Penjanaan kuasa fotovoltaik solar telah menjadi industri tenaga baharu yang paling menjanjikan di dunia. Berbanding dengan sel solar polisilikon dan silikon amorfus, silikon monokristalin, sebagai bahan penjanaan kuasa fotovoltaik, mempunyai kecekapan penukaran fotoelektrik yang tinggi dan kelebihan komersial yang luar biasa, dan telah menjadi arus perdana penjanaan kuasa fotovoltaik solar. Czochralski (CZ) adalah salah satu kaedah utama untuk menyediakan silikon monokristalin. Komposisi relau monokristalin Czochralski merangkumi sistem relau, sistem vakum, sistem gas, sistem medan terma dan sistem kawalan elektrik. Sistem medan terma adalah salah satu syarat yang paling penting untuk pertumbuhan silikon monokristalin, dan kualiti silikon monokristalin dipengaruhi secara langsung oleh taburan kecerunan suhu medan terma.
Komponen medan terma terutamanya terdiri daripada bahan karbon (bahan grafit dan bahan komposit karbon/karbon), yang dibahagikan kepada bahagian sokongan, bahagian berfungsi, elemen pemanasan, bahagian pelindung, bahan penebat haba, dan sebagainya, mengikut fungsinya, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1. Memandangkan saiz silikon monokristalin terus meningkat, keperluan saiz untuk komponen medan terma juga semakin meningkat. Bahan komposit karbon/karbon menjadi pilihan pertama untuk bahan medan terma untuk silikon monokristalin kerana kestabilan dimensi dan sifat mekanikalnya yang sangat baik.
Dalam proses silikon monokristalin czochralcian, pencairan bahan silikon akan menghasilkan wap silikon dan percikan silikon cair, mengakibatkan hakisan silisifikasi bahan medan terma karbon/karbon, dan sifat mekanikal serta hayat perkhidmatan bahan medan terma karbon/karbon terjejas teruk. Oleh itu, cara mengurangkan hakisan silisifikasi bahan medan terma karbon/karbon dan meningkatkan hayat perkhidmatannya telah menjadi salah satu kebimbangan umum pengeluar silikon monokristalin dan pengeluar bahan medan terma karbon/karbon.Salutan silikon karbidatelah menjadi pilihan pertama untuk perlindungan salutan permukaan bahan medan terma karbon/karbon kerana rintangan kejutan haba dan rintangan haus yang sangat baik.
Dalam kertas kerja ini, bermula daripada bahan medan terma karbon/karbon yang digunakan dalam pengeluaran silikon monokristalin, kaedah penyediaan utama, kelebihan dan kekurangan salutan silikon karbida diperkenalkan. Atas dasar ini, kemajuan aplikasi dan penyelidikan salutan silikon karbida dalam bahan medan terma karbon/karbon dikaji semula mengikut ciri-ciri bahan medan terma karbon/karbon, dan cadangan serta hala tuju pembangunan untuk perlindungan salutan permukaan bahan medan terma karbon/karbon dikemukakan.
1 Teknologi penyediaansalutan silikon karbida
1.1 Kaedah pembenaman
Kaedah pembenaman sering digunakan untuk menyediakan salutan dalaman silikon karbida dalam sistem bahan komposit C/C-sic. Kaedah ini pertama sekali menggunakan serbuk campuran untuk membalut bahan komposit karbon/karbon, dan kemudian menjalankan rawatan haba pada suhu tertentu. Satu siri tindak balas fiziko-kimia yang kompleks berlaku antara serbuk campuran dan permukaan sampel untuk membentuk salutan. Kelebihannya ialah prosesnya mudah, hanya satu proses sahaja yang boleh menyediakan bahan komposit matriks yang padat dan bebas retak; Perubahan saiz yang kecil daripada prabentuk kepada produk akhir; Sesuai untuk sebarang struktur bertetulang gentian; Kecerunan komposisi tertentu boleh dibentuk antara salutan dan substrat, yang digabungkan dengan baik dengan substrat. Walau bagaimanapun, terdapat juga kelemahan, seperti tindak balas kimia pada suhu tinggi, yang boleh merosakkan gentian, dan sifat mekanikal matriks karbon/karbon merosot. Keseragaman salutan sukar dikawal, disebabkan oleh faktor seperti graviti, yang menjadikan salutan tidak sekata.
1.2 Kaedah salutan buburan
Kaedah salutan buburan adalah dengan mencampurkan bahan salutan dan pengikat ke dalam campuran, menyapu secara merata pada permukaan matriks, selepas pengeringan dalam atmosfera lengai, spesimen bersalut disinter pada suhu tinggi, dan salutan yang diperlukan boleh diperolehi. Kelebihannya ialah prosesnya mudah dan senang dikendalikan, dan ketebalan salutan mudah dikawal; Kelemahannya ialah terdapat kekuatan ikatan yang lemah antara salutan dan substrat, dan rintangan kejutan haba salutan adalah lemah, dan keseragaman salutan adalah rendah.
1.3 Kaedah tindak balas wap kimia
Kaedah tindak balas wap kimia (CVR) ialah kaedah proses yang menyejatkan bahan silikon pepejal menjadi wap silikon pada suhu tertentu, dan kemudian wap silikon meresap ke dalam dan permukaan matriks, dan bertindak balas secara in situ dengan karbon dalam matriks untuk menghasilkan silikon karbida. Kelebihannya termasuk atmosfera seragam dalam relau, kadar tindak balas yang konsisten dan ketebalan pemendapan bahan bersalut di mana-mana; Proses ini mudah dan senang dikendalikan, dan ketebalan salutan boleh dikawal dengan mengubah tekanan wap silikon, masa pemendapan dan parameter lain. Kelemahannya ialah sampel sangat dipengaruhi oleh kedudukan dalam relau, dan tekanan wap silikon dalam relau tidak dapat mencapai keseragaman teori, mengakibatkan ketebalan salutan tidak sekata.
1.4 Kaedah pemendapan wap kimia
Pemendapan wap kimia (CVD) ialah proses di mana hidrokarbon digunakan sebagai sumber gas dan N2/Ar berketulenan tinggi sebagai gas pembawa untuk memasukkan gas campuran ke dalam reaktor wap kimia, dan hidrokarbon diuraikan, disintesis, diresap, diserap dan dilarutkan di bawah suhu dan tekanan tertentu untuk membentuk filem pepejal pada permukaan bahan komposit karbon/karbon. Kelebihannya ialah ketumpatan dan ketulenan salutan boleh dikawal; Ia juga sesuai untuk bahan kerja dengan bentuk yang lebih kompleks; Struktur hablur dan morfologi permukaan produk boleh dikawal dengan melaraskan parameter pemendapan. Kelemahannya ialah kadar pemendapan terlalu rendah, prosesnya kompleks, kos pengeluaran tinggi, dan mungkin terdapat kecacatan salutan, seperti retakan, kecacatan jejaring dan kecacatan permukaan.
Secara ringkasnya, kaedah pembenaman terhad kepada ciri-ciri teknologinya, yang sesuai untuk pembangunan dan pengeluaran bahan makmal dan bersaiz kecil; Kaedah salutan tidak sesuai untuk pengeluaran besar-besaran kerana konsistensinya yang lemah. Kaedah CVR boleh memenuhi pengeluaran besar-besaran produk bersaiz besar, tetapi ia mempunyai keperluan yang lebih tinggi untuk peralatan dan teknologi. Kaedah CVD adalah kaedah yang ideal untuk menyediakanSalutan SIC, tetapi kosnya lebih tinggi daripada kaedah CVR kerana kesukarannya dalam kawalan proses.
Masa siaran: 22 Feb-2024