Күн фотоэлектрлік энергиясын өндіру әлемдегі ең перспективалы жаңа энергетика саласына айналды. Поликремний және аморфты кремний күн батареяларымен салыстырғанда, фотоэлектрлік энергия өндіру материалы ретінде монокристалды кремний жоғары фотоэлектрлік түрлендіру тиімділігіне және керемет коммерциялық артықшылықтарға ие және күн фотоэлектрлік энергиясын өндірудің негізгі ағымына айналды. Чохральски (CZ) - монокристалды кремнийді дайындаудың негізгі әдістерінің бірі. Чохральски монокристалды пешінің құрамына пеш жүйесі, вакуум жүйесі, газ жүйесі, жылу өрісі жүйесі және электрлік басқару жүйесі кіреді. Жылу өрісі жүйесі монокристалды кремнийдің өсуінің ең маңызды шарттарының бірі болып табылады, ал монокристалды кремнийдің сапасына жылу өрісінің температура градиентінің таралуы тікелей әсер етеді.
Жылу өрісінің компоненттері негізінен көміртекті материалдардан (графит материалдары және көміртекті/көміртекті композиттік материалдар) тұрады, олар 1-суретте көрсетілгендей, функцияларына сәйкес тірек бөліктеріне, функционалды бөліктерге, қыздыру элементтеріне, қорғаныш бөліктеріне, жылу оқшаулағыш материалдарына және т.б. бөлінеді. Монокристалды кремнийдің өлшемі ұлғая берген сайын, жылу өрісінің компоненттеріне қойылатын өлшем талаптары да артып келеді. Көміртекті/көміртекті композиттік материалдар өлшемдік тұрақтылығы мен тамаша механикалық қасиеттеріне байланысты монокристалды кремнийге арналған жылу өрісі материалдары үшін бірінші таңдау болып табылады.
Хокралций монокристалды кремнийін өндіру процесінде кремний материалының балқуы кремний буы мен балқытылған кремний шашырауын тудырады, нәтижесінде көміртегі/көміртегі термиялық өріс материалдарының кремнийлену эрозиясына әкеледі, ал көміртегі/көміртегі термиялық өріс материалдарының механикалық қасиеттері мен қызмет ету мерзіміне айтарлықтай әсер етеді. Сондықтан, көміртегі/көміртегі термиялық өріс материалдарының кремнийлену эрозиясын қалай азайту және олардың қызмет ету мерзімін жақсарту монокристалды кремний өндірушілері мен көміртегі/көміртегі термиялық өріс материалдарын өндірушілердің ортақ мәселелерінің біріне айналды.Кремний карбидті жабынытамаша термиялық соққыға төзімділігі мен тозуға төзімділігінің арқасында көміртекті/көміртекті термиялық өріс материалдарының беткі жабынын қорғау үшін бірінші таңдауға айналды.
Бұл мақалада монокристалды кремний өндірісінде қолданылатын көміртекті/көміртекті термиялық өріс материалдарынан бастап, кремний карбидті жабынының негізгі дайындау әдістері, артықшылықтары мен кемшіліктері енгізілген. Осы негізде көміртекті/көміртекті термиялық өріс материалдарының сипаттамаларына сәйкес көміртекті/көміртекті термиялық өріс материалдарында кремний карбидті жабынының қолданылуы мен зерттеу барысы қарастырылады, сондай-ақ көміртекті/көміртекті термиялық өріс материалдарының беттік жабындарын қорғау бойынша ұсыныстар мен әзірлеу бағыттары ұсынылады.
1 Дайындау технологиясыкремний карбидті жабыны
1.1 Енгізу әдісі
Кремний карбидінің ішкі жабынын C/C-sic композиттік материал жүйесінде дайындау үшін енгізу әдісі жиі қолданылады. Бұл әдіс алдымен көміртекті/көміртекті композиттік материалды орау үшін аралас ұнтақты пайдаланады, содан кейін белгілі бір температурада термиялық өңдеуді жүзеге асырады. Жабын қалыптастыру үшін аралас ұнтақ пен үлгінің беті арасында бірқатар күрделі физика-химиялық реакциялар жүреді. Оның артықшылығы - процесс қарапайым, тек бір ғана процесс тығыз, жарықшақсыз матрицалық композиттік материалдарды дайындауға мүмкіндік береді; Дайындықтан соңғы өнімге дейін өлшемі аз өзгереді; Кез келген талшықты күшейтілген құрылымға жарамды; Жабын мен негіз арасында белгілі бір құрам градиенті пайда болуы мүмкін, ол негізбен жақсы үйлеседі. Дегенмен, талшыққа зақым келтіруі мүмкін жоғары температурадағы химиялық реакция және көміртекті/көміртекті матрицаның механикалық қасиеттерінің төмендеуі сияқты кемшіліктер де бар. Жабынның біркелкілігін бақылау қиын, себебі ауырлық күші сияқты факторлар жабынды біркелкі етпейді.
1.2 Шламмен қаптау әдісі
Шламмен жабу әдісі - жабын материалы мен байланыстырғышты қоспаға араластыру, матрицаның бетіне біркелкі жағу, инертті атмосферада кептіргеннен кейін, жабын үлгіні жоғары температурада күйдіру және қажетті жабынды алу. Артықшылықтары - процестің қарапайым және оңай басқарылуы, жабын қалыңдығын бақылау оңай; кемшілігі - жабын мен негіз арасындағы байланыс беріктігінің нашар болуы, жабынның термиялық соққыға төзімділігінің нашар болуы және жабынның біркелкілігінің төмен болуы.
1.3 Химиялық бу реакциясы әдісі
Химиялық бу реакциясы (ХБР) әдісі - қатты кремний материалын белгілі бір температурада кремний буына буландыратын, содан кейін кремний буы матрицаның ішкі және беткі қабатына таралатын және матрицадағы көміртекпен әрекеттесіп, кремний карбидін түзетін процесс әдісі. Оның артықшылықтарына пештегі біркелкі атмосфера, реакция жылдамдығының тұрақтылығы және барлық жерде жабын материалының тұндыру қалыңдығы жатады; процесс қарапайым және оңай басқарылады, ал жабын қалыңдығын кремний буының қысымын, тұндыру уақытын және басқа параметрлерді өзгерту арқылы басқаруға болады. Кемшілігі - үлгі пештегі орналасуға қатты әсер етеді, ал пештегі кремний буының қысымы теориялық біркелкілікке жете алмайды, бұл жабын қалыңдығының біркелкі болмауына әкеледі.
1.4 Химиялық бумен тұндыру әдісі
Химиялық бу тұндыру (ХБТ) - бұл көмірсутектерді газ көзі ретінде және жоғары тазалықтағы N2/Ar тасымалдаушы газ ретінде пайдаланылатын, аралас газдарды химиялық бу реакторына енгізу үшін пайдаланылатын процесс, ал көмірсутектер белгілі бір температура мен қысым астында ыдырайды, синтезделеді, диффузияланады, адсорбцияланады және көміртегі/көміртекті композиттік материалдардың бетінде қатты қабықшалар түзу үшін ерітіледі. Оның артықшылығы - жабынның тығыздығы мен тазалығын басқаруға болады; ол сондай-ақ күрделі пішінді дайындама үшін де жарамды; өнімнің кристалдық құрылымы мен бетінің морфологиясын тұндыру параметрлерін реттеу арқылы басқаруға болады. Кемшіліктері - тұндыру жылдамдығы тым төмен, процесс күрделі, өндіріс құны жоғары және жарықтар, тор ақаулары және бетінің ақаулары сияқты жабын ақаулары болуы мүмкін.
Қорытындылай келе, ендіру әдісі оның технологиялық сипаттамаларымен шектеледі, ол зертханалық және шағын өлшемді материалдарды әзірлеу және өндіруге жарамды; жабын әдісі нашар консистенцияға байланысты жаппай өндіріске жарамсыз. CVR әдісі ірі өлшемді өнімдерді жаппай өндіруді қамтамасыз ете алады, бірақ ол жабдықтар мен технологияларға жоғары талаптар қояды. CVD әдісі дайындау үшін тамаша әдіс болып табылады.SIC жабыны, бірақ оның құны CVR әдісіне қарағанда жоғары, себебі ол процесті басқарудағы қиындықтарға байланысты.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 22 ақпан