Con el continuo desarrollo del mundo actual, la energía no renovable se está agotando cada vez más, y la sociedad humana necesita con urgencia utilizar energías renovables como la eólica, la lumínica, la hidráulica y la nuclear. En comparación con otras fuentes de energía renovable, la energía solar es la tecnología más madura, segura y fiable que existe. Entre ellas, la industria de las células fotovoltaicas, con silicio de alta pureza como sustrato, ha experimentado un desarrollo extremadamente rápido. A finales de 2023, la capacidad instalada acumulada de energía solar fotovoltaica en mi país superó los 250 gigavatios, y la generación de energía fotovoltaica alcanzó los 266.300 millones de kWh, un aumento de aproximadamente el 30% interanual. La capacidad de generación de energía recién añadida fue de 78,42 millones de kilovatios, un aumento del 154% interanual. A finales de junio, la capacidad instalada acumulada de generación de energía fotovoltaica era de aproximadamente 470 millones de kilovatios, superando a la energía hidroeléctrica y convirtiéndose en la segunda fuente de energía más importante de mi país.
Mientras que la industria fotovoltaica se está desarrollando rápidamente, la industria de nuevos materiales que la respalda también se está desarrollando rápidamente. Componentes de cuarzo comocrisoles de cuarzoEntre ellos se encuentran los crisoles 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; los crisoles, tubos, botellas y tanques de limpieza de cuarzo cumplen una función esencial en la difusión, la limpieza y otras etapas del proceso de 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 de paneles fotovoltaicos.
En el proceso de fabricación de células solares fotovoltaicas, las obleas de silicio se colocan en una barquilla, la cual se apoya sobre un soporte para la difusión, la deposición química en fase vapor asistida por láser (LPCVD) y otros procesos térmicos. La paleta en voladizo de carburo de silicio es el componente clave para mover el soporte de la barquilla que transporta las obleas de silicio dentro y fuera del horno de calentamiento. Como se muestra en la figura siguiente, la paleta en voladizo de carburo de silicio garantiza la concentricidad de la oblea de silicio y el tubo del horno, lo que permite una difusión y pasivación más uniformes. Además, es un material no contaminante y que no se deforma a altas temperaturas, posee una buena resistencia al choque térmico y una gran capacidad de carga, por lo que 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 ybarquito de obleaEl soporte debe colocarse junto con la oblea de silicio en el tubo de cuarzo del horno de difusión. En cada proceso de difusión, el soporte de cuarzo lleno de obleas de silicio se coloca sobre la paleta de carburo de silicio. Después de que la paleta de carburo de silicio entra en el tubo de cuarzo, la paleta se hunde automáticamente para depositar el soporte de cuarzo y la oblea de silicio, y luego regresa lentamente al origen. Después de cada proceso, el soporte de cuarzo debe retirarse delpaleta de carburo de silicioEl uso frecuente provocará el desgaste del soporte de cuarzo con el tiempo. Una vez que el soporte se agriete y se rompa, se desprenderá 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, ocasionará cuantiosas pérdidas materiales.
En el proceso LPCVD, no solo se presentan los problemas de estrés térmico mencionados anteriormente, sino que, dado que este proceso requiere el paso de gas silano a través de la oblea de silicio, a largo plazo también se forma un recubrimiento de silicio en el soporte y la propia barquilla. Debido a la inconsistencia de los coeficientes de expansión térmica del silicio y el cuarzo recubiertos, el soporte y la barquilla se agrietan, reduciendo 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 prolongar su vida útil, evitando así este tipo de accidentes.
En resumen, a medida que aumenta el tiempo y la frecuencia del proceso de producción de células solares, los soportes de cuarzo y otros componentes son propensos a sufrir grietas ocultas o incluso roturas. La vida útil de los soportes y tubos de cuarzo en las líneas de producción convencionales en China es de aproximadamente 3 a 6 meses, y requieren paradas periódicas para limpieza, mantenimiento y reemplazo de los soportes. Además, la arena de cuarzo de alta pureza, utilizada como materia prima para los componentes de cuarzo, presenta actualmente una escasez de oferta y demanda, y su precio se ha mantenido elevado durante mucho tiempo, lo que obviamente no favorece la mejora de la eficiencia de la producción ni la rentabilidad económica.
cerámica de carburo de silicio"aparecer"
Ahora, se ha desarrollado un material con mejores prestaciones para sustituir algunos componentes de cuarzo: la cerámica de carburo de silicio.
Las cerámicas de carburo de silicio poseen buena resistencia mecánica, estabilidad térmica, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la oxidación, resistencia al choque térmico y resistencia a la corrosión química, y se utilizan ampliamente en sectores de alta temperatura como la metalurgia, la maquinaria, las energías renovables, los materiales de construcción y la industria química. Su rendimiento también es suficiente para la integración de células TOPcon en la fabricación fotovoltaica, LPCVD (deposición química de vapor a baja presión), PECVD (deposición química de vapor asistida por plasma) y otros procesos térmicos.
Soporte de bote de carburo de silicio LPCVD y soporte de bote de carburo de silicio expandido con boro
En comparación con los materiales de cuarzo tradicionales, los soportes para embarcaciones, las embarcaciones y los tubos fabricados con materiales cerámicos de carburo de silicio presentan mayor resistencia, mejor estabilidad térmica, no se deforman a altas temperaturas y tienen una vida útil cinco veces superior a la de los materiales de cuarzo. Esto reduce significativamente los costos de uso y las pérdidas de energía causadas por el mantenimiento y los tiempos de inactividad. La ventaja en costos es evidente, y la disponibilidad de materias primas es amplia.
Entre ellos, el carburo de silicio sinterizado por reacción (RBSiC) presenta baja temperatura de sinterización, bajo costo de producción, alta densificación del material y prácticamente nula contracción volumétrica durante la sinterización por reacción. Es particularmente adecuado para la fabricación de piezas estructurales de gran tamaño y formas complejas. Por lo tanto, resulta idóneo para la producción de productos de gran tamaño y complejidad, como soportes para embarcaciones, barcos, paletas en voladizo, tubos para hornos, etc.
barquillas para obleas de carburo de silicioTambién tienen excelentes perspectivas de desarrollo en el futuro. Independientemente del proceso LPCVD o del proceso de expansión de boro, la vida útil del bote de cuarzo es relativamente corta, 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 acoplamiento con el soporte del bote de carburo de silicio a alta temperatura, lo que lleva a que el bote vibre o incluso se rompa. El bote de carburo de silicio adopta una ruta de proceso de moldeo de una sola pieza y procesamiento integral. Sus requisitos de tolerancia de forma y posición son altos, y coopera mejor con el soporte del bote de carburo de silicio. Además, el carburo de silicio tiene alta resistencia, y el bote es mucho menos propenso a romperse debido a una colisión humana que el bote de cuarzo.
Barco de oblea de carburo de silicio
El tubo del horno es el componente principal de transferencia de calor, y desempeña un papel fundamental en el sellado y la distribución uniforme del calor. En comparación con los tubos de cuarzo, los tubos de carburo de silicio presentan una buena conductividad térmica, un calentamiento uniforme y una excelente estabilidad térmica, además de una vida útil cinco veces mayor que la de los tubos de cuarzo.
Resumen
En general, tanto en términos de rendimiento del producto como de coste de uso, los materiales cerámicos de carburo de silicio presentan más ventajas que los materiales de cuarzo en ciertos aspectos del campo de las células solares. La aplicación de materiales cerámicos de carburo de silicio en la industria fotovoltaica ha ayudado enormemente a las empresas del sector a reducir el coste de inversión en materiales auxiliares y a mejorar la calidad y la competitividad de sus productos. En el futuro, con la aplicación a gran escala de tubos de horno de carburo de silicio de gran tamaño, barquillas y soportes de carburo de silicio de alta pureza y la continua reducción de costes, 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 costes de la industria en la generación de energía fotovoltaica, y tendrá un impacto significativo en el desarrollo de las energías renovables fotovoltaicas.
Fecha de publicación: 5 de noviembre de 2024