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。

我们将使用高纯度二氧化硅作为原材料，低能，低成本和高生产率制造太阳能电池硅的方法。作为传统碳热还原的替代方法，采用了使用液锌阴极中的电解性还原方法，正在研究以下两个元素，目的是建立由“电解过程”和“ SI沉积过程”组成的新制造方法。 1）“了解在电解过程中液体Zn-Si合金阴极上SiO2电解性减少的机制”和“适用于实际使用的条件优化（温度，电流密度，细胞形状等）” 2）“ 2）” 2）获取“ SI脱位过程”的基本数据。考虑降低过程。通过微激光拉曼光谱法揭示了溶解在含有CAO熔融NaCl-CaCl2中的SIO2时的硅酸盐离子物种。根据结果，制备了含有各种硅酸盐离子物种的熔融盐，并使用液体Zn电极和固体Gphite电极进行电化学行为分析，包括检查反应的电压依赖性。接下来，使用液体Zn电极和固体gphite电极在各种电势上进行恒定电势电解，以制备样品。对获得的样品进行了横截面观察。此外，将Zn溶于酸，使用SEM/EDX分析所获得的Si的形态和组成，并使用ICP-AES分析了杂质的量。关于②，我们建立了实验方法并获得了基本数据。使用新购买的Bridgeman炉，SI以各种温度降低模式沉积，并进行了横截面观察。此外，将Zn溶于酸，使用SEM/EDX分析所获得的Si的形态和组成，并使用ICP-AES分析了杂质的量。