太陽電池用シリコン製造法のイノベーション

• 研究課題/領域番号: 23246131
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 金属生産工学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 野平 俊之 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (00303876)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 47,190千円 (直接経費: 36,300千円、間接経費: 10,890千円); 2015年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2014年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円); 2013年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円); 2012年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円); 2011年度: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
• キーワード: 太陽電池用シリコン / シリカ / 溶融塩電解 / 低リン / 低ホウ素 / 連続プロセス / 溶融塩電界

研究成果の概要

溶融塩として主にCaCl2(850℃)を使用し、シリカ電解還元による低リン・低ホウ素シリコン製造法の開発を行った。高純度化検討については、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0.5 ppm以下、リンについては0.4 ppm以下を達成した。連続化プロセスの検討として、カソードに液体Zn-Si系を用いる検討を行った。SEM/EDX分析により、シリカから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、結晶性Siの回収に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Cathodic potential dependence of electrochemical reduction of SiO2 granules in molten CaCl2 (2016)
  • 著者名/発表者名: X. Yang, K. Yasuda, T. Nohira, R. Hagiwara, T. Homma
  • 雑誌名: Metallurgical and Materials Transactions E 巻: 未定
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High purity silicon materials prepared through wet-chemical and electrochemical approaches (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Homma, N. Matsuo, X. Ynag, K. Yasuda, Y. Fukunaka, T. Nohira
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 179 ページ: 512-518
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2015.03.148
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Role of Granule Size on the Kinetics of Electrochemical Reduction of SiO2 Granules in Molten CaCl2 (2015)
  • 著者名/発表者名: X. Yang, K. Yasuda, T. Nohira, R. Hagiwara, T. Homma
  • 雑誌名: Metallurgical and Materials Transactions B 巻: 47B 号: 1 ページ: 788-797
  • DOI: 10.1007/s11663-015-0456-1
  • NAID: 120006425888
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reaction Behavior of Stratified SiO2 Granules during Electrochemical Reduction in Molten CaCl2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiao Yang, Kouji Yasuda, Toshiyuki Nohira, Rika Hagiwara, Takayuki Homma
  • 雑誌名: Metallurgical and Materials Transactions B 巻: 未定 号: 4 ページ: 1337-1344
  • DOI: 10.1007/s11663-014-0056-5
  • NAID: 120005661575
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrolytic Reduction of SiO₂ Granules in Molten CaCl₂ (2013)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Toba, Kouji Yasuda, Toshiyuki Nohira, Xiao Yang, Rika Hagiwara, Koki Ichitsubo, Kenta Masuda, Takayauki Homma
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 81 号: 7 ページ: 559-565
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.81.559
  • NAID: 10031178969
  • ISSN: 1344-3542, 2186-2451
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fundamental Study on Reduction Rate for Electrolytic Reduction of SiO2 Powder in Molten CaCl2 (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Toba, K. Yasuda, T Nohira, R. Hagiwara, K. Ichitsubo, K. Masuda and T. Homma
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 50(11) 号: 11 ページ: 119-126
  • DOI: 10.1149/05011.0119ecst
• [雑誌論文] 溶融CaCl2中におけるシリカの電解還元 (2011)
  • 著者名/発表者名: 野平俊之
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 79 ページ: 893-897
• [雑誌論文] 溶融塩中におけるシリカからシリコンへ直接電解還元 (2011)
  • 著者名/発表者名: 野平俊之
  • 雑誌名: 溶融塩および高温化学 巻: 54 ページ: 95-103
• [学会発表] 溶融CaCl2中における液体Zn陰極上でのSiO2直接電解還元挙動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 井戸彬文
  • 学会等名: 電気化学会第83回大会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2016-03-29
• [学会発表] Production of high-purity silicon via molten salt electrolysis (2016)
  • 著者名/発表者名: Xiao Yang
  • 学会等名: The 11th Workshop on Reactive Metal Processing
  • 発表場所: MIT, Cambridge, USA
  • 年月日: 2016-02-19
  • 国際学会
• [学会発表] Production of high-purity Si by electrolysis in molten CaCl2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Xiao Yang
  • 学会等名: The 145th Annual Meeting of TMS
  • 発表場所: Nashville, USA
  • 年月日: 2016-02-16
  • 国際学会
• [学会発表] 溶融塩電解による新規太陽電池級Si製造法の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 楊肖
  • 学会等名: 第39回電解技術討論会
  • 発表場所: 山梨大学
  • 年月日: 2015-11-05
• [学会発表] 溶融CaCl2中における液体Si–Zn合金からのSi析出時の不純物偏析挙動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井戸彬文
  • 学会等名: 第47回溶融塩化学討論会
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2015-10-29
• [学会発表] Electrolytic Reduction of SiO2 on Liquid Zn Cathode in Molten Salt toward Solar-grade Silicon Production (2015)
  • 著者名/発表者名: Kouji Yasuda
  • 学会等名: The 8th KIFEE Symposium
  • 発表場所: Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway
  • 年月日: 2015-09-22
  • 国際学会
• [学会発表] Impurity Segregation during Precipitation of Silicon from Liquid Si–Zn Alloy in Molten CaCl2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Akifumi Ido
  • 学会等名: The 8th KIFEE Symposium
  • 発表場所: Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway
  • 年月日: 2015-09-22
  • 国際学会
• [学会発表] 溶融CaCl2中における固体Siと液体Znとの合金化速度の測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 安田幸司
  • 学会等名: 資源・素材学会平成27年度秋季大会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2015-09-10
• [学会発表] Development of a lab-scale production process for solar grade silicon via molten salt electrolysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Xiao Yang
  • 学会等名: The 10th International Conference on Molten Salt Chemistry and Technology
  • 発表場所: Northeastern University, Shenyang, China
  • 年月日: 2015-05-13
  • 国際学会
• [学会発表] Electrochemical reduction of SiO2 granules on liquid Zn cathode in molten CaCl2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kouji Yasuda
  • 学会等名: The 10th International Conference on Molten Salt Chemistry and Technology
  • 発表場所: Northeastern University, Shenyang, China
  • 年月日: 2015-05-13
  • 国際学会
• [学会発表] 溶融CaCl2中における液体Si-Zn合金を用いたSiO2直接電解還元 (2015)
  • 著者名/発表者名: 安田幸司、島尾武征、楊肖、野平俊之、萩原理加、一坪幸輝、増田賢太、本間敬之
  • 学会等名: 資源・素材学会 平成27年度春季大会
  • 発表場所: 千葉工業大学津田沼キャンパス
  • 年月日: 2015-03-27 – 2015-03-29
• [学会発表] 溶融CaCl2中における液体Si-Zn合金からのSi析出挙動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 安田幸司、島尾武征、楊肖、野平俊之、萩原理加、一坪幸輝、増田賢太、本間敬之
  • 学会等名: 電気化学会第82回大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2015-03-15 – 2015-03-17
• [学会発表] Investigation on mechanism and kinetics of electrochemical reduction of SiO2 granules in molten CaCl2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Xiao Yang, Kouji Yasuda, Toshiyuki Nohira, Rika Hagiwara, Koki Ichitsubo, Kenta, Masuda, Takayuki Homma
  • 学会等名: TMS 2014 144th Annual Meeting and Exhibition
  • 発表場所: Orland, Florida, USA
  • 年月日: 2015-03-15
• [学会発表] 液体亜鉛合金を用いたシリコンの電解製錬法の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 安田幸司
  • 学会等名: 第186回溶融塩委員会
  • 発表場所: 京都大学芝蘭会館
  • 年月日: 2015-02-04
  • 招待講演
• [学会発表] 粉末状SiO2の溶融塩電解還元による高純度Siの製造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 楊肖
  • 学会等名: 電気化学会ナノ・マイクロファブリケーション研究会 表面技術協会表協エレクトロニクス部会 合同研究会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2014-12-12
  • 招待講演
• [学会発表] A Novel Process for Solar-grade Silicon Production via Electrolysis of SiO2 Granules in Molten Salt (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiao Yang, Kouji Yasuda, Toshiyuki Nohira, Rika Hagiwara, Koki Ichitsubo, Kenta Masuda, Takayuki Homma
  • 学会等名: The 6th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2014-11-23
• [学会発表] 液体Znとの合金化反応を利用した溶融CaCl2中におけるSiO2電解還元プロセスの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 安田幸司、島尾武征、楊肖、野平俊之、萩原理加、一坪幸輝、増田賢太、本間敬之
  • 学会等名: 第38回電解技術討論会
  • 発表場所: 埼玉大学
  • 年月日: 2014-11-13 – 2014-11-14
• [学会発表] 溶融CaCl2中における粉末状SiO2電解還元の反応機構と速度解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 楊肖、安田幸司、野平俊之、萩原理加、一坪幸輝、増田賢太、本間敬之
  • 学会等名: 第38回電解技術討論会
  • 発表場所: 埼玉大学
  • 年月日: 2014-11-13 – 2014-11-14
• [学会発表] 溶融CaCl2中における液体Zn電極を用いたSiO2電解還元プロセスの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 島尾武征、楊肖、安田幸司、野平俊之、萩原理加、一坪幸輝、増田賢太、本間敬之
  • 学会等名: 第46回溶融塩化学討論会
  • 発表場所: かずさアカデミアホール
  • 年月日: 2014-11-13 – 2014-11-14
• [学会発表] 溶融CaCl2中における粉末状SiO2電解還元の反応機構と反応速度論的解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 楊肖、安田幸司、野平俊之、萩原理加、一坪幸輝、増田賢太、本間敬之
  • 学会等名: 資源・素材学会平成26年度秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2014-09-15 – 2014-09-17
  • 招待講演
• [学会発表] High Purity Silicon Materials Prepared Through Wet-chemical and Electrochemical Approaches (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Homma, Y. Fukunaka, T. Nohira
  • 学会等名: 65th International Society of Electrochemistry (ISE)
  • 発表場所: Lausanne, Switzerland
  • 年月日: 2014-09-02
  • 招待講演
• [学会発表] 溶融塩電解によるシリコン製造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野平俊之
  • 学会等名: 電解科学技術委員会第92回委員会
  • 発表場所: 電気化学会会議室、東京
  • 招待講演
• [学会発表] 溶融CaCl2中における液体Zn電極を用いたSiO2の電解還元 (2014)
  • 著者名/発表者名: 島尾武征、楊肖、安田幸司、野平俊之、萩原理加、一坪幸輝、増田賢太、本間敬之
  • 学会等名: 電気化学会第81回大会
  • 発表場所: 関西大学
• [学会発表] 溶融CaCl2中での粉末状SiO2の直接電解還元 (2014)
  • 著者名/発表者名: 楊肖、安田幸司、野平俊之、萩原理加、一坪幸輝、増田賢太、本間敬之
  • 学会等名: 電気化学会第81回大会
  • 発表場所: 関西大学
• [学会発表] Investigation on Electrochemical Reduction Behavior of Granular SiO2 in Molten CaCl2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiao Yang, Kouji Yasuda, Toshiyuki Nohira, Rika Hagiwara, Koki Ichitsubo, Kenta, Masuda, Takayuki Homma
  • 学会等名: TMS 2014 143rd Annual Meeting and Exhibition
  • 発表場所: San Diego, California, USA
• [学会発表] Reaction Behavior and Kinetics of Electrochemical Reduction of SiO2 Granules in Molten CaCl2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiao Yang, Kouji Yasuda, Toshiyuki Nohira, Rika Hagiwara, Takayuki Homma
  • 学会等名: The 9th Workshop on Reactive Metal Processing
  • 発表場所: California Institute of Technology, Pasadena, California, USA
• [学会発表] Direct Electrochemical Reduction of SiO2 Granules in Molten CaCl2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiao Yang, Kouji Yasuda, Toshiyuki Nohira, Rika Hagiwara, Koki Ichitsubo, Kenta, Masuda, Takayuki Homma
  • 学会等名: 7th KIFEE International Symposium on Environment, Energy and Materials
  • 発表場所: Doshisha University, Kyoto, Japan
• [学会発表] 新たな太陽電池用シリコン製造法を目指して：溶融塩中におけるシリカの直接電解還元 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野平俊之
  • 学会等名: 第2回SPERCスマートエネルギー工学講演会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 招待講演
• [学会発表] 溶融CaCl2中における粉末状SiO2電解還元機構の解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 楊肖、安田幸司、野平俊之、萩原理加、一坪幸輝、増田賢太、本間敬之
  • 学会等名: 第37回電解技術討論会
  • 発表場所: 大阪府立大学 I-siteなんば
• [学会発表] 溶融CaCl2中におけるSiO2電解への液体Si-Zn合金陰極の使用に関する検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 安田幸司、野平俊之、萩原理加、本間敬之
  • 学会等名: 第45回溶融塩化学討論会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス
• [学会発表] 溶融CaCl2中における液体亜鉛電極の電気化学的挙動 (2013)
  • 著者名/発表者名: 島尾武征、楊肖、安田幸司、野平俊之、萩原理加、一坪幸輝、増田賢太、本間敬之
  • 学会等名: 第45回溶融塩化学討論会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス
• [学会発表] Electrochemical reduction behavior of granular SiO2 in molten CaCl2 (2013)
  • 著者名/発表者名: Xiao Yang, Kouji Yasuda, Toshiyuki Nohira, Rika Hagiwara, Koki Ichitsubo, Kenta, Masuda, Takayuki Homma
  • 学会等名: 224th ECS Meeting
  • 発表場所: San Francisco, California, USA
• [学会発表] 溶融CaCl2中での粉末状SiO2の電解還元における還元速度向上の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鳥羽哲也、安田幸司、野平俊之、萩原理加、一坪幸輝、増田賢太、本間敬之
  • 学会等名: 電気化学会第79回大会
  • 発表場所: 浜松
  • 年月日: 2012-03-31
• [学会発表] Electrolytic Reduction of High-purity SiO2 in Molten CaCl2 for the Production of Solar Silicon (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Nohira, T.Toba, K.Kobayashi, K.Yasuda, R.Hagiwara, K.Ichitsubo, K.Masuda
  • 学会等名: ECO-MATES2011
  • 発表場所: Osaka, Japan(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-29
• [学会発表] 溶融CaCl2中におけるSiO2ベレットの電解還元 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鳥羽哲也、小林克敏、安田幸司、野平俊之、萩原理加、一坪幸輝、増田賢太
  • 学会等名: 第43回溶融塩化学討論会
  • 発表場所: 浜松
  • 年月日: 2011-11-22
• [学会発表] 溶融塩中におけるシリカからシリコンへの直接電解還元 (2011)
  • 著者名/発表者名: 野平俊之
  • 学会等名: 第176回溶融塩委員会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-21
• [学会発表] Production of Solar-Grade Si from High-Purity SiO2 (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Nohira, T.Toba, K.Kobayashi, K.Yasuda, R.Hagiwara, K.Yamada, K.Miura
  • 学会等名: 220th ECS Meeting
  • 発表場所: Boston, USA(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-10
• [学会発表] Electrolytic Reduction of High-purity SiO2 in Molten CaCl2 for the Production of Solar Silicon (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Nohira, T.Toba, K.Kobayashi, K.Yasuda, R.Hagiwara, K.Ichitsubo, K.Masuda
  • 学会等名: Renewable Energy & Materials Tailoring (REMT2011)
  • 発表場所: Kyoto, Japan(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-19
• [学会発表] Electrolytic Reduction of High-purity SiO2 in Molten CaCl2 for the Production of Solar Silicon (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Nohira, K.Kobayashi, T.Toba, R.Hagiwara, K.Ichitsubo, K.Yamada
  • 学会等名: 9th International Symposium on Molten Salts Chemistry & Technology
  • 発表場所: Trondheim, Norway(招待講演)
  • 年月日: 2011-06-09
• [学会発表] 溶融CaCl2中における粉末状SiO2電解還元に関するプロセス検討
  • 著者名/発表者名: 鳥羽哲也、安田幸司、野平俊之、萩原理加、一坪幸輝、増田賢太、本間敬之
  • 学会等名: 第36回電解技術討論会
  • 発表場所: 滋賀県立大学
• [学会発表] Fundamental Study on Reduction Rate for Electrolytic Reduction of SiO2 Powder in Molten CaCl2
  • 著者名/発表者名: T. Toba, K. Yasuda, T Nohira, R. Hagiwara, K. Ichitsubo, K. Masuda and T. Homma
  • 学会等名: The 222nd Meeting of the Electrochemical Society
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
• [学会発表] A Study on Continuous Process for Electrolytic Reduction of SiO2 Powder in Molten CaCl2
  • 著者名/発表者名: T. Toba, K. Yasuda, T Nohira, X. Yang, R. Hagiwara, K. Ichitsubo, K. Masuda and T. Homma
  • 学会等名: The 8th Workshop on Reactive Metal Processing
  • 発表場所: MIT, Cambridge, MA, USA
• [産業財産権] 純度が向上したシリコンの製造方法 (2015)
  • 発明者名: 安田幸司、野平俊之
  • 権利者名: 京都大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2015-09-17
• [産業財産権] 純度が向上したシリコンの製造方法 (2015)
  • 発明者名: 安田幸司、野平俊之
  • 権利者名: 京都大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2015-09-17