Dengan perkembangan dunia saat ini yang terus berlanjut, energi tak terbarukan 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 antaranya, industri sel fotovoltaik dengan silikon kemurnian tinggi sebagai substrat telah berkembang sangat pesat. Pada akhir tahun 2023, kapasitas terpasang kumulatif fotovoltaik surya di negara kita telah melampaui 250 gigawatt, dan pembangkit listrik fotovoltaik telah mencapai 266,3 miliar kWh, meningkat sekitar 30% dari tahun sebelumnya, dan kapasitas pembangkit listrik yang baru ditambahkan adalah 78,42 juta kilowatt, meningkat 154% dari tahun sebelumnya. Hingga akhir Juni, kapasitas terpasang kumulatif pembangkit listrik fotovoltaik sekitar 470 juta kilowatt, yang telah melampaui tenaga air dan menjadi sumber energi terbesar kedua di negara kita.
Seiring dengan perkembangan pesat industri fotovoltaik, industri material baru yang mendukungnya juga berkembang pesat. Komponen kuarsa seperticawan kuarsaDi antaranya adalah wadah kuarsa dan botol kuarsa, yang memainkan peran penting dalam proses pembuatan fotovoltaik. Misalnya, wadah kuarsa digunakan untuk menampung silikon cair dalam produksi batang silikon dan ingot silikon; wadah kuarsa, tabung, botol, tangki pembersih, dll. berperan sebagai penampung dalam proses difusi, pembersihan, dan tahapan proses lainnya dalam produksi sel surya, dll., untuk memastikan kemurnian dan kualitas material silikon.
Aplikasi utama komponen kuarsa untuk manufaktur fotovoltaik
Dalam proses manufaktur sel fotovoltaik surya, wafer silikon ditempatkan di atas wadah wafer, dan wadah tersebut ditempatkan di atas penyangga wadah wafer untuk difusi, LPCVD, dan proses termal lainnya. Sementara itu, dayung kantilever silikon karbida merupakan komponen pembebanan utama untuk menggerakkan penyangga wadah yang membawa wafer silikon masuk 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, komponen ini bebas polusi dan tidak berubah bentuk pada suhu tinggi, memiliki ketahanan terhadap guncangan termal yang baik dan kapasitas beban yang besar, serta telah banyak digunakan di bidang sel fotovoltaik.
Diagram skematik komponen utama pengisian baterai.
Dalam proses difusi pendaratan lunak, perahu kuarsa tradisional danperahu waferUntuk proses difusi, wafer silikon beserta penyangga perahu kuarsa perlu dimasukkan ke dalam tabung kuarsa di dalam tungku difusi. Dalam setiap proses difusi, penyangga perahu kuarsa yang berisi wafer silikon diletakkan di atas dayung silikon karbida. Setelah dayung silikon karbida memasuki tabung kuarsa, dayung secara otomatis tenggelam untuk meletakkan penyangga perahu kuarsa dan wafer silikon, lalu perlahan kembali ke titik awal. Setelah setiap proses, penyangga perahu kuarsa perlu dikeluarkan dari tungku.dayung silikon karbidaPengoperasian yang sering seperti itu akan menyebabkan penyangga perahu kuarsa aus dalam jangka waktu lama. Begitu penyangga perahu kuarsa retak dan pecah, seluruh penyangga perahu kuarsa akan terlepas dari dayung silikon karbida, dan kemudian merusak bagian kuarsa, lempengan silikon, dan dayung silikon karbida di bawahnya. Dayung silikon karbida mahal dan tidak dapat diperbaiki. Jika terjadi kecelakaan, akan menyebabkan kerugian harta benda yang sangat besar.
Dalam proses LPCVD, tidak hanya masalah tegangan termal yang disebutkan di atas yang akan terjadi, tetapi karena proses LPCVD membutuhkan gas silana untuk melewati wafer silikon, proses jangka panjang juga akan membentuk lapisan silikon pada penyangga wafer dan wafer itu sendiri. Karena ketidaksesuaian koefisien ekspansi termal silikon yang dilapisi dan kuarsa, penyangga wafer dan wafer akan retak, dan masa pakainya akan berkurang secara signifikan. Masa pakai wafer dan penyangga wafer kuarsa biasa dalam proses LPCVD biasanya hanya 2 hingga 3 bulan. Oleh karena itu, sangat penting untuk meningkatkan material penyangga wafer untuk meningkatkan kekuatan dan masa pakai penyangga wafer guna menghindari kecelakaan tersebut.
Singkatnya, seiring bertambahnya waktu proses dan jumlah pengulangan selama produksi sel surya, wadah kuarsa dan komponen lainnya rentan terhadap retakan tersembunyi atau bahkan pecah. Masa pakai wadah kuarsa dan tabung kuarsa dalam jalur produksi utama saat ini di Tiongkok sekitar 3-6 bulan, dan perlu dimatikan secara berkala untuk pembersihan, perawatan, dan penggantian wadah kuarsa. Selain itu, pasir kuarsa dengan kemurnian tinggi yang digunakan sebagai bahan baku untuk komponen kuarsa saat ini berada dalam kondisi pasokan dan permintaan yang ketat, dan harganya telah berada pada level tinggi untuk waktu yang lama, yang jelas tidak kondusif untuk meningkatkan efisiensi produksi dan keuntungan ekonomi.
Keramik silikon karbida"datang"
Kini, orang-orang telah menemukan material dengan kinerja yang lebih baik untuk menggantikan beberapa komponen kuarsa—yaitu keramik silikon karbida.
Keramik silikon karbida memiliki kekuatan mekanik yang baik, stabilitas termal, ketahanan suhu tinggi, ketahanan oksidasi, ketahanan terhadap guncangan termal, dan ketahanan terhadap korosi kimia, serta banyak digunakan di bidang-bidang panas seperti metalurgi, permesinan, energi baru, dan bahan bangunan serta bahan kimia. Kinerjanya juga memadai untuk penyebaran sel TOPcon dalam pembuatan fotovoltaik, LPCVD (deposisi uap kimia tekanan rendah), PECVD (deposisi uap kimia plasma), dan mata rantai proses termal lainnya.
Penopang perahu silikon karbida LPCVD dan penopang 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 lebih tinggi, stabilitas termal lebih baik, tidak mengalami deformasi pada suhu tinggi, dan masa pakai lebih dari 5 kali lipat dibandingkan material kuarsa, yang dapat secara signifikan mengurangi biaya penggunaan dan kehilangan energi yang disebabkan oleh perawatan dan waktu henti. Keunggulan biaya sangat jelas, dan sumber bahan bakunya luas.
Di antara berbagai jenis silikon karbida, silikon karbida hasil sintering reaksi (RBSiC) memiliki suhu sintering rendah, biaya produksi rendah, densifikasi material tinggi, dan hampir tidak mengalami penyusutan volume selama sintering reaksi. Material ini sangat cocok untuk pembuatan komponen struktural berukuran besar dan berbentuk kompleks. Oleh karena itu, RBSiC paling sesuai untuk produksi produk berukuran besar dan kompleks seperti penyangga perahu, perahu, dayung kantilever, tabung tungku, dan lain-lain.
Perahu wafer silikon karbidaSelain itu, juga memiliki prospek pengembangan yang besar di masa depan. Terlepas dari proses LPCVD atau proses ekspansi boron, masa pakai wadah kuarsa relatif rendah, dan koefisien ekspansi termal material kuarsa tidak konsisten dengan material silikon karbida. Oleh karena itu, mudah terjadi penyimpangan dalam proses pencocokan dengan dudukan wadah silikon karbida pada suhu tinggi, yang menyebabkan wadah bergetar atau bahkan pecah. Wadah silikon karbida mengadopsi jalur proses pencetakan satu bagian dan pemrosesan keseluruhan. Persyaratan toleransi bentuk dan posisinya tinggi, dan lebih baik bekerja sama dengan dudukan wadah silikon karbida. Selain itu, silikon karbida memiliki kekuatan tinggi, dan wadah jauh lebih kecil kemungkinannya untuk pecah akibat benturan manusia dibandingkan wadah kuarsa.
Perahu wafer silikon karbida
Tabung tungku merupakan komponen perpindahan panas utama pada 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, serta masa pakainya lebih dari 5 kali lipat dari tabung kuarsa.
Ringkasan
Secara umum, baik dari segi kinerja produk maupun biaya penggunaan, material keramik silikon karbida memiliki lebih banyak keunggulan dibandingkan material kuarsa dalam aspek-aspek tertentu di bidang sel surya. Penerapan material keramik silikon karbida dalam industri fotovoltaik telah sangat membantu perusahaan fotovoltaik mengurangi biaya investasi material pendukung dan meningkatkan kualitas serta daya saing produk. Di masa depan, dengan penerapan skala besar tabung tungku silikon karbida berukuran besar, wadah dan penyangga wadah silikon karbida dengan kemurnian tinggi, serta penurunan biaya yang berkelanjutan, penerapan material keramik silikon karbida di bidang sel fotovoltaik akan menjadi faktor kunci dalam meningkatkan efisiensi konversi energi cahaya dan mengurangi biaya industri di bidang pembangkit listrik fotovoltaik, dan akan memiliki dampak penting pada pengembangan energi baru fotovoltaik.
Waktu posting: 05 November 2024