今日の世界の発展に伴い、非再生可能エネルギーは枯渇しつつあり、「風、光、水、原子力」に代表される再生可能エネルギーの利用が人類社会においてますます急務となっています。他の再生可能エネルギー源と比較して、人類は太陽エネルギーを利用するための最も成熟した安全で信頼性の高い技術を持っています。中でも、高純度シリコンを基板とする太陽電池産業は極めて急速に発展しています。 2023年末までに、我が国の太陽光発電の累積設置容量は250ギガワットを超え、太陽光発電量は前年比約30％増の2,663億kWhに達し、新たに追加された発電量は7,842万件となっています。キロワット、前年比 154% 増加。 6月末現在、太陽光発電の累計設置容量は約4億7,000万キロワットとなり、水力発電を抜き我が国第2位の電源となっています。
太陽光発電産業が急速に発展する一方で、それを支える新素材産業も急速に発展しています。石英部品など石英るつぼ、石英ボート、石英ボトルなどは、太陽光発電の製造プロセスで重要な役割を果たしています。たとえば、石英るつぼは、シリコンロッドやシリコンインゴットの製造時に溶融シリコンを保持するために使用されます。石英ボート、チューブ、ボトル、洗浄タンクなどは、太陽電池などの製造における拡散、洗浄、その他のプロセスリンクにおいて軸受機能を果たし、シリコン材料の純度と品質を保証します。
太陽光発電製造用石英部品の主な用途
太陽電池の製造プロセスでは、シリコンウェーハはウェーハボートに配置され、ボートは拡散、LPCVD、その他の熱プロセスのためにウェーハボートサポート上に配置されます。一方、炭化ケイ素カンチレバーパドルは移動のための重要な荷重コンポーネントです。シリコンウェーハを加熱炉に出し入れするボートサポート。下図に示すように、炭化ケイ素カンチレバーパドルはシリコンウェーハと炉心管の同心性を確保し、それにより拡散と不動態化をより均一にします。同時に、無公害で高温でも変形せず、優れた耐熱衝撃性と大きな負荷容量を備えており、太陽電池の分野で広く使用されています。
主要なバッテリー搭載コンポーネントの概略図
ソフトランディングの拡散過程では、従来の石英ボートとウエハーボートサポートはシリコンウェーハを石英ボートサポートと一緒に拡散炉内の石英管に入れる必要があります。各拡散プロセスでは、シリコン ウェーハが充填された石英ボート サポートが炭化ケイ素パドル上に配置されます。炭化ケイ素パドルが石英管に入ると、パドルは自動的に沈み、石英ボートサポートとシリコンウェーハを置き、ゆっくりと原点に戻ります。各プロセスの後、石英ボートサポートを基板から取り外す必要があります。炭化ケイ素パドル。このような頻繁な操作により、長期間にわたって石英ボートサポートが磨耗してしまいます。石英ボートサポートに亀裂が入って破損すると、石英ボートサポート全体が炭化ケイ素パドルから外れ、その下の石英部品、シリコンウェーハ、炭化ケイ素パドルが損傷します。炭化ケイ素パドルは高価であり、修理できません。ひとたび事故が発生すると、莫大な財産損失が生じます。
LPCVD プロセスでは、前述の熱応力の問題が発生するだけでなく、LPCVD プロセスではシラン ガスがシリコン ウェーハを通過する必要があるため、長時間のプロセスによりウェーハ ボート サポートやウェーハ ボード上にシリコン コーティングが形成されます。ウエハースボート。コーティングされたシリコンと石英の熱膨張係数が一致しないため、ボートサポートとボートに亀裂が入り、寿命が大幅に短くなります。 LPCVD プロセスにおける通常の石英ボートおよびボート サポートの寿命は、通常わずか 2 ～ 3 か月です。したがって、このような事故を避けるためには、ボートサポートの強度と耐用年数を増やすためにボートサポートの材料を改良することが特に重要です。
つまり、太陽電池の製造中にプロセスの時間と回数が増加すると、石英ボートやその他の部品に隠れた亀裂や破損が発生しやすくなります。中国の現在主流の生産ラインにおける石英ボートと石英管の寿命は約3～6か月で、洗浄、メンテナンス、石英キャリアの交換のために定期的に停止する必要があります。また、石英部品の原料となる高純度珪砂は現在需給が逼迫しており、価格も長期にわたり高値で推移しており、生産の向上に寄与していないことは明らかである。効率性と経済的メリット。
炭化ケイ素セラミックス「現れて」
現在、一部の石英部品に代わる、より優れた性能を備えた材料である炭化ケイ素セラミックが開発されています。
炭化ケイ素セラミックスは、優れた機械的強度、熱安定性、耐高温性、耐酸化性、耐熱衝撃性、耐化学腐食性を有しており、冶金、機械、新エネルギー、建材、化学などの注目分野で広く使用されています。その性能は、太陽光発電製造、LPCVD (低圧化学気相成長)、PECVD (プラズマ化学気相成長)、その他の熱プロセスリンクにおける TOPcon セルの普及にも十分です。
LPCVD 炭化ケイ素ボート サポートおよびボロン拡張炭化ケイ素ボート サポート
従来の石英材料と比較して、炭化ケイ素セラミック材料で作られたボートサポート、ボート、およびチューブ製品は、より高い強度、より優れた熱安定性、高温での変形がなく、石英材料の5倍以上の寿命を備えています。使用コストと、メンテナンスやダウンタイムによって生じるエネルギーの損失を削減します。コスト面での利点は明らかであり、原材料の供給源も多岐にわたります。
中でも、反応焼結炭化ケイ素（RBSiC）は、焼結温度が低く、製造コストが低く、材料の緻密性が高く、反応焼結中の体積収縮がほとんどありません。特に大型で複雑な形状の構造部品の作製に適しています。そのため、ボートサポート、ボート、カンチレバーパドル、炉心管等の大型で複雑な製品の生産に最適です。
炭化ケイ素ウェーハボート将来的にも大きな発展の可能性があります。 ＬＰＣＶＤプロセスまたはホウ素膨張プロセスに関係なく、石英ボートの寿命は比較的短く、石英材料の熱膨張係数は炭化ケイ素材料の熱膨張係数と一致しない。そのため、高温下では炭化ケイ素製ボートホルダーとのマッチング工程にズレが生じやすく、ボートが揺れたり、場合によっては破損する事態につながる。炭化ケイ素ボートは一体成型と全体加工のプロセスルートを採用しています。形状と位置の公差要件は高く、炭化ケイ素製ボート ホルダーとの連携性が向上します。また、炭化ケイ素は強度が高く、石英ボートに比べて人体衝突による破損が非常に少ないです。
炭化ケイ素ウェーハボート
炉管は炉の主な熱伝達コンポーネントであり、シールと均一な熱伝達の役割を果たします。石英炉管と比較して、炭化ケイ素炉管は良好な熱伝導性、均一な加熱、良好な熱安定性を有し、その寿命は石英管の5倍以上です。
まとめ
一般に、製品の性能の点でも、使用コストの点でも、太陽電池分野の特定の側面では、炭化ケイ素セラミック材料の方が石英材料よりも多くの利点があります。太陽光発電産業における炭化ケイ素セラミック材料の応用は、太陽光発電会社が補助材料の投資コストを削減し、製品の品質と競争力を向上させるのに大きく役立ちました。将来的には、大型炭化ケイ素炉管、高純度炭化ケイ素ボートおよびボートサポートの大規模な適用、および継続的なコスト削減により、太陽電池分野での炭化ケイ素セラミック材料の適用は、これは、太陽光発電分野における光エネルギー変換効率の向上と業界コストの削減における重要な要素であり、太陽光新エネルギーの開発に重要な影響を与えると考えられます。
投稿日時: 2024 年 11 月 5 日