[发明专利]硅的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅的制造方法。

背景技术

作为半导体级硅的制造方法，主要采用使三氯硅烷与氢在高温下反应的西门子法。但是人们认为在该方法中，虽然可得到极高纯度的硅，但是成本高，难以进一步降低成本。

在环境问题的日益凸显中，太阳能电池作为清洁能源受到注目，且其需求以住宅用为中心而剧增。硅系太阳能电池由于可靠性和转换效率优异，因而占到太阳能发电的8成左右。太阳能电池用硅以半导体级硅的非标准品为主要原料。因此，为了进一步降低发电成本，期待确保低价的硅原料。

作为代替西门子法的硅的制造方法，例如，在下述专利文献1~3中公开了用还原剂（例如熔融金属）还原卤代硅烷来制造硅的方法。

此外，在下述专利文献4、5和非专利文献1中，公开了涉及卤化物与在等离子体中加热过的还原性金属的还原反应的技术。尤其是在下述专利文献5中，公开了使作为还原性金属的Zn与四氯硅烷反应而得到硅的方法。此外，在下述非专利文献1中，公开了使作为还原性金属的Na与四氯硅烷反应而得到硅的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭59-182221号公报

专利文献2：日本特开平2-64006号公报

专利文献3：日本特开2007-284259号公报

专利文献4：日本特开昭58-110626号公报

专利文献5：中国专利公开号CN1962434

非专利文献

非专利文献1：Herberlein,J., “The reduction of tetrachlorosilane by sodium at high temperatures in a laboratory scale experiment”, Int. Symp.Plasma Chemistry, 4th, Vol.2, 716-22(1979)。

发明内容

发明要解决的课题

本发明人发现，上述专利文献5和非专利文献1中所记载的硅的制造方法中，如下所示，在生产率和制造成本方面出现问题。

如上述专利文献5所示，用在等离子体中加热过的Zn还原四氯硅烷的方法中，在等离子体中加热Zn时，存在Zn气化而扩散的倾向。若气化的Zn与四氯硅烷反应，则由于生成的硅气相生长为晶须状，因而生成的硅生长至可适用于太阳能电池的大小的硅粒子需要长时间。此外，当气化的Zn在反应场中过量扩散时，反应场中的Zn的浓度降低，Zn与四氯硅烷的接触频率降低，因而存在反应速度和反应率降低的倾向。由于这些原因，在上述专利文献5所示的方法中，不能充分地提高硅的生产率。

如上述非专利文献1所示，用在等离子体中加热过的Na还原四氯硅烷的方法中，由于Na为一价金属，所以为还原1摩尔的四氯硅烷则需要4摩尔的钠。此外，作为还原剂的Na本身昂贵，其价格超过了硅的市场价格。因此，上述非专利文献1所示的方法由于需要大量昂贵的Na，需要很高的制造成本，因而不是可在工业上实用化的技术，而未被工业化。

为了解决上述课题，本发明提供可提高硅的生产率、同时可降低硅的制造成本的硅的制造方法。

解决课题的手段

为了达到上述目的，本发明的硅的制造方法具备：在等离子体中和/或等离子体射流中加热包含选自Mg、Ca和Al中的至少一种的金属粉末的加热工序；和用在等离子体中和/或等离子体射流中加热过的金属粉末还原卤代硅烷而得到硅的还原工序。

在上述本发明中，使用包含沸点比Zn高的Mg、Ca和Al的至少任一者的金属粉末作为卤代硅烷的还原剂。因此，在等离子体中和/或等离子体射流中加热金属粉末时，与Zn的情况不同，金属粉末会难以气化而以固体或液滴形式存在。若使固体状的金属粉末或液滴化的金属粉末与卤代硅烷反应，则生成的硅会进行固相生长或液相生长。因此，与利用Zn的还原而生成的硅进行气相生长的情况相比，在上述本发明中，可缩短生成的硅生长至可适用于太阳能电池的大小的硅粒子的时间。

此外，在上述本发明中，与气化的Zn不同，固体状的金属粉末或液滴化的金属粉末不会在反应场中过量扩散。因此，与使用Zn作为还原剂的情况相比，在使用上述金属粉末作为还原剂的本发明中，反应场中的还原剂的浓度变高，还原剂与卤代硅烷的接触频率变高，因此，还原剂与卤代硅烷的反应速度和反应率升高。