Solcelleproduktion er blevet verdens mest lovende nye energiindustri. Sammenlignet med polysilicium og amorfe siliciumsolceller har monokrystallinsk silicium som et fotovoltaisk kraftproduktionsmateriale en høj fotoelektrisk konverteringseffektivitet og enestående kommercielle fordele og er blevet mainstream inden for solcelleproduktion. Czochralski (CZ) er en af de vigtigste metoder til at fremstille monokrystallinsk silicium. Sammensætningen af Czochralski monokrystallinsk ovn omfatter ovnsystem, vakuumsystem, gassystem, termisk feltsystem og elektrisk styresystem. Det termiske feltsystem er en af de vigtigste betingelser for væksten af monokrystallinsk silicium, og kvaliteten af monokrystallinsk silicium påvirkes direkte af temperaturgradientfordelingen af det termiske felt.
Termofeltkomponenterne består hovedsageligt af kulstofmaterialer (grafitmaterialer og kulstof/kulstof-kompositmaterialer), som er opdelt i støttedele, funktionelle dele, varmeelementer, beskyttelsesdele, varmeisoleringsmaterialer osv. i henhold til deres funktioner, som vist i figur 1. Efterhånden som størrelsen af monokrystallinsk silicium fortsætter med at stige, stiger størrelseskravene til termofeltkomponenter også. Kulstof/kulstof-kompositmaterialer bliver førstevalget til termofeltmaterialer til monokrystallinsk silicium på grund af dets dimensionsstabilitet og fremragende mekaniske egenskaber.
I processen med czochralcian monokrystallinsk silicium vil smeltningen af siliciummaterialet producere siliciumdamp og smeltet siliciumstænk, hvilket resulterer i forkislingserosion af kulstof/kulstof termiske feltmaterialer, og de mekaniske egenskaber og levetiden for kulstof/kulstof termiske feltmaterialer påvirkes alvorligt. Derfor er det blevet en af de fælles bekymringer for producenter af monokrystallinsk silicium og producenter af kulstof/kulstof termiske feltmaterialer, hvordan man reducerer forkislingserosionen af kulstof/kulstof termiske feltmaterialer og forbedrer deres levetid.Siliciumkarbidbelægninger blevet førstevalget til overfladebeskyttelse af kulstof/kulstof-termiske feltmaterialer på grund af dets fremragende termiske stødmodstand og slidstyrke.
I denne artikel introduceres de vigtigste fremstillingsmetoder, fordele og ulemper ved siliciumcarbidbelægning, med udgangspunkt i kulstof/kulstof-termiske feltmaterialer, der anvendes i produktion af monokrystallinsk silicium. På dette grundlag gennemgås anvendelsen og forskningsfremskridtene for siliciumcarbidbelægning i kulstof/kulstof-termiske feltmaterialer i henhold til egenskaberne ved kulstof/kulstof-termiske feltmaterialer, og der fremsættes forslag og udviklingsretninger for overfladebelægningsbeskyttelse af kulstof/kulstof-termiske feltmaterialer.
1 Fremstillingsteknologi afsiliciumcarbidbelægning
1.1 Indlejringsmetode
Indlejringsmetoden bruges ofte til at fremstille den indre belægning af siliciumcarbid i C/C-sic kompositmaterialesystemer. Denne metode bruger først et blandet pulver til at indpakke kulstof/kulstof-kompositmaterialet og udfører derefter varmebehandling ved en bestemt temperatur. En række komplekse fysisk-kemiske reaktioner forekommer mellem det blandede pulver og prøveoverfladen for at danne belægningen. Dens fordel er, at processen er enkel, kun en enkelt proces kan fremstille tætte, revnefri matrixkompositmaterialer; Lille størrelsesændring fra præform til slutprodukt; Velegnet til enhver fiberforstærket struktur; En bestemt sammensætningsgradient kan dannes mellem belægningen og substratet, som er godt kombineret med substratet. Der er dog også ulemper, såsom den kemiske reaktion ved høj temperatur, som kan beskadige fiberen, og de mekaniske egenskaber af kulstof/kulstof-matrixen forringes. Belægningens ensartethed er vanskelig at kontrollere på grund af faktorer som tyngdekraft, hvilket gør belægningen ujævn.
1.2 Slambelægningsmetode
Slurry-belægningsmetoden går ud på at blande belægningsmaterialet og bindemidlet til en blanding, påføre det jævnt på matrixens overflade, og efter tørring i en inert atmosfære sintres den belagte prøve ved høj temperatur, hvorved den ønskede belægning kan opnås. Fordelene er, at processen er enkel og nem at betjene, og belægningstykkelsen er nem at kontrollere. Ulempen er, at der er dårlig bindingsstyrke mellem belægningen og substratet, og belægningens termiske stødmodstand er dårlig, og belægningens ensartethed er lav.
1.3 Kemisk dampreaktionsmetode
Kemisk dampreaktion (CVR) er en procesmetode, hvor fast siliciummateriale fordampes til siliciumdamp ved en bestemt temperatur, hvorefter siliciumdampen diffunderer ind i matrixens indre og overflade og reagerer in situ med kulstof i matrixen for at producere siliciumcarbid. Dens fordele omfatter ensartet atmosfære i ovnen, ensartet reaktionshastighed og aflejringstykkelse af det belagte materiale overalt. Processen er enkel og nem at betjene, og belægningstykkelsen kan styres ved at ændre siliciumdamptrykket, aflejringstiden og andre parametre. Ulempen er, at prøven i høj grad påvirkes af positionen i ovnen, og siliciumdamptrykket i ovnen kan ikke nå den teoretiske ensartethed, hvilket resulterer i ujævn belægningstykkelse.
1.4 Kemisk dampaflejringsmetode
Kemisk dampaflejring (CVD) er en proces, hvor kulbrinter anvendes som gaskilde og N2/Ar med høj renhed som bæregas til at introducere blandede gasser i en kemisk dampreaktor, og kulbrinterne nedbrydes, syntetiseres, diffunderes, adsorberes og opløses under en bestemt temperatur og tryk for at danne faste film på overfladen af kulstof/kulstof-kompositmaterialer. Dens fordel er, at belægningens densitet og renhed kan kontrolleres; den er også egnet til emner med mere kompleks form; produktets krystalstruktur og overflademorfologi kan kontrolleres ved at justere aflejringsparametrene. Ulemperne er, at aflejringshastigheden er for lav, processen er kompleks, produktionsomkostningerne er høje, og der kan være belægningsdefekter, såsom revner, netdefekter og overfladedefekter.
Kort sagt er indlejringsmetoden begrænset af dens teknologiske egenskaber, hvilket gør den egnet til udvikling og produktion af laboratoriematerialer og materialer i lille størrelse. Belægningsmetoden er ikke egnet til masseproduktion på grund af dens dårlige konsistens. CVR-metoden kan opfylde masseproduktionen af produkter i stor størrelse, men den har højere krav til udstyr og teknologi. CVD-metoden er en ideel metode til fremstilling.SIC-belægning, men dens omkostninger er højere end CVR-metoden på grund af dens vanskeligheder med processtyring.
Opslagstidspunkt: 22. feb. 2024