С непрекъснатото развитие на днешния свят, невъзобновяемата енергия се изчерпва все повече и човешкото общество е все по-належащо да използва възобновяема енергия, представена от „вятър, светлина, вода и ядрена енергия“. В сравнение с други възобновяеми енергийни източници, човечеството разполага с най-зрялата, безопасна и надеждна технология за използване на слънчева енергия. Сред тях, индустрията за фотоволтаични клетки с високочист силиций като субстрат се развива изключително бързо. До края на 2023 г. кумулативният инсталиран капацитет на слънчевата фотоволтаична енергия в моята страна надхвърли 250 гигавата, а производството на фотоволтаична енергия достигна 266,3 милиарда kWh, което е увеличение с около 30% на годишна база, а новодобавеният капацитет за производство на електроенергия е 78,42 милиона киловата, което е увеличение със 154% на годишна база. Към края на юни кумулативният инсталиран капацитет на фотоволтаичното производство на електроенергия е около 470 милиона киловата, което надминава водноелектрическата енергия и се превръща във втория по големина източник на енергия в моята страна.
Докато фотоволтаичната индустрия се развива бързо, индустрията за нови материали, която я поддържа, също се развива бързо. Кварцови компоненти катокварцови тигели, кварцови лодки и кварцови бутилки са сред тях, играейки важна роля в процеса на производство на фотоволтаици. Например, кварцовите тигели се използват за задържане на разтопен силиций при производството на силициеви пръти и силициеви блокове; кварцовите лодки, тръби, бутилки, резервоари за почистване и др. играят ключова функция в дифузията, почистването и други технологични звена при производството на слънчеви клетки и др., осигурявайки чистотата и качеството на силициевите материали.
Основни приложения на кварцови компоненти за производство на фотоволтаици
В производствения процес на слънчеви фотоволтаични клетки, силициевите пластини се поставят върху лодка за пластини, а лодката се поставя върху опора за лодката за дифузия, LPCVD и други термични процеси, докато силициево-карбидната конзолна лопатка е ключовият компонент за натоварване, който премества опората на лодката, носеща силициевите пластини, в и извън нагревателната пещ. Както е показано на фигурата по-долу, силициево-карбидната конзолна лопатка може да осигури концентричност на силициевата пластина и тръбата на пещта, като по този начин прави дифузията и пасивацията по-равномерни. В същото време тя е без замърсяване и не се деформира при високи температури, има добра устойчивост на термичен удар и голям капацитет на натоварване и е широко използвана в областта на фотоволтаичните клетки.
Схематична диаграма на ключовите компоненти за зареждане на батерията
В процеса на дифузия при меко кацане, традиционната кварцова лодка илодка с вафлиПодложката трябва да постави силициевата пластина заедно с подложката на кварцовата лодка в кварцовата тръба на дифузионната пещ. При всеки дифузионен процес, подложката на кварцовата лодка, запълнена със силициеви пластини, се поставя върху силициево-карбидната лопатка. След като силициево-карбидната лопатка влезе в кварцовата тръба, тя автоматично потъва, за да постави подложката на кварцовата лодка и силициевата пластина, след което бавно се връща в началото. След всеки процес, подложката на кварцовата лодка трябва да се отстрани от...силициево-карбидна греблоТакава честа работа ще доведе до износване на кварцовата опора за лодка за дълъг период от време. След като кварцовата опора за лодка се напука и счупи, цялата кварцова опора за лодка ще падне от силициево-карбидното гребло и ще повреди кварцовите части, силициевите пластини и силициево-карбидните гребла отдолу. Силициево-карбидното гребло е скъпо и не може да се поправи. При инцидент това ще причини огромни имуществени щети.
При LPCVD процеса не само ще възникнат гореспоменатите проблеми с термичното напрежение, но тъй като LPCVD процесът изисква преминаване на силан газ през силициевата пластина, дългосрочният процес ще образува и силициево покритие върху опората на пластината и самата пластина. Поради несъответствието в коефициентите на термично разширение на покрития силиций и кварц, опората на лодката и самата лодка ще се напукат и животът им ще бъде сериозно намален. Животът на обикновените кварцови лодки и опорите за лодки в LPCVD процеса обикновено е само 2 до 3 месеца. Ето защо е особено важно да се подобри материалът за опорите на лодките, за да се увеличи здравината и експлоатационният живот на опорите и да се избегнат подобни инциденти.
Накратко, с увеличаването на времето и броя на процесите по време на производството на слънчеви клетки, кварцовите лодки и други компоненти са склонни към скрити пукнатини или дори счупвания. Животът на кварцовите лодки и кварцовите тръби в настоящите масови производствени линии в Китай е около 3-6 месеца и те трябва редовно да се спират за почистване, поддръжка и подмяна на кварцови носители. Освен това, високочистият кварцов пясък, използван като суровина за кварцови компоненти, в момента е в състояние на ограничено търсене и предлагане, а цената му е на високо ниво от дълго време, което очевидно не е благоприятно за подобряване на производствената ефективност и икономически ползи.
Силициево-карбидна керамика„появи се“
Сега хората са измислили материал с по-добри характеристики, който да замени някои кварцови компоненти - силициево-карбидна керамика.
Силициево-карбидната керамика има добра механична якост, термична стабилност, устойчивост на високи температури, устойчивост на окисляване, устойчивост на термичен удар и устойчивост на химическа корозия и се използва широко в горещи области като металургията, машиностроенето, новите енергийни източници, строителните материали и химикалите. Нейните характеристики са достатъчни и за дифузия на TOPcon клетки във фотоволтаичното производство, LPCVD (химическо отлагане на пари при ниско налягане), PECVD (плазмено химическо отлагане на пари) и други термични технологични връзки.
LPCVD силициево-карбидна опора за лодка и бор-експандирана силициево-карбидна опора за лодка
В сравнение с традиционните кварцови материали, опорите за лодки, лодките и тръбните изделия, изработени от силициево-карбидни керамични материали, имат по-висока якост, по-добра термична стабилност, не се деформират при високи температури и имат повече от 5 пъти по-дълъг живот от този на кварцовите материали, което може значително да намали разходите за употреба и загубата на енергия, причинена от поддръжка и престой. Предимството в цената е очевидно, а източникът на суровини е широк.
Сред тях, реакционно синтерованият силициев карбид (RBSiC) има ниска температура на синтероване, ниска производствена цена, висока плътност на материала и почти никакво свиване на обема по време на реакционното синтероване. Той е особено подходящ за изработката на големи и сложни структурни части. Следователно, той е най-подходящ за производството на големи и сложни продукти, като например опори за лодки, лодки, конзолни лопатки, тръби за пещи и др.
Лодки от силициево-карбидни пластинисъщо имат големи перспективи за развитие в бъдеще. Независимо от процеса LPCVD или процеса на разширяване с бор, животът на кварцовата лодка е сравнително нисък, а коефициентът на термично разширение на кварцовия материал е несъвместим с този на силициево-карбидния материал. Следователно е лесно да има отклонения в процеса на съвпадение със силициево-карбидния държач за лодка при висока температура, което води до разклащане на лодката или дори до счупване на лодката. Силициево-карбидната лодка използва технологичния път на еднокомпонентно формоване и цялостна обработка. Изискванията за толеранс на формата и позицията са високи и тя си сътрудничи по-добре със силициево-карбидния държач за лодка. Освен това, силициевият карбид има висока якост и лодката е много по-малко вероятно да се счупи поради човешки удар, отколкото кварцовата лодка.
Лодка от силициево-карбидни пластини
Пещната тръба е основният топлопреносящ компонент на пещта, който играе роля в уплътняването и равномерното топлопренасяне. В сравнение с кварцовите пещни тръби, силициево-карбидните пещни тръби имат добра топлопроводимост, равномерно нагряване и добра термична стабилност, а животът им е повече от 5 пъти по-дълъг от този на кварцовите тръби.
Обобщение
Като цяло, независимо дали по отношение на производителността на продукта или разходите за употреба, силициево-карбидните керамични материали имат повече предимства от кварцовите материали в някои аспекти на областта на слънчевите клетки. Приложението на силициево-карбидни керамични материали във фотоволтаичната индустрия значително помогна на фотоволтаичните компании да намалят инвестиционните разходи за спомагателни материали и да подобрят качеството и конкурентоспособността на продуктите. В бъдеще, с широкомащабното приложение на големи силициево-карбидни пещни тръби, високочисти силициево-карбидни лодки и опори за лодки и непрекъснатото намаляване на разходите, приложението на силициево-карбидни керамични материали в областта на фотоволтаичните клетки ще се превърне в ключов фактор за подобряване на ефективността на преобразуването на светлинна енергия и намаляване на индустриалните разходи в областта на фотоволтаичното производство на енергия и ще окаже важно влияние върху развитието на новата фотоволтаична енергия.
Време на публикуване: 05 ноември 2024 г.