오늘날 세계의 지속적인 발전으로 재생 불가능한 에너지는 점점 고갈되고 있으며, 인류 사회는 "풍력, 빛, 수력, 원자력"으로 대표되는 재생 에너지 사용에 대한 절실함을 점점 더 느끼고 있습니다. 다른 재생 에너지원과 비교했을 때, 인류는 태양 에너지를 이용하는 데 있어 가장 성숙하고 안전하며 신뢰할 수 있는 기술을 보유하고 있습니다. 그중에서도 고순도 실리콘을 기판으로 하는 태양 전지 산업은 매우 빠르게 발전했습니다. 2023년 말까지 중국의 누적 태양광 설비 용량은 250기가와트를 돌파했고, 태양광 발전량은 2,663억 kWh에 달해 전년 대비 약 30% 증가했습니다. 또한, 신규 발전 용량은 7,842만 킬로와트로 전년 대비 154% 증가했습니다. 6월말 현재, 태양광 발전 설비용량은 누적 약 4억 7천만 킬로와트로 수력을 제치고 우리나라에서 두 번째로 큰 전력원이 되었습니다.
태양광 산업이 급속도로 발전하는 가운데, 이를 뒷받침하는 신소재 산업 또한 급속도로 발전하고 있습니다. 석영 부품과 같은석영 도가니, 석영 보트, 석영 병 등이 태양광 제조 공정에서 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 석영 도가니는 실리콘 막대와 실리콘 잉곳 생산 시 용융 실리콘을 담는 데 사용됩니다. 석영 보트, 튜브, 병, 세척 탱크 등은 태양 전지 생산 시 확산, 세척 및 기타 공정 과정에서 베어링 역할을 하여 실리콘 재료의 순도와 품질을 보장합니다.
태양광 제조를 위한 석영 부품의 주요 응용 분야
태양광 전지 제조 공정에서 실리콘 웨이퍼는 웨이퍼 보트에 놓이고, 이 보트는 확산, LPCVD 및 기타 열 공정을 위해 웨이퍼 보트 지지대에 놓입니다. 실리콘 카바이드 캔틸레버 패들은 실리콘 웨이퍼를 운반하는 보트 지지대를 가열로 안팎으로 이동시키는 핵심적인 로딩 부품입니다. 아래 그림과 같이, 실리콘 카바이드 캔틸레버 패들은 실리콘 웨이퍼와 가열로 튜브의 동심도를 보장하여 확산 및 부동태화를 더욱 균일하게 합니다. 동시에, 오염이 없고 고온에서 변형되지 않으며, 내열 충격성이 우수하고 하중 용량이 커서 태양광 전지 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
배터리 주요 로딩 구성 요소의 개략도
소프트 랜딩 확산 공정에서는 기존의 석영 보트와웨이퍼 보트실리콘 웨이퍼를 석영 보트 지지대와 함께 확산로의 석영 튜브에 넣어야 합니다. 각 확산 공정에서 실리콘 웨이퍼로 채워진 석영 보트 지지대는 탄화규소 패들 위에 놓입니다. 탄화규소 패들이 석영 튜브에 들어가면 패들은 자동으로 가라앉아 석영 보트 지지대와 실리콘 웨이퍼를 내려놓은 후 천천히 원점으로 돌아갑니다. 각 공정 후에는 석영 보트 지지대를 제거해야 합니다.실리콘 카바이드 패들. 이렇게 자주 사용하면 석영 보트 지지대가 장기간 마모됩니다. 석영 보트 지지대에 균열이 생기고 파손되면, 석영 보트 지지대 전체가 탄화규소 패들에서 떨어져 나가고, 그 아래에 있는 석영 부품, 실리콘 웨이퍼, 그리고 탄화규소 패들이 손상됩니다. 탄화규소 패들은 가격이 비싸고 수리가 불가능하며, 사고가 발생하면 막대한 재산 피해를 입힙니다.
LPCVD 공정에서는 위에서 언급한 열응력 문제가 발생할 뿐만 아니라, 실란 가스가 실리콘 웨이퍼를 통과해야 하므로 장시간 공정으로 인해 웨이퍼 보트 지지대와 웨이퍼 보트에 실리콘 코팅이 형성됩니다. 코팅된 실리콘과 석영의 열팽창 계수 불일치로 인해 보트 지지대와 웨이퍼 보트에 균열이 발생하고 수명이 심각하게 단축됩니다. 일반 석영 보트와 LPCVD 공정에서 사용되는 보트 지지대의 수명은 보통 2~3개월에 불과합니다. 따라서 이러한 사고를 예방하기 위해서는 보트 지지대 소재를 개선하여 강도와 수명을 향상시키는 것이 특히 중요합니다.
간단히 말해, 태양 전지 생산 과정에서 공정 시간과 횟수가 증가함에 따라 석영 보트 및 기타 부품은 숨겨진 균열이나 파손이 발생하기 쉽습니다. 현재 중국 주류 생산 라인에서 석영 보트와 석영 튜브의 수명은 약 3~6개월이며, 석영 캐리어의 세척, 유지보수 및 교체를 위해 정기적으로 가동을 중단해야 합니다. 더욱이 석영 부품의 원료로 사용되는 고순도 석영 모래는 현재 수급이 빠듯하고 가격도 오랫동안 높은 수준을 유지하고 있어 생산 효율 향상 및 경제적 이익 증대에 분명히 도움이 되지 않습니다.
탄화규소 세라믹“나타나다”
이제 사람들은 일부 석영 부품을 대체할 수 있는 더 나은 성능의 소재인 실리콘 카바이드 세라믹을 개발했습니다.
탄화규소 세라믹은 우수한 기계적 강도, 열 안정성, 고온 저항성, 내산화성, 내열충격성, 내화학성 등을 갖추고 있어 야금, 기계, 신에너지, 건축 자재 및 화학 분야 등 고온 분야에 널리 사용됩니다. 또한, 태양광 제조, LPCVD(저압 화학 기상 증착), PECVD(플라즈마 화학 기상 증착) 및 기타 열 공정 분야에서 TOPcon 셀의 확산에도 충분한 성능을 발휘합니다.
LPCVD 실리콘 카바이드 보트 지지대 및 붕소 팽창 실리콘 카바이드 보트 지지대
기존 석영 소재에 비해 탄화규소 세라믹 소재로 제작된 보트 지지대, 보트 및 튜브 제품은 강도가 높고 열 안정성이 우수하며 고온에서 변형이 없고 수명이 석영 소재보다 5배 이상 길어 유지 보수 및 가동 중단으로 인한 에너지 손실과 사용 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 비용 측면에서도 유리하며, 원자재 공급처도 넓습니다.
그중 반응소결 탄화규소(RBSiC)는 소결 온도가 낮고, 생산 비용이 저렴하며, 재료 밀도가 높고, 반응소결 중 부피 수축이 거의 없습니다. 특히 대형 및 복잡한 형상의 구조 부품 제작에 적합합니다. 따라서 보트 지지대, 보트, 캔틸레버 패들, 노관 등과 같은 대형 및 복잡한 제품 생산에 가장 적합합니다.
실리콘 카바이드 웨이퍼 보트미래에도 큰 발전 가능성이 있습니다. LPCVD 공정이나 붕소 팽창 공정을 사용하든 석영 보트의 수명이 상대적으로 짧고, 석영 재료의 열팽창 계수가 탄화규소 재료의 열팽창 계수와 일치하지 않습니다. 따라서 고온에서 탄화규소 보트 홀더와의 매칭 과정에서 편차가 발생하기 쉽고, 이로 인해 보트가 흔들리거나 파손되는 상황이 발생할 수 있습니다. 탄화규소 보트는 일체형 성형 및 전면 가공 공정을 채택하여 형상 및 위치 공차 요구 사항이 높으며 탄화규소 보트 홀더와 더 잘 결합됩니다. 또한 탄화규소는 강도가 높아 석영 보트보다 인간 충돌로 인한 파손 가능성이 훨씬 낮습니다.
실리콘 카바이드 웨이퍼 보트
퍼니스 튜브는 퍼니스의 주요 열전달 부품으로, 밀봉 및 균일한 열전달에 중요한 역할을 합니다. 석영 퍼니스 튜브와 비교했을 때, 탄화규소 퍼니스 튜브는 우수한 열전도도, 균일한 가열, 그리고 우수한 열 안정성을 가지며, 수명은 석영 튜브의 5배 이상입니다.
요약
일반적으로 제품 성능이나 사용 비용 측면에서 탄화규소 세라믹 소재는 태양전지 분야의 특정 측면에서 석영 소재보다 더 많은 이점을 가지고 있습니다. 태양광 산업에 탄화규소 세라믹 소재를 적용함으로써 태양광 기업들은 보조재 투자 비용을 절감하고 제품 품질과 경쟁력을 향상시키는 데 큰 도움을 받았습니다. 앞으로 대형 탄화규소 퍼니스 튜브, 고순도 탄화규소 보트, 보트 지지대의 대량 적용과 지속적인 비용 절감을 통해 태양광 전지 분야에서 탄화규소 세라믹 소재의 적용은 태양광 발전 분야의 광에너지 변환 효율 향상 및 산업 비용 절감의 핵심 요소가 될 것이며, 태양광 신에너지 개발에 중요한 영향을 미칠 것입니다.
게시 시간: 2024년 11월 5일