Mae proses dyfu silicon monocrystalline yn cael ei chynnal yn llwyr yn y maes thermol. Mae maes thermol da yn ffafriol i wella ansawdd crisialau ac mae ganddo effeithlonrwydd crisialu uwch. Mae dyluniad y maes thermol yn pennu i raddau helaeth y newidiadau mewn graddiannau tymheredd yn y maes thermol deinamig a llif nwy yn siambr y ffwrnais. Mae'r gwahaniaeth yn y deunyddiau a ddefnyddir yn y maes thermol yn pennu bywyd gwasanaeth y maes thermol yn uniongyrchol. Mae maes thermol afresymol nid yn unig yn anodd tyfu crisialau sy'n bodloni gofynion ansawdd, ond ni all dyfu monocrystalline cyflawn o dan rai gofynion proses. Dyma pam mae'r diwydiant silicon monocrystalline tynnu uniongyrchol yn ystyried dylunio maes thermol fel y dechnoleg fwyaf craidd ac yn buddsoddi adnoddau dynol a deunydd enfawr mewn ymchwil a datblygu maes thermol.
Mae'r system thermol yn cynnwys amrywiol ddeunyddiau maes thermol. Dim ond cyflwyno'n fyr y deunyddiau a ddefnyddir yn y maes thermol. O ran y dosbarthiad tymheredd yn y maes thermol a'i effaith ar dynnu crisial, ni fyddwn yn ei ddadansoddi yma. Mae'r deunydd maes thermol yn cyfeirio at y strwythur a'r rhan inswleiddio thermol yn siambr ffwrnais gwactod twf crisial, sy'n hanfodol ar gyfer creu dosbarthiad tymheredd priodol o amgylch y toddiant lled-ddargludyddion a'r grisial.
1. Deunydd strwythur maes thermol
Y deunydd cefnogi sylfaenol ar gyfer y dull tynnu uniongyrchol i dyfu silicon monogrisialog yw graffit purdeb uchel. Mae deunyddiau graffit yn chwarae rhan bwysig iawn mewn diwydiant modern. Gellir eu defnyddio fel cydrannau strwythurol maes gwres felgwresogyddion, tiwbiau canllaw, croesfachau, tiwbiau inswleiddio, hambyrddau crochenwaith, ac ati wrth baratoi silicon monogrisialog gan ddefnyddio dull Czochralski.
Deunyddiau graffityn cael eu dewis oherwydd eu bod yn hawdd eu paratoi mewn cyfrolau mawr, gellir eu prosesu ac maent yn gallu gwrthsefyll tymereddau uchel. Mae gan garbon ar ffurf diemwnt neu graffit bwynt toddi uwch nag unrhyw elfen neu gyfansoddyn. Mae deunyddiau graffit yn eithaf cryf, yn enwedig ar dymheredd uchel, ac mae eu dargludedd trydanol a thermol hefyd yn eithaf da. Mae ei ddargludedd trydanol yn ei gwneud yn addas felgwresogydddeunydd. Mae ganddo gyfernod dargludedd thermol boddhaol, sy'n caniatáu i'r gwres a gynhyrchir gan y gwresogydd gael ei ddosbarthu'n gyfartal i'r croesbren a rhannau eraill o'r maes gwres. Fodd bynnag, ar dymheredd uchel, yn enwedig dros bellteroedd hir, y prif ddull trosglwyddo gwres yw ymbelydredd.
Mae rhannau graffit yn cael eu gwneud yn wreiddiol o ronynnau carbonaidd mân wedi'u cymysgu â rhwymwr ac wedi'u ffurfio trwy allwthio neu wasgu isostatig. Fel arfer, mae rhannau graffit o ansawdd uchel yn cael eu gwasgu'n isostatig. Mae'r darn cyfan yn cael ei garboneiddio yn gyntaf ac yna'n cael ei graffiteiddio ar dymheredd uchel iawn, yn agos at 3000°C. Fel arfer, mae'r rhannau a brosesir o'r darnau cyfan hyn yn cael eu puro mewn awyrgylch sy'n cynnwys clorin ar dymheredd uchel i gael gwared ar halogiad metel er mwyn bodloni gofynion y diwydiant lled-ddargludyddion. Fodd bynnag, hyd yn oed ar ôl puro'n iawn, mae lefel yr halogiad metel sawl trefn maint yn uwch na'r hyn a ganiateir ar gyfer deunyddiau silicon monogrisialog. Felly, rhaid cymryd gofal wrth ddylunio'r maes thermol i atal halogiad y cydrannau hyn rhag mynd i mewn i'r wyneb toddedig neu grisial.
Mae deunyddiau graffit ychydig yn athraidd, sy'n ei gwneud hi'n hawdd i'r metel sy'n weddill y tu mewn gyrraedd yr wyneb. Yn ogystal, gall y silicon monocsid sydd yn y nwy puro o amgylch wyneb y graffit dreiddio i'r rhan fwyaf o ddeunyddiau ac adweithio.
Gwnaed gwresogyddion ffwrnais silicon monocrystalline cynnar o fetelau anhydrin fel twngsten a molybdenwm. Gyda chynnydd aeddfedrwydd technoleg prosesu graffit, mae priodweddau trydanol y cysylltiad rhwng cydrannau graffit wedi dod yn sefydlog, ac mae gwresogyddion ffwrnais silicon monocrystalline wedi disodli gwresogyddion twngsten, molybdenwm a deunyddiau eraill yn llwyr. Ar hyn o bryd, y deunydd graffit a ddefnyddir fwyaf eang yw graffit isostatig. Mae technoleg paratoi graffit isostatig fy ngwlad yn gymharol ôl-weithredol, ac mae'r rhan fwyaf o'r deunyddiau graffit a ddefnyddir yn y diwydiant ffotofoltäig domestig yn cael eu mewnforio o dramor. Mae gweithgynhyrchwyr graffit isostatig tramor yn bennaf yn cynnwys SGL yr Almaen, Tokai Carbon Japan, Toyo Tanso Japan, ac ati. Mewn ffwrneisi silicon monocrystalline Czochralski, defnyddir deunyddiau cyfansawdd C/C weithiau, ac maent wedi dechrau cael eu defnyddio i gynhyrchu bolltau, cnau, croesfachau, platiau llwyth a chydrannau eraill. Mae cyfansoddion carbon/carbon (C/C) yn gyfansoddion wedi'u seilio ar garbon wedi'u hatgyfnerthu â ffibr carbon gyda chyfres o briodweddau rhagorol megis cryfder penodol uchel, modwlws penodol uchel, cyfernod ehangu thermol isel, dargludedd trydanol da, caledwch torri uchel, disgyrchiant penodol isel, ymwrthedd i sioc thermol, ymwrthedd i gyrydiad, a gwrthsefyll tymheredd uchel. Ar hyn o bryd, fe'u defnyddir yn helaeth mewn awyrofod, rasio, bioddeunyddiau a meysydd eraill fel deunyddiau strwythurol newydd sy'n gwrthsefyll tymheredd uchel. Ar hyn o bryd, y prif dagfeydd y mae cyfansoddion C/C domestig yn eu hwynebu yw problemau cost a diwydiannu o hyd.
Mae llawer o ddefnyddiau eraill yn cael eu defnyddio i wneud meysydd thermol. Mae gan graffit wedi'i atgyfnerthu â ffibr carbon briodweddau mecanyddol gwell; ond mae'n ddrytach ac mae ganddo ofynion eraill ar gyfer dylunio.Silicon carbid (SiC)yn ddeunydd gwell na graffit mewn sawl agwedd, ond mae'n llawer drutach ac yn anoddach paratoi rhannau cyfaint mawr. Fodd bynnag, defnyddir SiC yn aml felGorchudd CVDi gynyddu oes rhannau graffit sy'n agored i nwy silicon monocsid cyrydol, a gall hefyd leihau halogiad o graffit. Mae'r gorchudd silicon carbid CVD trwchus yn atal halogion y tu mewn i'r deunydd graffit microfandyllog rhag cyrraedd yr wyneb yn effeithiol.
Un arall yw carbon CVD, a all hefyd ffurfio haen drwchus uwchben y rhan graffit. Gellir defnyddio deunyddiau eraill sy'n gwrthsefyll tymheredd uchel, fel molybdenwm neu ddeunyddiau ceramig a all gydfodoli â'r amgylchedd, lle nad oes risg o halogi'r toddiant. Fodd bynnag, mae cerameg ocsid yn gyffredinol gyfyngedig yn eu cymhwysedd i ddeunyddiau graffit ar dymheredd uchel, ac ychydig o opsiynau eraill sydd ar gael os oes angen inswleiddio. Un yw boron nitrid hecsagonol (a elwir weithiau'n graffit gwyn oherwydd priodweddau tebyg), ond mae'r priodweddau mecanyddol yn wael. Defnyddir molybdenwm yn rhesymol yn gyffredinol ar gyfer sefyllfaoedd tymheredd uchel oherwydd ei gost gymedrol, ei gyfradd trylediad isel mewn crisialau silicon, a'i gyfernod gwahanu isel iawn o tua 5 × 108, sy'n caniatáu rhywfaint o halogiad molybdenwm cyn dinistrio'r strwythur crisial.
2. Deunyddiau inswleiddio thermol
Y deunydd inswleiddio a ddefnyddir amlaf yw ffelt carbon mewn amrywiol ffurfiau. Mae ffelt carbon wedi'i wneud o ffibrau tenau, sy'n gweithredu fel inswleiddio oherwydd eu bod yn rhwystro ymbelydredd thermol sawl gwaith dros bellter byr. Mae'r ffelt carbon meddal yn cael ei wehyddu'n ddalennau cymharol denau o ddeunydd, sydd wedyn yn cael eu torri i'r siâp a ddymunir a'u plygu'n dynn i radiws rhesymol. Mae ffeltiau wedi'u halltu yn cynnwys deunyddiau ffibr tebyg, a defnyddir rhwymwr sy'n cynnwys carbon i gysylltu'r ffibrau gwasgaredig yn wrthrych mwy solet a siâp. Gall defnyddio dyddodiad anwedd cemegol o garbon yn lle rhwymwr wella priodweddau mecanyddol y deunydd.
Yn nodweddiadol, mae wyneb allanol y ffelt halltu inswleiddio thermol wedi'i orchuddio â haen graffit barhaus neu ffoil i leihau erydiad a gwisgo yn ogystal â halogiad gronynnol. Mae mathau eraill o ddeunyddiau inswleiddio thermol sy'n seiliedig ar garbon hefyd yn bodoli, fel ewyn carbon. Yn gyffredinol, mae deunyddiau wedi'u graffiteiddio yn amlwg yn cael eu ffafrio oherwydd bod graffiteiddio yn lleihau arwynebedd y ffibr yn fawr. Mae all-nwyo'r deunyddiau arwynebedd uchel hyn yn cael ei leihau'n fawr, ac mae'n cymryd llai o amser i bwmpio'r ffwrnais i wactod addas. Un arall yw deunydd cyfansawdd C/C, sydd â nodweddion rhagorol fel pwysau ysgafn, goddefgarwch difrod uchel a chryfder uchel. Mae'r defnydd mewn meysydd thermol i ddisodli rhannau graffit yn lleihau amlder disodli rhannau graffit yn sylweddol, yn gwella ansawdd monocrystalline a sefydlogrwydd cynhyrchu.
Yn ôl y dosbarthiad deunydd crai, gellir rhannu ffelt carbon yn ffelt carbon wedi'i seilio ar polyacrylonitrile, ffelt carbon wedi'i seilio ar fiscos, a ffelt carbon wedi'i seilio ar draig.
Mae gan ffelt carbon sy'n seiliedig ar polyacrylonitrile gynnwys lludw mawr. Ar ôl triniaeth tymheredd uchel, mae'r ffibr sengl yn mynd yn frau. Yn ystod y llawdriniaeth, mae'n hawdd cynhyrchu llwch i lygru amgylchedd y ffwrnais. Ar yr un pryd, gall y ffibr fynd i mewn i fandyllau a llwybr anadlu'r corff dynol yn hawdd, sy'n niweidiol i iechyd pobl. Mae gan ffelt carbon sy'n seiliedig ar fiscos berfformiad inswleiddio thermol da. Mae'n gymharol feddal ar ôl triniaeth wres ac nid yw'n hawdd cynhyrchu llwch. Fodd bynnag, mae trawsdoriad y ffibr crai sy'n seiliedig ar fiscos yn afreolaidd, ac mae llawer o rigolau ar wyneb y ffibr. Mae'n hawdd cynhyrchu nwyon fel C02 o dan awyrgylch ocsideiddio ffwrnais silicon CZ, gan achosi gwaddodiad ocsigen a elfennau carbon yn y deunydd silicon monogrisialog. Y prif wneuthurwyr yw SGL yr Almaen a chwmnïau eraill. Ar hyn o bryd, y ffelt carbon sy'n seiliedig ar binc yw'r un a ddefnyddir fwyaf yn y diwydiant lled-ddargludyddion monogrisialog, sydd â pherfformiad inswleiddio thermol gwaeth na ffelt carbon sy'n seiliedig ar fiscos, ond mae gan ffelt carbon sy'n seiliedig ar binc burdeb uwch ac allyriadau llwch is. Mae'r gweithgynhyrchwyr yn cynnwys Kureha Chemical ac Osaka Gas o Japan.
Gan nad yw siâp ffelt carbon yn sefydlog, mae'n anghyfleus i'w weithredu. Nawr mae llawer o gwmnïau wedi datblygu deunydd inswleiddio thermol newydd yn seiliedig ar ffelt carbon wedi'i halltu â ffelt carbon. Mae ffelt carbon wedi'i halltu, a elwir hefyd yn ffelt caled, yn ffelt carbon gyda siâp penodol a phriodweddau hunangynhaliol ar ôl i ffelt meddal gael ei drwytho â resin, ei lamineiddio, ei halltu a'i garboneiddio.
Mae ansawdd twf silicon monocrystalline yn cael ei effeithio'n uniongyrchol gan yr amgylchedd thermol, ac mae deunyddiau inswleiddio thermol ffibr carbon yn chwarae rhan allweddol yn yr amgylchedd hwn. Mae gan ffelt meddal inswleiddio thermol ffibr carbon fantais sylweddol o hyd yn y diwydiant lled-ddargludyddion ffotofoltäig oherwydd ei fantais cost, effaith inswleiddio thermol ardderchog, dyluniad hyblyg a siâp addasadwy. Yn ogystal, bydd gan ffelt inswleiddio thermol caled ffibr carbon le datblygu mwy yn y farchnad deunyddiau maes thermol oherwydd ei gryfder penodol a'i weithrediad uwch. Rydym wedi ymrwymo i ymchwil a datblygu ym maes deunyddiau inswleiddio thermol, ac yn optimeiddio perfformiad cynnyrch yn barhaus i hyrwyddo ffyniant a datblygiad y diwydiant lled-ddargludyddion ffotofoltäig.
Amser postio: 12 Mehefin 2024