Studija slučaja: Komponente od grafita visoke čistoće za monokristalna termalna polja od 32 inča u rastu silicija N-tipa

Uvod: Izazov termalnog polja od 32 inča u visokoefikasnom rastu silicija N-tipa

Kako se industrija fotonaponskih sistema brzo prebacuje sa PERC P-tipa na TOPCon i heterospojne (HJT) solarne ćelije N-tipa, potražnja za silicijumskim pločicama veće čistoće naglo je porasla. Silicijumske podloge N-tipa zahtijevaju izuzetno dug vijek trajanja manjinskih nosioca naboja (obično >300 μs) i gotovo nultu kontaminaciju nečistoćama prelaznih metala.

Kako bi povećali protok, proizvođači silicijumskih pločica proširuju veličine lončića na 32 inča i više. Međutim, rad na temperaturama koje prelaze 1.450°C u termalnom polju od 32 inča predstavlja ozbiljne inženjerske izazove:

1. Termička degradacija i asimetrija:Ogromni termalni gradijenti uzrokuju strukturne deformacije i pucanje u standardnim grafitnim grijačima i postoljima.
2. Kontaminacija isparljivim metalima:Tragovi nečistoća (Fe, Ni, Cu, V) unutar konvencionalnog grafita isparavaju tokom produženog izvlačenja kristala, migrirajući direktno u rastopljeni silicijum i uzrokujući ozbiljnu degradaciju manjinskih nosilaca tokom životnog vijeka.

Inženjersko rješenje: Ultra-prečišćeni izostatički grafit i CVD SiC zaštita

Kako bi prevazišao ove tehničke prepreke, VeTek Semiconductor je primijenio sveobuhvatnu nadogradnju materijala na cijelom 32-inčnom termalnom sklopu, koja se sastoji od izostatičkog grafita visoke gustoće podvrgnutog pročišćavanju halogenima na visokim temperaturama i zaštitnim CVD premazima od silicijum karbida (SiC).

1. Dubinsko pročišćavanje halogena (sadržaj pepela ≤ 2-5 ppm)

Standardni industrijski grafit sadrži pepeo u rasponu od 50 ppm do 200 ppm. Na 1.450°C pod vakuumom, ovi elementi u tragovima isparavaju. Naš patentirani proces pročišćavanja halogenog plina na visokim temperaturama pretvara metalne nečistoće u isparljiva halogena jedinjenja (hloride/fluoride) na temperaturama iznad 2.400°C.

• Ispitivanje masenom spektrometrijom sa tlijevnim pražnjenjem (GDMS)potvrđuje da su ukupne metalne nečistoće (Fe, Cr, Ni, Cu, V) smanjene na manje od 0,5 ppm, postižući ukupni sadržaj pepela od ≤ 2 ppm.
• Rezultat:Eliminiše pozadinsko oslobađanje metalnih gasova, štiteći rastopljeni silicijumski bazen od kontaminacije tokom više od 120 sati kontinuiranih ciklusa izvlačenja.

2. Izostatička grafitna struktura visoke gustoće za termičku stabilnost

Komponente, uključujući grafitni grijač, susceptor lončića i izolacijsku cijev, izrađene su od izostatičkog grafita visoke gustoće (1,85 g/cm³), sitnozrnastog (veličina zrna <10 μm). Izostatičko presovanje osigurava ujednačeno izotropno termičko širenje (CTE), sprječavajući lokalizirano termičko naprezanje, savijanje i mehaničko pucanje pri ponovljenim termičkim ciklusima.

3. Zaštitni CVD premaz od silicijum karbida (SiC)

Kritične komponente izložene parama silicija i korozivnim plinovima za pročišćavanje prevlače se slojem silicijum karbida (SiC) debljine 50–80 μm, dobivenim hemijskim taloženjem iz parne faze (CVD).

• Korozijska barijera:Sprečava direktnu hemijsku reakciju između isparljive silicijumske pare (SiO2) i grafitne podloge (SiO2 + 2C → SiC + CO2), eliminišući površinsku eroziju i stvaranje ugljenične prašine.
• Geometrijska preciznost:Održava tačnu geometriju termalnog polja, što omogućava preko 30% duže servisne intervale.

Podaci o izmjerenim performansama i validacija terenskih ispitivanja

Šestomjesečno komparativno terensko ispitivanje provedeno je na 50 CZ peći proizvodnog obima od 32 inča u TOPCon proizvodnom pogonu prve klase silicijumskih pločica. U nastavku je referentna vrijednost performansi koja uspoređuje standardne grafitne komponente s VeTek Semiconductorovim pročišćenim termičkim poljem:

Često postavljana pitanja (FAQ)

Zaključak i tehničke konsultacije

Prelazak na ultra-pročišćene izostatičke grafitne komponente sa CVD SiC zaštitom pruža direktan, mjerljiv put ka rješavanju uskih grla u prinosu i nečistoćama kod rasta 32-inčnog monokristalnog silicija N-tipa. Sa 18% poboljšanja primarnog prinosa i 30% produženog vijeka trajanja termalnog polja, proizvođači solarnih pločica mogu postići značajan povrat ulaganja.