New production process of solar-grade silicon utilizing liquid zinc cathode

利用液态锌阴极生产太阳能级硅的新工艺

基本信息

批准号：
21H04620
负责人：
野平俊之
金额：
$ 26.71万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04620/
关键词：
太陽電池溶融塩電解還元シリコン液体亜鉛カソード

项目摘要

太陽電池用シリコンを、高純度シリカを原料として、低エネルギー・低コスト・高生産性で製造する方法を開発する。従来の炭素熱還元に代わる還元方法として溶融CaCl2中における液体亜鉛陰極を利用した電解還元法を採用し、「電解工程」と「Si析出工程」からなる新製造法の確立を目指して次の二つの要素研究を行う。①「電解工程」における液体Zn-Si合金陰極上でのSiO2電解還元の「メカニズム解明」と「実用化に向けた条件最適化(温度、電流密度、セル形状等)」②液体Zn-Si合金からの「Si析出工程」の基礎データ取得と、実プロセスを念頭にした条件最適化本年度は、①に関して、プロセスを低温化する検討として、融点の低い溶融NaCl-CaCl2中で検討を行った。CaOを含む溶融NaCl-CaCl2中にSiO2が溶解したときのシリケートイオン種を顕微レーザーラマン分光法により明らかにした。その結果を踏まえ、種々のシリケートイオン種が含まれる溶融塩を準備し、液体Zn電極および固体グファイト電極を用いて、反応の電位依存性の検討などの電気化学的挙動解析を行った。次に、液体Zn電極および固体グファイト電極を用いて種々の電位で定電位電解を行いサンプルを作製した。得られたサンプルの断面観察を行った。さらに、Znを酸溶解させ、得られたSiの形態・組成をSEM/EDXで分析し、不純物量をICP-AESで分析した。②に関して、実験手法の確立と基礎データの取得を行った。新たに購入したブリッジマン炉を用いて、種々の降温パターンでSiを析出させ、断面観察を行った。また、Znを酸溶解させ、得られたSiの形態・組成をSEM/EDXで分析し、不純物量をICP-AESで分析した。

我们将开发一种以高纯二氧化硅为原料生产太阳能电池用硅的方法，能耗低、成本低、生产率高。我们采用在熔融CaCl2中使用液态锌阴极的电解还原法作为还原方法来取代传统的碳热还原法，并旨在建立一种由“电解法”和“Si沉淀法”组成的新制造方法。进行两项基本研究。 ① “电解过程”中液态 Zn-Si 合金阴极上 SiO2 电解还原机理的阐明和“实际应用条件的优化（温度、电流密度、电池形状等）” ②液态Zn-Si合金取得“Si析出工艺”的基础数据，并根据实际工艺优化条件今年，针对①，我们研究了降低低熔点熔融氯化钠-CaCl2的工艺温度。通过显微激光拉曼光谱法对 SiO2 溶解在含有 CaO 的熔融 NaCl-CaCl2 中时的硅酸盐离子形态进行了澄清。根据结果，我们制备了含有各种硅酸盐离子物质的熔盐，并分析了它们的电化学行为，包括使用液体锌电极和固体硅酸钙电极检查反应的电位依赖性。接下来，使用液体锌电极和固体硫酸镁电极在不同电位下通过恒电位电解制备样品。观察所得样品的截面。此外，将Zn溶解在酸中，使用SEM/EDX分析所得Si的形态和组成，并使用ICP-AES分析杂质量。对于②，我们建立了实验方法并获得了基础数据。使用新购买的布里奇曼炉，我们以各种温度下降模式沉淀硅并观察横截面。另外，将Zn溶解在酸中，使用SEM/EDX分析所得Si的形态和组成，并使用ICP-AES分析杂质的量。