Con el continuo desarrollo del mundo actual, las energías no renovables se agotan cada vez más, y la sociedad humana urge cada vez más el uso de energías renovables, como la eólica, la solar, la hídrica y la nuclear. En comparación con otras fuentes de energía renovables, la humanidad cuenta con la tecnología más madura, segura y fiable para el aprovechamiento de la energía solar. Entre ellas, la industria de células fotovoltaicas con sustrato de silicio de alta pureza se ha desarrollado con gran rapidez. A finales de 2023, la capacidad instalada solar fotovoltaica acumulada de mi país superó los 250 gigavatios, y la generación de energía fotovoltaica alcanzó los 266.300 millones de kWh, un incremento interanual de aproximadamente el 30%. La nueva capacidad de generación de energía se ha incrementado hasta los 78,42 millones de kilovatios, un 154% más. A finales de junio, la capacidad instalada acumulada de generación de energía fotovoltaica era de aproximadamente 470 millones de kilovatios, superando a la hidroeléctrica y convirtiéndose en la segunda fuente de energía más grande de mi país.
Si bien la industria fotovoltaica se está desarrollando rápidamente, la industria de nuevos materiales que la sustenta también se está desarrollando rápidamente. Componentes de cuarzo comocrisoles de cuarzoEntre ellos se encuentran las naves y botellas de cuarzo, que desempeñan un papel importante en el proceso de fabricación fotovoltaica. Por ejemplo, los crisoles de cuarzo se utilizan para contener silicio fundido en la producción de varillas y lingotes de silicio; las naves, tubos, botellas y tanques de limpieza de cuarzo, entre otros, desempeñan una función importante en la difusión, la limpieza y otros procesos en la producción de células solares, garantizando así la pureza y la calidad de los materiales de silicio.
Principales aplicaciones de los componentes de cuarzo para la fabricación fotovoltaica
En el proceso de fabricación de células solares fotovoltaicas, las obleas de silicio se colocan en una navecilla, la cual se coloca sobre un soporte para difusión, LPCVD y otros procesos térmicos. La paleta voladiza de carburo de silicio es el componente clave para mover el soporte, transportando las obleas de silicio dentro y fuera del horno de calentamiento. Como se muestra en la figura a continuación, la paleta voladiza de carburo de silicio asegura la concentricidad de la oblea de silicio y el tubo del horno, lo que permite una difusión y pasivación más uniformes. Además, es libre de contaminación y no se deforma a altas temperaturas, presenta buena resistencia al choque térmico y una gran capacidad de carga, y se ha utilizado ampliamente en el campo de las células fotovoltaicas.
Diagrama esquemático de los componentes clave de carga de la batería
En el proceso de difusión de aterrizaje suave, el barco de cuarzo tradicional ybarco de obleasEl soporte debe colocar la oblea de silicio junto con el soporte de la navecilla de cuarzo en el tubo de cuarzo del horno de difusión. En cada proceso de difusión, el soporte de la navecilla de cuarzo, lleno de obleas de silicio, se coloca sobre la paleta de carburo de silicio. Tras entrar la paleta de carburo de silicio en el tubo de cuarzo, esta se hunde automáticamente para depositar el soporte de la navecilla de cuarzo y la oblea de silicio, y luego regresa lentamente a su origen. Después de cada proceso, es necesario retirar el soporte de la navecilla de cuarzo.paleta de carburo de silicioUn uso tan frecuente provocará el desgaste del soporte de cuarzo de la embarcación con el tiempo. Si se agrieta y se rompe, se desprenderá completamente de la paleta de carburo de silicio, dañando las piezas de cuarzo, las obleas de silicio y las paletas de carburo de silicio que se encuentran debajo. La paleta de carburo de silicio es costosa y no se puede reparar. En caso de accidente, causará grandes pérdidas materiales.
En el proceso LPCVD, no solo se presentan los problemas de estrés térmico mencionados anteriormente, sino que, dado que requiere el paso de gas silano a través de la oblea de silicio, el proceso a largo plazo también forma un recubrimiento de silicio en el soporte de la barquilla y en la propia barquilla. Debido a la discrepancia en los coeficientes de expansión térmica del silicio y el cuarzo recubiertos, tanto el soporte como la barquilla se agrietan, lo que reduce considerablemente su vida útil. La vida útil de las barquillas y soportes de cuarzo convencionales en el proceso LPCVD suele ser de tan solo 2 a 3 meses. Por lo tanto, es fundamental mejorar el material del soporte para aumentar su resistencia y vida útil y evitar accidentes.
En resumen, a medida que aumenta el tiempo y el número de procesos durante la producción de células solares, las naves de cuarzo y otros componentes son propensos a grietas ocultas o incluso a roturas. La vida útil de las naves y tubos de cuarzo en las líneas de producción convencionales actuales en China es de aproximadamente 3 a 6 meses, y deben detenerse periódicamente para su limpieza, mantenimiento y reemplazo de los soportes de cuarzo. Además, la arena de cuarzo de alta pureza utilizada como materia prima para los componentes de cuarzo se encuentra actualmente en una situación de escasez de oferta y demanda, y su precio se ha mantenido alto durante mucho tiempo, lo que obviamente no contribuye a mejorar la eficiencia de la producción ni a los beneficios económicos.
Cerámica de carburo de silicio"aparecer"
Ahora, la gente ha creado un material con mejor rendimiento para reemplazar algunos componentes de cuarzo: la cerámica de carburo de silicio.
La cerámica de carburo de silicio posee buena resistencia mecánica, estabilidad térmica, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la oxidación, resistencia al choque térmico y resistencia a la corrosión química. Se utiliza ampliamente en sectores de alta demanda como la metalurgia, la maquinaria, las nuevas energías, los materiales de construcción y la química. Su rendimiento también es suficiente para la difusión de células TOPcon en la fabricación fotovoltaica, LPCVD (deposición química en fase de vapor a baja presión), PECVD (deposición química en fase de vapor por plasma) y otros procesos térmicos.
Soporte de barco de carburo de silicio LPCVD y soporte de barco de carburo de silicio expandido con boro
En comparación con los materiales de cuarzo tradicionales, los soportes para embarcaciones, embarcaciones y tubos fabricados con cerámica de carburo de silicio ofrecen mayor resistencia, mejor estabilidad térmica, no se deforman a altas temperaturas y tienen una vida útil cinco veces mayor que la de los materiales de cuarzo, lo que reduce significativamente el costo de uso y la pérdida de energía causada por el mantenimiento y el tiempo de inactividad. La ventaja en costos es evidente y la fuente de materias primas es amplia.
Entre ellos, el carburo de silicio sinterizado por reacción (RBSiC) presenta una baja temperatura de sinterización, un bajo coste de producción, una alta densificación del material y una contracción de volumen prácticamente nula durante la sinterización por reacción. Es especialmente adecuado para la preparación de piezas estructurales de gran tamaño y formas complejas. Por lo tanto, es ideal para la producción de productos de gran tamaño y complejidad, como soportes para embarcaciones, palas en voladizo, tubos de hornos, etc.
Barcos de obleas de carburo de silicioTambién tienen grandes perspectivas de desarrollo futuro. Independientemente del proceso LPCVD o del proceso de expansión de boro, la vida útil de la cápsula de cuarzo es relativamente baja y el coeficiente de expansión térmica del cuarzo es inconsistente con el del carburo de silicio. Por lo tanto, es fácil que se produzcan desviaciones en el proceso de adaptación al soporte de la cápsula de carburo de silicio a altas temperaturas, lo que provoca vibraciones o incluso roturas. La cápsula de carburo de silicio adopta el proceso de moldeo de una sola pieza y procesamiento integral. Sus requisitos de tolerancia de forma y posición son altos y se integra mejor con el soporte de la cápsula de carburo de silicio. Además, el carburo de silicio tiene una alta resistencia, por lo que la cápsula es mucho menos propensa a romperse por colisión humana que la cápsula de cuarzo.
Barco de obleas de carburo de silicio
El tubo del horno es el principal componente de transferencia de calor del horno, contribuyendo al sellado y la uniformidad de la transferencia térmica. En comparación con los tubos de cuarzo, los tubos de carburo de silicio ofrecen buena conductividad térmica, un calentamiento uniforme y una buena estabilidad térmica, y su vida útil es cinco veces mayor que la de los tubos de cuarzo.
Resumen
En general, ya sea en términos de rendimiento del producto o costo de uso, los materiales cerámicos de carburo de silicio presentan mayores ventajas que los materiales de cuarzo en ciertos aspectos del campo de las células solares. Su aplicación en la industria fotovoltaica ha ayudado significativamente a las empresas fotovoltaicas a reducir el costo de inversión en materiales auxiliares y a mejorar la calidad y competitividad de sus productos. En el futuro, con la aplicación a gran escala de tubos de horno de carburo de silicio de gran tamaño, naves de carburo de silicio de alta pureza y soportes de naves, y la continua reducción de costos, la aplicación de materiales cerámicos de carburo de silicio en el campo de las células fotovoltaicas se convertirá en un factor clave para mejorar la eficiencia de la conversión de energía lumínica y reducir los costos de la industria en el campo de la generación de energía fotovoltaica, y tendrá un impacto importante en el desarrollo de nuevas energías fotovoltaicas.
Hora de publicación: 05-nov-2024