[發明專利]硅循環再利用系統及其方法

有效

• 申請號: 201310495624.0
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN103806097B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 永井久雄;山西齊;青倉勇;山田芳生
• 申請（專利權）人: 松下知識產權經營株式會社
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C01B33/02
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 穆德駿,謝麗娜

技術領域

本發明涉及一種從對硅錠進行切斷、研磨加工時所產生的硅廢料中提取硅，并將其再利用于太陽電池或者半導體設備用硅片制造中的硅循環再利用系統及其方法。

背景技術

目前，從脫離原子能發電的觀點來看，提倡能源的多樣化，太陽能發電受到關注，低成本發電的實用化和研究開發盛行。作為太陽電池材料，硅材料最受到重視，但是由于太陽電池的需求增大，材料穩定性的確保成為重要的問題。

而且，作為低成本且穩定地供給太陽電池用硅的方法，提出了各種對制造太陽電池時所廢棄的硅進行再利用的方法。例如，提出了一種從對硅進行切片并加工成晶片時所生成的硅泥中分離固體成分，并作為太陽電池用硅原料進行再利用的系統及其方法（例如，參照專利文獻1）。

圖4為表示所述專利文獻1中所述的以往的硅循環再利用系統及硅循環再利用方法。

專利文獻1的硅循環再利用系統10由以下機構構成。

[1]具有對硅錠11進行加工的、由金剛石線構成的切斷、切削加工裝置15的硅錠加工機構17。

[2]從硅泥中分離固體硅成分的固液分離機構18。

[3]對含有殘留碳元素成分的固體硅成分進行加熱處理的加熱燒成處理機構19。

[4]以熔點以上的溫度對硅進行加熱的加熱熔融機構20。

[5]使硅進行單方向凝固并形成硅錠的單方向凝固機構21。

在硅錠加工機構17中，通過金剛石線進行切削加工，因此，在通過固液分離機構18回收的固體成分的硅泥中含有很多有機物質和金剛石顆粒。

之后，通過設有氣體供給機構22、真空產生機構23、溫度控制機構24的加熱燒成機構19對包含殘留有機物質及金剛石顆粒的固體成分進行加熱處理。在實施例中，使用石英管式加熱電爐，在惰性氣氛下以300℃實施處理，在惰性氣體以及氧氣的氣氛下以300℃到850℃實施處理，在惰性氣體以及氫氣的氣氛下以1200℃到1500℃實施處理。接著，又示出了一種以到達硅的熔點以上的溫度的方式來使用加熱熔融機構20，通過單方向凝固機構21形成硅錠的硅循環再利用系統及其方法。

另一方面，微波加熱具有能夠從內部對物質進行加熱，并能夠均勻且瞬間地對表面進行加熱的特征。此外，微波加熱裝置自身也是結構緊湊且衛生的，因此，被應用于各種領域，特別是經常被利用于食品相關的加熱。

此外，對于微波，存在像碳元素這樣高效地吸收微波，并在一分鐘之內容易加熱到1283℃的材料（參照非專利文獻1），或，石英、特氟龍（注冊商標）、氧化鋁之類的不易吸收微波的材料，微波具有根據材料不同的加熱選擇性的特征。

作為在太陽電池用硅基板的再生法中利用了微波加熱的例子，如下方法眾所周知：對廢棄對象的硅片進行混酸處理或者通過固體酸進行的物理處理，由此，去除金屬表面層，進行過氧化物、水、溶解輔助劑等的化學活性化處理后，在水洗、干燥工序進行微波處理，獲得金屬雜質少的硅基板（參照專利文獻2）。

圖5為專利文獻2中所述的從廢棄晶片的收貨到出貨的工序圖。

如同一圖5所示，若在水洗之后的干燥工序中進行微波照射，則不存在對硅基板的物理性能的影響，能夠在5分鐘左右的短時間內不留水印地進行干燥。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2011-121049號公報

專利文獻2：日本特許第3781106號公報

非專利文獻

非專利文獻1：NTS著《微波的新工業利用技術：從納米、微粒制造到殺菌、環境修復》NTS出版2003年

發明內容

發明所要解決的課題

然而，在上述專利文獻1中所述的加熱燃燒裝置中，作為殘留有機成分和殘留金剛石顆粒的碳元素燃燒，能夠降低碳元素濃度，但是不能完全抑制硅的氧化，氧元素濃度上升。因此，在作為下一工序的熔融加熱工序中，氧元素（O）以結合了硅（Si）的氧化硅（SiO）的形式變為氣體而被排出，所以，在氧元素濃度高的材料中，最終能夠利用的硅量（收獲率）變得極差。此外，若為了提高硅的收獲率，在抑制了硅的氧化的條件下進行處理，則碳元素濃度不能降低到所希望的濃度，結果，存在形成碳元素、氧元素濃度高的硅錠的課題。

此外，專利文獻2中所述的微波處理方法是用于對附著于再利用到太陽電池的硅片表面上的水分進行干燥的，與本案的目的有很大不同。

解決課題的技術方案