Gaur egungo munduaren etengabeko garapenarekin, energia ez-berriztagarriak gero eta agortuagoak dira, eta giza gizarteak gero eta premia handiagoa du "haizea, argia, ura eta energia nuklearra" bezala ordezkatutako energia berriztagarria erabiltzea. Beste energia iturri berriztagarriekin alderatuta, gizakiok dugu eguzki-energia erabiltzeko teknologiarik helduena, seguruena eta fidagarriena. Horien artean, silizio purutasun handiko substratu gisa erabiltzen den zelula fotovoltaikoen industria oso azkar garatu da. 2023. urtearen amaierarako, nire herrialdeko eguzki-energia fotovoltaikoaren instalatutako potentzia metatua 250 gigawatt baino gehiagokoa zen, eta energia fotovoltaikoaren sorkuntza 266.300 milioi kWh-ra iritsi zen, aurreko urtearekin alderatuta % 30eko igoera, eta gehitutako energia sortzeko ahalmen berria 78,42 milioi kilowatt-ekoa da, aurreko urtearekin alderatuta % 154ko igoera. Ekainaren amaieran, energia fotovoltaikoaren sorkuntzaren instalatutako potentzia metatua 470 milioi kilowatt ingurukoa zen, eta horrek energia hidroelektrikoa gainditu du nire herrialdeko bigarren energia iturri handiena bihurtuz.
Industria fotovoltaikoa azkar garatzen ari den bitartean, hura babesten duen material berrien industria ere azkar garatzen ari da. Kuartzozko osagaiak, hala nola...kuartzozko gurutzak, kuartzozko ontziak eta kuartzozko botilak horien artean daude, eta zeregin garrantzitsua dute fotovoltaikoen fabrikazio prozesuan. Adibidez, kuartzozko gurutzak silizio urtua edukitzeko erabiltzen dira siliziozko hagaxkak eta siliziozko lingoteak ekoizteko; kuartzozko ontziek, hodiek, botilek, garbiketa-tangek eta abarrek funtzio garrantzitsua dute eguzki-zelulen ekoizpenean difusioan, garbiketan eta beste prozesu batzuetan, siliziozko materialen purutasuna eta kalitatea bermatuz.
Kuartzozko osagaien aplikazio nagusiak fotovoltaikoen fabrikaziorako
Eguzki-zelula fotovoltaikoen fabrikazio-prozesuan, siliziozko obleak oblea-ontzi batean jartzen dira, eta ontzia oblea-ontziaren euskarri batean jartzen da difusiorako, LPCVDrako eta beste prozesu termiko batzuetarako, eta silizio karburozko kontsola-paleta da siliziozko obleak garraiatzen dituen ontziaren euskarria berogailu-labean sartu eta ateratzeko kargatzeko osagai nagusia. Beheko irudian ikusten den bezala, silizio karburozko kontsola-paletak siliziozko oblea eta labeko hodiaren kontzentrikotasuna berma dezake, eta horrela difusioa eta pasibazioa uniformeagoak dira. Aldi berean, kutsadurarik gabekoa da eta ez da deformatzen tenperatura altuetan, kolpe termikoarekiko erresistentzia ona eta karga-ahalmen handia ditu, eta asko erabili da zelula fotovoltaikoen arloan.
Bateriaren kargatzeko osagai nagusien eskema
Lurreratze leuneko difusio prozesuan, kuartzozko itsasontzi tradizionala etaoblea-ontziasiliziozko oblea kuartzozko ontziaren euskarriarekin batera difusio-labeko kuartzozko hodian jarri behar da euskarria. Difusio-prozesu bakoitzean, siliziozko obleez betetako kuartzozko ontziaren euskarria silizio karburozko paletan jartzen da. Silizio karburozko paleta kuartzozko hodian sartu ondoren, paleta automatikoki hondoratzen da kuartzozko ontziaren euskarria eta siliziozko oblea uzteko, eta gero poliki-poliki jatorrizkora itzultzen da. Prozesu bakoitzaren ondoren, kuartzozko ontziaren euskarria kendu behar da.silizio karburozko palaMaiztasun handiko funtzionamenduak kuartzozko ontziaren euskarria denbora luzez higatzea eragingo du. Kuartzozko ontziaren euskarria pitzatu eta hautsi ondoren, kuartzozko ontziaren euskarri osoa silizio karburozko paletatik eroriko da, eta ondoren kuartzozko piezak, siliziozko obleak eta beheko silizio karburozko paletak kaltetuko ditu. Silizio karburozko paleta garestia da eta ezin da konpondu. Istripu bat gertatzen denean, ondasunen galera handiak eragingo ditu.
LPCVD prozesuan, aipatutako tentsio termiko arazoak ez ezik, LPCVD prozesuak silano gasa siliziozko oblea zeharkatzea behar duenez, epe luzeko prozesuak siliziozko estaldura bat ere sortuko du oblearen ontziaren euskarrian eta oblearen ontzian. Estalitako silizioaren eta kuartzoaren hedapen termiko koefizienteen koherentzia ezaren ondorioz, ontziaren euskarria eta ontzia pitzatu egingo dira, eta bizitza-iraupena asko murriztuko da. LPCVD prozesuan ohiko kuartzozko ontzien eta ontzi-euskarrien bizitza-iraupena normalean 2-3 hilabetekoa baino ez da izaten. Hori dela eta, bereziki garrantzitsua da ontziaren euskarri-materiala hobetzea ontziaren euskarriaren erresistentzia eta zerbitzu-bizitza handitzeko, istripu horiek saihesteko.
Laburbilduz, eguzki-zelulen ekoizpenean prozesu-denbora eta aldi kopurua handitzen diren heinean, kuartzozko ontziek eta beste osagai batzuek ezkutuko pitzadurak edo baita hausturak ere izateko joera dute. Txinako egungo ekoizpen-lerro nagusietan kuartzozko ontzi eta kuartzozko hodien bizitza 3-6 hilabete ingurukoa da, eta aldizka itxi behar dira garbiketa, mantentze-lanak eta kuartzozko euskarriak ordezkatzeko. Gainera, kuartzozko osagaien lehengai gisa erabiltzen den kuartzozko harea purua eskaintza eta eskari estuan dago gaur egun, eta prezioa maila altuan egon da denbora luzez, eta hori, jakina, ez da lagungarria ekoizpen-eraginkortasuna eta onura ekonomikoak hobetzeko.
Silizio karburozko zeramikak"agertu"
Orain, jendeak kuartzozko osagai batzuk ordezkatzeko errendimendu hobea duen material bat asmatu du: silizio karburozko zeramika.
Silizio karburozko zeramikek erresistentzia mekaniko ona, egonkortasun termikoa, tenperatura altuko erresistentzia, oxidazioarekiko erresistentzia, kolpe termikoarekiko erresistentzia eta korrosio kimikoarekiko erresistentzia dute, eta oso erabiliak dira metalurgia, makineria, energia berria eta eraikuntza-materialak eta produktu kimikoak bezalako eremu beroetan. Bere errendimendua nahikoa da TOPcon zelulen hedapenerako ere, fotovoltaiko fabrikazioan, LPCVD-n (presio baxuko lurrun-deposizio kimikoan), PECVD-n (plasma-lurrun-deposizio kimikoan) eta beste prozesu termiko batzuetan.
LPCVD silizio karburozko itsasontziaren euskarria eta boroz hedatutako silizio karburozko itsasontziaren euskarria
Kuartzozko material tradizionalekin alderatuta, silizio karburozko zeramikazko materialez egindako itsasontzien euskarriek, itsasontziek eta hodi-produktuek erresistentzia handiagoa, egonkortasun termiko hobea, tenperatura altuetan deformaziorik ez dute eta kuartzozko materialen 5 aldiz baino gehiagoko iraupena dute, eta horrek erabilera-kostua eta mantentze-lanek eta geldialdiek eragindako energia-galera nabarmen murriztu ditzake. Kostu-abantaila nabaria da, eta lehengaien iturria zabala.
Horien artean, erreakzio bidezko silizio karburo sinterizatuak (RBSiC) sinterizazio-tenperatura baxua, ekoizpen-kostu baxua, materialaren dentsitate handia eta ia ez du bolumen-uzkurdurarik izaten erreakzio-sinterizazioan zehar. Bereziki egokia da tamaina handiko eta forma konplexuko egitura-piezen prestaketarako. Beraz, egokiena da tamaina handiko eta produktu konplexuen ekoizpenerako, hala nola itsasontzien euskarriak, itsasontziak, kontsola-palak, labe-hodiak, etab.
Silizio karburozko oblea-ontziaketorkizunean garapen-itxaropen handiak ere badituzte. LPCVD prozesua edo boro-hedapen prozesua edozein dela ere, kuartzozko ontziaren bizitza nahiko baxua da, eta kuartzozko materialaren hedapen termikoaren koefizientea ez da koherentea silizio karburozko materialarenarekin. Hori dela eta, erraza da tenperatura altuan silizio karburozko ontziaren euskarriarekin bat etortzeko prozesuan desbideratzeak egotea, eta horrek ontzia astintzea edo baita haustea ere eragiten du. Silizio karburozko ontziak pieza bakarreko moldeaketa eta prozesamendu orokorra hartzen ditu prozesu-bidean. Bere forma eta posizio tolerantzia-eskakizunak altuak dira, eta hobeto elkarlanean aritzen da silizio karburozko ontziaren euskarriarekin. Gainera, silizio karburoak erresistentzia handia du, eta ontziak askoz ere gutxiago hausten da gizakien talkaren ondorioz kuartzozko ontziak baino.
Silizio karburozko oblea-ontzia
Labeko hodia labearen bero-transferentziaren osagai nagusia da, eta zigilatzean eta bero-transferentzia uniformean parte hartzen du. Kuartzozko labeko hodiekin alderatuta, silizio karburozko labeko hodiek eroankortasun termiko ona, berotze uniformea eta egonkortasun termiko ona dute, eta haien bizitza kuartzozko hodiena baino 5 aldiz handiagoa da.
Laburpena
Oro har, produktuaren errendimenduari edo erabilera-kostuari dagokionez, silizio karburozko zeramikazko materialek abantaila gehiago dituzte kuartzozko materialek baino eguzki-zelulen arloko zenbait alderditan. Silizio karburozko zeramikazko materialen aplikazioak asko lagundu die fotovoltaiko enpresei material osagarrien inbertsio-kostua murrizten eta produktuen kalitatea eta lehiakortasuna hobetzen. Etorkizunean, tamaina handiko silizio karburozko labe-hodien, purutasun handiko silizio karburozko ontzien eta ontzien euskarrien aplikazio masiboarekin eta kostuen etengabeko murrizketarekin, silizio karburozko zeramikazko materialen aplikazioa zelula fotovoltaikoen arloan funtsezko faktorea izango da argi-energiaren bihurketaren eraginkortasuna hobetzeko eta industria-kostuak murrizteko energia fotovoltaikoaren sorkuntzaren arloan, eta eragin garrantzitsua izango du energia fotovoltaiko berriaren garapenean.
Argitaratze data: 2024ko azaroaren 5a