2016 Fiscal Year Annual Research Report

Development of Innovative Refining Processes for Solar Grade Silicon by Alloying and Flux Treatment

Research Project

Project/Area Number	16H02409
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	森田一樹東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00210170)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	反応・分離・精製 / シリコン / フラックス / 凝固精製 / 合金化
Outline of Annual Research Achievements	Ⅰa．Si-Sn-X系融液中のBの熱力学的性質の測定、Ⅰb．弱還元雰囲気下でのCaO-Na2O-SiO2系フラックスのB吸収能の測定、Ⅰc．CaO-Na2O-SiO2系フラックスによるSi-Sn-X系融液からの脱B挙動の調査、および、Ⅱa．Na2O-SiO2系フラックスによるSi-Na系融体からの脱P挙動の解明を行った。 Ⅰa．ではSi-Sn融液よりもBの熱力学的安定性を下げる溶媒の探索を目的として、第3成分の影響を調査した。一部予備的に行っていたSi-Sn-Al系により脱B挙動の確認を行ったが、Bの熱力学的安定性が増加する傾向にあるため、Si-Sn-Cu系を対象として研究を行うこととした。平成28年度は平衡データの測定条件の検討を進め、手法を確立した。 Ⅰb．では、効率的なSi合金の脱Bが期待されるCaO-Na2O-SiO2系フラックスのB吸収能の測定手法の確立を試みている。フラックスと平衡させる参照金属中のBの熱力学的性質を明らかにするため、CO分圧を変えたCO-Arガス雰囲気下、炭素るつぼ中でSiとフラックスを平衡させ適当な濃度のBが参照金属（溶融Cu）に存在する条件を明らかにした。また、純粋B2O3と平衡するCu中B濃度から1473～1723における溶融Cu中Bの活量係数の測定を行った。 Ⅰc．ではCaO-Na2O-SiO2系フラックスによるSi合金の脱Bを実際に行い、分配比1.0を得た。 Ⅱa．では、Si-Na合金とNa2O-SiO2フラックスを平衡させて、合金とフラックスの組成の関係を明らかにし、それぞれの分配比と見積もられた界面の酸素分圧からフラックスの脱P能の評価を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason Ⅰb．において、当初想定していた参照金属（Cu）中のBの活量係数測定で再現性が得られず、時間を要したため、並行して行うⅠa．その後で行う予定であったⅠc．に充てる時間が限られ、それぞれ当初の期待に較べて進捗がやや遅れているが、3年間の計画には影響は少ないものと考えられる。また、Ⅱa．についてはほぼ予定委通り進められている。
Strategy for Future Research Activity	Ⅰa．Si-Sn-X 系融液中のB の熱力学的性質の測定では、引き続きX=Cuについての測定をまた新たにX=Biについての測定も行い、1473K における最適融液組成を速やかに見極め、平成29年度中に1573K、1673Kにおける調査についても完了する。 Ⅰb．弱還元雰囲気下でのCaO-Na2O-SiO2 系フラックスのB吸収能の測定を1473K、1573K、1673Kにおいてフラックスの液相領域全域で温度依存性も併せて行う。 Ⅰc．上記フラックスによるSi-Sn-X系融液からの脱B挙動の調査と塩化物添加の影響について、最もBの活量係数の大きい組成のSi-Sn-X融液からCaO-Na2O-SiO2系フラックスを用いて脱Bを1473-1673Kで行う。さらに、CaCl2（またはNaCl）の添加を行いそのB揮発除去に及ぼす効果を確認し、添加方法の最適条件を模索する。Ⅱa．Na2O-SiO2系フラックスによるSi-Na 系融体からの脱P、脱B 挙動の解明：平成28 年度に確立した手法で、1273Kから実験温度を上げ、Naの蒸発による困難を伴うが1473Kまで温度の影響について調査を行う。また、併せてBの挙動についても確認する。 Ⅱb．Si-Na系融体中PおよびBの熱力学的性質の評価：上記Ⅱaの一部の実験に於いてPb-Na合金を共存させて行う。Si-Na溶融合金とはほぼ不混和であり既知であるPb-Na合金中Naの熱力学データを用いてSi-Na系のNaの活量を求め、フラックス中Na2Oの活量報告値を用いて、フラックス－融体界面の酸素分圧を評価することが出来る。これと既報告のフラックスのPの吸収能およびⅠbで得たフラックス中Bの吸収能、およびSi-Na系融体中PおよびBの濃度から、同融体中のPおよびBの熱力学的性質を1273～1473Kで求める。