[发明专利]硅的制造方法和治具

说明书

技术领域

本发明涉及硅的制造方法和治具，详细地说，涉及在通过加热制造硅时在炉内对硅制造用原料或加热生成物进行操作所用的治具、以及使用了该治具的硅的制造方法。

背景技术

太阳能电池具有单位发电量的二氧化碳排放量少、不需要发电用的燃料这样的优点，近年来其需求逐渐增大。目前，在实用化的太阳能电池中，使用了单晶硅或多晶硅的、具有一组pn结的单结太阳能电池正成为主流，随着太阳能电池需求的增大，硅的需求也正在增大。为了提高电池效率，要求太阳能电池中使用的硅具有高纯度。

关于硅的制造方法提出了各种提案，其中之一是使用二氧化硅与碳材料通过碳还原来得到粗精制硅的方法。例如，在专利文献1～4中，使用碳材料在电炉内进行二氧化硅的热还原来进行硅的制造。

在这样的制造方法中，将通常作为碳材料使用的木炭、冶金焦炭、油焦炭、烟煤等适当配合来用作碳材料，但这些碳材料含有挥发分及灰分。

在专利文献1～4所记载的使用低纯度原料的硅的制造方法中，所得到的硅的纯度还不能说充分高，期待可容易地通过太阳能电池等进行应用的高纯度硅原料的制造方法。

因此，本发明人考虑，在硅的制造中，代替如专利文献1～4所示那样的以往所用的低纯度硅制造用原料，而使用高纯度的硅制造用原料，从而能够制造高纯度的硅。即认为，通过使用高纯度的二氧化硅与高纯度的碳，能够制造出高纯度的硅；并使用这样的硅制造用原料，进行了在电弧炉内实际制造硅的实验。

另外，在利用电弧炉制造硅时，作为原料的二氧化硅呈半熔融状态，另外，通过反应生成的一氧化硅堆积在低温部等，在原料表面附近形成强固的壳层(殻)。因此会产生从电弧炉上部投入的新原料无法下降到炉内的反应圏中的状况。这种情况下，需要将原料表面附近形成的壳层击破，通过使用破壳棒(ポーキング棒)而将该壳层机械性击破(专利文献5、6)。

另外，通过电弧炉中的还原反应而生成的硅熔液蓄积在炉底部。将其以熔融状态由炉下部的侧壁取出这一操作被称为放液(tapping，出湯(出液))。出液时，将放液棒由电弧炉的侧面沿水平方向塞入到炉内，破坏用于堵住液体的栓(通常是以沥青为主成分的粘土状物)，冲破使液路闭塞的硅制造用原料和加热生成物的固化物，形成液路，将积存在炉底中心附近的硅熔液引到电弧炉外，由设置在电弧炉外的容器所盛接(专利文献6)。

另外，在现有通常的电弧炉中，作为构成炉体内壁的耐火物，使用碳或氧化物砖(专利文献7)、或者磷酸盐等无机结合材(专利文献8、9)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭57-111223号公报

专利文献2：日本特开昭60-200818号公报

专利文献3：日本特开昭61-117110号公报

专利文献4：日本特开昭62-260711号公报

专利文献5：日本特公昭57-57943号公报

专利文献6：日本特开昭63-147813号公报

专利文献7：日本特开2005-162607号公报

专利文献8：日本特表平8-507282号公报

专利文献9：日本特开平5-4873号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在上述专利文献5、6中，对于构成破壳棒或放液棒的材料并无记载，以往通常使用铁制破壳棒或放液棒。但是，在使用铁制破壳棒的情况下，由于上述硅制造用原料表面附近的壳层形成位置的温度为1000℃～1600℃的高温，因而存在破壳棒前端会由于磨耗和溶损而消耗、或者作为破壳棒材料成分的铁等会污染硅制造用原料、混入到生成物的硅中之类的问题。

另外，在使用铁制放液棒的情况下，由于该放液棒的前端部暴露在炉内的高温中、或因与硅熔液接触而放液棒发生溶损，所以存在作为其成分的铁等混入到硅中的问题。

如此，破壳棒和放液棒之类的治具会污染所制造的硅，因而通过使用高纯度的硅制造用原料来制造高纯度的硅这样的尝试会毫无意义。

因此，本发明的课题在于提供一种使用了特殊治具的硅的制造方法，该治具可防止对于硅制造用原料或加热生成物的污染，可提高所制造的硅的纯度，且具备用于在电弧炉内进行破壳和放液作业等操作的充分的强度。

另外，本发明人在进行研究时认识到，在使用高纯度的硅制造用原料、特别是使用磷浓度低的硅制造用原料来制造硅时，在使用上述通常的电弧炉的情况下，也会产生所制造的硅中的磷浓度高于由硅制造用原料的投入量所计算的值这样的问题。