Con il continuo sviluppo del mondo odierno, le energie non rinnovabili si stanno esaurendo sempre di più e la società umana è sempre più spinta a utilizzare le energie rinnovabili rappresentate da "vento, luce, acqua e nucleare". Rispetto ad altre fonti di energia rinnovabile, gli esseri umani dispongono della tecnologia più matura, sicura e affidabile per l'utilizzo dell'energia solare. Tra queste, l'industria delle celle fotovoltaiche con silicio ad alta purezza come substrato si è sviluppata in modo estremamente rapido. Entro la fine del 2023, la capacità cumulativa installata di energia solare fotovoltaica nel mio Paese ha superato i 250 gigawatt e la produzione di energia fotovoltaica ha raggiunto i 266,3 miliardi di kWh, con un aumento di circa il 30% su base annua, mentre la nuova capacità di generazione di energia è di 78,42 milioni di kilowatt, con un aumento del 154% su base annua. Alla fine di giugno, la capacità cumulativa installata di energia fotovoltaica era di circa 470 milioni di kilowatt, superando l'energia idroelettrica e diventando la seconda fonte energetica più grande nel mio Paese.
Mentre l'industria fotovoltaica si sta sviluppando rapidamente, anche l'industria dei nuovi materiali che la supportano si sta sviluppando rapidamente. Componenti al quarzo comecrogioli di quarzoTra questi, le barchette e le bottiglie di quarzo svolgono un ruolo importante nel processo di produzione fotovoltaica. Ad esempio, i crogioli di quarzo vengono utilizzati per contenere il silicio fuso nella produzione di barre e lingotti di silicio; barchette, tubi, bottiglie, vasche di pulizia, ecc. di quarzo svolgono una funzione portante nei collegamenti di diffusione, pulizia e altri processi nella produzione di celle solari, ecc., garantendo la purezza e la qualità dei materiali in silicio.
Principali applicazioni dei componenti in quarzo per la produzione fotovoltaica
Nel processo di produzione delle celle solari fotovoltaiche, i wafer di silicio vengono posizionati su una navicella, che a sua volta viene posizionata su un supporto per diffusione, LPCVD e altri processi termici. La pala a sbalzo in carburo di silicio è il componente di carico chiave per spostare il supporto che trasporta i wafer di silicio dentro e fuori dal forno di riscaldamento. Come mostrato nella figura seguente, la pala a sbalzo in carburo di silicio può garantire la concentricità del wafer di silicio e del tubo del forno, rendendo così la diffusione e la passivazione più uniformi. Allo stesso tempo, è priva di inquinamento e non si deforma alle alte temperature, ha una buona resistenza agli shock termici e un'elevata capacità di carico ed è stata ampiamente utilizzata nel campo delle celle fotovoltaiche.
Diagramma schematico dei componenti chiave del caricamento della batteria
Nel processo di diffusione di atterraggio morbido, la tradizionale barca di quarzo ebarca di cialdaIl supporto deve essere posizionato insieme al wafer di silicio e al supporto della barchetta di quarzo nel tubo di quarzo nel forno a diffusione. In ogni processo di diffusione, il supporto della barchetta di quarzo riempito con wafer di silicio viene posizionato sulla paletta in carburo di silicio. Dopo che la paletta in carburo di silicio è entrata nel tubo di quarzo, la paletta si abbassa automaticamente per appoggiare il supporto della barchetta di quarzo e il wafer di silicio, per poi tornare lentamente alla posizione di origine. Dopo ogni processo, il supporto della barchetta di quarzo deve essere rimosso dal forno.pagaia in carburo di silicioUn utilizzo così frequente causerà l'usura prolungata del supporto in quarzo. Una volta che il supporto in quarzo si crepa e si rompe, l'intero supporto si staccherà dalla paletta in carburo di silicio, danneggiando le parti in quarzo, i wafer di silicio e le palette in carburo di silicio sottostanti. La paletta in carburo di silicio è costosa e non può essere riparata. Un incidente può causare ingenti danni materiali.
Nel processo LPCVD, non solo si verificano i problemi di stress termico sopra menzionati, ma poiché il processo LPCVD richiede il passaggio del gas silano attraverso il wafer di silicio, il processo a lungo termine formerà anche un rivestimento di silicio sul supporto del wafer e sulla barca stessa. A causa dell'incoerenza dei coefficienti di dilatazione termica del silicio e del quarzo rivestiti, il supporto e la barca si crepano, riducendone notevolmente la durata. La durata delle barchette e dei supporti in quarzo comuni nel processo LPCVD è solitamente di soli 2-3 mesi. Pertanto, è particolarmente importante migliorare il materiale del supporto per aumentarne la resistenza e la durata, evitando così tali incidenti.
In breve, con l'aumentare dei tempi e del numero di cicli di processo durante la produzione di celle solari, le barchette di quarzo e altri componenti sono soggetti a crepe nascoste o addirittura rotture. La durata delle barchette e dei tubi di quarzo nelle attuali linee di produzione tradizionali in Cina è di circa 3-6 mesi e devono essere fermati regolarmente per la pulizia, la manutenzione e la sostituzione dei supporti di quarzo. Inoltre, la sabbia di quarzo ad alta purezza utilizzata come materia prima per i componenti in quarzo è attualmente soggetta a una stretta tra domanda e offerta e il prezzo si mantiene a un livello elevato da molto tempo, il che ovviamente non favorisce il miglioramento dell'efficienza produttiva e i benefici economici.
Ceramica al carburo di silicio"presentarsi"
Ora è stato inventato un materiale con prestazioni migliori per sostituire alcuni componenti in quarzo: la ceramica al carburo di silicio.
Le ceramiche al carburo di silicio presentano buona resistenza meccanica, stabilità termica, resistenza alle alte temperature, resistenza all'ossidazione, resistenza agli shock termici e alla corrosione chimica, e sono ampiamente utilizzate in settori caldi come la metallurgia, la meccanica, le nuove energie, i materiali da costruzione e i prodotti chimici. Le sue prestazioni sono inoltre sufficienti per la diffusione delle celle TOPcon nella produzione fotovoltaica, LPCVD (deposizione chimica da vapore a bassa pressione), PECVD (deposizione chimica da vapore al plasma) e altri processi termici.
Supporto per barca in carburo di silicio LPCVD e supporto per barca in carburo di silicio espanso al boro
Rispetto ai tradizionali materiali al quarzo, supporti per imbarcazioni, imbarcazioni e prodotti tubolari realizzati in materiali ceramici al carburo di silicio offrono maggiore resistenza, migliore stabilità termica, nessuna deformazione ad alte temperature e una durata oltre 5 volte superiore a quella dei materiali al quarzo, il che può ridurre significativamente i costi di utilizzo e la perdita di energia causata da manutenzione e tempi di fermo. Il vantaggio in termini di costi è evidente e l'ampia disponibilità di materie prime.
Tra questi, il carburo di silicio sinterizzato per reazione (RBSiC) presenta basse temperature di sinterizzazione, bassi costi di produzione, elevata densificazione del materiale e ritiro di volume pressoché nullo durante la sinterizzazione per reazione. È particolarmente adatto alla preparazione di componenti strutturali di grandi dimensioni e di forma complessa. Pertanto, è particolarmente indicato per la produzione di prodotti di grandi dimensioni e complessi come supporti per imbarcazioni, imbarcazioni, pale a sbalzo, tubi per forni, ecc.
Barche in wafer di carburo di silicioPresentano inoltre ottime prospettive di sviluppo in futuro. Indipendentemente dal processo LPCVD o dal processo di espansione al boro, la durata della navicella in quarzo è relativamente breve e il coefficiente di dilatazione termica del quarzo è incoerente con quello del carburo di silicio. Pertanto, è facile che si verifichino deviazioni nel processo di adattamento con il supporto della navicella in carburo di silicio ad alte temperature, che possono causare vibrazioni o addirittura la rottura della navicella. La navicella in carburo di silicio adotta il processo di stampaggio monoblocco e la relativa lavorazione complessiva. I requisiti di tolleranza di forma e posizione sono elevati e si integra meglio con il supporto della navicella in carburo di silicio. Inoltre, il carburo di silicio presenta un'elevata resistenza e la navicella ha molte meno probabilità di rompersi a causa di urti umani rispetto alla navicella in quarzo.
Barca in wafer di carburo di silicio
Il tubo del forno è il componente principale del forno per lo scambio termico, che svolge un ruolo importante nella tenuta e nell'uniformità del trasferimento termico. Rispetto ai tubi al quarzo, i tubi in carburo di silicio offrono una buona conduttività termica, un riscaldamento uniforme e una buona stabilità termica, con una durata oltre 5 volte superiore a quella dei tubi al quarzo.
Riepilogo
In generale, sia in termini di prestazioni del prodotto che di costi di utilizzo, i materiali ceramici al carburo di silicio presentano maggiori vantaggi rispetto ai materiali al quarzo in alcuni aspetti del settore delle celle solari. L'applicazione dei materiali ceramici al carburo di silicio nel settore fotovoltaico ha notevolmente aiutato le aziende del settore a ridurre i costi di investimento in materiali ausiliari e a migliorare la qualità e la competitività dei prodotti. In futuro, con l'applicazione su larga scala di tubi per forni in carburo di silicio di grandi dimensioni, di contenitori e supporti per contenitori in carburo di silicio ad elevata purezza e con la continua riduzione dei costi, l'applicazione dei materiali ceramici al carburo di silicio nel campo delle celle fotovoltaiche diventerà un fattore chiave per migliorare l'efficienza della conversione dell'energia luminosa e ridurre i costi industriali nel campo della generazione di energia fotovoltaica, e avrà un impatto importante sullo sviluppo di nuove fonti di energia fotovoltaica.
Data di pubblicazione: 05-11-2024