სილიციუმის კარბიდის კერამიკა: ფოტოელექტრული კვარცის კომპონენტების ტერმინატორი

დღევანდელი სამყაროს უწყვეტი განვითარების კვალდაკვალ, არაგანახლებადი ენერგია სულ უფრო და უფრო ამოწურულია და კაცობრიობის საზოგადოება სულ უფრო მეტად საჭიროებს განახლებადი ენერგიის გამოყენებას, რომელიც წარმოდგენილია „ქარის, სინათლის, წყლისა და ბირთვული“ სახით. სხვა განახლებადი ენერგიის წყაროებთან შედარებით, ადამიანს აქვს მზის ენერგიის გამოყენების ყველაზე განვითარებული, უსაფრთხო და საიმედო ტექნოლოგია. მათ შორის, ფოტოელექტრული უჯრედების ინდუსტრია, რომლის სუბსტრატი მაღალი სისუფთავის სილიციუმია, ძალიან სწრაფად განვითარდა. 2023 წლის ბოლოსთვის, ჩემი ქვეყნის მზის ფოტოელექტრული დამონტაჟებული სიმძლავრე 250 გიგავატს გადააჭარბა, ხოლო ფოტოელექტრული ენერგიის გამომუშავებამ 266.3 მილიარდ კვტ/სთ-ს მიაღწია, რაც წლიურად დაახლოებით 30%-ით მეტია, ხოლო ახლად დამატებული ელექტროენერგიის გამომუშავების სიმძლავრე 78.42 მილიონ კილოვატს შეადგენს, რაც წლიურად 154%-ით მეტია. ივნისის ბოლოსთვის, ფოტოელექტრული ელექტროენერგიის გამომუშავების კუმულაციური დამონტაჟებული სიმძლავრე დაახლოებით 470 მილიონ კილოვატს შეადგენდა, რაც ჰიდროენერგიას გადააჭარბა და ჩემს ქვეყანაში სიდიდით მეორე ენერგიის წყარო გახდა.

ფოტოელექტრული ინდუსტრიის სწრაფი განვითარების პარალელურად, მისი მხარდამჭერი ახალი მასალების ინდუსტრიაც სწრაფად ვითარდება. კვარცის კომპონენტები, როგორიცააკვარცის ტიგრები, კვარცის ნავები და კვარცის ბოთლები მათ შორისაა, რომლებიც მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ფოტოელექტრული ენერგიის წარმოების პროცესში. მაგალითად, კვარცის ტიგელი გამოიყენება გამდნარი სილიციუმის შესანახად სილიციუმის ღეროებისა და სილიციუმის ზოდების წარმოებაში; კვარცის ნავები, მილები, ბოთლები, გამწმენდი ავზები და ა.შ. ასრულებენ საყრდენ ფუნქციას დიფუზიის, გაწმენდისა და მზის უჯრედების წარმოების სხვა ტექნოლოგიურ რგოლებში და ა.შ., რაც უზრუნველყოფს სილიციუმის მასალების სისუფთავეს და ხარისხს.

კვარცის კომპონენტების ძირითადი გამოყენება ფოტოელექტრული წარმოებისთვის

მზის ფოტოელექტრული უჯრედების წარმოების პროცესში, სილიკონის ვაფლები თავსდება ვაფლის ნავზე, ხოლო ნავი თავსდება ვაფლის ნავის საყრდენზე დიფუზიის, LPCVD-ის და სხვა თერმული პროცესებისთვის, ხოლო სილიციუმის კარბიდის კონსოლური ნიჩაბი წარმოადგენს ძირითად დატვირთვის კომპონენტს სილიკონის ვაფლების გადასატანი ნავის საყრდენის გათბობის ღუმელში შეყვანისა და გამოყვანისთვის. როგორც ქვემოთ მოცემულ ფიგურაზეა ნაჩვენები, სილიციუმის კარბიდის კონსოლური ნიჩაბი უზრუნველყოფს სილიციუმის ვაფლისა და ღუმელის მილის კონცენტრაციას, რითაც დიფუზიას და პასივაციას უფრო ერთგვაროვანს ხდის. ამავდროულად, ის არ აბინძურებს და არ დეფორმირდება მაღალ ტემპერატურაზე, აქვს კარგი თერმული დარტყმისადმი მდგრადობა და დიდი დატვირთვის ტევადობა და ფართოდ გამოიყენება ფოტოელექტრული უჯრედების სფეროში.

ბატარეის დატვირთვის ძირითადი კომპონენტების სქემატური დიაგრამა

რბილი დაშვების დიფუზიის პროცესში, ტრადიციული კვარცის ნავი დავაფლის ნავისაყრდენისთვის საჭიროა სილიკონის ვაფლი კვარცის ნავის საყრდენთან ერთად დიფუზიურ ღუმელში კვარცის მილში მოთავსდეს. დიფუზიის თითოეული პროცესის დროს, სილიკონის ვაფლებით სავსე კვარცის ნავის საყრდენი თავსდება სილიციუმის კარბიდის ნიჩაბზე. მას შემდეგ, რაც სილიციუმის კარბიდის ნიჩაბი კვარცის მილში მოხვდება, ნიჩაბი ავტომატურად იძირება კვარცის ნავის საყრდენისა და სილიციუმის ვაფლის დასადებად და შემდეგ ნელა უბრუნდება საწყის წერტილს. თითოეული პროცესის შემდეგ, კვარცის ნავის საყრდენი უნდა მოიხსნასსილიციუმის კარბიდის ნიჩაბიასეთი ხშირი მუშაობა ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში კვარცის ნავის საყრდენის ცვეთას გამოიწვევს. როგორც კი კვარცის ნავის საყრდენი გაიბზარება და გატყდება, მთელი კვარცის ნავის საყრდენი სილიციუმის კარბიდის ნიჩბიდან ჩამოვარდება და შემდეგ დააზიანებს კვარცის ნაწილებს, სილიციუმის ვაფლებს და ქვემოთ მდებარე სილიციუმის კარბიდის ნიჩბებს. სილიციუმის კარბიდის ნიჩაბი ძვირია და მისი შეკეთება შეუძლებელია. ავარიის შემთხვევაში, ეს უზარმაზარ ქონებრივ ზარალს გამოიწვევს.

LPCVD პროცესში არა მხოლოდ ზემოხსენებული თერმული სტრესის პრობლემები წარმოიქმნება, არამედ რადგან LPCVD პროცესი სილანის აირის გავლას სილიკონის ვაფლში მოითხოვს, ხანგრძლივი პროცესი ასევე წარმოქმნის სილიკონის საფარს ვაფლის ნავის საყრდენსა და ვაფლის ნავზე. დაფარული სილიციუმისა და კვარცის თერმული გაფართოების კოეფიციენტების შეუსაბამობის გამო, ნავის საყრდენი და ნავი გაიბზარება, რაც მნიშვნელოვნად შეამცირებს მათი სიცოცხლის ხანგრძლივობას. LPCVD პროცესში ჩვეულებრივი კვარცის ნავებისა და ნავის საყრდენების სიცოცხლის ხანგრძლივობა, როგორც წესი, მხოლოდ 2-3 თვეა. ამიტომ, განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ნავის საყრდენი მასალის გაუმჯობესება, რათა გაიზარდოს მისი სიმტკიცე და მომსახურების ვადა, რათა თავიდან იქნას აცილებული ასეთი უბედური შემთხვევები.

მოკლედ, მზის უჯრედების წარმოების დროს პროცესის დროისა და დამუშავების რაოდენობის ზრდასთან ერთად, კვარცის ნავებსა და სხვა კომპონენტებს ფარული ბზარების ან თუნდაც დაზიანებისკენ მიდრეკილება ექმნებათ. ჩინეთში მიმდინარე წარმოების ხაზებში კვარცის ნავებისა და კვარცის მილების სიცოცხლის ხანგრძლივობა დაახლოებით 3-6 თვეა და კვარცის მატარებლების გაწმენდის, მოვლა-პატრონობისა და შეცვლის მიზნით, მათი რეგულარული გათიშვაა საჭირო. გარდა ამისა, კვარცის კომპონენტების ნედლეულად გამოყენებული მაღალი სისუფთავის კვარცის ქვიშა ამჟამად შეზღუდულია მიწოდებისა და მოთხოვნის მხრივ და ფასი დიდი ხანია მაღალ დონეზეა, რაც ცხადია, არ უწყობს ხელს წარმოების ეფექტურობის გაუმჯობესებას და ეკონომიკურ სარგებელს.

სილიკონის კარბიდის კერამიკა„გამოჩნდი“

ახლა ადამიანებმა მოიფიქრეს მასალა, რომელსაც უკეთესი მახასიათებლები აქვს კვარცის ზოგიერთი კომპონენტის ჩასანაცვლებლად - სილიციუმის კარბიდის კერამიკა.

სილიციუმის კარბიდის კერამიკას აქვს კარგი მექანიკური სიმტკიცე, თერმული სტაბილურობა, მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადობა, დაჟანგვისადმი მდგრადობა, თერმული დარტყმისადმი მდგრადობა და ქიმიური კოროზიისადმი მდგრადობა და ფართოდ გამოიყენება ისეთ ცხელ სფეროებში, როგორიცაა მეტალურგია, მანქანათმშენებლობა, ახალი ენერგია, სამშენებლო მასალები და ქიმიკატები. მისი მახასიათებლები ასევე საკმარისია TOPcon უჯრედების დიფუზიისთვის ფოტოელექტრულ წარმოებაში, LPCVD-ში (დაბალი წნევის ქიმიური ორთქლის დეპონირება), PECVD-ში (პლაზმური ქიმიური ორთქლის დეპონირება) და სხვა თერმული პროცესების რგოლებში.

LPCVD სილიციუმის კარბიდის ნავის საყრდენი და ბორით გაფართოებული სილიციუმის კარბიდის ნავის საყრდენი

ტრადიციულ კვარცის მასალებთან შედარებით, სილიციუმის კარბიდის კერამიკული მასალებისგან დამზადებულ ნავების საყრდენებს, ნავებსა და მილისებრ პროდუქტებს აქვთ უფრო მაღალი სიმტკიცე, უკეთესი თერმული სტაბილურობა, არ დეფორმირდებიან მაღალ ტემპერატურაზე და კვარცის მასალებთან შედარებით 5-ჯერ მეტი სიცოცხლის ხანგრძლივობა აქვთ, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს გამოყენების ღირებულებას და მოვლა-პატრონობითა და შეფერხებით გამოწვეულ ენერგიის დანაკარგს. ფასის უპირატესობა აშკარაა, ხოლო ნედლეულის წყარო ფართოა.

მათ შორის, რეაქციულად შედუღებულ სილიციუმის კარბიდს (RBSiC) აქვს დაბალი შედუღების ტემპერატურა, დაბალი წარმოების ღირებულება, მასალის მაღალი გამკვრივება და თითქმის არ იწვევს მოცულობის შეკუმშვას რეაქციული შედუღების დროს. ის განსაკუთრებით შესაფერისია დიდი ზომის და რთული ფორმის სტრუქტურული ნაწილების დასამზადებლად. ამიტომ, ის ყველაზე შესაფერისია დიდი ზომის და რთული პროდუქტების წარმოებისთვის, როგორიცაა ნავების საყრდენები, ნავები, კონსოლური ნიჩბები, ღუმელის მილები და ა.შ.

სილიკონის კარბიდის ვაფლის ნავებიასევე, მომავალში განვითარების დიდი პერსპექტივები აქვს. LPCVD პროცესისა თუ ბორის გაფართოების პროცესის მიუხედავად, კვარცის ნავის სიცოცხლის ხანგრძლივობა შედარებით დაბალია და კვარცის მასალის თერმული გაფართოების კოეფიციენტი არ შეესაბამება სილიციუმის კარბიდის მასალის თერმული გაფართოების კოეფიციენტს. ამიტომ, მაღალ ტემპერატურაზე სილიციუმის კარბიდის ნავის დამჭერთან შესაბამისობის პროცესში ადვილად შეიძლება წარმოიშვას გადახრები, რაც იწვევს ნავის შერყევას ან თუნდაც გატეხვას. სილიციუმის კარბიდის ნავი იყენებს ერთიანი ჩამოსხმის და საერთო დამუშავების პროცესს. მისი ფორმისა და პოზიციის ტოლერანტობის მოთხოვნები მაღალია და ის უკეთესად თანამშრომლობს სილიციუმის კარბიდის ნავის დამჭერთან. გარდა ამისა, სილიციუმის კარბიდს აქვს მაღალი სიმტკიცე და ნავი გაცილებით ნაკლებად სავარაუდოა, რომ გატყდეს ადამიანის შეჯახების გამო, ვიდრე კვარცის ნავი.

სილიკონის კარბიდის ვაფლის ნავი

ღუმელის მილი ღუმელის მთავარი სითბოს გადაცემის კომპონენტია, რომელიც როლს ასრულებს დალუქვასა და ერთგვაროვან სითბოს გადაცემაში. კვარცის ღუმელის მილებთან შედარებით, სილიციუმის კარბიდის ღუმელის მილებს აქვთ კარგი თბოგამტარობა, ერთგვაროვანი გათბობა და კარგი თერმული სტაბილურობა, ხოლო მათი მომსახურების ვადა კვარცის მილებთან შედარებით 5-ჯერ მეტია.

რეზიუმე

ზოგადად, პროდუქტის მუშაობისა თუ გამოყენების ღირებულების თვალსაზრისით, სილიციუმის კარბიდის კერამიკულ მასალებს მზის უჯრედების სფეროს გარკვეულ ასპექტებში კვარცის მასალებთან შედარებით მეტი უპირატესობა აქვთ. სილიციუმის კარბიდის კერამიკული მასალების გამოყენებამ ფოტოელექტრულ ინდუსტრიაში მნიშვნელოვნად შეუწყო ხელი ფოტოელექტრულ კომპანიებს დამხმარე მასალების საინვესტიციო ხარჯების შემცირებაში და პროდუქტის ხარისხისა და კონკურენტუნარიანობის გაუმჯობესებაში. მომავალში, დიდი ზომის სილიციუმის კარბიდის ღუმელის მილების, მაღალი სისუფთავის სილიციუმის კარბიდის ნავებისა და ნავების საყრდენების ფართომასშტაბიანი გამოყენებით და ხარჯების უწყვეტი შემცირებით, სილიციუმის კარბიდის კერამიკული მასალების გამოყენება ფოტოელექტრული უჯრედების სფეროში გახდება მთავარი ფაქტორი სინათლის ენერგიის გარდაქმნის ეფექტურობის გაუმჯობესებისა და ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაციის სფეროში ინდუსტრიის ხარჯების შემცირებისთვის და მნიშვნელოვან გავლენას მოახდენს ფოტოელექტრული ახალი ენერგიის განვითარებაზე.