सौर फोटोव्होल्टेइक ऊर्जा निर्मिती हा जगातील सर्वात आशादायक नवीन ऊर्जा उद्योग बनला आहे. पॉलिसिलिकॉन आणि अमॉर्फस सिलिकॉन सौर पेशींच्या तुलनेत, फोटोव्होल्टेइक ऊर्जा निर्मितीसाठी एक सामग्री म्हणून मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनमध्ये उच्च फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण कार्यक्षमता आणि उत्कृष्ट व्यावसायिक फायदे आहेत, आणि ते सौर फोटोव्होल्टेइक ऊर्जा निर्मितीचा मुख्य प्रवाह बनले आहे. मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन तयार करण्याच्या मुख्य पद्धतींपैकी एक म्हणजे झोक्रालस्की (CZ). झोक्रालस्की मोनोक्रिस्टलाइन भट्टीच्या रचनेत भट्टी प्रणाली, व्हॅक्यूम प्रणाली, वायू प्रणाली, औष्णिक क्षेत्र प्रणाली आणि विद्युत नियंत्रण प्रणाली यांचा समावेश असतो. औष्णिक क्षेत्र प्रणाली ही मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनच्या वाढीसाठी सर्वात महत्त्वाच्या अटींपैकी एक आहे, आणि मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनची गुणवत्ता औष्णिक क्षेत्राच्या तापमान प्रवणता वितरणावर थेट अवलंबून असते.
थर्मल फील्डचे घटक प्रामुख्याने कार्बन सामग्रीचे (ग्रॅफाइट सामग्री आणि कार्बन/कार्बन संमिश्र सामग्री) बनलेले असतात, जे आकृती १ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, त्यांच्या कार्यांनुसार आधार भाग, कार्यात्मक भाग, हीटिंग घटक, संरक्षक भाग, थर्मल इन्सुलेशन सामग्री इत्यादींमध्ये विभागलेले आहेत. मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनचा आकार सतत वाढत असल्यामुळे, थर्मल फील्डच्या घटकांसाठीच्या आकाराच्या आवश्यकता देखील वाढत आहेत. त्याच्या आकारमानातील स्थिरतेमुळे आणि उत्कृष्ट यांत्रिक गुणधर्मांमुळे, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनसाठी थर्मल फील्ड सामग्री म्हणून कार्बन/कार्बन संमिश्र सामग्री ही पहिली पसंती ठरते.
झोक्रालशियन मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनच्या प्रक्रियेत, सिलिकॉन पदार्थाच्या वितळण्यामुळे सिलिकॉनची वाफ आणि वितळलेल्या सिलिकॉनचे फवारे निर्माण होतात, ज्यामुळे कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियलची सिलिकॉनमुळे होणारी झीज होते आणि कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियलच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर आणि सेवा आयुष्यावर गंभीर परिणाम होतो. त्यामुळे, कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियलची सिलिकॉनमुळे होणारी झीज कशी कमी करावी आणि त्यांचे सेवा आयुष्य कसे वाढवावे, हा मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उत्पादक आणि कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियल उत्पादकांसाठी एक सामान्य चिंतेचा विषय बनला आहे.सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंगत्याच्या उत्कृष्ट औष्णिक धक्का प्रतिरोध आणि झीज प्रतिरोधामुळे कार्बन/कार्बन औष्णिक क्षेत्रातील सामग्रीच्या पृष्ठभागाच्या लेपन संरक्षणासाठी पहिली पसंती बनली आहे.
या शोधनिबंधात, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उत्पादनात वापरल्या जाणाऱ्या कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियल्सपासून सुरुवात करून, सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंगच्या मुख्य तयारीच्या पद्धती, फायदे आणि तोटे यांचा परिचय करून दिला आहे. या आधारावर, कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियल्सच्या वैशिष्ट्यांनुसार, त्यामधील सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंगच्या वापराचा आणि संशोधनातील प्रगतीचा आढावा घेतला आहे, तसेच कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियल्सच्या पृष्ठभागावरील कोटिंगच्या संरक्षणासाठी सूचना आणि विकासाच्या दिशा मांडल्या आहेत.
१. तयारी तंत्रज्ञानसिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग
१.१ एम्बेडिंग पद्धत
C/C-sic संमिश्र पदार्थ प्रणालीमध्ये सिलिकॉन कार्बाइडचे आतील आवरण तयार करण्यासाठी एम्बेडिंग पद्धत अनेकदा वापरली जाते. या पद्धतीत, प्रथम मिश्रित पावडर वापरून कार्बन/कार्बन संमिश्र पदार्थाला वेढले जाते आणि नंतर एका विशिष्ट तापमानावर उष्णता उपचार केला जातो. मिश्रित पावडर आणि नमुन्याच्या पृष्ठभागामध्ये जटिल भौतिक-रासायनिक अभिक्रियांची एक मालिका घडते, ज्यामुळे आवरण तयार होते. याचे फायदे असे आहेत की प्रक्रिया सोपी आहे, केवळ एकाच प्रक्रियेद्वारे घन, तडेविरहित मॅट्रिक्स संमिश्र पदार्थ तयार करता येतात; प्रीफॉर्मपासून अंतिम उत्पादनापर्यंत आकारात कमी बदल होतो; कोणत्याही फायबर प्रबलित संरचनेसाठी उपयुक्त आहे; आवरण आणि सब्सट्रेटमध्ये एक विशिष्ट रचना प्रवणता (composition gradient) तयार केली जाऊ शकते, जी सब्सट्रेटसोबत चांगल्या प्रकारे एकत्रित होते. तथापि, याचे काही तोटे देखील आहेत, जसे की उच्च तापमानातील रासायनिक अभिक्रिया, ज्यामुळे फायबरला नुकसान पोहोचू शकते आणि कार्बन/कार्बन मॅट्रिक्सचे यांत्रिक गुणधर्म कमी होतात. गुरुत्वाकर्षणासारख्या घटकांमुळे आवरणाची एकसमानता नियंत्रित करणे कठीण होते, ज्यामुळे आवरण असमान बनते.
१.२ स्लरी कोटिंग पद्धत
स्लरी कोटिंग पद्धतीमध्ये, कोटिंग मटेरियल आणि बाइंडर यांचे मिश्रण तयार करून ते मॅट्रिक्सच्या पृष्ठभागावर समान रीतीने ब्रशने लावले जाते. निष्क्रिय वातावरणात वाळवल्यानंतर, लेपित नमुन्याला उच्च तापमानावर सिंटर केले जाते आणि आवश्यक कोटिंग मिळवता येते. याचे फायदे असे आहेत की ही प्रक्रिया सोपी आणि हाताळण्यास सुलभ आहे, तसेच कोटिंगची जाडी नियंत्रित करणे सोपे असते; याचे तोटे असे आहेत की कोटिंग आणि सब्सट्रेट यांच्यातील बंधाची ताकद कमी असते, कोटिंगची थर्मल शॉक प्रतिरोधकता कमी असते आणि कोटिंगची एकसमानता कमी असते.
१.३ रासायनिक बाष्प अभिक्रिया पद्धत
रासायनिक बाष्प अभिक्रिया (CVR) पद्धत ही एक प्रक्रिया आहे, ज्यामध्ये एका विशिष्ट तापमानावर घन सिलिकॉन पदार्थाचे सिलिकॉन बाष्पात रूपांतर केले जाते. त्यानंतर हे सिलिकॉन बाष्प मॅट्रिक्सच्या आत आणि पृष्ठभागावर पसरते आणि मॅट्रिक्समधील कार्बनसोबत जागेवरच अभिक्रिया करून सिलिकॉन कार्बाइड तयार करते. याचे फायदे म्हणजे भट्टीमधील एकसमान वातावरण, सर्वत्र एकसारखा अभिक्रिया दर आणि लेपित पदार्थाची निक्षेप जाडी; ही प्रक्रिया सोपी आणि चालवायला सुलभ आहे, आणि सिलिकॉन बाष्पाचा दाब, निक्षेपणाचा वेळ व इतर मापदंड बदलून लेपनाची जाडी नियंत्रित करता येते. याचा तोटा असा आहे की, नमुन्यावर भट्टीमधील जागेचा खूप परिणाम होतो आणि भट्टीमधील सिलिकॉन बाष्पाचा दाब सैद्धांतिक एकसमानता गाठू शकत नाही, ज्यामुळे लेपनाची जाडी असमान होते.
१.४ रासायनिक बाष्प निक्षेपण पद्धत
रासायनिक बाष्प निक्षेपण (CVD) ही एक प्रक्रिया आहे, ज्यामध्ये हायड्रोकार्बन्सचा वायू स्रोत म्हणून आणि उच्च शुद्धतेच्या N2/Ar चा वाहक वायू म्हणून वापर करून, मिश्र वायू रासायनिक बाष्प रिॲक्टरमध्ये सोडले जातात. त्यानंतर, विशिष्ट तापमान आणि दाबाखाली या हायड्रोकार्बन्सचे विघटन, संश्लेषण, विसरण, अधिशोषण आणि विलगीकरण होऊन कार्बन/कार्बन संमिश्र पदार्थांच्या पृष्ठभागावर घन थर तयार होतात. याचा फायदा असा आहे की लेपाची घनता आणि शुद्धता नियंत्रित करता येते; तसेच ही प्रक्रिया अधिक गुंतागुंतीच्या आकाराच्या वस्तूंसाठीही योग्य आहे; निक्षेपण मापदंड समायोजित करून उत्पादनाची स्फटिक रचना आणि पृष्ठभागाची रचना नियंत्रित करता येते. याचे तोटे असे आहेत की निक्षेपणाचा दर खूप कमी असतो, प्रक्रिया गुंतागुंतीची असते, उत्पादन खर्च जास्त असतो आणि लेपामध्ये भेगा, जाळीतील दोष आणि पृष्ठभागावरील दोष यांसारखे दोष असू शकतात.
थोडक्यात, एम्बेडिंग पद्धत तिच्या तांत्रिक वैशिष्ट्यांपुरती मर्यादित आहे, जी प्रयोगशाळेतील आणि लहान आकाराच्या सामग्रीच्या विकास आणि उत्पादनासाठी योग्य आहे; कोटिंग पद्धत तिच्या कमी सुसंगततेमुळे मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनासाठी योग्य नाही. CVR पद्धत मोठ्या आकाराच्या उत्पादनांचे मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादन पूर्ण करू शकते, परंतु त्यासाठी उपकरणे आणि तंत्रज्ञानाची उच्च आवश्यकता असते. CVD पद्धत ही तयार करण्यासाठी एक आदर्श पद्धत आहे.एसआयसी कोटिंगपरंतु प्रक्रिया नियंत्रणातील अडचणीमुळे त्याचा खर्च CVR पद्धतीपेक्षा जास्त आहे.
पोस्ट करण्याची वेळ: २२ फेब्रुवारी २०२४