Dengan terus berkembangnya dunia saat ini, energi tak terbarukan menjadi semakin menipis, dan masyarakat manusia semakin mendesak untuk menggunakan energi terbarukan yang diwakili oleh "angin, cahaya, air, dan nuklir". Dibandingkan dengan sumber energi terbarukan lainnya, manusia memiliki teknologi yang paling matang, aman, dan andal untuk menggunakan energi matahari. Di antara mereka, industri sel fotovoltaik dengan silikon dengan kemurnian tinggi sebagai substrat telah berkembang sangat pesat. Pada akhir tahun 2023, kapasitas terpasang fotovoltaik surya kumulatif negara saya telah melampaui 250 gigawatt, dan pembangkit listrik fotovoltaik telah mencapai 266,3 miliar kWh, meningkat sekitar 30% dari tahun ke tahun, dan kapasitas pembangkit listrik yang baru ditambahkan adalah 78,42 juta kilowatt, meningkat 154% dari tahun ke tahun. Hingga akhir Juni, kapasitas terpasang kumulatif pembangkit listrik fotovoltaik sekitar 470 juta kilowatt, yang telah melampaui tenaga air untuk menjadi sumber listrik terbesar kedua di negara saya.
Sementara industri fotovoltaik berkembang pesat, industri material baru yang mendukungnya juga berkembang pesat. Komponen kuarsa sepertiwadah kuarsa, perahu kuarsa, dan botol kuarsa termasuk di antaranya, yang memainkan peran penting dalam proses produksi fotovoltaik. Misalnya, wadah kuarsa digunakan untuk menampung silikon cair dalam produksi batang silikon dan batang silikon; perahu kuarsa, tabung, botol, tangki pembersih, dll. memainkan fungsi bantalan dalam difusi, pembersihan, dan hubungan proses lainnya dalam produksi sel surya, dll., yang memastikan kemurnian dan kualitas bahan silikon.
Aplikasi utama komponen kuarsa untuk manufaktur fotovoltaik
Dalam proses pembuatan sel fotovoltaik surya, wafer silikon ditempatkan pada perahu wafer, dan perahu tersebut ditempatkan pada penyangga perahu wafer untuk difusi, LPCVD, dan proses termal lainnya, sementara dayung kantilever silikon karbida merupakan komponen pemuatan utama untuk memindahkan penyangga perahu yang membawa wafer silikon ke dalam dan keluar dari tungku pemanas. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah, dayung kantilever silikon karbida dapat memastikan konsentrisitas wafer silikon dan tabung tungku, sehingga membuat difusi dan pasivasi lebih seragam. Pada saat yang sama, dayung ini bebas polusi dan tidak mengalami deformasi pada suhu tinggi, memiliki ketahanan guncangan termal yang baik dan kapasitas beban yang besar, serta telah banyak digunakan di bidang sel fotovoltaik.
Diagram skema komponen utama pemuatan baterai
Dalam proses difusi pendaratan lunak, perahu kuarsa tradisional danperahu waferpenyangga perlu meletakkan wafer silikon bersama dengan penyangga perahu kuarsa ke dalam tabung kuarsa di tungku difusi. Dalam setiap proses difusi, penyangga perahu kuarsa yang diisi dengan wafer silikon ditempatkan pada dayung silikon karbida. Setelah dayung silikon karbida memasuki tabung kuarsa, dayung secara otomatis tenggelam untuk meletakkan penyangga perahu kuarsa dan wafer silikon, dan kemudian perlahan-lahan kembali ke asal. Setelah setiap proses, penyangga perahu kuarsa perlu dikeluarkan daridayung silikon karbida. Pengoperasian yang terlalu sering akan menyebabkan penyangga perahu kuarsa aus dalam jangka waktu yang lama. Setelah penyangga perahu kuarsa retak dan pecah, seluruh penyangga perahu kuarsa akan terlepas dari dayung silikon karbida, lalu merusak bagian kuarsa, wafer silikon, dan dayung silikon karbida di bawahnya. Dayung silikon karbida mahal dan tidak dapat diperbaiki. Begitu terjadi kecelakaan, akan menyebabkan kerugian harta benda yang besar.
Dalam proses LPCVD, tidak hanya masalah tegangan termal yang disebutkan di atas yang akan terjadi, tetapi karena proses LPCVD memerlukan gas silana untuk melewati wafer silikon, proses jangka panjang juga akan membentuk lapisan silikon pada penyangga perahu wafer dan perahu wafer. Karena ketidakkonsistenan koefisien ekspansi termal silikon dan kuarsa yang dilapisi, penyangga perahu dan perahu akan retak, dan masa pakainya akan berkurang drastis. Masa pakai perahu kuarsa biasa dan penyangga perahu dalam proses LPCVD biasanya hanya 2 hingga 3 bulan. Oleh karena itu, sangat penting untuk meningkatkan bahan penyangga perahu guna meningkatkan kekuatan dan masa pakai penyangga perahu untuk menghindari kecelakaan tersebut.
Singkatnya, seiring dengan bertambahnya waktu proses dan jumlah kali selama produksi sel surya, perahu kuarsa dan komponen lainnya rentan terhadap retakan tersembunyi atau bahkan pecah. Masa pakai perahu kuarsa dan tabung kuarsa di jalur produksi utama saat ini di Tiongkok adalah sekitar 3-6 bulan, dan perlu ditutup secara berkala untuk pembersihan, perawatan, dan penggantian pembawa kuarsa. Selain itu, pasir kuarsa dengan kemurnian tinggi yang digunakan sebagai bahan baku untuk komponen kuarsa saat ini dalam keadaan pasokan dan permintaan yang ketat, dan harganya telah berjalan pada level tinggi untuk waktu yang lama, yang jelas tidak kondusif untuk meningkatkan efisiensi produksi dan manfaat ekonomi.
Keramik silikon karbida"datang"
Sekarang, orang telah menemukan material dengan kinerja lebih baik untuk menggantikan beberapa komponen kuarsa—keramik silikon karbida.
Keramik silikon karbida memiliki kekuatan mekanis, stabilitas termal, ketahanan suhu tinggi, ketahanan oksidasi, ketahanan guncangan termal, dan ketahanan korosi kimia yang baik, dan banyak digunakan dalam bidang-bidang panas seperti metalurgi, permesinan, energi baru, serta bahan bangunan dan kimia. Kinerjanya juga memadai untuk difusi sel TOPcon dalam manufaktur fotovoltaik, LPCVD (deposisi uap kimia bertekanan rendah), PECVD (deposisi uap kimia plasma), dan hubungan proses termal lainnya.
Penyangga perahu silikon karbida LPCVD dan penyangga perahu silikon karbida yang diperluas dengan boron
Dibandingkan dengan material kuarsa tradisional, penyangga perahu, perahu, dan produk tabung yang terbuat dari material keramik silikon karbida memiliki kekuatan yang lebih tinggi, stabilitas termal yang lebih baik, tidak mengalami deformasi pada suhu tinggi, dan masa pakai lebih dari 5 kali lipat dari material kuarsa, yang secara signifikan dapat mengurangi biaya penggunaan dan hilangnya energi yang disebabkan oleh perawatan dan waktu henti. Keunggulan biaya jelas, dan sumber bahan bakunya luas.
Di antara semuanya, silikon karbida sinter reaksi (RBSiC) memiliki suhu sintering rendah, biaya produksi rendah, densifikasi material tinggi, dan hampir tidak ada penyusutan volume selama sintering reaksi. Sangat cocok untuk persiapan komponen struktural berukuran besar dan berbentuk kompleks. Oleh karena itu, sangat cocok untuk produksi produk berukuran besar dan kompleks seperti penyangga perahu, perahu, dayung kantilever, tabung tungku, dll.
Perahu wafer silikon karbidajuga memiliki prospek pengembangan yang besar di masa depan. Terlepas dari proses LPCVD atau proses ekspansi boron, masa pakai perahu kuarsa relatif rendah, dan koefisien ekspansi termal bahan kuarsa tidak konsisten dengan bahan silikon karbida. Oleh karena itu, mudah terjadi penyimpangan dalam proses pencocokan dengan dudukan perahu silikon karbida pada suhu tinggi, yang mengarah pada situasi mengguncang perahu atau bahkan memecahkan perahu. Perahu silikon karbida mengadopsi rute proses pencetakan satu bagian dan pemrosesan keseluruhan. Persyaratan toleransi bentuk dan posisinya tinggi, dan bekerja sama lebih baik dengan dudukan perahu silikon karbida. Selain itu, silikon karbida memiliki kekuatan tinggi, dan perahu jauh lebih kecil kemungkinannya untuk pecah karena tabrakan manusia daripada perahu kuarsa.
Perahu wafer silikon karbida
Tabung tungku merupakan komponen perpindahan panas utama dari tungku, yang berperan dalam penyegelan dan perpindahan panas yang seragam. Dibandingkan dengan tabung tungku kuarsa, tabung tungku silikon karbida memiliki konduktivitas termal yang baik, pemanasan yang seragam, dan stabilitas termal yang baik, dan masa pakainya lebih dari 5 kali lipat dari tabung kuarsa.
Ringkasan
Secara umum, baik dalam hal kinerja produk maupun biaya penggunaan, bahan keramik silikon karbida memiliki lebih banyak keunggulan daripada bahan kuarsa dalam aspek tertentu di bidang sel surya. Penerapan bahan keramik silikon karbida dalam industri fotovoltaik telah sangat membantu perusahaan fotovoltaik mengurangi biaya investasi bahan pembantu dan meningkatkan kualitas dan daya saing produk. Di masa depan, dengan penerapan tabung tungku silikon karbida ukuran besar, perahu silikon karbida kemurnian tinggi dan penyangga perahu dalam skala besar dan pengurangan biaya yang berkelanjutan, penerapan bahan keramik silikon karbida di bidang sel fotovoltaik akan menjadi faktor kunci dalam meningkatkan efisiensi konversi energi cahaya dan mengurangi biaya industri di bidang pembangkitan listrik fotovoltaik, dan akan berdampak penting pada pengembangan energi baru fotovoltaik.
Waktu posting: 05-Nov-2024