるPVinsightsは、ポリシリコンの価格は2011年の後半に太陽電池の設置不足によって引きずり落とされるだろうと報告していた。 2008年の価格は、1kg当たり$200の水準から1kg当たり$400を超えた。その一方で2013年に1kg当たり$15まで下落した。
中国政府は、アメリカ合衆国と韓国の製造企業を略奪的価格設定(英語版)もしくは不当廉売で告訴した。 その結果として、製品が原価以下で売られることを阻止するために2013年にこれらの2つの国から出荷されるポリシリコンに最大57%の関税を課した。
摂氏650度を超えると、望ましくない気相反応とシランの枯渇が原因で堆積の均一性は悪化し、非常に荒い堆積になる。 低圧力の反応器の内部における圧力を変更することができる。ポンプの速度を変えるか、反応器の入口のガスの流量を変えるかのどちらかよって圧力を変更できる。 もしも入口のガスがシランと窒素から構成されるならば、入口のガス流量、従って反応器の圧力を変更できる可能性がある。一定のシラン流量における窒素流量の変更をするか、あるいはガス比率を一定に保ちつつ合計のガス流量を変更するために窒素とシランの両方の流量を変更するかのどちらかによって変更できる。 最近の調査によると、電子ビーム蒸着と統計的工程管理(SPC)は、ソーラーグレードのポリシリコン薄膜を製造するために費用対効果が高く、迅速な代替手法になることが示されている(SPCは必要な時のみ)。 そのような方法で製造された太陽電池モジュールは、6%以下の変換効率であることが示されている。
ポリシリコンのドーピングが必要であれば、堆積プロセスの間に行う。大抵、ホスフィン、アルシン、あるいはジボランを添加する。 ホスフィンあるいはアルシンを添加すると堆積が遅くなり、ジボランを添加すると堆積速度が速くなる。 ドーパントが堆積中に添加されると、堆積の厚みの均一性は通常悪化する。