Примена и истражување на силиконска карбид керамика во областа на фотоволтаиците - Полупроводник на Ветек

Со зголемениот недостиг на традиционални извори на енергија, како што се нафта и јаглен, нови енергетски индустрии, предводени од соларни фотоволтаици, брзо се развиваа во последните години. Од 90 -тите години, инсталираниот капацитет на фотоволтаичен во светот се зголеми за 60 пати. Глобалната фотоволтаична индустрија се соблече во однос на позадината на трансформацијата на енергетската структура, а скалата на индустријата и инсталираната стапка на раст на капацитетот постојано поставуваат нови записи. Во 2022 г. Се проценува дека во 2023 година, глобалниот инсталиран капацитет на фотоволтаик ќе биде 411GW, зголемување од година во година од 59%. И покрај континуираниот раст на фотоволтаиците, фотоволтаиците сè уште учествуваат со 4,5% од глобалното производство на електрична енергија, а неговиот силен интензитет на раст ќе продолжи до по 2024 година.

Силиконска карбид керамикаимаат добра механичка јачина, термичка стабилност, отпорност на висока температура, отпорност на оксидација, отпорност на термички шок и отпорност на хемиска корозија и се користат во топли полиња како што се металургија, машини, нови енергетски и градежни материјали и хемикалии. Во фотоволтаичното поле, главно се користи во дифузија на клетките на TopCon, LPCVD (таложење на хемиски пареа со низок притисок),PECVD (таложење на хемиска пареа во плазма)и други врски со термички процеси. Во споредба со традиционалните кварцни материјали, поддршка на чамци, чамци и фитинзи на цевки изработени од силиконски карбид керамички материјали имаат поголема јачина, подобра термичка стабилност, нема деформација на високи температури, и животен век на повеќе од 5 пати повеќе од кварцните материјали, што може значително да ги намали трошоците за употреба и губење на енергијата предизвикана од одржување и застој, и има очигледни трошоци.

Ⅰ Предности на керамиката на силикон карбид во полето на фотоволтаичното

Главните производи на силиконска карбид керамика во полето на фотоволтаичното ќелии вклучуваат поддржувачи на силикон карбид, силиконски карбидни чамци, цевки со печки од силикон карбид, силиконски карбид кантиливер, лопатки за силиконски карбид, силиконски карбид, ајлајт -карбид чам поддржува и чамци. Поради нивните очигледни предности и брзиот развој, тие станаа добар избор за клучни материјали за превозникот во процесот на производство на фотоволтаични клетки, а нивната побарувачка на пазарот се повеќе привлекува внимание од индустријата.

Керамиката на силиконски карбид со реакција (RBSC) е најшироко користената керамика на силиконски карбид во областа на фотоволтаичните клетки. Неговите предности се ниска температура на тонење, ниски трошоци за производство и висока густина на материјалот. Особено, скоро нема намалување на волуменот за време на процесот на тонење на реакцијата. Особено е погоден за подготовка на структурни делови со големи и комплексни облици. Therefore, it is most suitable for the production of large-sized and complex products such as boat supports, small boats, cantilever paddles, furnace tubes, etc. The basic principle of the preparation of RBSC ceramics is: under the action of capillary force, reactive liquid silicon penetrates into the carbon-containing porous ceramic blank, reacts with the carbon source in the blank to generate secondary phase β-SiC, and at the same time, Секундарната фаза β-SIC е на лице место во комбинација со честичките α-SIC во празниот прав, а преостанатите пори продолжуваат да бидат исполнети со бесплатен силикон, и конечно се постигнува густината на керамичките материјали RBSC. Различните својства на керамичките производи RBSC дома и во странство се прикажани во Табела 1.

Табела 1 Споредба на перформанси на реакција Син -керамички производи Sic во поголемите земји

Во процесот на производство на соларни фотоволтаични клетки, силиконските нафора се ставаат на брод, а бродот се става на држач за брод за дифузија, LPCVD и други термички процеси. Силиконскиот карбид конзолен лопатка (ROD) е клучна компонента за вчитување за движење на држачот на бродот што носи силиконски нафора во и надвор од печката за греење. Како што е прикажано на Слика 1, лопатката со силиконски карбид конзола (шипка) може да обезбеди концентричност на силиконскиот нафта и цевката за печка, а со тоа да се направи дифузија и пасивација повеќе униформа. Во исто време, тој е без загадување и не-деформирано на високи температури, има добра отпорност на термички шок и голем капацитет на оптоварување и е широко користен во полето на фотоволтаични клетки.

Слика 1 Шематски дијаграм на компонентите за вчитување на батеријата на клучот

Во традиционалнотоКварц броди држач за брод, во процесот на дифузија на меко слетување, силиконскиот нафта и држачот на кварцниот брод треба да бидат поставени во кварцната цевка во печката за дифузија. Во секој процес на дифузија, држачот на кварцниот брод исполнет со силиконски нафора се става на лопатката со силиконски карбид. Откако силиконскиот карбид лопатка влегува во кварцната цевка, лопатката автоматски тоне за да го спушти држачот на бродот на кварц и силиконските нафора, а потоа полека трча назад кон потеклото. По секој процес, држачот на кварцниот брод треба да се отстрани од лопатката со силиконски карбид. Ваквата честа работа ќе предизвика поддршка од кварцниот брод да се истроши во долг временски период. Откако кварцниот брод поддржува пукнатини и паузи, целата поддршка на кварцниот брод ќе падне од лопатката со силиконски карбид, а потоа ќе ги оштети кварцните делови, силиконските нафора и силиконските карбидни лопатки подолу. Силиконските карбидни лопатки се скапи и не можат да се санираат. Откако ќе се појави несреќа, тоа ќе предизвика огромни загуби на имотот.

Во процесот на LPCVD, не само што ќе се појават горенаведените проблеми со термичкиот стрес, туку бидејќи процесот на LPCVD бара силен гас да помине низ силиконскиот нафта, долгорочниот процес ќе формира силиконски облога на поддршката на бродот и бродот. Поради недоследноста на термичките коефициенти на експанзија на обложениот силикон и кварц, поддршката на бродот и бродот ќе попушти, а животниот век ќе биде сериозно намален. Lifeивотниот век на обичните кварцни чамци и поддршката на бродот во процесот на LPCVD е обично само 2 до 3 месеци. Затоа, особено е важно да се подобри материјалот за поддршка на бродот за да се зголеми силата и услужниот век на поддршката на бродот за да се избегнат ваквите несреќи.

Ⅱ Развојниот тренд на силиконски карбид керамички материјали во фотоволтаичното поле

Од 13 -тата фотоволтаична изложба на Шангај SNEC 2023, многу фотоволтаични компании во земјата почнаа да користат поддржувачи на силиконски карбид, како што е прикажано на Слика 2, како што се Longi Green Energy Technology Co., Ltd., Jinkosolar Co., Ltd., Yida New Energy Technology Co. Силиконски карбид брод поддржува што се користи за проширување на бор, како резултат на високата температура на употреба на експанзија на бор, обично на 1000 ~ 1050 ℃, нечистотиите во поддршката на бродот се лесни за испарување на висока температура за да се загадуваат ќелијата на батеријата, со што влијаат на ефикасноста на конверзијата на ќелијата на батеријата, така што има поголеми барања за чистота на материјалот за поддршка на бродот.

Слика 2 Поддршка за поддршка на брод со силикон карбид на LPCVD и поддршка на бродот со борба со борби со борба

Во моментов, поддршката на бродот што се користи за експанзија на бор треба да се прочисти. Прво, силиконскиот карбид во прав од суровини е киселина измиен и прочистен. Чистотата на суровините во прав од силиконски карбид од литиум-одделение е потребно да биде над 99,5%. По миењето на киселина и прочистување со сулфурна киселина + хидрофлуорична киселина, чистотата на суровините може да достигне над 99,9%. Во исто време, нечистотиите воведени за време на подготовката на поддршката на бродот мора да бидат контролирани. Затоа, држачот на бродот за експанзија на бор, главно се формира со фугирање за да се намали употребата на метални нечистотии. Методот за фугирање обично се формира со секундарно топење. По повторното проследување, чистотата на држачот на бродот со силициум карбид е подобрена до одреден степен.

Покрај тоа, за време на процесот на топење на држачот на бродот, печката за топење мора да се прочисти однапред, а полето за топлина на графит во печката исто така треба да се прочисти. Обично, чистотата на држачот на бродот со силикон карбид што се користи за експанзија на бор е околу 3n.

Силиконскиот карбид брод има ветувачка иднина. Силиконскиот карбид брод е прикажан на Слика 3. Без оглед на процесот на LPCVD или процесот на експанзија на бор, животот на кварцниот брод е релативно низок, а коефициентот на термичка експанзија на кварцниот материјал е во спротивност со оној на силиконскиот карбид материјал. Затоа, лесно е да се има отстапувања во процесот на совпаѓање со силиконскиот карбид брод на висока температура, што доведува до тресење или дури и кршење на бродот.

Силиконскиот карбид брод усвојува интегриран пат за процеси на обработка и целокупна обработка. Неговите барања за толеранција на формата и позицијата се високи, и подобро соработува со држачот на бродот со силиконски карбид. Покрај тоа, силиконскиот карбид има голема сила, а кршењето на бродот предизвикан од човечки судир е многу помалку од оној на кварцниот брод. Како и да е, поради високите барања за чистота и прецизност на прецизност на чамци со силиконски карбид, тие сè уште се во фаза на верификација на малата серија.

Бидејќи бродот со силиконски карбид е во директен контакт со ќелијата на батеријата, тој мора да има висока чистота дури и во процесот на LPCVD за да се спречи загадување на силиконскиот нафта.

Најголемата тешкотија на силиконските карбидни чамци лежи во машинската обработка. Како што сите знаеме, керамиката на силикон карбид е типична тешка и кршлива материја што е тешко да се процесира, а барањата за толеранција на формата и позицијата на бродот се многу строги. Тешко е да се обработуваат силиконски карбидни чамци со традиционална технологија за обработка. Во моментов, бродот со силициум карбид претежно се обработува со мелење алатка за дијаманти, а потоа се полираат, кисела и други третмани.

Слика 3 брод со силициум карбид

Во споредба со цевките на кварцните печки, цевките за печка од силициум карбид имаат добра топлинска спроводливост, униформно греење и добра термичка стабилност, а нивниот животен век е повеќе од 5 пати повеќе од оној на кварцните цевки. Цевката на печката е главната компонента за пренос на топлина на печката, која игра улога во запечатување и униформа пренесување на топлина. Производствената тешкотија на цевките за печка од силикон карбид е многу голема, а стапката на принос е исто така многу мала. Прво, поради огромната големина на цевката за печка и дебелината на wallидот обично помеѓу 5 и 8 мм, многу е лесно да се деформира, да се сруши или дури и да пукне за време на процесот на празно формирање.

За време на топење, поради огромната големина на цевката за печка, исто така е тешко да се осигура дека нема да се деформира за време на процесот на топење. Единственоста на содржината на силикон е слаба, и лесно е да се има локална не-силиконизација, колапс, пукање, итн., А производниот циклус на цевките за печки на силиконски карбид е многу долг, а производниот циклус на единечна печка цевка надминува 50 дена. Затоа, цевките за печки на силиконски карбид сè уште се во состојба на истражување и развој и сè уште не се произведени масовно.

Главната цена на силиконските карбидни керамички материјали што се користат во фотоволтаичното поле доаѓа од суровини во прав со силикон карбид во прав, поликристален силикон со висока чистота и трошоци за тонење на реакција.

Со континуиран развој на технологија за прочистување на силиконски карбид во прав, чистотата на силиконскиот карбид во прав продолжува да се зголемува преку магнетно раздвојување, мариноване и други технологии, а содржината на нечистотии постепено се намалува од 1% на 0,1%. Со континуираното зголемување на капацитетот за производство на прав од силиконски карбид, цената на силиконскиот карбид во прав со висока чистота се намалува.

Од втората половина на 2020 година, компаниите „Полисиликон“ сукцесивно најавија проширувања. Во моментов, има повеќе од 17 домашни компании за производство на полисиликон, а годишното производство се проценува дека надминува 1,45 милиони тони во 2023 година. Преголемата моќност на полисиликон доведе до континуиран пад на цените, што пак ги намали трошоците за силиконска карбид керамика.

Во однос на тонењето на реакцијата, се зголемува и големината на печката за токување на реакција, а капацитетот за оптоварување на една печка исто така се зголемува. Најновата печка за топење на реакција со голема големина може да оптовари повеќе од 40 парчиња истовремено, што е многу поголемо од постојната капацитет за оптоварување на печката за реакција од 4 до 6 парчиња. Затоа, трошоците за топење исто така значително ќе се намалат.

Во целина, силиконските карбидни керамички материјали во фотоволтаичното поле главно се развиваат кон поголема чистота, посилен капацитет за носење, поголем капацитет за оптоварување и пониска цена.

Ⅲ Значењето на силиконските карбидни керамички материјали во фотоволтаичното поле

Во моментов, кварцниот песок со висока чистота, потребен за кварцни материјали што се користат во домашното фотоволтаично поле, сè уште зависат од увозот, додека количината и спецификациите на кварцниот песок со висока чистота извезена од странски земји во Кина се строго контролирани. Тесното снабдување со материјали со песок со висока чистота не е ублажено и го ограничи развојот на фотоволтаичната индустрија. Во исто време, поради нискиот живот на кварцните материјали и лесното оштетување што доведува до прекин, развојот на технологијата на батерии е сериозно ограничен. Затоа, од големо значење е мојата земја да се ослободи од странските технолошки блокади со спроведување на истражување за постепено замена на кварцните материјали со керамички материјали од силиконски карбид.

Во сеопфатна споредба, без разлика дали станува збор за перформанси на производот или употреба на трошоците, примената на силиконски карбидни керамички материјали во областа на соларни ќелии е поповолна од кварцните материјали. Примената на силиконски карбидни керамички материјали во фотоволтаичната индустрија има голема помош за фотоволтаичните компании да ги намалат трошоците за инвестиции на помошните материјали и да го подобрат квалитетот и конкурентноста на производот. Во иднина, со голема примена на големи димензииСиликонски цевки за печки за карбид, чамци со висока чистота од силиконски карбид и поддршка на брод и континуирано намалување на трошоците, примена на силиконски карбид керамички материјали во областа на фотоволтаичните клетки ќе станат клучен фактор во подобрувањето на ефикасноста на конверзијата на светлината на енергијата и намалувањето на трошоците во индустријата во областа на генерирање на фотоволтаична енергија и ќе има важен удар врз развојот на фотоволтаичката нова енергија.