Avec le développement continu du monde actuel, les énergies non renouvelables s'épuisent de plus en plus, et la société humaine a de plus en plus besoin d'utiliser les énergies renouvelables que sont le vent, la lumière, l'eau et le nucléaire. Comparée aux autres sources d'énergie renouvelables, l'humanité dispose de la technologie la plus mature, la plus sûre et la plus fiable pour exploiter l'énergie solaire. Parmi celles-ci, l'industrie des cellules photovoltaïques utilisant du silicium de haute pureté comme substrat s'est développée extrêmement rapidement. Fin 2023, la capacité installée cumulée de l'énergie solaire photovoltaïque de mon pays dépassait 250 gigawatts, et la production d'électricité photovoltaïque atteignait 266,3 milliards de kWh, soit une augmentation d'environ 30 % par rapport à l'année précédente. La capacité de production nouvellement ajoutée s'élevait à 78,42 millions de kilowatts, soit une augmentation de 154 % par rapport à l'année précédente. Fin juin, la capacité installée cumulée de l'énergie photovoltaïque s'élevait à environ 470 millions de kilowatts, dépassant ainsi l'hydroélectricité pour devenir la deuxième source d'énergie du pays.
Alors que l'industrie photovoltaïque se développe rapidement, l'industrie des nouveaux matériaux qui la soutiennent connaît également un développement rapide. Les composants en quartz tels quecreusets en quartzLes cuves et les bouteilles en quartz jouent un rôle important dans le processus de fabrication photovoltaïque. Par exemple, les creusets en quartz servent à maintenir le silicium fondu lors de la production de barres et de lingots de silicium ; les cuves, tubes, bouteilles et cuves de nettoyage en quartz jouent un rôle important dans la diffusion, le nettoyage et d'autres étapes du processus de production de cellules solaires, garantissant ainsi la pureté et la qualité du silicium.
Principales applications des composants en quartz pour la fabrication photovoltaïque
Lors de la fabrication de cellules solaires photovoltaïques, les plaquettes de silicium sont placées sur une nacelle, laquelle est ensuite placée sur un support pour la diffusion, le dépôt LPCVD et d'autres procédés thermiques. La palette cantilever en carbure de silicium est l'élément de chargement essentiel pour déplacer le support transportant les plaquettes de silicium vers et depuis le four de chauffage. Comme illustré ci-dessous, la palette cantilever en carbure de silicium assure la concentricité de la plaquette de silicium et du tube du four, uniformisant ainsi la diffusion et la passivation. De plus, elle est exempte de pollution et indéformable à haute température, offre une bonne résistance aux chocs thermiques et une grande capacité de charge, et est largement utilisée dans le domaine des cellules photovoltaïques.
Schéma des principaux composants de chargement de la batterie
Dans le processus de diffusion à atterrissage en douceur, le bateau à quartz traditionnel etbateau à gaufrettesLe support nécessite l'insertion de la plaquette de silicium et du support de nacelle en quartz dans le tube de quartz du four de diffusion. Lors de chaque processus de diffusion, le support de nacelle en quartz rempli de plaquettes de silicium est placé sur la palette en carbure de silicium. Une fois la palette en carbure de silicium entrée dans le tube de quartz, elle s'enfonce automatiquement pour déposer le support de nacelle en quartz et la plaquette de silicium, puis revient lentement à son point d'origine. Après chaque processus, le support de nacelle en quartz doit être retiré du four.palette en carbure de siliciumUne utilisation aussi fréquente entraînera une usure prolongée du support de la nacelle en quartz. En cas de fissure ou de rupture, le support se détachera de la palette en carbure de silicium, endommageant ainsi les pièces en quartz, les plaquettes de silicium et les palettes en carbure de silicium situées en dessous. La palette en carbure de silicium est coûteuse et irréparable. Un accident peut entraîner d'importantes pertes matérielles.
Le procédé LPCVD entraîne non seulement les problèmes de contraintes thermiques mentionnés ci-dessus, mais aussi la nécessité du passage de silane à travers la plaquette de silicium. Ce procédé à long terme formera également un revêtement de silicium sur le support de nacelle et la nacelle elle-même. En raison de l'incohérence des coefficients de dilatation thermique du silicium et du quartz revêtus, le support et la nacelle se fissureront, réduisant ainsi considérablement leur durée de vie. La durée de vie des nacelles et supports de nacelle en quartz ordinaires, soumis au procédé LPCVD, n'est généralement que de 2 à 3 mois. Il est donc particulièrement important d'améliorer le matériau du support afin d'en accroître la résistance et la durée de vie et d'éviter de tels accidents.
En résumé, avec l'augmentation du temps et du nombre de processus de production de cellules solaires, les nacelles et autres composants en quartz sont sujets à des fissures cachées, voire à des ruptures. La durée de vie des nacelles et des tubes en quartz sur les lignes de production chinoises actuelles est d'environ 3 à 6 mois, et ils doivent être régulièrement arrêtés pour le nettoyage, la maintenance et le remplacement des supports en quartz. De plus, l'offre et la demande de sable de quartz de haute pureté utilisé comme matière première pour les composants en quartz sont actuellement limitées, et son prix est resté élevé pendant longtemps, ce qui n'est évidemment pas propice à l'amélioration de l'efficacité de la production et aux retombées économiques.
Céramiques en carbure de silicium« se présenter »
Aujourd’hui, les gens ont mis au point un matériau plus performant pour remplacer certains composants en quartz : la céramique en carbure de silicium.
Les céramiques en carbure de silicium présentent une excellente résistance mécanique, une bonne stabilité thermique, une bonne résistance aux hautes températures, à l'oxydation, aux chocs thermiques et à la corrosion chimique. Elles sont largement utilisées dans des domaines d'activité tels que la métallurgie, les machines, les nouvelles énergies, les matériaux de construction et la chimie. Leurs performances sont également suffisantes pour la diffusion des cellules TOPcon dans la fabrication photovoltaïque, le dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD), le dépôt chimique en phase vapeur par plasma (PECVD) et d'autres procédés thermiques.
Support de nacelle en carbure de silicium LPCVD et support de nacelle en carbure de silicium expansé au bore
Comparés aux matériaux en quartz traditionnels, les supports de bateaux, les embarcations et les tubes en céramique de carbure de silicium présentent une résistance supérieure, une meilleure stabilité thermique, une absence de déformation à haute température et une durée de vie cinq fois supérieure à celle des matériaux en quartz, ce qui permet de réduire considérablement les coûts d'utilisation et les pertes d'énergie liées à la maintenance et aux temps d'arrêt. L'avantage économique est évident et la provenance des matières premières est vaste.
Parmi eux, le carbure de silicium fritté par réaction (RBSiC) présente une faible température de frittage, un faible coût de production, une forte densification du matériau et un retrait volumique quasi nul lors du frittage par réaction. Il est particulièrement adapté à la préparation de pièces structurelles de grandes dimensions et de formes complexes. Il est donc particulièrement adapté à la production de produits complexes et de grande taille tels que des supports de bateaux, des bateaux, des aubes cantilever, des tubes de four, etc.
Nacelles de plaquettes en carbure de siliciumLes perspectives de développement sont également prometteuses. Quel que soit le procédé LPCVD ou le procédé d'expansion du bore, la durée de vie de la nacelle en quartz est relativement faible et son coefficient de dilatation thermique est différent de celui du carbure de silicium. Par conséquent, des écarts peuvent survenir lors de l'adaptation du support de nacelle en carbure de silicium à haute température, ce qui peut entraîner des secousses, voire une rupture de la nacelle. La nacelle en carbure de silicium adopte un procédé de moulage monobloc et d'usinage complet. Ses exigences de forme et de positionnement sont élevées, et elle coopère mieux avec le support de nacelle en carbure de silicium. De plus, le carbure de silicium présente une résistance élevée, ce qui réduit considérablement le risque de rupture due à une collision humaine par rapport à la nacelle en quartz.
Nacelle de plaquettes en carbure de silicium
Le tube du four est le principal composant de transfert thermique du four, jouant un rôle dans l'étanchéité et l'uniformité du transfert thermique. Comparés aux tubes de four en quartz, les tubes en carbure de silicium offrent une bonne conductivité thermique, un chauffage uniforme et une bonne stabilité thermique, et leur durée de vie est plus de cinq fois supérieure à celle des tubes en quartz.
Résumé
De manière générale, que ce soit en termes de performances ou de coût d'utilisation, les matériaux céramiques en carbure de silicium présentent des avantages supérieurs à ceux du quartz dans certains aspects du secteur des cellules solaires. Leur utilisation dans l'industrie photovoltaïque a grandement aidé les entreprises du secteur à réduire leurs coûts d'investissement en matériaux auxiliaires et à améliorer la qualité et la compétitivité de leurs produits. À l'avenir, avec l'utilisation à grande échelle de tubes de four en carbure de silicium de grande taille, de nacelles et de supports de nacelles en carbure de silicium de haute pureté et la baisse continue des coûts, leur utilisation dans les cellules photovoltaïques deviendra un facteur clé pour améliorer l'efficacité de la conversion de l'énergie lumineuse et réduire les coûts de production d'électricité photovoltaïque. Elle aura un impact majeur sur le développement des nouvelles énergies photovoltaïques.
Date de publication : 05/11/2024