Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկա՝ ֆոտովոլտային քվարցային բաղադրիչների վերջնակետը

Այսօրվա աշխարհի շարունակական զարգացման հետ մեկտեղ, չվերականգնվող էներգիան գնալով սպառվում է, և մարդկային հասարակությունը գնալով ավելի հրատապ է դառնում օգտագործելու վերականգնվող էներգիան՝ ներկայացված «քամու, լույսի, ջրի և միջուկային» տեսքով: Համեմատած այլ վերականգնվող էներգիայի աղբյուրների հետ, մարդկությունն ունի արևային էներգիան օգտագործելու ամենահզոր, անվտանգ և հուսալի տեխնոլոգիան: Դրանց թվում է ֆոտովոլտային մարտկոցների արդյունաբերությունը՝ որպես հիմք՝ բարձր մաքրության սիլիցիումով: 2023 թվականի վերջին իմ երկրի արևային ֆոտովոլտային կուտակային տեղադրված հզորությունը գերազանցել է 250 գիգավատտը, իսկ ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրությունը հասել է 266.3 միլիարդ կՎտ/ժ-ի, ինչը տարեկան մոտ 30% աճ է, իսկ նոր ավելացված էլեկտրաէներգիայի արտադրության հզորությունը կազմում է 78.42 միլիոն կիլովատտ, ինչը տարեկան 154% աճ է: Հունիսի վերջի դրությամբ ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության կուտակային տեղադրված հզորությունը կազմել է մոտ 470 միլիոն կիլովատտ, ինչը գերազանցել է հիդրոէլեկտրակայաններին՝ դառնալով իմ երկրի երկրորդ խոշորագույն էներգիայի աղբյուրը:

Մինչ ֆոտովոլտային արդյունաբերությունը արագ զարգանում է, դրան աջակցող նոր նյութերի արդյունաբերությունը նույնպես արագ զարգանում է: Քվարցե բաղադրիչներ, ինչպիսիք ենքվարցե կարասներ, քվարցե նավակները և քվարցե շշերը դրանց թվում են, որոնք կարևոր դեր են խաղում ֆոտովոլտային արտադրության գործընթացում: Օրինակ, քվարցե հալված սիլիցիումը պահելու համար օգտագործվում են սիլիցիումային ձողերի և սիլիցիումային ձուլակտորների արտադրության մեջ. քվարցե նավակները, խողովակները, շշերը, մաքրման բաքերը և այլն կրող գործառույթ են կատարում դիֆուզիայի, մաքրման և այլ գործընթացային օղակներում արևային մարտկոցների և այլնի արտադրության մեջ՝ ապահովելով սիլիցիումային նյութերի մաքրությունն ու որակը:

Քվարցային բաղադրիչների հիմնական կիրառությունները ֆոտովոլտային արտադրության մեջ

Արևային ֆոտովոլտային մարտկոցների արտադրության գործընթացում սիլիցիումային վաֆլիները տեղադրվում են վաֆլի նավակի վրա, իսկ նավակը տեղադրվում է վաֆլի նավակի հենարանի վրա՝ դիֆուզիայի, LPCVD-ի և այլ ջերմային գործընթացների համար, մինչդեռ սիլիցիումի կարբիդային կոնսոլային թիակը հիմնական բեռնման բաղադրիչն է սիլիցիումային վաֆլիները տաքացման վառարանի մեջ և դրանից դուրս տեղափոխելու համար: Ինչպես ցույց է տրված ստորև բերված նկարում, սիլիցիումի կարբիդային կոնսոլային թիակը կարող է ապահովել սիլիցիումային վաֆլիի և վառարանի խողովակի համակենտրոնությունը, դրանով իսկ դիֆուզիան և պասիվացումը դարձնելով ավելի միատարր: Միևնույն ժամանակ, այն աղտոտված չէ և չի դեֆորմացվում բարձր ջերմաստիճաններում, ունի լավ ջերմային ցնցումների դիմադրություն և մեծ բեռնունակություն, և լայնորեն օգտագործվել է ֆոտովոլտային մարտկոցների ոլորտում:

Մարտկոցի լիցքավորման հիմնական բաղադրիչների սխեմատիկ դիագրամ

Փափուկ վայրէջքի դիֆուզիոն գործընթացում, ավանդական քվարցային նավակը ևվաֆլի նավակՀենարանը պետք է տեղադրվի սիլիցիումային վաֆլիի և քվարցային նավակի հենարանի հետ միասին դիֆուզիոն վառարանի քվարցային խողովակի մեջ։ Յուրաքանչյուր դիֆուզիոն գործընթացում սիլիցիումային վաֆլերով լցված քվարցային նավակի հենարանը տեղադրվում է սիլիցիում կարբիդային թիակի վրա։ Սիլիցիումային կարբիդային թիակը քվարցային խողովակի մեջ մտնելուց հետո, թիակն ավտոմատ կերպով խորտակվում է՝ քվարցային նավակի հենարանը և սիլիցիումային վաֆլը տեղադրելու համար, ապա դանդաղորեն վերադառնում է սկզբնակետ։ Յուրաքանչյուր գործընթացից հետո քվարցային նավակի հենարանը պետք է հանվիսիլիցիումի կարբիդային թիակՆման հաճախակի շահագործումը կհանգեցնի քվարցե նավակի հենարանի մաշվածության երկար ժամանակահատվածում: Երբ քվարցե նավակի հենարանը ճաքի և կոտրվի, ամբողջ քվարցե նավակի հենարանը կընկնի սիլիցիումի կարբիդային թիակից, ապա կվնասի քվարցե մասերը, սիլիցիումի թիթեղները և ներքևի սիլիցիումի կարբիդային թիակները: Սիլիցիումի կարբիդային թիակը թանկ է և չի կարող վերանորոգվել: Երբ վթար է տեղի ունենում, դա կհանգեցնի հսկայական գույքային վնասների:

LPCVD գործընթացում ոչ միայն կառաջանան վերը նշված ջերմային լարվածության խնդիրները, այլև քանի որ LPCVD գործընթացը պահանջում է սիլանային գազի անցում սիլիցիումային վաֆլիի միջով, երկարատև գործընթացը նաև կառաջացնի սիլիցիումային ծածկույթ վաֆլի նավակի հենարանի և վաֆլի նավակի վրա: Ծածկված սիլիցիումի և քվարցի ջերմային ընդարձակման գործակիցների անհամապատասխանության պատճառով նավակի հենարանը և նավակը կճաքեն, և ծառայության ժամկետը լրջորեն կկրճատվի: LPCVD գործընթացում սովորական քվարցային նավակների և նավակի հենարանների ծառայության ժամկետը սովորաբար ընդամենը 2-3 ամիս է: Հետևաբար, հատկապես կարևոր է բարելավել նավակի հենարանի նյութը՝ նավակի հենարանի ամրությունն ու ծառայության ժամկետը մեծացնելու և նման վթարներից խուսափելու համար:

Ամփոփելով՝ արևային մարտկոցների արտադրության ընթացքում գործընթացի ժամանակի և կրկնությունների քանակի աճին զուգընթաց, քվարցային նավակները և այլ բաղադրիչները հակված են թաքնված ճաքերի կամ նույնիսկ կոտրվածքների: Չինաստանում ներկայիս հիմնական արտադրական գծերում քվարցային նավակների և քվարցային խողովակների ծառայության ժամկետը մոտ 3-6 ամիս է, և դրանք պետք է պարբերաբար անջատվեն մաքրման, սպասարկման և քվարցային կրիչների փոխարինման համար: Ավելին, քվարցային բաղադրիչների համար որպես հումք օգտագործվող բարձր մաքրության քվարցային ավազը ներկայումս գտնվում է խիստ առաջարկի և պահանջարկի վիճակում, և գինը երկար ժամանակ է, ինչ բարձր մակարդակի վրա է, ինչը ակնհայտորեն չի նպաստում արտադրության արդյունավետության բարելավմանը և տնտեսական օգուտներին:

Սիլիկոնային կարբիդային կերամիկա«հայտնվել»

Այժմ մարդիկ մտածել են մի նյութ, որն ավելի լավ կատարողականություն ունի՝ որոշ քվարցային բաղադրիչներ փոխարինելու համար՝ սիլիցիումի կարբիդային կերամիկան։

Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկան ունի լավ մեխանիկական ամրություն, ջերմային կայունություն, բարձր ջերմաստիճանային դիմադրություն, օքսիդացման դիմադրություն, ջերմային ցնցումների դիմադրություն և քիմիական կոռոզիայի դիմադրություն, և լայնորեն կիրառվում է այնպիսի տաք ոլորտներում, ինչպիսիք են մետալուրգիան, մեքենաշինությունը, նոր էներգիան, շինանյութերն ու քիմիական նյութերը: Դրա կատարողականությունը նաև բավարար է TOPcon բջիջների տարածման համար ֆոտովոլտային արտադրության, LPCVD-ի (ցածր ճնշման քիմիական գոլորշու նստեցում), PECVD-ի (պլազմային քիմիական գոլորշու նստեցում) և այլ ջերմային գործընթացների կապերում:

LPCVD սիլիցիումի կարբիդային նավակի հենարան և բորով ընդլայնված սիլիցիումի կարբիդային նավակի հենարան

Ավանդական քվարցային նյութերի համեմատ, սիլիցիումի կարբիդային կերամիկական նյութերից պատրաստված նավակների հենարանները, նավակները և խողովակային արտադրանքները ունեն ավելի բարձր ամրություն, ավելի լավ ջերմային կայունություն, բարձր ջերմաստիճաններում դեֆորմացիա չեն ունենում և քվարցային նյութերի համեմատ 5 անգամ ավելի երկար ծառայության ժամկետ ունեն, ինչը կարող է զգալիորեն կրճատել օգտագործման արժեքը և սպասարկման ու պարապուրդի պատճառով էներգիայի կորուստը: Գնային առավելությունը ակնհայտ է, իսկ հումքի աղբյուրը՝ լայն:

Դրանցից, ռեակցիայի միջոցով սինթերացված սիլիցիումի կարբիդը (RBSiC) ունի ցածր սինթերացման ջերմաստիճան, ցածր արտադրական արժեք, նյութի բարձր խտություն և գրեթե առանց ծավալային կծկման ռեակցիայի սինթերացման ընթացքում: Այն հատկապես հարմար է մեծ չափի և բարդ կառուցվածքային մասերի պատրաստման համար: Հետևաբար, այն առավել հարմար է մեծ չափի և բարդ արտադրանքի արտադրության համար, ինչպիսիք են նավակների հենարանները, նավակները, կոնսոլային թիակները, վառարանի խողովակները և այլն:

Սիլիկոնային կարբիդային վաֆլի նավակներապագայում նույնպես մեծ զարգացման հեռանկարներ ունեն: Անկախ LPCVD գործընթացից կամ բորի ընդարձակման գործընթացից, քվարցային նավակի կյանքի տևողությունը համեմատաբար ցածր է, և քվարցային նյութի ջերմային ընդարձակման գործակիցը անհամապատասխան է սիլիցիումի կարբիդային նյութի ջերմային ընդարձակման գործակցին: Հետևաբար, բարձր ջերմաստիճանում սիլիցիումի կարբիդային նավակի պահիչի հետ համապատասխանեցման գործընթացում հեշտ է շեղումներ ունենալ, ինչը հանգեցնում է նավակի ցնցման կամ նույնիսկ կոտրման իրավիճակի: Սիլիցիումի կարբիդային նավակը ընդունում է միաձուլման և ընդհանուր մշակման գործընթացային ուղին: Դրա ձևի և դիրքի հանդուրժողականության պահանջները բարձր են, և այն ավելի լավ է համագործակցում սիլիցիումի կարբիդային նավակի պահիչի հետ: Բացի այդ, սիլիցիումի կարբիդն ունի բարձր ամրություն, և նավակը շատ ավելի քիչ հավանական է կոտրվի մարդկային բախման պատճառով, քան քվարցային նավակը:

Սիլիկոնային կարբիդային վաֆլի նավակ

Վառարանի խողովակը վառարանի հիմնական ջերմափոխանակման բաղադրիչն է, որը դեր է խաղում ջերմամեկուսացման և միատարր ջերմափոխանակման գործում: Քվարցային վառարանի խողովակների համեմատ, սիլիցիումի կարբիդային վառարանի խողովակները ունեն լավ ջերմահաղորդականություն, միատարր տաքացում և լավ ջերմային կայունություն, և դրանց ծառայության ժամկետը քվարցային խողովակների կյանքից 5 անգամ ավելի է:

Ամփոփում

Ընդհանուր առմամբ, թե՛ արտադրանքի կատարողականի, թե՛ օգտագործման արժեքի առումով, սիլիցիումի կարբիդային կերամիկական նյութերը արևային մարտկոցների ոլորտի որոշակի ասպեկտներում ավելի շատ առավելություններ ունեն, քան քվարցային նյութերը: Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկական նյութերի կիրառումը ֆոտովոլտային արդյունաբերության մեջ մեծապես օգնել է ֆոտովոլտային ընկերություններին կրճատել օժանդակ նյութերի ներդրումային ծախսերը և բարելավել արտադրանքի որակը և մրցունակությունը: Ապագայում, մեծ չափի սիլիցիումի կարբիդային վառարանային խողովակների, բարձր մաքրության սիլիցիումի կարբիդային նավակների և նավակների հենարանների լայնածավալ կիրառման և ծախսերի շարունակական կրճատման շնորհիվ, սիլիցիումի կարբիդային կերամիկական նյութերի կիրառումը ֆոտովոլտային մարտկոցների ոլորտում կդառնա լուսային էներգիայի փոխակերպման արդյունավետության բարելավման և ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության ոլորտում արդյունաբերության ծախսերի կրճատման հիմնական գործոն և կարևոր ազդեցություն կունենա ֆոտովոլտային նոր էներգիայի զարգացման վրա: