Studija slučaja: Komponente od grafita visoke čistoće za 32-inčna monokristalna toplinska polja u rastu silicija N-tipa

Uvod: Izazov 32-inčnog termalnog polja u visokoučinkovitom rastu silicija N-tipa

Kako industrija fotonaponske energije brzo prelazi s PERC P-tipa na TOPCon i heterospojne (HJT) solarne ćelije N-tipa, potražnja za silicijskim pločicama veće čistoće naglo je porasla. Silicijske podloge N-tipa zahtijevaju izuzetno dug vijek trajanja manjinskih nositelja naboja (obično >300 μs) i gotovo nultu kontaminaciju nečistoćama prijelaznih metala.

Kako bi povećali protok, proizvođači silicijskih pločica proširuju veličine lončića na 32 inča i više. Međutim, rad na temperaturama većim od 1450 °C u toplinskom polju od 32 inča predstavlja ozbiljne inženjerske izazove:

1. Toplinska degradacija i asimetrija:Ogromni toplinski gradijenti uzrokuju strukturne deformacije i pucanje u standardnim grafitnim grijačima i postoljima.
2. Kontaminacija hlapljivim metalima:Elementi nečistoća u tragovima (Fe, Ni, Cu, V) unutar konvencionalnog grafita isparavaju tijekom duljeg izvlačenja kristala, migrirajući izravno u rastaljeni silicij i uzrokujući ozbiljnu degradaciju manjinskih nositelja tijekom životnog vijeka.

Inženjersko rješenje: Ultra-pročišćeni izostatički grafit i CVD SiC zaštita

Kako bi prevladali ove tehničke prepreke, VeTek Semiconductor je primijenio sveobuhvatnu nadogradnju materijala na cijelom 32-inčnom termalnom sklopu, koja se sastoji od izostatičkog grafita visoke gustoće podvrgnutog pročišćavanju halogenima na visokim temperaturama i zaštitnih CVD premaza od silicijevog karbida (SiC).

1. Dubinsko pročišćavanje halogena (sadržaj pepela ≤ 2-5 ppm)

Standardni industrijski grafit sadrži udio pepela u rasponu od 50 ppm do 200 ppm. Na 1450 °C pod vakuumom, ovi elementi u tragovima isparavaju. Naš vlastiti postupak pročišćavanja halogenog plina na visokim temperaturama pretvara metalne nečistoće u hlapljive halogene spojeve (kloride/fluoride) na temperaturama iznad 2400 °C.

• Ispitivanje masenom spektrometrijom s tlijevnim izbojem (GDMS)potvrđuje da su ukupne metalne nečistoće (Fe, Cr, Ni, Cu, V) smanjene na manje od 0,5 ppm, postižući ukupni sadržaj pepela od ≤ 2 ppm.
• Proizlaziti:Uklanja pozadinsko razvijanje metalnih plinova, štiteći rastaljeni silicijski bazen od kontaminacije tijekom više od 120 sati kontinuiranih ciklusa izvlačenja.

2. Izostatska grafitna struktura visoke gustoće za toplinsku stabilnost

Komponente, uključujući grafitni grijač, susceptor lončića i izolacijsku cijev, izrađene su od izostatičkog grafita visoke gustoće (1,85 g/cm³), sitnozrnastog (veličina zrna <10 μm). Izostatsko prešanje osigurava jednoliko izotropno toplinsko širenje (CTE), sprječavajući lokalizirano toplinsko naprezanje, savijanje i mehaničko pucanje pod ponovljenim toplinskim ciklusima.

3. Zaštitni CVD premaz od silicijevog karbida (SiC)

Kritične komponente izložene silicijevim parama i korozivnim plinovima za pročišćavanje premazane su slojem silicijevog karbida (SiC) debljine 50–80 μm dobivenim kemijskim taloženjem iz parne faze (CVD).

• Korozijska barijera:Sprječava izravnu kemijsku reakciju između hlapljive silicijeve pare (SiO2) i grafitne podloge (SiO2 + 2C → SiC + CO2), eliminirajući površinsku eroziju i stvaranje ugljične prašine.
• Geometrijska preciznost:Održava točnu geometriju toplinskog polja preko 30% duljih servisnih intervala.

Podaci o izmjerenim performansama i validacija terenskih ispitivanja

Šestomjesečno komparativno terensko ispitivanje provedeno je na 50 CZ peći proizvodnog opsega od 32 inča u pogonu za proizvodnju silicijskih pločica TOPCon prve razine. U nastavku je referentna vrijednost performansi koja uspoređuje standardne grafitne komponente s VeTek Semiconductorovim pročišćenim termičkim poljem:

Često postavljana pitanja (FAQ)

Zaključak i tehničke konzultacije

Nadogradnja na ultra-pročišćene izostatske grafitne komponente s CVD SiC zaštitom pruža izravan, mjerljiv put do rješavanja uskih grla u prinosu i nečistoćama u rastu 32-inčnog monokristalnog silicija N-tipa. S poboljšanjem primarnog prinosa od 18% i 30% produljenim vijekom trajanja toplinskog polja, proizvođači solarnih pločica mogu postići značajan povrat ulaganja.