硅的制造方法和制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种硅的制造方法或制造装置，该方法或装置是使用铁、铝、钙和钛的含量均为0.1质量％以下的二氧化硅原料和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅的方法或装置，其特征在于，碳还原时，利用功率调节装置来缓和流入电弧炉的电极中的过电流，或者，将电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高纯度硅的制造方法和制造装置。
技术介绍
太阳能电池具有单位发电量的二氧化碳排放量少、且不需要发电用的燃料这样的优点，因而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，太阳能电池中使用的硅被要求具有高纯度。关于硅的制造方法，已经提出了多种提案，其中一个提案有下述方法通过使用了二氧化硅和碳材料的碳还原而得到粗精制硅。例如，在专利文献1 4中，使用碳材料在电炉内将二氧化硅热还原，从而制造硅。在这种制造方法中，作为碳材料，适当混合通常使用的木炭、冶金焦炭、石油焦炭和烟煤等而使用，这些碳材料含有挥发成分和灰分。因此，这些碳材料与高纯度的碳材料相比电阻率大，能够避免电极的浮起现象，容易确保适当的电极前端与炉底间的距离。另外，碳材料的挥发成分在炉内被热分解，形成氢气和一氧化碳气体等，在较宽范围内上升到炉表面，促进了电弧炉的均勻的炉内气体的散逸。此外，基于该目的，还有时混合碳材料的10 20质量％的木片。这些情况暗示假如使用了高纯度碳材料时，无法避免电极的浮起现象和均勻的炉内气体的散逸，炉的操作困难。现有技术文献专利文献专利文献1 日本国特开昭57-111223号公报专利文献2 日本国特开昭60-200818号公报专利文献3 日本国特开昭61-117110号公报专利文献4 日本国特开昭62-260711号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题在专利文献1 4中所记载的使用低纯度原料的硅的制造方法中，所得到的硅的纯度不能说足够高，因而要求一种能够更容易地适用于太阳能电池等的高纯度的硅原料的制造方法。因此，本专利技术人考虑，在硅的制造中，代替专利文献1 4中所示那样的以往所用的低纯度原料，而使用高纯度的原料，从而能够制造高纯度的硅。S卩，认为通过使用高纯度的二氧化硅和高纯度的碳，能够制造高纯度的硅，使用这样的原料，进行了在电弧炉内实际制造硅的实验。但是，使用这样的高纯度原料进行反应时，会遇到以下问题例如根据下述反应式(1)，在炉内生成并蓄积导电性高的碳化硅(SiC)，该碳化硅与电弧炉电极接触而引起短路， 另外由于接触解除而引起电流降低等，该短路和电流降低等在短时间内反复进行，由于这种电流的急剧变化(波动)而无法稳定地运转制造装置。Si02+3C ^ SiC+2C0 ...(1)本专利技术是鉴于上述内容而完成的，其课题在于提供一种能够制造高纯度硅、且能够使装置不停止而连续运转的硅的制造方法和制造装置。用于解决课题的方案本专利技术人对于能够制造高纯度硅的条件、和用于使制造装置不停止而稳定、连续运转的条件进行了深入研究，并对详细内容进行了解明，由此得到以下见解。(1)在硅的制造时，在电弧炉内碳化硅能够生成并蓄积的状况下，为了使制造装置的运转稳定，利用功率调节装置(优选为饱和电抗器)稳定电流或电压是有效的。由此，即使在电弧炉内生成并蓄积了碳化硅的情况下，也能够缓和通过电极与碳化硅接触而流入电极中的过电流，能够实现制造装置的连续运转。(2)在电弧炉内利用所谓的埋弧方式进行碳还原反应，同时将电弧炉的炉床功率密度设为特定的范围以上而以不同于现有常识的高输出功率运转电弧炉，从而所生成的碳化硅被更积极地消耗，能够抑制电弧炉电极与碳化硅的接触所引起的短路，能够实现制造装置的连续运转。另外，通过为高输出功率运转，能够以由电极积极地放出电弧这样的条件使其稳定，从而能够有效地制造高纯度硅。(3)在使电弧炉高输出功率运转的同时利用功率调节装置，从而能够更稳定地进行电弧炉的高输出功率运转，能够使来自电极的电弧稳定化。由此，能够更有效地制造高纯度硅。(4)通过使电弧炉中具备的变压器的容量大，能够以大电流更稳定地运转装置。本专利技术是基于上述见解而完成的。S卩，本专利技术由下述方案构成。1. 一种硅的制造方法，该方法使用铁、铝、钙和钛的含量均为0. 1质量％以下的二氧化硅原料、和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅，其特征在于，碳还原时，利用功率调节装置，使因所述电弧炉的电极附近的物质变化和物质配置的变化中的至少一者而流入所述电极中的过电流缓和。2.如上述1所述的硅的制造方法，其中，所述功率调节装置为饱和电抗器。3.如上述1或2所述的硅的制造方法，其中，所述碳材料的灰分为1.0质量％以下。4.如上述1 3中任一项所述的硅的制造方法，其中，在所述电弧炉的炉内，使所述电极埋没在所述二氧化硅原料和所述碳材料中，且由所述电极产生电弧。5.如上述1 4中任一项所述的硅的制造方法，其中，将所述电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。6.如上述1 5中任一项所述的硅的制造方法，其中，所述电弧炉具备变压器，该变压器的容量为所述电弧炉的运转输出功率的1. 5倍以上，利用该变压器进行变压。7. 一种硅的制造方法，该方法使用铁、铝、钙和钛的含量均为0. 1质量％以下的二氧化硅原料、和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅，其特征在于，将所述电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。3/12 页8.如上述7所述的硅的制造方法，其中，使所述电弧炉的电极埋没在所述二氧化硅原料和所述碳材料中，且由所述电极产生电弧。9.如上述7或8所述的硅的制造方法，其中，所述碳材料的灰分为1.0质量％以下。10.如上述7 9中任一项所述的硅的制造方法，其中，利用饱和电抗器调整流入所述电弧炉的电极中的电流量。11.如上述7 10中任一项所述的硅的制造方法，其中，利用容量为所述电弧炉的运转输出功率的1. 5倍以上的变压器进行变压。12. 一种硅的制造装置，该制造装置是使用铁、铝、钙和钛的含量均为0. 1质量％ 以下的二氧化硅原料、和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅的装置，其中，该制造装置具备功率调节装置，所述功率调节装置使因所述电弧炉的电极附近的物质变化和物质配置的变化中的至少一者而流入电极中的过电流缓和。13.如上述12所述的硅的制造装置，其中，所述功率调节装置为饱和电抗器。14.如上述12或13所述的硅的制造装置，其中，所述碳材料的灰分为1. 0质量％ 以下。15.如上述12 14中任一项所述的硅的制造装置，其中，在所述电弧炉中，使所述电极埋没在所述二氧化硅原料和所述碳材料中，且由所述电极产生电弧。16.如上述12 15中任一项所述的硅的制造装置，其中，将所述电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。17.如上述12 16中任一项所述的硅的制造装置，其中，所述电弧炉具备变压器， 该变压器的容量为所述电弧炉的运转输出功率的1. 5倍以上。18. 一种硅的制造装置，该制造装置是使用铁、铝、钙和钛的含量均为0. 1质量％ 以下的二氧化硅原料、和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅的装置，并且，将所述电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。19.如上述18所述的硅的制造装置，其中，在所述电弧炉中，使所述电极埋没在所述二氧化硅原料和所述碳材料中，且由所述电极产生电弧。20.如上述18或19所述的硅的制造装置，其中，所述碳材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：山原圭二，藤本博己，片山利昭，
申请(专利权)人：三菱化学株式会社，
类型：发明
国别省市：