新溶融塩電解法によるシリカからのソーラーグレードシリコン製造

• Project/Area Number: 16686044
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Metal making engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 野平 俊之 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (00303876)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥29,900,000 (Direct Cost: ¥23,000,000、Indirect Cost: ¥6,900,000); Fiscal Year 2006: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2005: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2004: ¥19,760,000 (Direct Cost: ¥15,200,000、Indirect Cost: ¥4,560,000)
• Keywords: シリコン製造 / 溶融塩 / シリカ / 電解還元 / 塩化カルシウム / 高純度シリコン / 粉末 / 懸濁電解 / ソーラーグレードシリコン / 高速化 / 粉末シリカ / 粉末シリコン

Research Abstract

平成17年度までの結果を踏まえ、高純度実証試験および電位-p02-図を用いた還元メカニズムの熱力学的考察を行った。まず、高純度化試験として、石英るつぼを石英製反応容器に入れ、高純度CaCl2(99.9%)を溶融塩として、電解還元を行った。この際、SiO2接触型電極のリードとしては、不純物となり得るモリブデンに代わり高純度シリコンを用いた。原料となるシリカに太陽電池級(99.9999%)のものを使用し、還元生成したシリコンの純度をGD-MS等により精密に分析した。その結果、特にシリコンからの除去が難しいホウ素およびリンは、それぞれ8ppmおよび1ppmであり、電解還元による増加は認められなかった。一方、浴成分であるCaが230ppm、対極カーボン由来と思われるCが220ppm、浴中不純物と思われるFeが22ppm、上部電極リードに使用したMoが17ppm検出されるなど、トータルの純度としては99.95%にとどまった。ただし、昨年度と比較すると、Fe:810→22ppm、 Mn:240→0ppm、トータル:99.8→99.95%と大幅に改善した。これらの比較的多く検出された不純物は、実験装置、実験手法の改善により、さらに削減できると考えられるため、現在その検討を行っている。さらに、報告されている熱力学データおよび本研究で得られたSi-Ca合金生成電位に関するデータをもとに、溶融CaCl2中、850℃における電位-P02-図を作成した。その結果、酸化物イオン濃度がある程度高い浴中においては、SiO2から一度CaSiO3を経由してSiへ還元されるメカニズムが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Si Production by Direct Electrolytic Reduction of Solid SiO2 in Molten CaCl2 (2006)
  • Author(s): K.Yasuda, T.Nohira, K.Amezawa, Y.H.Ogata, Y.Ito
  • Journal Title: Proceedings of The Electrochemical Society, PV2004-24 (Molten Salts XIII) PV2004-24 Pages: 999-1005
• [Journal Article] Direct Electrolytic Reduction of Solid Silicon Dioxide in Molten LiCl-KC1-CaCI2 at 773 K (2005)
  • Author(s): K.Yasuda, T.Nohira, Y.H.Ogata, Y.Ito
  • Journal Title: J. Electrochem. Soc. 152巻11号
• [Journal Article] Electrolytic Reduction of a Powder-Molded SiO2 Pellet in Molten CaCl2 and Acceleration of Reduction by Si Addition (2005)
  • Author(s): K.Yasuda, T.Nohira, K.Takahashi, R.Hagiwara, Y.H.Ogata
  • Journal Title: J. Electrochem. Soc. 152巻12号
• [Journal Article] Effect of Electrolysis Potential on Reduction of Solid Silicon Dioxide in Molten CaCl_2 (2005)
  • Author(s): K.Yasuda, T.Nohira, Y.Ito
  • Journal Title: J.Phys.Chem.Solids Vol.66 Pages: 443-447
• [Journal Article] Mechanism of Direct Electrolytic Reduction of Solid SiO_2 to Si in Molten CaCl_2 (2005)
  • Author(s): K.Yasuda, T.Nohira, K.Amezawa, Y.H.Ogata, Y.Ito
  • Journal Title: J.Electrochem.Soc. Vol.152
• [Patent(Industrial Property Rights)] シリコンの製造方法 (2005)
  • Inventor(s): 福中 康博, 野平 俊之, 安田 幸司, 萩原 理加
  • Industrial Property Rights Holder: 京都大学
  • Industrial Property Number: 2005-147139
  • Filing Date: 2005-05-19
• [Patent(Industrial Property Rights)] 懸濁電解による金属の製造方法 (2005)
  • Inventor(s): 野平 俊之, 福中 康博, 萩原 理加
  • Industrial Property Rights Holder: 京都大学
  • Industrial Property Number: 2005-200809
  • Filing Date: 2005-07-08