עם ההתפתחות המתמשכת של העולם של ימינו, אנרגיה שאינה מתחדשת הולכת ומתדלדלת, והחברה האנושית דחופה יותר ויותר להשתמש באנרגיה מתחדשת המיוצגת על ידי "רוח, אור, מים ואנרגיה גרעינית". בהשוואה למקורות אנרגיה מתחדשים אחרים, לבני האדם יש את הטכנולוגיה הבשלה, הבטוחה והאמינה ביותר לשימוש באנרגיה סולארית. ביניהן, תעשיית התאים הפוטו-וולטאיים עם סיליקון טוהר גבוה כמצע התפתחה במהירות רבה. עד סוף 2023, כושר הייצור הסולארי הפוטו-וולטאי המצטבר של ארצי עלה על 250 ג'יגה-וואט, וייצור חשמל פוטו-וולטאי הגיע ל-266.3 מיליארד קוט"ש, עלייה של כ-30% משנה לשנה, ויכולת ייצור החשמל שנוספה לאחרונה עומדת על 78.42 מיליון קילוואט, עלייה של 154% משנה לשנה. נכון לסוף יוני, כושר הייצור הפוטו-וולטאי המצטבר היה כ-470 מיליון קילוואט, ועבר את האנרגיה ההידרו-וולטאית והפך למקור החשמל השני בגודלו במדינה.
בעוד שתעשיית הפוטו-וולטאית מתפתחת במהירות, גם תעשיית החומרים החדשים התומכת בה מתפתחת במהירות. רכיבי קוורץ כגוןכורי קוורץסירות קוורץ ובקבוקי קוורץ נמנים ביניהם, הממלאים תפקיד חשוב בתהליך הייצור הפוטו-וולטאי. לדוגמה, כורי היתוך מקוורץ משמשים להחזקת סיליקון מותך בייצור מוטות סיליקון ומטילי סיליקון; סירות קוורץ, צינורות, בקבוקים, מיכלי ניקוי וכו' ממלאים תפקיד מיסבי בדיפוזיה, ניקוי ובחוליות תהליכיות אחרות בייצור תאים סולאריים וכו', ומבטיחים את טוהר ואיכות חומרי הסיליקון.
יישומים עיקריים של רכיבי קוורץ לייצור פוטו-וולטאי
בתהליך הייצור של תאים פוטו-וולטאיים סולאריים, פרוסות סיליקון מונחות על סירת פרוסות סיליקון, והסירה מונחת על תומך סירת פרוסות סיליקון לצורך דיפוזיה, LPCVD ותהליכים תרמיים אחרים, בעוד שהמשוט הקנטיליבר מסיליקון קרביד הוא רכיב הטעינה המרכזי להזזת תומך הסירה הנושא פרוסות סיליקון אל תוך ומחוץ לכבשן החימום. כפי שמוצג באיור למטה, משוט הקנטיליבר מסיליקון קרביד יכול להבטיח את הקונצנטריות של פרוסת הסיליקון וצינור הכבשן, ובכך להפוך את הדיפוזיה והפסיבציה לאחידות יותר. יחד עם זאת, הוא נטול זיהום ואינו מעוות בטמפרטורות גבוהות, בעל עמידות טובה להלם תרמי וקיבולת עומס גדולה, והוא נמצא בשימוש נרחב בתחום התאים הפוטו-וולטאיים.
תרשים סכמטי של רכיבי טעינת הסוללה העיקריים
בתהליך דיפוזיה של נחיתה רכה, סירת הקוורץ המסורתית וסירת ופליש צורך להכניס את פרוסת הסיליקון יחד עם תמיכת סירת הקוורץ לתוך צינור הקוורץ בתנור הדיפוזיה. בכל תהליך דיפוזיה, תמיכת סירת הקוורץ המלאה בפרוסות סיליקון מונחת על משוט הסיליקון קרביד. לאחר שמשוט הסיליקון קרביד נכנס לצינור הקוורץ, המשוט שוקע אוטומטית כדי להניח את תמיכת סירת הקוורץ ופרוסת הסיליקון, ולאחר מכן חוזר באיטיות למקור. לאחר כל תהליך, יש להסיר את תמיכת סירת הקוורץ מה...משוט סיליקון קרבידפעולה תכופה שכזו תגרום לבלאי של תומך סירת הקוורץ לאורך זמן. ברגע שתמך סירת הקוורץ יסדק ונשבר, כל תומך סירת הקוורץ ייפול ממשוט הסיליקון קרביד, ואז יגרום נזק לחלקי הקוורץ, פרוסות הסיליקון ומשוטי הסיליקון קרביד שמתחת. משוט הסיליקון קרביד יקר ואינו ניתן לתיקון. ברגע שמתרחשת תאונה, היא תגרום להפסדי רכוש עצומים.
בתהליך LPCVD, לא רק שיתרחשו בעיות הלחץ התרמי שהוזכרו לעיל, אלא שמכיוון שתהליך LPCVD דורש גז סילאן כדי לעבור דרך פרוסת הסיליקון, התהליך ארוך הטווח ייצור גם ציפוי סיליקון על תמיכת סירת הוופל ועל סירת הוופל. עקב חוסר העקביות במקדמי ההתפשטות התרמית של הסיליקון והקוורץ המצופים, תמיכת הסירה והסירה יסדקו, ותוחלת החיים תפחת באופן משמעותי. תוחלת החיים של סירות קוורץ ותמיכות סירה רגילות בתהליך LPCVD היא בדרך כלל רק 2 עד 3 חודשים. לכן, חשוב במיוחד לשפר את חומר תמיכת הסירה כדי להגדיל את חוזק וחיי השירות של תמיכת הסירה ולמנוע תאונות כאלה.
בקיצור, ככל שזמן התהליך ומספר הפעמים שעולים במהלך ייצור תאי השמש, סירות קוורץ ורכיבים אחרים נוטים לסדקים נסתרים או אפילו לשברים. אורך החיים של סירות קוורץ וצינורות קוורץ בקווי הייצור המרכזיים הנוכחיים בסין הוא כ-3-6 חודשים, ויש צורך לסגור אותם באופן קבוע לצורך ניקוי, תחזוקה והחלפה של נשאי קוורץ. יתר על כן, חול הקוורץ בעל הטוהר הגבוה המשמש כחומר גלם לרכיבי קוורץ נמצא כיום במצב של היצע וביקוש הדוקים, והמחיר שלו נמצא ברמה גבוהה במשך זמן רב, דבר שאינו תורם כמובן לשיפור יעילות הייצור והיתרונות הכלכליים.
קרמיקה מסיליקון קרביד"לְהוֹפִיעַ"
כעת, אנשים המציאו חומר בעל ביצועים טובים יותר כדי להחליף כמה רכיבי קוורץ - קרמיקה מסיליקון קרביד.
לקרמיקה מסיליקון קרביד חוזק מכני טוב, יציבות תרמית, עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות לחמצון, עמידות בפני הלם תרמי ועמידות בפני קורוזיה כימית, והיא נמצאת בשימוש נרחב בתחומים חמים כמו מטלורגיה, מכונות, אנרגיה חדשה, חומרי בניין וכימיקלים. ביצועיה מספיקים גם לפיזור תאי TOPcon בייצור פוטו-וולטאי, LPCVD (שקיעת אדים כימית בלחץ נמוך), PECVD (שקיעת אדים כימית בפלזמה) וקישורי תהליכים תרמיים אחרים.
תמיכת סירת סיליקון קרביד LPCVD ותמיכת סירת סיליקון קרביד מורחבת בורון
בהשוואה לחומרי קוורץ מסורתיים, תומכי סירות, סירות ומוצרי צינורות העשויים מחומרים קרמיים מסיליקון קרביד הם בעלי חוזק גבוה יותר, יציבות תרמית טובה יותר, ללא עיוות בטמפרטורות גבוהות, ואורך חיים של יותר מפי 5 מחומרי קוורץ, מה שיכול להפחית משמעותית את עלות השימוש ואת אובדן האנרגיה הנגרם כתוצאה מתחזוקה וזמן השבתה. יתרון העלות ברור, ומקור חומרי הגלם רחב.
ביניהם, סיליקון קרביד מסונטר בתגובה (RBSiC) מתאפיין בטמפרטורת סינטור נמוכה, עלות ייצור נמוכה, צפיפות חומר גבוהה וכמעט ללא הצטמקות נפחית במהלך סינטור בתגובה. הוא מתאים במיוחד להכנת חלקים מבניים גדולים ומורכבים. לכן, הוא מתאים ביותר לייצור מוצרים גדולים ומורכבים כגון תומכי סירות, סירות, משוטים שלוחים, צינורות תנור וכו'.
סירות פרוסות סיליקון קרבידיש גם סיכויי פיתוח גדולים בעתיד. ללא קשר לתהליך LPCVD או לתהליך התפשטות בורון, אורך החיים של סירת הקוורץ נמוך יחסית, ומקדם ההתפשטות התרמית של חומר הקוורץ אינו עולה בקנה אחד עם זה של חומר הסיליקון קרביד. לכן, קל להיווצר סטיות בתהליך ההתאמה עם מחזיק סירת הסיליקון קרביד בטמפרטורה גבוהה, מה שמוביל למצב של טלטול הסירה או אפילו שבירתה. סירת הסיליקון קרביד מאמצת את מסלול התהליך של יציקה בחתיכה אחת ועיבוד כולל. דרישות הסבילות לצורה ולמיקום שלה גבוהות, והיא משתפת פעולה טוב יותר עם מחזיק סירת הסיליקון קרביד. בנוסף, לסיליקון קרביד חוזק גבוה, והסירה נוטה הרבה פחות להישבר עקב התנגשות אנושית מאשר סירת הקוורץ.
סירת פרוסות סיליקון קרביד
צינור התנור הוא רכיב העברת החום העיקרי של התנור, אשר ממלא תפקיד באיטום ובהעברת חום אחידה. בהשוואה לצינורות תנור קוורץ, לצינורות תנור סיליקון קרביד יש מוליכות תרמית טובה, חימום אחיד ויציבות תרמית טובה, ואורך החיים שלהם גדול מפי 5 מזה של צינורות קוורץ.
תַקצִיר
באופן כללי, בין אם מבחינת ביצועי המוצר או עלות השימוש, לחומרים קרמיים מסיליקון קרביד יתרונות רבים יותר מחומרי קוורץ בהיבטים מסוימים של תחום התאים הסולאריים. יישום חומרים קרמיים מסיליקון קרביד בתעשייה הפוטו-וולטאית עזר רבות לחברות פוטו-וולטאיות להפחית את עלות ההשקעה בחומרי עזר ולשפר את איכות המוצר ואת התחרותיות. בעתיד, עם היישום בקנה מידה גדול של צינורות תנור סיליקון קרביד גדולים, סירות סיליקון קרביד ותומכים לסירות בטוהר גבוה והפחתה מתמשכת של עלויות, יישום חומרים קרמיים מסיליקון קרביד בתחום התאים הפוטו-וולטאיים יהפוך לגורם מפתח בשיפור יעילות המרת אנרגיית האור והפחתת עלויות התעשייה בתחום ייצור החשמל הפוטו-וולטאית, ותהיה לו השפעה חשובה על פיתוח אנרגיה פוטו-וולטאית חדשה.
זמן פרסום: 5 בנובמבר 2024