A mai világ folyamatos fejlődésével a nem megújuló energiaforrások egyre inkább kimerülnek, és az emberi társadalom egyre sürgetőbben keresi a megújuló energiaforrások, például a „szél-, fény-, víz- és atomenergia” felhasználását. Más megújuló energiaforrásokhoz képest az emberiség rendelkezik a legfejlettebb, legbiztonságosabb és legmegbízhatóbb technológiával a napenergia hasznosítására. Ezek közül a nagy tisztaságú szilíciumot hordozó fotovoltaikus cellaipar rendkívül gyorsan fejlődött. 2023 végére hazánk összesített napelemes fotovoltaikus kapacitása meghaladta a 250 gigawattot, a fotovoltaikus energiatermelés pedig elérte a 266,3 milliárd kWh-t, ami körülbelül 30%-os növekedést jelent éves szinten, az újonnan hozzáadott energiatermelési kapacitás pedig 78,42 millió kilowatt, ami 154%-os növekedést jelent éves szinten. Június végén a fotovoltaikus energiatermelés összesített beépített kapacitása körülbelül 470 millió kilowatt volt, ami megelőzte a vízenergiát, és az ország második legnagyobb energiaforrásává vált.
Miközben a fotovoltaikus ipar gyorsan fejlődik, az azt támogató új anyagok iparága is gyorsan fejlődik. A kvarc alkatrészek, mint példáulkvarc olvasztótégelyek, kvarchajók és kvarcpalackok is ezek közé tartoznak, amelyek fontos szerepet játszanak a fotovoltaikus gyártási folyamatban. Például kvarctégelyeket használnak az olvadt szilícium tárolására szilíciumrudak és szilíciumöntvények gyártása során; a kvarchajók, csövek, palackok, tisztítótartályok stb. csapágyfunkciót játszanak a diffúzióban, a tisztításban és más folyamatelemekben a napelemek stb. gyártása során, biztosítva a szilíciumanyagok tisztaságát és minőségét.
A kvarc alkatrészek főbb alkalmazásai fotovoltaikus gyártásban
A napelemek gyártási folyamatában a szilíciumlapkákat egy ostyahajóra helyezik, a hajót pedig egy ostyahajó-tartóra helyezik diffúzió, LPCVD és egyéb termikus folyamatok céljából, miközben a szilícium-karbid konzolos lapát a kulcsfontosságú terhelési elem a szilíciumlapkákat hordozó csónaktartónak a fűtőkemencébe és onnan való mozgatásához. Amint az alábbi ábrán látható, a szilícium-karbid konzolos lapát biztosítja a szilíciumlap és a kemencecső koncentrikusságát, ezáltal egyenletesebbé teszi a diffúziót és a passzivációt. Ugyanakkor mentes a szennyeződéstől és magas hőmérsékleten sem deformálódik, jó hősokk-állósággal és nagy teherbírással rendelkezik, és széles körben használják a fotovoltaikus cellák területén.
Az akkumulátor töltőalkatrészeinek vázlatos rajza
A lágy leszállás diffúziós folyamatában a hagyományos kvarchajó ésostyahajóA szilíciumlapkát a kvarccsónaktartóval együtt a diffúziós kemencében lévő kvarccsőbe kell helyezni. Minden diffúziós folyamat során a szilíciumlapkákkal töltött kvarccsónaktartót a szilícium-karbid lapátra helyezik. Miután a szilícium-karbid lapát belép a kvarccsőbe, a lapát automatikusan lesüllyed, hogy letegye a kvarccsónaktartót és a szilícium-lapátot, majd lassan visszafut az eredeti pontjára. Minden folyamat után a kvarccsónaktartót el kell távolítani a...szilícium-karbid lapátAz ilyen gyakori használat a kvarc csónaktartó hosszú időn keresztüli elhasználódását okozza. Amint a kvarc csónaktartó megreped és eltörik, a teljes kvarc csónaktartó leesik a szilícium-karbid lapátról, és károsítja az alatta lévő kvarc alkatrészeket, szilícium-lapátokat és szilícium-karbid lapátokat. A szilícium-karbid lapát drága és nem javítható. Ha baleset történik, hatalmas anyagi károkat okoz.
Az LPCVD eljárás során nemcsak a fent említett hőfeszültség-problémák jelentkeznek, hanem mivel az LPCVD eljárás szilángázt igényel a szilíciumlapkán való áthaladáshoz, a hosszú távú eljárás során szilíciumbevonat is képződik a lapkatartón és a lapkatartón. A bevont szilícium és a kvarc hőtágulási együtthatóinak ellentmondása miatt a hajótartó és a hajó megreped, és az élettartam jelentősen csökken. A hagyományos kvarchajók és hajótartók élettartama az LPCVD eljárásban általában csak 2-3 hónap. Ezért különösen fontos a hajótartó anyagának fejlesztése a hajótartó szilárdságának és élettartamának növelése érdekében, hogy elkerüljük az ilyen baleseteket.
Röviden, ahogy a napelemek gyártása során a folyamatidő és a gyártási idő növekszik, a kvarchajók és más alkatrészek hajlamosak a rejtett repedésekre vagy akár törésekre. A kvarchajók és kvarccsövek élettartama a jelenlegi kínai gyártósorokon körülbelül 3-6 hónap, és rendszeresen le kell állítani őket tisztítás, karbantartás és a kvarchordozók cseréje miatt. Ezenkívül a kvarcalkatrészek alapanyagaként használt nagy tisztaságú kvarchomok jelenleg szűkös kínálattal és kereslettel rendelkezik, és az ár már régóta magas szinten van, ami nyilvánvalóan nem segíti elő a termelési hatékonyság és a gazdasági előnyök javítását.
Szilícium-karbid kerámia„Megjelenés”
Most előálltak egy jobb teljesítményű anyaggal, amely helyettesíti a kvarc alkatrészeket – ez a szilícium-karbid kerámia.
A szilícium-karbid kerámiák jó mechanikai szilárdsággal, hőstabilitással, magas hőmérsékleti ellenállással, oxidációs ellenállással, hősokk-állósággal és kémiai korrózióállósággal rendelkeznek, és széles körben használják forró területeken, például kohászatban, gépiparban, új energiaforrásokban, valamint építőanyagokban és vegyi anyagokban. Teljesítményük elegendő a TOPcon cellák fotovoltaikus gyártásban, LPCVD-ben (alacsony nyomású kémiai gőzfázisú leválasztás), PECVD-ben (plazma kémiai gőzfázisú leválasztás) és más termikus folyamatkapcsolatokban történő elterjesztéséhez is.
LPCVD szilícium-karbid hajótartó és bór-expandált szilícium-karbid hajótartó
A hagyományos kvarc anyagokkal összehasonlítva a szilícium-karbid kerámia anyagokból készült hajótartók, csónakok és csőtermékek nagyobb szilárdsággal, jobb hőstabilitással, magas hőmérsékleten sem deformálódnak, és élettartamuk több mint ötszöröse a kvarc anyagokénak, ami jelentősen csökkentheti a használat költségeit, valamint a karbantartás és az állásidő okozta energiaveszteséget. A költségelőny nyilvánvaló, és a nyersanyagforrások széleskörűek.
Közülük a reakciós szinterezett szilícium-karbid (RBSiC) alacsony szinterelési hőmérséklettel, alacsony előállítási költséggel, nagy anyagsűrűséggel és a reakciós szinterelés során szinte semmilyen térfogatzsugorodással rendelkezik. Különösen alkalmas nagy méretű és összetett alakú szerkezeti alkatrészek előállítására. Ezért leginkább nagy méretű és összetett termékek, például hajótartók, csónakok, konzolos lapátok, kemencecsövek stb. gyártására alkalmas.
Szilícium-karbid ostyahajóknagy fejlesztési kilátásokkal is rendelkezik a jövőben. Függetlenül az LPCVD vagy a bórtágítási eljárástól, a kvarccsónak élettartama viszonylag alacsony, és a kvarc anyag hőtágulási együtthatója eltér a szilícium-karbid anyagétól. Ezért magas hőmérsékleten könnyen eltérések adódhatnak a szilícium-karbid csónaktartóval való illesztési folyamatban, ami a csónak rázkódásához vagy akár töréséhez vezethet. A szilícium-karbid csónak az egyrészes öntés és az általános feldolgozás folyamatát alkalmazza. Alak- és pozíciótűrési követelményei magasak, és jobban együttműködik a szilícium-karbid csónaktartóval. Ezenkívül a szilícium-karbid nagy szilárdságú, és a csónak sokkal kisebb valószínűséggel törik el emberi ütközés miatt, mint a kvarccsónak.
Szilícium-karbid ostyahajó
A kemencecső a kemence fő hőátadó alkotóeleme, amely szerepet játszik a tömítésben és az egyenletes hőátadásban. A kvarc kemencecsövekkel összehasonlítva a szilícium-karbid kemencecsövek jó hővezető képességgel, egyenletes fűtéssel és jó hőstabilitással rendelkeznek, élettartamuk pedig több mint ötszöröse a kvarccsövekének.
Összefoglalás
Általánosságban elmondható, hogy a szilícium-karbid kerámiaanyagok a napelemek területén bizonyos szempontból több előnnyel rendelkeznek, mint a kvarcanyagok. A szilícium-karbid kerámiaanyagok alkalmazása a fotovoltaikus iparban nagyban segítette a fotovoltaikus vállalatokat a segédanyagok beruházási költségeinek csökkentésében, valamint a termékminőség és a versenyképesség javításában. A jövőben a nagyméretű szilícium-karbid kemencecsövek, a nagy tisztaságú szilícium-karbid hajók és hajótartók nagymértékű alkalmazásával, valamint a költségek folyamatos csökkentésével a szilícium-karbid kerámiaanyagok alkalmazása a fotovoltaikus cellák területén kulcsfontosságú tényezővé válik a fényenergia-átalakítás hatékonyságának javításában és az ipari költségek csökkentésében a fotovoltaikus energiatermelés területén, és fontos hatással lesz az új fotovoltaikus energia fejlesztésére.
Közzététel ideje: 2024. november 5.