Con il continuo sviluppo del mondo odierno, le risorse energetiche non rinnovabili si stanno esaurendo sempre più e la società umana sente l'urgenza di utilizzare le energie rinnovabili, rappresentate da "vento, luce, acqua e nucleare". Rispetto ad altre fonti di energia rinnovabile, l'umanità possiede la tecnologia più matura, sicura e affidabile per l'utilizzo dell'energia solare. In particolare, l'industria delle celle fotovoltaiche con silicio ad alta purezza come substrato si è sviluppata estremamente rapidamente. Entro la fine del 2023, la capacità installata cumulativa 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, e la nuova capacità di produzione di energia è stata di 78,42 milioni di kilowatt, con un aumento del 154% su base annua. Alla fine di giugno, la capacità installata cumulativa di produzione di energia fotovoltaica era di circa 470 milioni di kilowatt, superando l'energia idroelettrica e diventando la seconda fonte di energia più importante del 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, figurano le barchette e le bottiglie di quarzo, che 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. in quarzo svolgono una funzione di supporto nelle fasi di diffusione, pulizia e altri passaggi del processo di produzione delle celle solari, garantendo la purezza e la qualità dei materiali a base di silicio.
Principali applicazioni dei componenti al quarzo nella produzione fotovoltaica
Nel processo di produzione delle celle fotovoltaiche, i wafer di silicio vengono posizionati su una "navetta" e quest'ultima su un supporto per i wafer, per i processi termici di diffusione, LPCVD e altri. La paletta a sbalzo in carburo di silicio è il componente chiave per il movimento del supporto che trasporta i wafer di silicio all'interno e all'esterno del forno di riscaldamento. Come mostrato nella figura sottostante, la paletta a sbalzo in carburo di silicio garantisce la concentricità del wafer di silicio e del tubo del forno, rendendo così la diffusione e la passivazione più uniformi. Allo stesso tempo, è ecologica, non si deforma alle alte temperature, presenta una buona resistenza agli shock termici e un'elevata capacità di carico, ed è ampiamente utilizzata nel settore delle celle fotovoltaiche.
Schema dei principali componenti di caricamento della batteria
Nel processo di diffusione dell'atterraggio morbido, la tradizionale barchetta di quarzo ebarca di waferIl supporto deve essere inserito insieme al supporto a barchetta di quarzo nel tubo di quarzo nel forno di diffusione. In ogni processo di diffusione, il supporto a barchetta di quarzo riempito con i wafer di silicio viene posizionato sulla paletta di carburo di silicio. Dopo che la paletta di carburo di silicio entra nel tubo di quarzo, la paletta affonda automaticamente per depositare il supporto a barchetta di quarzo e il wafer di silicio, e poi torna lentamente all'origine. Dopo ogni processo, il supporto a barchetta di quarzo deve essere rimosso dalpaletta in carburo di silicioUn funzionamento così frequente causerà l'usura del supporto della barchetta di quarzo nel tempo. Quando il supporto della barchetta di quarzo si incrina 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 riparabile. Un eventuale incidente causerebbe ingenti danni materiali.
Nel processo LPCVD, oltre ai problemi di stress termico sopra menzionati, poiché il processo richiede il passaggio di gas silano attraverso il wafer di silicio, a lungo termine si formerà anche un rivestimento di silicio sul supporto e sul wafer stesso. A causa della differenza nei coefficienti di dilatazione termica tra il silicio rivestito e il quarzo, il supporto e il wafer si creperanno, riducendo drasticamente la loro durata. La durata dei normali wafer e supporti in quarzo nel processo LPCVD è in genere di soli 2-3 mesi. Pertanto, è particolarmente importante migliorare il materiale del supporto del wafer per aumentarne la resistenza e la durata, al fine di evitare tali inconvenienti.
In breve, con l'aumento dei tempi e del numero di cicli di produzione delle celle solari, le barchette di quarzo e altri componenti sono soggetti a crepe nascoste o addirittura a rotture. La durata delle barchette e dei tubi di quarzo nelle attuali linee di produzione principali in Cina è di circa 3-6 mesi, e sono necessari arresti regolari 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 forte domanda e offerta, e il prezzo si mantiene elevato da tempo, il che ovviamente non favorisce il miglioramento dell'efficienza produttiva e dei benefici economici.
ceramiche al carburo di silicio“presentarsi”
Ora, è stato sviluppato un materiale con prestazioni migliori per sostituire alcuni componenti al quarzo: la ceramica al carburo di silicio.
Le ceramiche al carburo di silicio possiedono una buona resistenza meccanica, stabilità termica, resistenza alle alte temperature, resistenza all'ossidazione, resistenza agli shock termici e resistenza alla corrosione chimica, e sono ampiamente utilizzate in settori ad alta temperatura come la metallurgia, la meccanica, le energie rinnovabili, i materiali da costruzione e l'industria chimica. Le loro prestazioni sono inoltre adeguate per la diffusione delle celle TOPcon nella produzione fotovoltaica, nella deposizione chimica da fase vapore a bassa pressione (LPCVD), nella deposizione chimica da fase vapore al plasma (PECVD) e in altri processi termici.
Supporto per barca in carburo di silicio LPCVD e supporto per barca in carburo di silicio espanso al boro
Rispetto ai materiali tradizionali al quarzo, i supporti per imbarcazioni, le barche e i prodotti tubolari realizzati in ceramica di carburo di silicio presentano una maggiore resistenza, una migliore stabilità termica, non si deformano alle alte temperature e hanno una durata di vita superiore di oltre 5 volte rispetto ai materiali al quarzo, il che può ridurre significativamente i costi di utilizzo e le perdite di energia causate da manutenzione e tempi di inattività. Il vantaggio in termini di costi è evidente e la fonte delle materie prime è ampia.
Tra questi, il carburo di silicio sinterizzato per reazione (RBSiC) presenta una bassa temperatura di sinterizzazione, bassi costi di produzione, elevata densificazione del materiale e una contrazione volumetrica pressoché nulla durante il processo. È particolarmente adatto alla realizzazione di componenti strutturali di grandi dimensioni e di forma complessa. Pertanto, risulta ideale per la produzione di prodotti di grandi dimensioni e di forma complessa come supporti per imbarcazioni, barche, pale a sbalzo, tubi per forni, ecc.
barchette di wafer in carburo di silicioHanno anche grandi prospettive di sviluppo per il futuro. Indipendentemente dal processo LPCVD o dal processo di espansione del boro, la durata della barchetta di quarzo è relativamente breve e il coefficiente di dilatazione termica del materiale di quarzo non è compatibile con quello del carburo di silicio. Pertanto, è facile che si verifichino deviazioni durante il processo di accoppiamento con il supporto in carburo di silicio ad alta temperatura, il che può portare a vibrazioni o addirittura alla rottura della barchetta. La barchetta in carburo di silicio adotta un processo di stampaggio in un unico pezzo e lavorazione complessiva. I suoi requisiti di tolleranza di forma e posizione sono elevati e si adatta meglio al supporto in carburo di silicio. Inoltre, il carburo di silicio ha un'elevata resistenza e la barchetta ha molte meno probabilità di rompersi a causa di urti rispetto alla barchetta di quarzo.
barca per wafer di carburo di silicio
Il tubo del forno è il principale componente di scambio termico del forno stesso, che svolge un ruolo fondamentale nella tenuta e nella distribuzione uniforme del calore. Rispetto ai tubi in quarzo, i tubi in carburo di silicio presentano una buona conduttività termica, un riscaldamento uniforme e una buona stabilità termica, oltre a una durata di oltre 5 volte superiore a quella dei tubi in 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 determinati aspetti del settore delle celle solari. L'applicazione dei materiali ceramici al carburo di silicio nell'industria fotovoltaica ha notevolmente aiutato le aziende del settore a ridurre i costi di investimento dei 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, crogioli e supporti in carburo di silicio ad alta purezza e 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 di conversione dell'energia luminosa e ridurre i costi del settore della produzione di energia fotovoltaica, con un impatto significativo sullo sviluppo delle nuove energie fotovoltaiche.
Data di pubblicazione: 05-11-2024