सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक: फोटोवोल्टिक क्वार्ट्ज घटकों का टर्मिनेटर

आज की दुनिया के निरंतर विकास के साथ, गैर-नवीकरणीय ऊर्जा तेजी से कम होती जा रही है, और मानव समाज के लिए पवन, प्रकाश, जल और परमाणु जैसे नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों का उपयोग करना तेजी से जरूरी होता जा रहा है। अन्य नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों की तुलना में, सौर ऊर्जा के उपयोग के लिए मनुष्य के पास सबसे परिपक्व, सुरक्षित और विश्वसनीय तकनीक है। इनमें से, उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन को आधार बनाकर विकसित होने वाले फोटोवोल्टिक सेल उद्योग का तेजी से विकास हुआ है। 2023 के अंत तक, हमारे देश की कुल स्थापित सौर फोटोवोल्टिक क्षमता 250 गीगावाट से अधिक हो गई है, और फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन 266.3 बिलियन किलोवाट-घंटे तक पहुंच गया है, जो पिछले वर्ष की तुलना में लगभग 30% की वृद्धि है। साथ ही, नई जोड़ी गई विद्युत उत्पादन क्षमता 78.42 मिलियन किलोवाट है, जो पिछले वर्ष की तुलना में 154% की वृद्धि है। जून के अंत तक, फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन की कुल स्थापित क्षमता लगभग 470 मिलियन किलोवाट थी, जिसने जलविद्युत को पीछे छोड़ते हुए हमारे देश में दूसरा सबसे बड़ा विद्युत स्रोत बन गया है।

फोटोवोल्टाइक उद्योग तेजी से विकसित हो रहा है, वहीं इसे समर्थन देने वाला नया सामग्री उद्योग भी तेजी से विकसित हो रहा है। क्वार्ट्ज जैसे घटकक्वार्ट्ज़ क्रूसिबलक्वार्ट्ज़ की नावें और क्वार्ट्ज़ की बोतलें इनमें शामिल हैं, जो फोटोवोल्टिक निर्माण प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन की छड़ों और सिलिकॉन पिंडों के उत्पादन में पिघले हुए सिलिकॉन को रखने के लिए क्वार्ट्ज़ की क्रूसिबल का उपयोग किया जाता है; क्वार्ट्ज़ की नावें, ट्यूब, बोतलें, सफाई टैंक आदि सौर सेल आदि के उत्पादन में प्रसार, सफाई और अन्य प्रक्रिया चरणों में भार वहन का कार्य करते हैं, जिससे सिलिकॉन सामग्री की शुद्धता और गुणवत्ता सुनिश्चित होती है।

फोटोवोल्टिक निर्माण के लिए क्वार्ट्ज घटकों के मुख्य अनुप्रयोग

सौर फोटोवोल्टिक सेल निर्माण प्रक्रिया में, सिलिकॉन वेफर्स को वेफर बोट पर रखा जाता है, और बोट को डिफ्यूजन, एलपीसीवीडी और अन्य तापीय प्रक्रियाओं के लिए वेफर बोट सपोर्ट पर रखा जाता है। सिलिकॉन कार्बाइड कैंटिलीवर पैडल, सिलिकॉन वेफर्स को ले जाने वाले बोट सपोर्ट को हीटिंग फर्नेस के अंदर और बाहर ले जाने वाला मुख्य लोडिंग घटक है। नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है कि सिलिकॉन कार्बाइड कैंटिलीवर पैडल सिलिकॉन वेफर और फर्नेस ट्यूब की संकेंद्रता सुनिश्चित करता है, जिससे डिफ्यूजन और पैसिवेशन अधिक एकसमान होते हैं। साथ ही, यह प्रदूषण रहित है और उच्च तापमान पर विकृत नहीं होता है, इसमें अच्छी तापीय क्षति प्रतिरोधक क्षमता और उच्च भार वहन क्षमता होती है, और इसका उपयोग फोटोवोल्टिक सेल के क्षेत्र में व्यापक रूप से किया जाता है।

प्रमुख बैटरी लोडिंग घटकों का योजनाबद्ध आरेख

सॉफ्ट लैंडिंग प्रसार प्रक्रिया में, पारंपरिक क्वार्ट्ज नाव औरवेफर नावसिलिकॉन वेफर को क्वार्ट्ज बोट सपोर्ट के साथ डिफ्यूजन फर्नेस में क्वार्ट्ज ट्यूब में रखना आवश्यक है। प्रत्येक डिफ्यूजन प्रक्रिया में, सिलिकॉन वेफर्स से भरा क्वार्ट्ज बोट सपोर्ट सिलिकॉन कार्बाइड पैडल पर रखा जाता है। सिलिकॉन कार्बाइड पैडल के क्वार्ट्ज ट्यूब में प्रवेश करने के बाद, पैडल स्वचालित रूप से नीचे डूबकर क्वार्ट्ज बोट सपोर्ट और सिलिकॉन वेफर को नीचे रख देता है, और फिर धीरे-धीरे वापस अपनी मूल स्थिति में आ जाता है। प्रत्येक प्रक्रिया के बाद, क्वार्ट्ज बोट सपोर्ट को डिफ्यूजन फर्नेस से निकालना आवश्यक होता है।सिलिकॉन कार्बाइड पैडलइस प्रकार के लगातार उपयोग से क्वार्ट्ज़ बोट सपोर्ट समय के साथ घिस जाएगा। एक बार क्वार्ट्ज़ बोट सपोर्ट में दरार आ जाने और टूट जाने पर, पूरा सपोर्ट सिलिकॉन कार्बाइड पैडल से अलग होकर गिर जाएगा, जिससे नीचे के क्वार्ट्ज़ पार्ट्स, सिलिकॉन वेफर्स और सिलिकॉन कार्बाइड पैडल क्षतिग्रस्त हो जाएंगे। सिलिकॉन कार्बाइड पैडल महंगा होता है और इसकी मरम्मत संभव नहीं है। दुर्घटना होने पर भारी संपत्ति का नुकसान होगा।

एलपीसीवीडी प्रक्रिया में, उपर्युक्त ऊष्मीय तनाव संबंधी समस्याओं के अलावा, सिलिकॉन वेफर से सिलैन गैस के गुजरने की आवश्यकता के कारण, दीर्घकालिक प्रक्रिया से वेफर बोट सपोर्ट और वेफर बोट पर सिलिकॉन की परत भी बन जाती है। लेपित सिलिकॉन और क्वार्ट्ज के ऊष्मीय विस्तार गुणांकों में असमानता के कारण, बोट सपोर्ट और बोट में दरारें पड़ जाती हैं, जिससे उनका जीवनकाल काफी कम हो जाता है। एलपीसीवीडी प्रक्रिया में साधारण क्वार्ट्ज बोट और बोट सपोर्ट का जीवनकाल आमतौर पर केवल 2 से 3 महीने होता है। इसलिए, ऐसी दुर्घटनाओं से बचने के लिए बोट सपोर्ट की मजबूती और सेवा जीवन को बढ़ाने हेतु बोट सपोर्ट सामग्री में सुधार करना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

संक्षेप में, सौर सेल के उत्पादन के दौरान प्रक्रिया का समय और संख्या बढ़ने के साथ, क्वार्ट्ज़ बोट और अन्य घटकों में छिपी दरारें या टूट-फूट होने की संभावना बढ़ जाती है। चीन में वर्तमान में प्रचलित मुख्य उत्पादन लाइनों में क्वार्ट्ज़ बोट और क्वार्ट्ज़ ट्यूब का जीवनकाल लगभग 3-6 महीने है, और सफाई, रखरखाव और क्वार्ट्ज़ वाहकों के प्रतिस्थापन के लिए इन्हें नियमित रूप से बंद करना पड़ता है। इसके अलावा, क्वार्ट्ज़ घटकों के कच्चे माल के रूप में उपयोग की जाने वाली उच्च शुद्धता वाली क्वार्ट्ज़ रेत की वर्तमान में मांग और आपूर्ति सीमित है, और इसकी कीमत लंबे समय से उच्च स्तर पर बनी हुई है, जो स्पष्ट रूप से उत्पादन क्षमता और आर्थिक लाभ में सुधार के लिए अनुकूल नहीं है।

सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक"आना"

अब, लोगों ने क्वार्ट्ज के कुछ घटकों को बदलने के लिए बेहतर प्रदर्शन वाली एक सामग्री - सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक - विकसित की है।

सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक में उत्कृष्ट यांत्रिक शक्ति, ऊष्मीय स्थिरता, उच्च तापमान प्रतिरोध, ऑक्सीकरण प्रतिरोध, ऊष्मीय आघात प्रतिरोध और रासायनिक संक्षारण प्रतिरोध गुण होते हैं, और इनका व्यापक उपयोग धातु विज्ञान, मशीनरी, नई ऊर्जा, निर्माण सामग्री और रसायन जैसे क्षेत्रों में होता है। फोटोवोल्टिक निर्माण, एलपीसीवीडी (निम्न दाब रासायनिक वाष्प निक्षेपण), पीईसीवीडी (प्लाज्मा रासायनिक वाष्प निक्षेपण) और अन्य ऊष्मीय प्रक्रियाओं में TOPcon सेल के प्रसार के लिए भी इसका प्रदर्शन पर्याप्त है।

एलपीसीवीडी सिलिकॉन कार्बाइड बोट सपोर्ट और बोरोन-विस्तारित सिलिकॉन कार्बाइड बोट सपोर्ट

परंपरागत क्वार्ट्ज़ सामग्री की तुलना में, सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक सामग्री से बने नाव के सपोर्ट, नाव और ट्यूब उत्पादों में उच्च शक्ति, बेहतर तापीय स्थिरता, उच्च तापमान पर विरूपण न होना और क्वार्ट्ज़ सामग्री की तुलना में 5 गुना से अधिक जीवनकाल होता है। इससे उपयोग की लागत और रखरखाव व डाउनटाइम के कारण होने वाली ऊर्जा हानि में काफी कमी आती है। लागत लाभ स्पष्ट है और कच्चे माल के स्रोत भी व्यापक हैं।

इनमें से, रिएक्शन सिंटर्ड सिलिकॉन कार्बाइड (RBSiC) में कम सिंटरिंग तापमान, कम उत्पादन लागत, उच्च सामग्री घनत्व और रिएक्शन सिंटरिंग के दौरान लगभग नगण्य आयतन संकुचन जैसी विशेषताएं हैं। यह विशेष रूप से बड़े आकार और जटिल आकृति वाले संरचनात्मक भागों के निर्माण के लिए उपयुक्त है। इसलिए, यह नाव के सपोर्ट, नाव, कैंटिलीवर पैडल, फर्नेस ट्यूब आदि जैसे बड़े आकार और जटिल उत्पादों के उत्पादन के लिए सबसे उपयुक्त है।

सिलिकॉन कार्बाइड वेफर नावोंभविष्य में इनके विकास की अपार संभावनाएं हैं। चाहे एलपीसीवीडी प्रक्रिया हो या बोरॉन विस्तार प्रक्रिया, क्वार्ट्ज़ बोट का जीवनकाल अपेक्षाकृत कम होता है, और क्वार्ट्ज़ सामग्री का तापीय विस्तार गुणांक सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री के तापीय विस्तार गुणांक से मेल नहीं खाता। इसलिए, उच्च तापमान पर सिलिकॉन कार्बाइड बोट होल्डर के साथ मिलान की प्रक्रिया में विचलन होने की संभावना रहती है, जिससे बोट हिलने या टूटने जैसी स्थिति उत्पन्न हो सकती है। सिलिकॉन कार्बाइड बोट एक-टुकड़ा मोल्डिंग और समग्र प्रसंस्करण की प्रक्रिया अपनाती है। इसकी आकृति और स्थिति में उच्च सहनशीलता की आवश्यकता होती है, और यह सिलिकॉन कार्बाइड बोट होल्डर के साथ बेहतर ढंग से काम करती है। इसके अलावा, सिलिकॉन कार्बाइड में उच्च शक्ति होती है, और क्वार्ट्ज़ बोट की तुलना में मानव टक्कर से इसके टूटने की संभावना बहुत कम होती है।

सिलिकॉन कार्बाइड वेफर नाव

भट्टी की नली भट्टी का मुख्य ऊष्मा स्थानांतरण घटक है, जो सीलिंग और एकसमान ऊष्मा स्थानांतरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। क्वार्ट्ज की नली की तुलना में सिलिकॉन कार्बाइड की नली में बेहतर तापीय चालकता, एकसमान तापन और अच्छी तापीय स्थिरता होती है, और इनका जीवनकाल क्वार्ट्ज की नली से 5 गुना अधिक होता है।

सारांश

सामान्य तौर पर, उत्पाद प्रदर्शन या उपयोग लागत के संदर्भ में, सौर सेल क्षेत्र के कुछ पहलुओं में सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक सामग्री क्वार्ट्ज सामग्री की तुलना में अधिक लाभ प्रदान करती है। फोटोवोल्टिक उद्योग में सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक सामग्री के अनुप्रयोग ने फोटोवोल्टिक कंपनियों को सहायक सामग्रियों की निवेश लागत को कम करने और उत्पाद की गुणवत्ता और प्रतिस्पर्धात्मकता में सुधार करने में काफी मदद की है। भविष्य में, बड़े आकार के सिलिकॉन कार्बाइड फर्नेस ट्यूब, उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन कार्बाइड बोट और बोट सपोर्ट के व्यापक अनुप्रयोग और लागत में निरंतर कमी के साथ, फोटोवोल्टिक सेल क्षेत्र में सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक सामग्री का अनुप्रयोग प्रकाश ऊर्जा रूपांतरण की दक्षता में सुधार और फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन क्षेत्र में उद्योग लागत को कम करने में एक प्रमुख कारक बन जाएगा, और फोटोवोल्टिक नई ऊर्जा के विकास पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालेगा।