NO161250B - Fremgangsmaate til fremstilling av hoeyrenset silisium som er egnet for fremstilling av solceller i henhold til en karbotermisk reduksjonsprosess. - Google Patents

Fremgangsmaate til fremstilling av hoeyrenset silisium som er egnet for fremstilling av solceller i henhold til en karbotermisk reduksjonsprosess. Download PDF

Info

Publication number
NO161250B
NO161250B NO831484A NO831484A NO161250B NO 161250 B NO161250 B NO 161250B NO 831484 A NO831484 A NO 831484A NO 831484 A NO831484 A NO 831484A NO 161250 B NO161250 B NO 161250B
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
carbon
granules
purified
sio2
production
Prior art date
Application number
NO831484A
Other languages
English (en)
Other versions
NO161250C (no
NO831484L (no
Inventor
Hubert Aulich
Karl-Heinz Eisenrith
Friedr-Wilh Schulze
Hans-Peter Urbach
Original Assignee
Siemens Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Ag filed Critical Siemens Ag
Publication of NO831484L publication Critical patent/NO831484L/no
Publication of NO161250B publication Critical patent/NO161250B/no
Publication of NO161250C publication Critical patent/NO161250C/no

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/021Preparation
    • C01B33/023Preparation by reduction of silica or free silica-containing material
    • C01B33/025Preparation by reduction of silica or free silica-containing material with carbon or a solid carbonaceous material, i.e. carbo-thermal process

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til fremstilling av høyrenset silisium som er egnet for fremstilling av solceller,
i henhold til en karbotermisk reduksjonsprosess hvor høyrenset silisiumoksyd benyttes som utgangsmateriale og finpulverisert karbon benyttes som reduksjonsmiddel.
Ved produksjon av silisium i stor teknisk målestokk (met-alurgical grade) blir naturlig forekommende kvarts redusert med karbon (petrolkoks, koks, kull, trekull) i lysbueovn. Da der ved denne prosess anvendes forurensede utgangssubstanser (Si02, karbon) har det fremstilte silisium bare en renhet av omtrent 98 % og er dermed uskikket for fremstilling av solarceller. Solarsilisium lar seg bare fremstille ved denne metode dersom også utgangssubstansene har meget høy renhet og den for-nødne reaktivitet. For en utbredt anvendelse av solarceller må utgangssubstansene dessuten fremstilles til gunstig pris og med jevn kvalitet.
En fremgangsmåte av den innledningsvis angitte art frem-går av europeisk patentsøknad nr. 0029157. Ved denne fremgangsmåte blir der ut fra forurenset kvartssand, boroksyd og soda ved smeltning fremstilt et natrium-borsilikatglass, som blir formet til et glasslegeme med stor overflate (fibre, bånd, fol-ier). Ved hjelp av en påfølgende varmeherdningsprosess blir der i glasslegemet tilveiebragt en faseseparasjon hvor der foruten en SiO-j-rik fase oppstår en Na20-B203~rik fase hvor de forstyrrende forurensninger samler seg. Ved en syrebehandling blir så denne Na2-B203~rike fase tillike med forurensinger lutet ut fra glasslegemet så der bare blir tilbake Si02 som har høy renhet, og som så kan tilføres reduksjonsprosessen med karbon i lysbue. Ved det således fremstilte Si02 kan innholdet av over-gangsmetallioner senkes ned til ppm-området og lavere.
Minskningen av borinnholdet, som virker sterkt doterende i silisium, lar seg tilveiebringe ved at den faseseparerende utlutningsprosess i samsvar med tysk patentsøknad P 31 23 009.1 blir gjennomført slik at ikke noe bor kommer inn i glassmelten før eller under prosessen. Ved overføringen til glassfase blir der tilsatt en blanding av aluminiumoksyd og karbonater og/eller oksyder av elementene fra alkali- og jordalkali-metallgruppen og ved 1300-1500°C fremstilt en homogen glassmelte, som omdannes til glassfibre og uten varmeherdning blir underkastet den faseseparerende utlutningsprosess. Det Si02 som dermed fås i fin pulverform, har en renhetsgrad som strekker til for produksjon av solarceller (borinnholdet mindre enn 1 ppm. Overgangsmetaller mindre enn 10 ppm).
Foruten Si02 med høy renhet behøves også karbon av høy renhet for reduksjonsprosessen. Karbon med de forlangte egen-skaper er for tiden ikke å få i handelen. De materialer som anvendes for fremstilling av "metallurgical grade"-silisium,
har i alminnelighet et askeinnhold på 0,1 - 1 % og er altså uskikket for fremstilling av solarsilisium. Vesentlig lavere forurensningsnivå har grafitt som er renset ved en høytemperatur-behandling (høyere enn 2000°C) med fluorerte hydrokarboner. Dette materiale er imidlertid pga. de høye omkostninger og sin lave reaktivitet uskikket for reduksjonsprosessen.
Den oppgave som ligger til grunn for oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte til fremstilling av høyrenset silisium som er egnet til fremstilling av solceller yed bruk av den karbotermiske fremgangsmåte, idet fremstillingen skal fore-gå på mest mulig enkel og prisgunstig måte.
Denne oppgave blir oppnådd ved en fremgangsmåte av den innledningsvis angitte art hvor ifølge oppfinnelsen
et pulverisert karbonholdig materiale som inneholder urenheter blandes med et syrefast, høytemperaturbestandig bindemiddel for dannelsen av karbonholdige granulater,
renset partikkelformet Si02 blandes med et syrefast, høytemperaturbestandig bindemiddel for dannelsen av rensede Si02-holdige granulater,
i hvert fall de karbonholdige granulater bringes i kontakt med en varm, uorganisk syreoppløsning for å trekke ut i det vesentlige alle urenheter som er tilstede deri og således oppnå i det vesentlige helt rensede karbonholdige granulater,
og hvor
de fremkommede rensede, karbonholdige granulater blandes med de rensede Si02~holdige granulater for direkte reduksjon av Si02 med karbon via den karbotermiske reduksjonsprosess for således å oppnå relativt rent silisium som er egnet for fremstilling av solceller.
Innen rammen av oppfinnelsen ligger i den forbindelse
at der som granulat anvendes piller eller tabletter av karbon ■ og/eller av Si02.
Riktignok er det fra DE-OS 30 13 319 kjent for reduksjon av SiC>2 for fremstilling av silisium egnet for solarceller å anvende ved høytemperatursmeltning aktivert karbon eller sot i form av tabletter, inneholdende et høyrenset bindemiddel som stivelsesukker eller cellulose samt kvartssand, men den renhetsgrad av silisiumet som oppnås etter reduksjonen, utgjør mindre enn 7 ppm for borinnholdets og under 5 ppm for fosforinnholdets vedkommende. For å bedre renhetsgraden ytterligere og fremstille silisium'av solarcellekvalitet blir der derfor i tilslutning til reduksjonsprosessen ved den kjente fremgangsmåte også til-føyet en smelteprosess hvorunder forurensingene blir fraskilt ved sonevis utsmeltning. Dette ekstra prosesskritt blir ved en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsens lære gjort overflødig ved hjelp av utlutningsprosessen.
Ved denne ekstraksjonsprosess blir de forstyrrende forurensninger som f.eks. kalsium, aluminium og overgangsmetallene fjernet, så der fås høyrent karbongranulat som har høy reaktivitet i reduksjonsprosessen. Etter tørringen kan granulatet straks innføres i lysbueovnen. Ved denne fremgangsmåte kan der fås karbon med følgende renhet: Overgangsmetaller (Fe, Ni), Al,
Mg, Ca mindre enn 10 ppm, bor og fosfor mindre enn 1 ppm.
En videre utvikling av oppfinnelsestanken går ut på
'at det pulveriserte karbonholdige materiale blandes med pulveriserte glasslegemer som består av kvartssand og egnede glassdannende tilsetninger og som er blitt omdannet til pulveriserte fiberpartikler for å tilveiebringe en pulverisert tilsetning for blanding,
at den pulveriserte tilsetning sammenblandes med et syrefast, høytemperaturbestandig bindemiddel for dannelsen av karbon/g lass granulater ,
at granulatene bringes i kontakt med en varm saltsyre-oppløsning for å trekke ut i det vesentlige alle urenheter som foreligger i granulatene og
at de rensede granulater utsettes direkte for den karbotermiske reduksjonsprosess for å frembringe relativt ren silisium som er egnet for fremstilling av solceller.
I den forbindelse anvendes som tilslag Al^ O^ og alkali-og jordalkalioksyder som Na20, CaO, Al2°3°9/
eller MgO. Fibrene, som har en tykkelse av f.eks. ca.
10-100 pm, blir findelt, blandet med den nødvendige mengde finfordelt karbon, f.eks. 2 mol karbon til 1 mol Si02, og et egnet bindemiddel, f.eks. ved en høyren fenolharpiks og overført til piller resp. tabletter. Derpå blir disse piller lutet ut med en het anorganisk syre, f.eks. saltsyre, hvorunder samtlige forurensninger blir fjernet fra glassmatrisen og karbo-net. De høyrene Si02/karbon-piller eller -tabletter kan etter tørring direkte reduseres til silisium i lysbuen. Om nødvendig kan man for korreksjon av det støkiometriske Si02 /karbonforhold tilføye piller eller tabletter av rent Si02 og rent karbon.
I henhold til et særlig gunstig utførelseseksempel i samsvar med oppfinnelsens lære blir der til ekstraksjonen benyt-tet 3N-6N het saltsyre med en temperatur på minst 90°C.
Det ligger innen oppfinnelsestankens ramme at der som bindemidler anvendes høyrene substanser som ved temperaturer i området rundt 600°C ennå er mekanisk stabile med Si02 og/eller karbon. Bindemiddelets kjemiske sammensetning og dets konsentra-sjon i pillen eller tabletten må velges slik at disses form ikke blir forstyrret ved utlutningsprosessen og der i lysbuen ennu foreligger tilstrekkelig fasthet til at der ikke inntrer forhastet sønderfall med den følge at pillene resp. tablettene blir ført ut av ovnen som støv med reaksjonsgassene (CO, C02).
Ved fremstillingen av granulatformen (kornvekst) blir der derfor i henhold til oppfinnelsens lære fortrinnsvis anvendt fenolharpikser, men også stivelse eller natriumsilikat. Andelen av bindemiddel i granulatet blir i den forbindelse innstilt på 5 til 15 %. Granulenes diameter utgjør > 6mm, fortrinnsvis 6-25 mm. Som utgangsmateriale for det hø<y>rene karbon anvendes sot, aktiv kull eller også malt trekull.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av høyrenset silisium som er egnet for fremstilling av solceller, i henhold til en karbotermisk reduksjonsprosess hvor høyrenset silisiumdioksyd benyttes som utgangsmateriale og finpulverisert karbon benyttes som reduksjonsmiddel, k a r s k t e. r j s e. r t ved at et pulverisert karbonholdig materiale som inneholder urenheter blandes med et syrefast, høytemperaturbestandig bindemiddel for dannelsen av karbonholdige granulater, at renset partikkelformet Si02 blandes med et syrefast, høy-temperaturbestandig bindemiddel for dannelsen av rensede SiO,,-holdige granulater, at i hvert fall de karbonholdige granulater bringes i kontakt med en varm, uorganj.sk syreoppløsning for å trekke ut i det vesentlige alle urenheter som er tilstede deri og således oppnå i det vesentlige helt rensede karbonholdige granulater, og. at de fremkommede rensede, karbonholdige granulater blandes med de rensede Si02~holdige granulater for direkte reduksjon av Si02 med karbon via den karbotermiske reduksjonsprosess for således å oppnå relativt rent silisium som er egnet for fremstilling av solceller.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakter is eit ved at de karbonholdige granulater og Si02~holdige granulater benyttes i form av standardi-serte pellets eller tabletter.
3. Fremgangsmåte til fremstilling av høyrenset silisium som er egnet for fremstilling av solceller, i henhold til en karbotermisk reduksjonsprosess hvor høyrenset silisiumdioksyd benyttes som utgangsmateriale cg finpulverisert karbon benyttes som reduksjonsmiddel, at det pulveriserte karbonholdige materiale blandes med pulveriserte glasslegemer som består av kvartssand og egnende glassdannende tilsetninger og som er blitt omdannet til pulveriserte fiberpartikler for å tilveiebringe en pulverisert tilsetning for blanding, at den pulveriserte tilsetning sammenblandes med et syrefast, høytemperaturbestandig bindemiddel for dannelsen av karbon/ glassgranulater, at granulatene bringes i kontakt med en varm saltsyreoppløs-ning for å trekke ut i det vesentlige alle urenheter som foreligger i granulatene og at de rensede granulater utsettes direkte for den karbotermiske reduksjonsprosess for å frembringe relativt ren silisium som ei egnet for fremstilling av solceller.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at de glassdannende tilsetninger omfatter en blanding av Al203 og alkali- og jord-alkalimetalloksyder som Na'20, CaO og/eller MgO.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den varme uorganiske syreoppløsning omfatter en 3N-6N saltsyre ved en temperatur på minst 90°C.
6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at blandingen av de rensede Si02-holdige granulater med de rensede karbonholdige granulater foretas slik at det oppnås et støkiometrisk molforhold mellom karbon og Si02 på ca. 2:1.
7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at pellets eller tabletter sammensatt av rent Si02 og/eller rent karbon tilsettes til blandingen av rensedeSi02~holdige granulater og rensede karbon-granulater for å oppnå det støkiometriske forhold mellom karbon og Si02.
8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at bindemidlet omfatter enhøyren substans som vil forbli mekanisk stabil sammen med Si02 og/eller karbon ved en temperatur i området rundt 600°C.
9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at de rene substanser velges fra gruppen som består av fenolharpikser, sukroser, natrium-silikater og blandinger derav.
10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at mengden av bindemiddel som blandes med det pulveriserte karbonholdige materiale og/ eller partikkelformet Si02 ligger i området mellom 5 og 15 vektprosent, basert på den respektive vekt av karbon eller Si02.
11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det pulveriserte karbonholdige materiale velges fra gruppen bestående av kjønrøk, aktivt kull, malt trekull og blandinger herav.
12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at granulatet tildannes slik at det har en gjennomsnittsdiameter større enn 6 mm, fortrinnsvis i området mellom 6 og 25 mm.
NO831484A 1982-04-29 1983-04-27 Fremgangsmaate til fremstilling av hoeyrenset silisium som er egnet for fremstilling av solceller i henhold til en karbotermisk reduksjonsprosess. NO161250C (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19823215981 DE3215981A1 (de) 1982-04-29 1982-04-29 Verfahren zum herstellen hochreiner ausgangsmaterialien fuer die fertigung von silizium fuer solarzellen nach dem carbothermischen reduktionsverfahren

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO831484L NO831484L (no) 1983-10-31
NO161250B true NO161250B (no) 1989-04-17
NO161250C NO161250C (no) 1989-07-26

Family

ID=6162270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO831484A NO161250C (no) 1982-04-29 1983-04-27 Fremgangsmaate til fremstilling av hoeyrenset silisium som er egnet for fremstilling av solceller i henhold til en karbotermisk reduksjonsprosess.

Country Status (9)

Country Link
US (1) US4460556A (no)
JP (1) JPS58190809A (no)
BR (1) BR8302183A (no)
CA (1) CA1198879A (no)
DE (1) DE3215981A1 (no)
IT (1) IT1164196B (no)
LU (1) LU84501A1 (no)
NO (1) NO161250C (no)
ZA (1) ZA832998B (no)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3439550A1 (de) * 1984-10-29 1986-04-30 Siemens Ag Verfahren zum herstellen von silizium fuer solarzellen
DE3732073A1 (de) * 1987-09-23 1989-04-06 Siemens Ag Hochreine innenauskleidung fuer einen elektroniederschachtofen
FR2827592B1 (fr) * 2001-07-23 2003-08-22 Invensil Silicium metallurgique de haute purete et procede d'elaboration
PL203779B1 (pl) * 2002-08-29 2009-11-30 Elkem Materials Sposób wytwarzania metalu lub stopu zawierający etap redukcji rudy metalu z zastosowaniem materiału węglowego
DE60326055D1 (de) 2002-10-29 2009-03-19 Toyota Motor Co Ltd Ölring
KR101450346B1 (ko) * 2006-03-15 2014-10-14 알이에스씨 인베스트먼츠 엘엘씨 태양 전지 및 다른 용도를 위한 규소 제조 방법
US20080314446A1 (en) * 2007-06-25 2008-12-25 General Electric Company Processes for the preparation of solar-grade silicon and photovoltaic cells
US20080314445A1 (en) * 2007-06-25 2008-12-25 General Electric Company Method for the preparation of high purity silicon
ITMI20081085A1 (it) * 2008-06-16 2009-12-17 N E D Silicon S P A Metodo per la preparazione di silicio di grado metallurgico di elevata purezza.
CA2733354A1 (en) * 2008-08-06 2010-02-11 Electrodynamic Applications, Inc. Plasma processes for producing silanes and derivatives thereof
DE102008042498A1 (de) 2008-09-30 2010-04-01 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Pyrolyse von Kohlehydraten
EP2334598A2 (de) 2008-09-30 2011-06-22 Evonik Degussa GmbH Herstellung von solar-silicium aus siliciumdioxid
EP2322474A1 (de) 2009-11-16 2011-05-18 Evonik Degussa GmbH Verfahren zur Pyrolyse von Kohlehydraten
CN106672976A (zh) * 2017-02-16 2017-05-17 石兵兵 一种低硼多晶硅及其制备方法
CN108147414B (zh) * 2017-12-26 2020-12-01 宁夏大学 一种纳米级硅颗粒的制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE538783C (de) * 1927-04-30 1931-11-16 Daniel Gardner Herstellung von Kohlenstoff von hoher Reinheit
DE553235C (de) * 1929-11-08 1932-06-23 Carbonfix Sarl Soc Herstellung reiner, praktisch aschefreier Kohle
DE1946458A1 (de) * 1968-09-17 1970-04-23 Minerais Sa Des Verfahren zur Verkokung von Pech und zur Erzeugung von stueckigem Kohlenstoff grosser analytischer Reinheit
US4083940A (en) * 1976-02-23 1978-04-11 Aluminum Company Of America Coal purification and electrode formation
US4247528A (en) * 1979-04-11 1981-01-27 Dow Corning Corporation Method for producing solar-cell-grade silicon
DE2945141C2 (de) * 1979-11-08 1983-10-27 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zum Herstellen von für Halbleiterbauelemente verwendbarem Silizium aus Quarzsand

Also Published As

Publication number Publication date
ZA832998B (en) 1984-01-25
JPS58190809A (ja) 1983-11-07
IT8320804A0 (it) 1983-04-27
CA1198879A (en) 1986-01-07
US4460556A (en) 1984-07-17
DE3215981C2 (no) 1990-10-04
IT1164196B (it) 1987-04-08
NO161250C (no) 1989-07-26
DE3215981A1 (de) 1983-11-03
LU84501A1 (de) 1983-02-28
NO831484L (no) 1983-10-31
BR8302183A (pt) 1984-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO161250B (no) Fremgangsmaate til fremstilling av hoeyrenset silisium som er egnet for fremstilling av solceller i henhold til en karbotermisk reduksjonsprosess.
RU2090525C1 (ru) Брикеты для производства минеральной ваты, способ изготовления брикетов для производства минеральной ваты и способ производства минеральной ваты
CN101511731B (zh) 用于提纯低级硅材料的方法和装置
AU2009299906A1 (en) Production of solar-grade silicon from silicon dioxide
US20110262339A1 (en) Production of solar-grade silicon from silicon dioxide
JPS60186422A (ja) アスベスト廃棄物のガラス化方法
WO1999016727A1 (en) Manufacture of ceramic tiles from industrial waste
US20050028556A1 (en) Method for recycling waste glass and recycled glass
US7335342B2 (en) Process for the preparation of sodium silicate from Kimberlite tailing
JP7462664B2 (ja) ガラスの製造方法、および工業用ガラス製造設備
US2239880A (en) Manufacture of silicates
US5422320A (en) Alkaline earth metal silicate compositions for use in glass manufacture
JPH08283038A (ja) 紫外線透過黒色ガラス
US4806331A (en) Process of sintering alkaline earth metal carbonates
CA1192408A (en) Directed flow, thin layer glass fusion
US4882303A (en) Modified steel slag and method of manufacturing the same
WO2009077496A1 (en) Protecting granules
US11591247B2 (en) Combined furnace
Davis Batch Blanket Chemistry and Air Quality Emissions Associated with Cold‐Top Electric Furnaces
JP2024524578A (ja) ガラスの製造方法およびガラス加工炉
Alfonso Abella et al. The use of tailings to make glass as an alternative for sustainable environmental remediation: the case of Osor, Catalonia, Spain
Fox Notes on Glass Manufacture
BRPI0919505A2 (pt) produção de sílicio de grau solar a partir de dióxido de silício
ElBatal et al. Production and characterization of glasses and glass-ceramics from Egyptian iron slag waste
CS241011B2 (cs) Přísada obsahující olovo k použití v keramickém průmyslu a způsob její výroby