太陽電池とサファイアの結晶成長では、大型ホットゾーンに対応する炭素系断熱材が必要です。多結晶シリコン鋳造では一辺が1 mを超えるインゴットを、CZ法では1420°Cで数日間にわたりシリコン結晶を、サファイアでは2050°Cで結晶を育成します。断熱材の性能が温度分布と結晶品質に影響します。
AYDは10年以上にわたり、こうした結晶成長設備に大型断熱部材を提供してきました。Ø1.8 mを超える形状や多様な炉構造に対し、長期高温下の寸法安定性、低灰分による融液の清浄度、連続運転中の温度均一性を重視します。
太陽光・サファイア結晶成長プロセスにおけるAYDの役割。
シリコン素材、Alから2O3 原料から完成インゴットまで、AYDの高純度炭素系断熱材は、多結晶シリコン鋳造、CZ単結晶成長、サファイア結晶成長の3種類の炉に対応します。各工程で大型寸法、長い運転時間、厳しい化学環境への適合が求められます。
断熱部材の単体最大直径Ø1,800 mm · 太陽電池・サファイア向け灰分管理 · ロット間の密度・熱伝導率変動を±5%以内に管理 · 12年以上の大型ホットゾーン対応経験。
多結晶インゴット
大型の角形るつぼでシリコン原料を溶融し、底部からゆっくり冷却して柱状の多結晶を形成します。成長後のインゴットをスライスして太陽電池用ウェーハに加工します。鋳造サイズはG6（約1,000 mm）からG12（約1,200 mm）などに拡大しています。
底板、側壁、上蓋が1 mを超える大型ホットゾーンです。繰り返し熱サイクルで割れや変形を抑え、融液の汚染を防ぐ低灰分が必要です。
大型リジッドフェルトが底板、側板、上蓋の構造断熱層を形成し、繰り返し熱サイクルで形状を保持します。ソフトフェルトで部材と炉内空間の隙間を補い、凝固中の温度均一性を支えます。
単結晶CZ結晶引き上げ
多結晶シリコンを1420°C付近で溶融し、融液から単結晶を引き上げるCZ法を用います。M10 / M12向けのシリコン結晶は直径210–230 mmで、1回の成長が120時間を超える場合があります。
大口径結晶の成長では、ホットゾーンサイズが大きく、熱サイクルも長くなります。断熱材には、長時間運転中も安定した形状、低い熱伝導、均一な温度分布を維持することが求められます。
高密度リジッドフェルトは、結晶成長炉の上部・周辺断熱構造を形成します。ソフトフェルトは、ヒーターや坩堝周辺のホットゾーンを柔軟に調整するために使用され、低圧不活性雰囲気下でも安定した断熱性能を維持します。
サファイア結晶成長
酸化アルミニウム（Al2O3）を2050°C付近で溶融し、単結晶サファイアを育成します。主な方式はキロプロス法（KY）、熱交換法（HEM）、CZ法です。インゴットを加工し、LED向けエピタキシャル基板などに使用します。
サファイア結晶成長では化学的安定性が重要です。高温のAl2O3 蒸気は多くの材料と反応・侵食します。主加熱部材にタングステン・モリブデン（W / Mo）を用いる炉でも、外周の構造断熱を炭素系材料が支えます。
リジッドフェルトは炉体外周の断熱層として使用され、内部のW/Mo部材を保護しながら、結晶成長領域の温度均一性を維持します。真空または不活性雰囲気下で2,000℃以上の高温に耐え、形状安定性と低熱伝導を保つことが重要です。
