2014 Fiscal Year Annual Research Report
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23246131
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
野平 俊之 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (00303876)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 太陽電池用シリコン / シリカ / 溶融塩電解 / 低リン / 低ホウ素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．高温(800-1000℃)溶融塩中におけるシリカ電解還元による低リン・低ホウ素シリコン製造法(高純度化およびプロセス連続化)
1-1.高純度化検討については、前年度までの結果にもとづき、同様の手法でサンプルを作成し、得られたシリコン中の不純物濃度をICP-MSおよびGD-Mにより分析した。その結果、ホウ素については1 ppm以下、リンについては0.5 ppm以下を達成した。今後はさらなる不純物低減を行うため、サンプル量を増やした実験を行う予定である。
1-2.連続化プロセスの検討として、前年度に引き続き、液体Zn-Si系を検討した。アルミナ保護管の底部に液体Znを配置し、そのすぐ上部に窓を空けて溶融塩と接触する構造の電極を開発した。シリカの有無によりサイクリックボルタモグラムの形状の変化を観察したところ、シリカが存在する場合にカソード電流が増加することを確認した。その結果に基づき、0.9 V vs. Ca2+/Caの定電位電解でサンプルを作成した。SEM/EDX分析により、シリコンへの還元を確認した。さらに、液体Zn-Si合金からのSi回収についても初期検討を行い、降温速度を小さくすることでSi結晶粒が大きく成長することを明らかにした。
２．低温(200-400℃)溶融塩中におけるシリカ電解還元による高純度シリコン製造法
前年度に引き続き、溶融LiCl-KCl-CaCl2(融点332℃)中での電解還元を検討した。温度を350、400、450、500、550、600℃として変化させて実験を行い、還元生成したシリコンの純度、形態、結晶性等を、ICP-AES、XRD、SEM/EDXを用いて分析した。その結果、温度が高い方が好ましいことが示され、200-400℃という低温溶融塩中での電解還元は課題が多いことが分かった。一方、出発物質としてシリカ‐カーボンコンポジットを用いて電解還元を行うと、アモルファスシリコン‐カーボンコンポジットを得ることができ、リチウム二次電池用負極として有望であることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高温溶融塩中における高純度化については、ホウ素については1 ppm以下、リンについては0.5 ppm以下を達成した。今後、サンプル量を増やすことで、目標であるB<0.1 ppm、P<0.2 ppmの達成が見込まれる。プロセスの連続化についても、液体Zn-Si合金カソードの検討が順調に進んでいる。低温溶融塩系については、反応速度、結晶性などに課題があるものの、アモルファスシリコン‐カーボンコンポジットの作成が可能であり、リチウム二次電池用負極材料としての応用展開が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
申請時の計画からの大きな変更はない。高温溶融塩系での検討としては、得られるサンプル量を数グラムから数十グラムへ増やすことで、実験装置由来の不純物量を相対的に減らすことを試みる。また、得られたシリコン粉末を浮遊帯域溶融装置を用いて結晶化させ、純度分析に加えて、種々の半導体物性を評価を行いたいと考えている。
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