S kontinuiranim razvojem današnjeg svijeta, neobnovljivi izvori energije postaju sve iscrpljeniji, a ljudsko društvo sve više ima potrebu za korištenjem obnovljive energije koju predstavljaju „vjetar, svjetlost, voda i nuklearna energija“. U poređenju s drugim obnovljivim izvorima energije, ljudska bića imaju najzreliju, najsigurniju i najpouzdaniju tehnologiju za korištenje solarne energije. Među njima, industrija fotonaponskih ćelija s visokočistim silicijumom kao supstratom razvila se izuzetno brzo. Do kraja 2023. godine, kumulativni instalirani kapacitet solarnih fotonaponskih sistema u mojoj zemlji premašio je 250 gigavata, a proizvodnja fotonaponske energije dostigla je 266,3 milijarde kWh, što je povećanje od oko 30% u odnosu na prethodnu godinu, a novododani kapacitet proizvodnje energije iznosi 78,42 miliona kilovata, što je povećanje od 154% u odnosu na prethodnu godinu. Zaključno s krajem juna, kumulativni instalirani kapacitet proizvodnje fotonaponske energije iznosio je oko 470 miliona kilovata, što je premašilo hidroenergiju i postalo drugi najveći izvor energije u mojoj zemlji.
Dok se fotonaponska industrija brzo razvija, industrija novih materijala koja je podržava također se brzo razvija. Kvarcne komponente kao što sukvarcni lonci, kvarcni čamci i kvarcne boce su među njima, igrajući važnu ulogu u procesu proizvodnje fotonaponskih sistema. Na primjer, kvarcni lonci se koriste za držanje rastopljenog silicija u proizvodnji silicijumskih šipki i silicijumskih ingota; kvarcni čamci, cijevi, boce, spremnici za čišćenje itd. igraju ulogu nosioca u difuziji, čišćenju i drugim procesnim vezama u proizvodnji solarnih ćelija itd., osiguravajući čistoću i kvalitet silicijumskih materijala.
Glavne primjene kvarcnih komponenti za proizvodnju fotonaponskih sistema
U procesu proizvodnje solarnih fotonaponskih ćelija, silicijumske pločice se postavljaju na čamac za pločice, a čamac se postavlja na nosač čamca za difuziju, LPCVD i druge termičke procese, dok je konzolna lopatica od silicijum karbida ključna komponenta za opterećenje koja pomiče nosač čamca koji nosi silicijumske pločice u i iz peći za zagrijavanje. Kao što je prikazano na slici ispod, konzolna lopatica od silicijum karbida može osigurati koncentričnost silicijumske pločice i cijevi peći, čime se difuzija i pasivizacija čine ujednačenijima. Istovremeno, ne zagađuje se i ne deformiše se na visokim temperaturama, ima dobru otpornost na termalne udare i veliki kapacitet opterećenja, te se široko koristi u oblasti fotonaponskih ćelija.
Šematski dijagram ključnih komponenti za punjenje baterije
U procesu difuzije pri mekom slijetanju, tradicionalni kvarcni čamac ibrodić od oblatiNosač treba staviti silicijumsku pločicu zajedno s nosačem kvarcnog čamca u kvarcnu cijev u difuzijskoj peći. U svakom procesu difuzije, nosač kvarcnog čamca napunjen silicijumskim pločicama postavlja se na silicijum-karbidnu lopaticu. Nakon što silicijum-karbidna lopatica uđe u kvarcnu cijev, lopatica automatski tone kako bi spustila nosač kvarcnog čamca i silicijumsku pločicu, a zatim se polako vraća u početnu tačku. Nakon svakog procesa, nosač kvarcnog čamca treba ukloniti iz...silicijum karbidna lopaticaTakav čest rad će uzrokovati dugotrajno trošenje nosača kvarcnog čamca. Kada se nosač kvarcnog čamca slomi i napukne, cijeli nosač kvarcnog čamca će otpasti sa silicijum-karbidne lopatice, a zatim oštetiti kvarcne dijelove, silicijumske pločice i silicijum-karbidne lopatice ispod. Silicijum-karbidna lopatica je skupa i ne može se popraviti. U slučaju nesreće, to će uzrokovati ogromnu materijalnu štetu.
U LPCVD procesu, ne samo da će se pojaviti gore spomenuti problemi s termičkim naprezanjem, već budući da LPCVD proces zahtijeva prolazak plina silana kroz silicijumsku pločicu, dugotrajni proces će također formirati silicijumski premaz na nosaču pločice i na pločici. Zbog nekonzistentnosti koeficijenata termičkog širenja obloženog silicija i kvarca, nosač pločice i brod će pucati, a vijek trajanja će se ozbiljno smanjiti. Vijek trajanja običnih kvarcnih pločica i nosača pločica u LPCVD procesu obično je samo 2 do 3 mjeseca. Stoga je posebno važno poboljšati materijal nosača pločica kako bi se povećala čvrstoća i vijek trajanja nosača pločica i izbjegle takve nezgode.
Ukratko, kako se vrijeme procesa i broj ciklusa povećavaju tokom proizvodnje solarnih ćelija, kvarcni čamci i druge komponente su skloni skrivenim pukotinama ili čak lomovima. Vijek trajanja kvarcnih čamaca i kvarcnih cijevi u trenutnim glavnim proizvodnim linijama u Kini je oko 3-6 mjeseci, a potrebno ih je redovno isključivati radi čišćenja, održavanja i zamjene kvarcnih nosača. Štaviše, visokočisti kvarcni pijesak koji se koristi kao sirovina za kvarcne komponente trenutno je u stanju ograničene ponude i potražnje, a cijena je već dugo na visokom nivou, što očigledno ne doprinosi poboljšanju efikasnosti proizvodnje i ekonomskim koristima.
Silicijum karbidna keramika"pojavi se"
Sada su ljudi osmislili materijal s boljim performansama kako bi zamijenili neke kvarcne komponente - silicij-karbidnu keramiku.
Silicijum-karbidna keramika ima dobru mehaničku čvrstoću, termičku stabilnost, otpornost na visoke temperature, otpornost na oksidaciju, otpornost na termičke udare i otpornost na hemijsku koroziju, te se široko koristi u vrućim oblastima kao što su metalurgija, mašinerija, nova energija, građevinski materijali i hemikalije. Njene performanse su također dovoljne za difuziju TOPcon ćelija u proizvodnji fotonaponskih ćelija, LPCVD (hemijsko taloženje pare niskog pritiska), PECVD (hemijsko taloženje pare plazmom) i drugim termičkim procesima.
LPCVD nosač za brodove od silicijum-karbida i nosač za brodove od silicijum-karbida proširenog borom
U poređenju sa tradicionalnim kvarcnim materijalima, nosači za brodove, čamci i cjevasti proizvodi izrađeni od silicijum-karbidnih keramičkih materijala imaju veću čvrstoću, bolju termičku stabilnost, ne deformišu se na visokim temperaturama i imaju više od 5 puta duži vijek trajanja od kvarcnih materijala, što može značajno smanjiti troškove korištenja i gubitak energije uzrokovan održavanjem i zastojima. Prednost u troškovima je očigledna, a izvor sirovina je širok.
Među njima, reakcijski sinterovani silicijum karbid (RBSiC) ima nisku temperaturu sinterovanja, niske troškove proizvodnje, visoku gustinu materijala i gotovo nikakvo skupljanje volumena tokom reakcijskog sinterovanja. Posebno je pogodan za pripremu konstrukcijskih dijelova velikih dimenzija i složenog oblika. Stoga je najpogodniji za proizvodnju velikih i složenih proizvoda kao što su nosači za brodove, čamci, konzolne lopatice, cijevi za peći itd.
Čamci od silicijum-karbidnih pločicatakođer imaju velike izglede za razvoj u budućnosti. Bez obzira na LPCVD proces ili proces ekspanzije bora, vijek trajanja kvarcnog čamca je relativno nizak, a koeficijent termičkog širenja kvarcnog materijala nije u skladu s koeficijentom silicijum karbidnog materijala. Stoga je lako doći do odstupanja u procesu spajanja s držačem silicijum karbidnog čamca na visokim temperaturama, što dovodi do situacije tresenja čamca ili čak njegovog loma. Silicijum karbidni čamac usvaja procesni put jednodijelnog lijevanja i ukupne obrade. Njegovi zahtjevi za toleranciju oblika i položaja su visoki, a bolje surađuje s držačem silicijum karbidnog čamca. Osim toga, silicijum karbid ima visoku čvrstoću, a čamac se mnogo manje slomi zbog ljudskog sudara nego kvarcni čamac.
Brod od silicijum-karbidnih pločica
Cijev peći je glavna komponenta za prijenos toplote, koja igra ulogu u brtvljenju i ravnomjernom prijenosu toplote. U poređenju s kvarcnim cijevima peći, silicijum-karbidne cijevi peći imaju dobru toplinsku provodljivost, ravnomjerno zagrijavanje i dobru toplinsku stabilnost, a njihov vijek trajanja je više od 5 puta duži od vijeka trajanja kvarcnih cijevi.
Sažetak
Općenito, bilo u pogledu performansi proizvoda ili troškova upotrebe, keramički materijali od silicijum karbida imaju više prednosti od kvarcnih materijala u određenim aspektima oblasti solarnih ćelija. Primjena keramičkih materijala od silicijum karbida u fotonaponskoj industriji uveliko je pomogla kompanijama koje se bave fotonaponskim sistemima da smanje investicione troškove pomoćnih materijala i poboljšaju kvalitet i konkurentnost proizvoda. U budućnosti, sa širokom primjenom velikih cijevi za peći od silicijum karbida, visokočistih čamaca i nosača čamaca od silicijum karbida i kontinuiranim smanjenjem troškova, primjena keramičkih materijala od silicijum karbida u oblasti fotonaponskih ćelija postat će ključni faktor u poboljšanju efikasnosti konverzije svjetlosne energije i smanjenju troškova industrije u oblasti proizvodnje fotonaponske energije, te će imati važan uticaj na razvoj nove fotonaponske energije.
Vrijeme objave: 05.11.2024.