成果報告書詳細
管理番号20110000000846
タイトル*平成22年度中間年報 太陽エネルギー技術研究開発 太陽光発電システム次世代高性能技術の開発 太陽電池用ポリシリコンのシリコン原料転換の研究開発
公開日2011/6/29
報告書年度2010 - 2010
委託先名新日本ソーラーシリコン株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1. 研究開発の内容及び成果等
1.1. 研究開発の内容
本件は、太陽光発電ロードマップ(PV2030+)に記載の発電コスト目標:14/kWh(2020年)、モジュール製造コスト目標:75/W、モジュールル変換効率目標:20%(2015~2020年時点)の実現に資するシリコン系太陽電池の低コスト化に係る研究開発である。
本研究開発テーマ、「太陽電池用ポリシリコンのシリコン原料転換の研究開発」(以下、本テーマ)で開発する技術は、シリカを塩素と直接反応させて、ポリシリコン製造の中間原料となる四塩化珪素(SiCl4)を生産するものであり、ポリシリコンの製造コストを大幅に低減可能な以下の利点がある。
・原料として、金属シリコンの代わりに安価で安定調達が可能なシリカを直接使用できる。
・副生する塩化亜鉛を電気分解して再生する塩素を直接使用できるため、塩化工程を簡素化できる。
ただし、シリカの塩化反応は若干の吸熱反応であり、高温下で反応を持続するための熱補給を必要とする。
また、太陽電池向けポリシリコンの主要プロセスであるシーメンス法の中間原料であるトリクロロシラン(SiHCl3)もその一部はSiCl4を転化して製造されており、本テーマはシーメンス法にも利用しうる共通性の高い技術になると期待される。
英文要約Title: Development of Next-generation High-performance Technology for Photovoltaic Power Generation System. Study on Conversion of Raw Materials for Producing Solar-Grade Polysilicon. (FY2010-FY2012) FY2010 Annual Report
The objective of this study is to reduce costs for producing solar-grade polysilicon in order to achieve the goals along the national policy on photovoltaic power generation by 2030. A new method for producing silicon tetrachloride (SiCl4), which is an intermediate for producing solar-grade polysilicon by the zinc reduction process, is investigated to change its raw materials. At present, the intermediate SiCl4 is produced by reacting metallurgical-grade silicon and hydrogen chloride. In Japan, the metallurgical-grade silicon as a raw material is entirely imported, and is considerably costly. In the new method, SiCl4 can be produced by reacting silica and chlorine with carbon.
The reaction presents the following equation:
SiO2 + 2Cl2 + 2C -> SiCl4 + 2CO (slightly endothermic reaction)
As known well, silica is abundant widely in the world, and is much cheaper than the metallurgical-grade silicon. In addition, in the zinc reduction process, chlorine is reproduced by electrolyzing zinc chloride as a by-product. Totally, the new method can expectedly lead to significant cut-down of production costs for producing SiCl4.
Additionally, the new method may be applicable to the Siemens process, because trichlorosilane (SiHCl3) as an intermediate for the process is partly produced by converting SiCl4.
This study consists of three subjects to be investigated as follows:
1. Investigation for silica resources applicable to solar-grade polysilicon.
2. Investigation for reacting silica and chlorine with a reductant to efficiently obtain SiCl4.
3. Investigation for purifying the SiCl4 to solar-grade quality.
During 2010, in order to study on the reactivity between silica and chlorine with the reductant, the following experiments have been carried out as planned:
1. Silica as a raw material: silica sand from Australia.
2. Reaction manner: fixed bed or fluidized bed.
3. Reaction temperature: over 1200 degree C.
4. Heating manner: resistance heating.
5. Reactor size: 70mm in inner-diameter, 1.7m in height.
As a result, the best productivity for producing SiCl4 anticipatively recorded 0.57 metric tons of SiCl4/m2hr. Here, an inner area of the reactor represents the area of the above unit for the productivity. Furthermore, the obtained SiCl4 showed 3N (99.9%) purity after a simple distillation.
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