Вытворчасць сонечнай фотаэлектрычнай энергіі стала найбольш перспектыўнай новай энергетычнай галіной у свеце. У параўнанні з полікрэмніевымі і аморфнымі крэмніевымі сонечнымі элементамі, монакрышталічны крэмній як фотаэлектрычны матэрыял для вытворчасці энергіі мае высокую эфектыўнасць фотаэлектрычнага пераўтварэння і выдатныя камерцыйныя перавагі, і стаў асноўным метадам вытворчасці сонечнай фотаэлектрычнай энергіі. Чахральскі (CZ) з'яўляецца адным з асноўных метадаў атрымання монакрышталічнага крэмнію. Склад монакрышталічнай печы Чахральскага ўключае ў сябе сістэму печы, вакуумную сістэму, газавую сістэму, сістэму цеплавога поля і сістэму электрычнага кіравання. Сістэма цеплавога поля з'яўляецца адной з найважнейшых умоў для росту монакрышталічнага крэмнію, і якасць монакрышталічнага крэмнію непасрэдна залежыць ад размеркавання градыенту тэмпературы цеплавога поля.
Кампаненты цеплавога поля ў асноўным складаюцца з вугляродных матэрыялаў (графітавых матэрыялаў і вуглярод/вугляродных кампазітных матэрыялаў), якія ў залежнасці ад іх функцый падзяляюцца на апорныя часткі, функцыянальныя часткі, награвальныя элементы, ахоўныя часткі, цеплаізаляцыйныя матэрыялы і г.д., як паказана на малюнку 1. Па меры павелічэння памеру монакрышталічнага крэмнію патрабаванні да памеру кампанентаў цеплавога поля таксама растуць. Вуглярод/вугляродныя кампазітныя матэрыялы становяцца асноўным выбарам для цеплавых матэрыялаў монакрышталічнага крэмнію дзякуючы сваёй стабільнасці памераў і выдатным механічным уласцівасцям.
У працэсе атрымання цзакральцыявага монакрышталічнага крэмнію, плаўленне крэмніевага матэрыялу прыводзіць да ўтварэння пары крэмнію і пырскаў расплаўленага крэмнію, што прыводзіць да сіліцыфікацыйнай эрозіі вуглярод/вугляродных цеплаізаляцыйных матэрыялаў, што сур'ёзна ўплывае на механічныя ўласцівасці і тэрмін службы вуглярод/вугляродных цеплаізаляцыйных матэрыялаў. Такім чынам, пытанне памяншэння сіліцыфікацыйнай эрозіі вуглярод/вугляродных цеплаізаляцыйных матэрыялаў і павышэння тэрміну іх службы стала адной з агульных праблем вытворцаў монакрышталічнага крэмнію і вуглярод/вугляродных цеплаізаляцыйных матэрыялаў.Пакрыццё з карбіду крэмніюстаў першым выбарам для абароны паверхні вуглярод/вугляродных цеплаізаляцыйных матэрыялаў дзякуючы сваёй выдатнай устойлівасці да тэрмічных удараў і зносаўстойлівасці.
У гэтай працы, пачынаючы з вуглярод/вугляродных цеплаізаляцыйных матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца ў вытворчасці монакрышталічнага крэмнію, прадстаўлены асноўныя метады падрыхтоўкі, перавагі і недахопы пакрыццяў з карбіду крэмнію. Зыходзячы з гэтага, разглядаецца прымяненне і прагрэс даследаванняў пакрыццяў з карбіду крэмнію ў вуглярод/вугляродных цеплаізаляцыйных матэрыялах у адпаведнасці з характарыстыкамі вуглярод/вугляродных цеплаізаляцыйных матэрыялаў, а таксама прапануюцца прапановы і напрамкі распрацоўкі для абароны паверхні пакрыццяў вуглярод/вугляродных цеплаізаляцыйных матэрыялаў.
1 Тэхналогія падрыхтоўкіпакрыццё з карбіду крэмнію
1.1 Спосаб убудавання
Метад убудавання часта выкарыстоўваецца для падрыхтоўкі ўнутранага пакрыцця з карбіду крэмнію ў кампазітнай сістэме C/C-sic. Пры гэтым метадзе спачатку выкарыстоўваецца змяшаны парашок для абгортвання вуглярод/вугляроднага кампазітнага матэрыялу, а затым праводзіцца тэрмічная апрацоўка пры пэўнай тэмпературы. Паміж змяшаным парашком і паверхняй узору адбываецца шэраг складаных фізіка-хімічных рэакцый для ўтварэння пакрыцця. Яго перавага заключаецца ў тым, што працэс просты, бо толькі адзін працэс дазваляе атрымаць шчыльныя матрычныя кампазітныя матэрыялы без расколін; невялікія змены памеру ад загатоўкі да гатовага прадукту; падыходзіць для любой канструкцыі, узмоцненай валакном; паміж пакрыццём і падкладкай можа ўтварыцца пэўны градыент складу, які добра спалучаецца з падкладкай. Аднак ёсць і недахопы, такія як хімічная рэакцыя пры высокай тэмпературы, якая можа пашкодзіць валакно, і пагаршэнне механічных уласцівасцей вуглярод/вугляроднай матрыцы. Аднастайнасць пакрыцця цяжка кантраляваць з-за такіх фактараў, як гравітацыя, што робіць пакрыццё нераўнамерным.
1.2 Метад нанясення шламавага пакрыцця
Метад нанясення суспензійнага пакрыцця заключаецца ў змешванні пакрывальнага матэрыялу і звязальнага рэчыва ў сумесь, раўнамерным нанясенні пэндзлем на паверхню матрыцы, пасля высыхання ў інэртнай атмасферы пакрыты ўзор спякаецца пры высокай тэмпературы, і можна атрымаць неабходнае пакрыццё. Перавагі заключаюцца ў тым, што працэс просты і лёгкі ў эксплуатацыі, а таўшчыня пакрыцця лёгка кантралюецца; недахопам з'яўляецца нізкая трываласць счаплення паміж пакрыццём і падкладкай, нізкая ўстойлівасць пакрыцця да тэрмічных удараў і нізкая аднастайнасць пакрыцця.
1.3 Метад хімічнай рэакцыі з парай
Метад хімічнай рэакцыі з парай (CVR) — гэта працэс, пры якім цвёрды крэмніевы матэрыял выпараецца ў пару крэмнію пры пэўнай тэмпературы, а затым пары крэмнію дыфундуюць ва ўнутраную і паверхневую часткі матрыцы і рэагуюць in situ з вугляродам у матрыцы, утвараючы карбід крэмнію. Яго перавагі ўключаюць аднастайную атмасферу ў печы, паслядоўную хуткасць рэакцыі і таўшчыню нанясення пакрыцця паўсюль; працэс просты і лёгкі ў эксплуатацыі, а таўшчыню пакрыцця можна кантраляваць, змяняючы ціск пароў крэмнію, час нанясення і іншыя параметры. Недахопам з'яўляецца тое, што на ўзор моцна ўплывае становішча ў печы, і ціск пароў крэмнію ў печы не можа дасягнуць тэарэтычнай аднастайнасці, што прыводзіць да нераўнамернай таўшчыні пакрыцця.
1.4 Метад хімічнага асаджэння з паравой фазы
Хімічнае паравое асаджэнне (ХПАА) — гэта працэс, у якім вуглевадароды выкарыстоўваюцца ў якасці крыніцы газу, а высакаякасны N2/Ar — у якасці газу-носьбіта для ўвядзення змешаных газаў у хімічны паравы рэактар, пасля чаго вуглевадароды раскладаюцца, сінтэзуюцца, дыфузіруюцца, адсарбуюцца і расшчапляюцца пры пэўнай тэмпературы і ціску, утвараючы цвёрдыя плёнкі на паверхні вуглярод/вугляродных кампазітных матэрыялаў. Яго перавага заключаецца ў тым, што шчыльнасць і чысціню пакрыцця можна кантраляваць; ён таксама падыходзіць для дэталяў больш складанай формы; крышталічную структуру і марфалогію паверхні прадукту можна кантраляваць, рэгулюючы параметры асаджэння. Недахопы заключаюцца ў тым, што хуткасць асаджэння занадта нізкая, працэс складаны, сабекошт вытворчасці высокі, а таксама могуць быць дэфекты пакрыцця, такія як расколіны, дэфекты сеткі і дэфекты паверхні.
Карацей кажучы, метад убудавання абмежаваны сваімі тэхналагічнымі характарыстыкамі, якія падыходзяць для распрацоўкі і вытворчасці лабараторных і дробнапамерных матэрыялаў; метад пакрыцця не падыходзіць для масавай вытворчасці з-за яго дрэннай кансістэнцыі. Метад CVR можа задаволіць масавую вытворчасць вырабаў вялікага памеру, але ён мае больш высокія патрабаванні да абсталявання і тэхналогій. Метад CVD з'яўляецца ідэальным метадам для падрыхтоўкі.SIC-пакрыццёале яго кошт вышэйшы за метад CVR з-за складанасці кіравання працэсам.
Час публікацыі: 22 лютага 2024 г.