高温素材プロセス・新素材

[B2-6] シリカ熱炭素還元プロセスにおける熱力学的考察

^○伊高健治 (弘前大学 北日本新エネルギー研究所)

司会:宇田哲也(京都大学)

Keywords:太陽電池用シリコン,熱炭素還元プロセス,熱力学計算

主な太陽電池の原料であるシリコンは、珪石から金属シリコンを経て、シーメンス法で高純度化される。シーメンス法をベースとする太陽電池用シリコンプロセスは、既に炭素によって一度還元された金属級シリコンを塩素化して、再度水素で還元する。このため、２回の還元工程が必要で、高いエネルギーコストと水素還元による低い収率という問題点がある。そこで、二酸化シリコンの段階で化学溶液的に高純度化して、その後１回で直接太陽電池級シリコンまで還元できれば、エネルギーが大量に必要な還元工程を１回だけに済ますことが可能となる。 炭素による還元は総合的にはSiO₂ + 2C = Si + 2COで記述されるが、実際には、副生成物SiOとSiCを必ず経由してSiが生成される。すなわち、SiO₂→SiO→SiC→Siという複雑な経路を取る。Siが得られる副反応式には、原料であるSiO₂やCは含まれていない。すなわち、SiOは、SiCによって還元されることとSiCがSiOによって酸化されることにより、Siが得られる。 これらの副反応式について、熱力学計算から示唆されることを発表する。