ソーラーグレードシリコン

ソーラーグレードシリコン：太陽光発電を支える高純度シリコン

太陽光発電の普及拡大に伴い、太陽電池の主要材料であるシリコンの需要は近年急増しています。そのシリコンの中でも、太陽電池製造に特化して作られたものがソーラーグレードシリコン（SOG-Si）です。半導体製造用シリコン（SEG-Si）に比べて純度要求が低いため、製造コストやエネルギー消費量を大幅に削減できます。

半導体級シリコンとの違い

従来、太陽電池には半導体製造工程で発生するシリコンスクラップが再利用されてきました。半導体級シリコンは極めて高い純度（11N以上）が求められますが、太陽電池には6N～7N程度の純度で十分です。しかし、太陽光発電市場の急成長により、スクラップだけでは需要を満たせなくなり、専用のソーラーグレードシリコンの製造が不可欠となりました。

SOG-Siの製造は、SEG-Siに比べてエネルギー効率が高く、製造コストも低く抑えられます。さらに、工場建設期間も短縮できるため、市場の需要変化への対応が容易です。

製造方法

ソーラーグレードシリコンの製造方法は多様で、大きく分けて以下の方法があります。

シーメンス法: 金属級シリコンをガス化し、CVD法で高純度シリコンを析出させる伝統的な方法です。多くのSOG-Si製造で簡略化されたシーメンス法が用いられていますが、更なるコスト削減には限界があります。
流動床法: シリコンの種結晶を気流で巻き上げながら、シランと水素を反応させてシリコンを析出させる方法です。エネルギー効率が高く、コスト削減効果も大きいことから、多くのメーカーが採用しています。
冶金法: 金属級シリコンを直接精製する方法です。溶融、不純物除去、方向性凝固などの工程を経てSOG-Siを得ます。電子ビーム加熱やアルゴンプラズマなどの技術を用いることで、高効率な精製が可能です。シーメンス法に比べて大幅なコスト削減とエネルギー消費量の削減が期待できます。
亜鉛還元法: 金属級シリコンを四塩化ケイ素に変換してから還元する手法です。反応効率が高く、未反応原料の再利用も容易なため、低コスト化に貢献します。
水ガラス化法: 原料のシリカを高純度化してから還元する方式です。シーメンス法に比べて精製コストを大幅に削減できます。
チューブ炉法: シランをチューブ炉内で熱分解し、シリコンを得る方法です。エネルギー消費量が非常に少ないのが特徴です。
* 溶融析出法: トリクロロシランから直接シリコン融液を得る方法です。シーメンス法に比べて析出速度が速いという利点があります。

市場動向

2006年には、ソーラーグレードシリコンの市場規模は半導体級シリコンと同等になりました。その後、ソーラーグレードシリコンが生産量の大部分を占めるようになると予測されていましたが、世界的な経済情勢の変化や太陽電池需要の変動もあり、価格の変動が激しくなりました。2007年には高騰した価格も、世界金融危機やリーマンショック後の需要減退、生産能力の拡大により、2010年以降は大幅に下落しました。

まとめ

ソーラーグレードシリコンは、太陽光発電市場の拡大を支える重要な材料です。その製造方法は多様化しており、それぞれの方法にコスト、エネルギー消費量、生産量などの特徴があります。今後も太陽光発電の更なる普及に向けて、高効率・低コストな製造技術の開発が期待されます。

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