সিলিকন কার্বাইড সিরামিক: ফটোভোল্টাইক কোয়ার্টজ উপাদানের বিনাশকারী

আজকের বিশ্বের ক্রমাগত উন্নয়নের সাথে সাথে, অনবায়নযোগ্য শক্তি ক্রমশ নিঃশেষ হয়ে আসছে, এবং মানব সমাজ “বায়ু, আলো, পানি ও পারমাণবিক” দ্বারা প্রতিনিধিত্বকৃত নবায়নযোগ্য শক্তি ব্যবহারের জন্য ক্রমবর্ধমানভাবে জরুরি হয়ে পড়েছে। অন্যান্য নবায়নযোগ্য শক্তির উৎসের তুলনায়, সৌরশক্তি ব্যবহারের জন্য মানুষের কাছে সবচেয়ে পরিপক্ক, নিরাপদ এবং নির্ভরযোগ্য প্রযুক্তি রয়েছে। এর মধ্যে, সাবস্ট্রেট হিসেবে উচ্চ-বিশুদ্ধ সিলিকন ব্যবহার করে ফটোভোলটাইক সেল শিল্প অত্যন্ত দ্রুতগতিতে বিকশিত হয়েছে। ২০২৩ সালের শেষ নাগাদ, আমার দেশের মোট সৌর ফটোভোলটাইক স্থাপিত ক্ষমতা ২৫০ গিগাওয়াট অতিক্রম করেছে, এবং ফটোভোলটাইক বিদ্যুৎ উৎপাদন ২৬৬.৩ বিলিয়ন kWh-এ পৌঁছেছে, যা আগের বছরের তুলনায় প্রায় ৩০% বৃদ্ধি পেয়েছে, এবং নতুন সংযোজিত বিদ্যুৎ উৎপাদন ক্ষমতা ৭৮.৪২ মিলিয়ন কিলোওয়াট, যা আগের বছরের তুলনায় ১৫৪% বৃদ্ধি পেয়েছে। জুন মাসের শেষ নাগাদ, ফটোভোলটাইক বিদ্যুৎ উৎপাদনের মোট স্থাপিত ক্ষমতা ছিল প্রায় ৪৭০ মিলিয়ন কিলোওয়াট, যা জলবিদ্যুৎকে ছাড়িয়ে আমার দেশের দ্বিতীয় বৃহত্তম শক্তির উৎস হয়ে উঠেছে।

ফটোভোল্টাইক শিল্পের দ্রুত বিকাশের পাশাপাশি, একে সমর্থনকারী নতুন উপকরণ শিল্পও দ্রুত বিকশিত হচ্ছে। কোয়ার্টজ উপাদান যেমনকোয়ার্টজ ক্রুসিবলকোয়ার্টজ বোট এবং কোয়ার্টজ বোতল এগুলোর মধ্যে অন্যতম, যা ফটোভোল্টাইক উৎপাদন প্রক্রিয়ায় গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। উদাহরণস্বরূপ, সিলিকন রড এবং সিলিকন ইনগট উৎপাদনে গলিত সিলিকন ধারণ করার জন্য কোয়ার্টজ ক্রুসিবল ব্যবহৃত হয়; সৌর কোষ ইত্যাদি উৎপাদনের ক্ষেত্রে ব্যাপন, পরিশোধন এবং অন্যান্য প্রক্রিয়াকরণ পর্যায়ে কোয়ার্টজ বোট, টিউব, বোতল, ক্লিনিং ট্যাঙ্ক ইত্যাদি ভারবাহী হিসেবে কাজ করে, যা সিলিকন উপাদানের বিশুদ্ধতা এবং গুণমান নিশ্চিত করে।

ফটোভোল্টাইক উৎপাদনে কোয়ার্টজ উপাদানের প্রধান প্রয়োগসমূহ

সৌর ফটোভোল্টাইক কোষের উৎপাদন প্রক্রিয়ায়, সিলিকন ওয়েফারগুলোকে একটি ওয়েফার বোটে রাখা হয় এবং ডিফিউশন, এলপিসিভিডি ও অন্যান্য তাপীয় প্রক্রিয়ার জন্য বোটটিকে একটি ওয়েফার বোট সাপোর্টের উপর স্থাপন করা হয়। অন্যদিকে, সিলিকন কার্বাইড ক্যান্টিলিভার প্যাডেলটি হলো মূল লোডিং উপাদান, যা সিলিকন ওয়েফার বহনকারী বোট সাপোর্টটিকে হিটিং ফার্নেসের ভেতরে ও বাইরে চালনা করে। নিচের চিত্রে যেমন দেখানো হয়েছে, সিলিকন কার্বাইড ক্যান্টিলিভার প্যাডেলটি সিলিকন ওয়েফার এবং ফার্নেস টিউবের সমকেন্দ্রিকতা নিশ্চিত করতে পারে, যার ফলে ডিফিউশন এবং প্যাসিভেশন আরও সুষম হয়। একই সাথে, এটি দূষণমুক্ত এবং উচ্চ তাপমাত্রায় অবিকৃত থাকে, এর ভালো তাপীয় অভিঘাত প্রতিরোধ ক্ষমতা ও বৃহৎ ভারবহন ক্ষমতা রয়েছে এবং এটি ফটোভোল্টাইক কোষের ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়ে আসছে।

মূল ব্যাটারি লোডিং উপাদানগুলির স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম

সফট ল্যান্ডিং ডিফিউশন প্রক্রিয়ায়, ঐতিহ্যবাহী কোয়ার্টজ বোট এবংওয়েফার বোটডিফিউশন ফার্নেসের কোয়ার্টজ টিউবের মধ্যে কোয়ার্টজ বোট সাপোর্টসহ সিলিকন ওয়েফারটি রাখতে হয়। প্রতিটি ডিফিউশন প্রক্রিয়ায়, সিলিকন ওয়েফার ভর্তি কোয়ার্টজ বোট সাপোর্টটি সিলিকন কার্বাইড প্যাডেলের উপর রাখা হয়। সিলিকন কার্বাইড প্যাডেলটি কোয়ার্টজ টিউবে প্রবেশ করার পর, এটি স্বয়ংক্রিয়ভাবে ডুবে গিয়ে কোয়ার্টজ বোট সাপোর্ট এবং সিলিকন ওয়েফারটিকে নামিয়ে দেয় এবং তারপর ধীরে ধীরে উৎসে ফিরে আসে। প্রতিটি প্রক্রিয়ার পর, কোয়ার্টজ বোট সাপোর্টটি সরিয়ে ফেলতে হয়।সিলিকন কার্বাইড প্যাডেলএই ধরনের ঘন ঘন ব্যবহারের ফলে দীর্ঘ সময় ধরে কোয়ার্টজ বোট সাপোর্টটি ক্ষয়প্রাপ্ত হবে। একবার কোয়ার্টজ বোট সাপোর্টটিতে ফাটল ধরে বা এটি ভেঙে গেলে, পুরো সাপোর্টটি সিলিকন কার্বাইড প্যাডেল থেকে খসে পড়বে এবং এর ফলে নিচের কোয়ার্টজ অংশ, সিলিকন ওয়েফার এবং সিলিকন কার্বাইড প্যাডেলগুলো ক্ষতিগ্রস্ত হবে। সিলিকন কার্বাইড প্যাডেলটি ব্যয়বহুল এবং এটি মেরামত করা যায় না। একবার দুর্ঘটনা ঘটলে, এর ফলে ব্যাপক সম্পত্তির ক্ষতি হবে।

LPCVD প্রক্রিয়ায় শুধু যে উপরে উল্লিখিত তাপীয় পীড়নের সমস্যাগুলোই ঘটে তা নয়, বরং যেহেতু এই প্রক্রিয়ায় সিলিকন ওয়েফারের মধ্য দিয়ে সিলেন গ্যাস প্রবাহিত করার প্রয়োজন হয়, তাই দীর্ঘমেয়াদী এই প্রক্রিয়ার ফলে ওয়েফার বোট সাপোর্ট এবং ওয়েফার বোটের উপর একটি সিলিকন আস্তরণও তৈরি হয়। এই আস্তরণযুক্ত সিলিকন এবং কোয়ার্টজের তাপীয় প্রসারণ সহগের অসামঞ্জস্যতার কারণে বোট সাপোর্ট এবং বোটে ফাটল ধরে এবং এর আয়ুষ্কাল মারাত্মকভাবে হ্রাস পায়। LPCVD প্রক্রিয়ায় ব্যবহৃত সাধারণ কোয়ার্টজ বোট এবং বোট সাপোর্টের আয়ুষ্কাল সাধারণত মাত্র ২ থেকে ৩ মাস হয়। অতএব, এই ধরনের দুর্ঘটনা এড়াতে বোট সাপোর্টের শক্তি এবং কার্যকাল বৃদ্ধি করার জন্য এর উপাদানের উন্নতি সাধন করা বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ।

সংক্ষেপে, সোলার সেল উৎপাদনের সময় প্রক্রিয়াকরণের সময়কাল এবং সংখ্যা বাড়ার সাথে সাথে কোয়ার্টজ বোট এবং অন্যান্য উপাদানগুলিতে লুকানো ফাটল বা এমনকি ভাঙনের ঝুঁকি থাকে। চীনের বর্তমান মূলধারার উৎপাদন লাইনগুলিতে কোয়ার্টজ বোট এবং কোয়ার্টজ টিউবের আয়ু প্রায় ৩-৬ মাস, এবং পরিষ্কার, রক্ষণাবেক্ষণ ও কোয়ার্টজ ক্যারিয়ার প্রতিস্থাপনের জন্য এগুলিকে নিয়মিত বন্ধ করতে হয়। অধিকন্তু, কোয়ার্টজ উপাদানের কাঁচামাল হিসেবে ব্যবহৃত উচ্চ-বিশুদ্ধ কোয়ার্টজ বালির সরবরাহ ও চাহিদা বর্তমানে তীব্র সংকটের মধ্যে রয়েছে এবং এর দাম দীর্ঘদিন ধরে উচ্চ পর্যায়ে রয়েছে, যা স্পষ্টতই উৎপাদন দক্ষতা এবং অর্থনৈতিক সুবিধা বৃদ্ধির জন্য সহায়ক নয়।

সিলিকন কার্বাইড সিরামিক“উপস্থিত হওয়া”

এখন, কোয়ার্টজের কিছু উপাদানের বিকল্প হিসেবে আরও উন্নত কর্মক্ষমতাসম্পন্ন একটি উপাদান উদ্ভাবন করা হয়েছে—সিলিকন কার্বাইড সিরামিক।

সিলিকন কার্বাইড সিরামিকের ভালো যান্ত্রিক শক্তি, তাপীয় স্থিতিশীলতা, উচ্চ তাপমাত্রা সহনশীলতা, জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা, তাপীয় অভিঘাত প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং রাসায়নিক ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে এবং এটি ধাতুবিদ্যা, যন্ত্রপাতি, নতুন শক্তি, এবং নির্মাণ সামগ্রী ও রাসায়নিকের মতো গুরুত্বপূর্ণ ক্ষেত্রগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। ফটোভোল্টাইক উৎপাদনে টপকন সেলের প্রসার, এলপিসিভিডি (নিম্নচাপ রাসায়নিক বাষ্প জমা), পিইসিভিডি (প্লাজমা রাসায়নিক বাষ্প জমা) এবং অন্যান্য তাপীয় প্রক্রিয়াকরণ ধাপগুলির জন্যও এর কার্যক্ষমতা যথেষ্ট।

এলপিসিভিডি সিলিকন কার্বাইড বোট সাপোর্ট এবং বোরন-প্রসারিত সিলিকন কার্বাইড বোট সাপোর্ট

প্রচলিত কোয়ার্টজ উপকরণের তুলনায়, সিলিকন কার্বাইড সিরামিক উপকরণ দিয়ে তৈরি বোট সাপোর্ট, বোট এবং টিউব পণ্যগুলির শক্তি বেশি, তাপীয় স্থিতিশীলতা ভালো, উচ্চ তাপমাত্রায় বিকৃত হয় না এবং আয়ুষ্কাল কোয়ার্টজ উপকরণের চেয়ে ৫ গুণেরও বেশি, যা ব্যবহারের খরচ এবং রক্ষণাবেক্ষণ ও ডাউনটাইমের কারণে সৃষ্ট শক্তির অপচয় উল্লেখযোগ্যভাবে কমাতে পারে। এর খরচের সুবিধা সুস্পষ্ট এবং কাঁচামালের উৎসও ব্যাপক।

এদের মধ্যে, রিঅ্যাকশন সিন্টার্ড সিলিকন কার্বাইড (RBSiC)-এর সিন্টারিং তাপমাত্রা কম, উৎপাদন খরচ কম, উপাদানের ঘনত্ব বেশি এবং রিঅ্যাকশন সিন্টারিংয়ের সময় এর আয়তন প্রায় সংকুচিত হয় না। এটি বড় আকারের এবং জটিল আকৃতির কাঠামোগত অংশ তৈরির জন্য বিশেষভাবে উপযুক্ত। তাই, এটি নৌকার সাপোর্ট, নৌকা, ক্যান্টিলিভার প্যাডেল, ফার্নেস টিউব ইত্যাদির মতো বড় আকারের এবং জটিল পণ্য উৎপাদনের জন্য সবচেয়ে উপযোগী।

সিলিকন কার্বাইড ওয়েফার নৌকাভবিষ্যতে এর ব্যাপক উন্নয়নের সম্ভাবনাও রয়েছে। এলপিসিভিডি (LPCVD) প্রক্রিয়া বা বোরন প্রসারণ প্রক্রিয়া নির্বিশেষে, কোয়ার্টজ বোটের আয়ুষ্কাল তুলনামূলকভাবে কম, এবং কোয়ার্টজ উপাদানের তাপীয় প্রসারণ সহগ সিলিকন কার্বাইড উপাদানের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ নয়। তাই, উচ্চ তাপমাত্রায় সিলিকন কার্বাইড বোট হোল্ডারের সাথে মেলানোর প্রক্রিয়ায় সহজেই বিচ্যুতি ঘটে, যার ফলে বোটটি কেঁপে ওঠে বা এমনকি ভেঙেও যেতে পারে। সিলিকন কার্বাইড বোট এক-টুকরো ছাঁচনির্মাণ এবং সামগ্রিক প্রক্রিয়াকরণের পদ্ধতি গ্রহণ করে। এর আকৃতি এবং অবস্থানের সহনশীলতার প্রয়োজনীয়তা বেশি, এবং এটি সিলিকন কার্বাইড বোট হোল্ডারের সাথে আরও ভালোভাবে কাজ করে। এছাড়াও, সিলিকন কার্বাইডের শক্তি বেশি, এবং কোয়ার্টজ বোটের তুলনায় মানুষের আঘাতে এটি ভেঙে যাওয়ার সম্ভাবনা অনেক কম।

সিলিকন কার্বাইড ওয়েফার বোট

ফার্নেস টিউব হলো চুল্লির প্রধান তাপ স্থানান্তরকারী উপাদান, যা সিলিং এবং সুষম তাপ স্থানান্তরে ভূমিকা পালন করে। কোয়ার্টজ ফার্নেস টিউবের তুলনায়, সিলিকন কার্বাইড ফার্নেস টিউবের তাপ পরিবাহিতা ভালো, উত্তাপ সুষম এবং তাপীয় স্থিতিশীলতা ভালো, এবং এর আয়ুষ্কাল কোয়ার্টজ টিউবের চেয়ে ৫ গুণেরও বেশি।

সারসংক্ষেপ

সাধারণভাবে, পণ্যের কার্যকারিতা বা ব্যবহারের খরচ, উভয় দিক থেকেই সৌর কোষের ক্ষেত্রের নির্দিষ্ট কিছু বিষয়ে কোয়ার্টজ উপাদানের তুলনায় সিলিকন কার্বাইড সিরামিক উপাদানের অধিক সুবিধা রয়েছে। ফটোভোল্টাইক শিল্পে সিলিকন কার্বাইড সিরামিক উপাদানের প্রয়োগ ফটোভোল্টাইক কোম্পানিগুলোকে সহায়ক উপকরণের বিনিয়োগ খরচ কমাতে এবং পণ্যের গুণমান ও প্রতিযোগিতামূলক ক্ষমতা উন্নত করতে ব্যাপকভাবে সাহায্য করেছে। ভবিষ্যতে, বড় আকারের সিলিকন কার্বাইড ফার্নেস টিউব, উচ্চ-বিশুদ্ধ সিলিকন কার্বাইড বোট ও বোট সাপোর্টের ব্যাপক প্রয়োগ এবং খরচের ক্রমাগত হ্রাসের সাথে সাথে, ফটোভোল্টাইক কোষের ক্ষেত্রে সিলিকন কার্বাইড সিরামিক উপাদানের প্রয়োগ আলোক শক্তি রূপান্তরের দক্ষতা বৃদ্ধি এবং ফটোভোল্টাইক বিদ্যুৎ উৎপাদনের ক্ষেত্রে শিল্পের খরচ কমানোর একটি মূল নিয়ামক হয়ে উঠবে এবং ফটোভোল্টাইক নতুন শক্তির উন্নয়নে একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব ফেলবে।