Met de voortdurende ontwikkeling van de wereld van vandaag raken niet-hernieuwbare energiebronnen steeds meer uitgeput en wordt de menselijke samenleving steeds dringender om gebruik te maken van hernieuwbare energiebronnen, zoals wind-, licht-, water- en kernenergie. Vergeleken met andere hernieuwbare energiebronnen beschikt de mensheid over de meest vol成熟e, veilige en betrouwbare technologie voor het gebruik van zonne-energie. De fotovoltaïsche celindustrie, met silicium van hoge zuiverheid als substraat, heeft zich in een razend tempo ontwikkeld. Eind 2023 bedroeg de cumulatieve geïnstalleerde capaciteit van zonne-energie in ons land meer dan 250 gigawatt en de zonne-energieproductie 266,3 miljard kWh, een stijging van ongeveer 30% op jaarbasis. De nieuw toegevoegde capaciteit bedroeg 78,42 miljoen kilowatt, een stijging van 154% op jaarbasis. Eind juni bedroeg de cumulatieve geïnstalleerde capaciteit van zonne-energie ongeveer 470 miljoen kilowatt, waarmee het waterkracht heeft ingehaald en de op één na grootste energiebron in ons land is geworden.
Terwijl de fotovoltaïsche industrie zich snel ontwikkelt, ontwikkelt de industrie voor nieuwe materialen die deze industrie ondersteunen zich eveneens in hoog tempo. Kwartscomponenten zoalskwarts smeltkroezenKwartsbokken, -buizen en -flessen behoren hiertoe en spelen een belangrijke rol in het productieproces van fotovoltaïsche cellen. Zo worden kwartskroezen gebruikt om gesmolten silicium in te bewaren bij de productie van siliciumstaven en -blokken; kwartsbokken, -buizen, -flessen, reinigingstanks, enzovoort, vervullen een dragende functie in de diffusie-, reinigings- en andere processtappen bij de productie van zonnecellen, enzovoort, en garanderen zo de zuiverheid en kwaliteit van het siliciummateriaal.
Belangrijkste toepassingen van kwartscomponenten voor de productie van fotovoltaïsche cellen
Bij de productie van zonnecellen worden siliciumwafers op een waferdrager geplaatst. Deze drager wordt vervolgens op een waferdragersteun geplaatst voor diffusie, LPCVD en andere thermische processen. De siliciumcarbide cantilever is het belangrijkste onderdeel dat de drager met de siliciumwafers in en uit de verwarmingsoven beweegt. Zoals in de onderstaande afbeelding te zien is, zorgt de siliciumcarbide cantilever ervoor dat de siliciumwafer en de ovenbuis concentrisch blijven, waardoor de diffusie en passivering gelijkmatiger verlopen. Tegelijkertijd is de drager milieuvriendelijk, vervormt niet bij hoge temperaturen, heeft een goede thermische schokbestendigheid en een groot draagvermogen. Daarom wordt de drager veelvuldig gebruikt in de zonnecelindustrie.
Schematisch diagram van de belangrijkste componenten voor het laden van de batterij.
Bij het diffusieproces van de zachte landing worden de traditionele kwartsboot enwafelbootOm de siliciumwafel samen met de kwartsboot in de kwartsbuis van de diffusieoven te plaatsen, moet de ondersteuning worden gebruikt. Tijdens elk diffusieproces wordt de kwartsboot gevuld met siliciumwafels op een siliciumcarbide schoep geplaatst. Nadat de siliciumcarbide schoep de kwartsbuis is binnengegaan, zakt deze automatisch naar beneden om de kwartsboot en de siliciumwafel neer te zetten, waarna de schoep langzaam terugkeert naar de startpositie. Na elk proces moet de kwartsboot uit de oven worden verwijderd.siliciumcarbide peddelDoor dergelijk frequent gebruik zal de kwartssteun van de boot na verloop van tijd slijten. Zodra de kwartssteun barst of breekt, zal de gehele steun van de siliciumcarbide schoep vallen en de kwartsonderdelen, siliciumwafers en siliciumcarbide schoepen eronder beschadigen. De siliciumcarbide schoep is duur en kan niet gerepareerd worden. Een dergelijk ongeluk zal enorme materiële schade veroorzaken.
Bij het LPCVD-proces treden niet alleen de bovengenoemde problemen met thermische spanning op, maar doordat er silaangas door de siliciumwafer wordt geleid, vormt zich na verloop van tijd ook een siliciumcoating op de waferdrager en de waferdrager zelf. Door het verschil in thermische uitzettingscoëfficiënten tussen het gecoate silicium en kwarts, zullen de drager en de waferdrager barsten, waardoor de levensduur aanzienlijk wordt verkort. De levensduur van gewone kwartsdragers en waferdragers bij het LPCVD-proces is doorgaans slechts 2 tot 3 maanden. Daarom is het van groot belang om het materiaal van de waferdrager te verbeteren om de sterkte en levensduur ervan te verhogen en dergelijke problemen te voorkomen.
Kortom, naarmate de procestijd en het aantal bewerkingen tijdens de productie van zonnecellen toenemen, zijn kwartsbuizen en andere componenten gevoeliger voor verborgen scheuren of zelfs breuken. De levensduur van kwartsbuizen en kwartslichamen in de huidige gangbare productielijnen in China is ongeveer 3-6 maanden, en deze moeten regelmatig worden stilgelegd voor reiniging, onderhoud en vervanging van de kwartsdragers. Bovendien is er momenteel een tekort aan hoogwaardig kwartszand, de grondstof voor kwartscomponenten, en is de prijs al lange tijd hoog. Dit is uiteraard niet bevorderlijk voor een verbetering van de productie-efficiëntie en de economische voordelen.
Siliciumcarbidekeramiek“opdagen”
Nu hebben mensen een materiaal ontwikkeld met betere prestaties ter vervanging van sommige kwartscomponenten: siliciumcarbidekeramiek.
Siliciumcarbidekeramiek heeft een goede mechanische sterkte, thermische stabiliteit, hoge temperatuurbestendigheid, oxidatiebestendigheid, thermische schokbestendigheid en chemische corrosiebestendigheid, en wordt veel gebruikt in populaire sectoren zoals de metallurgie, machinebouw, nieuwe energie, bouwmaterialen en de chemische industrie. De eigenschappen ervan zijn ook voldoende voor de toepassing van TOPcon-cellen in de fotovoltaïsche productie, LPCVD (lage druk chemische dampafzetting), PECVD (plasma chemische dampafzetting) en andere thermische processen.
LPCVD siliciumcarbide bootsteun en boorgeëxpandeerde siliciumcarbide bootsteun
In vergelijking met traditionele kwartsmaterialen hebben bootsteunen, boten en buisproducten gemaakt van siliciumcarbidekeramiek een hogere sterkte, betere thermische stabiliteit, geen vervorming bij hoge temperaturen en een levensduur die meer dan vijf keer zo lang is als die van kwartsmaterialen. Dit kan de gebruikskosten en het energieverlies als gevolg van onderhoud en stilstand aanzienlijk verlagen. Het kostenvoordeel is duidelijk en de grondstoffen zijn ruim beschikbaar.
Onder deze materialen heeft reactiegesinterd siliciumcarbide (RBSiC) een lage sintertemperatuur, lage productiekosten, een hoge materiaaldichtheid en vrijwel geen volumekrimp tijdens het reactiesinterproces. Het is bijzonder geschikt voor de vervaardiging van grote en complexe constructieonderdelen. Daarom is het het meest geschikt voor de productie van grote en complexe producten zoals bootsteunen, boten, vrijdragende schoepen, ovenbuizen, enzovoort.
Siliciumcarbide waferbotenOok hebben ze geweldige ontwikkelingsperspectieven voor de toekomst. Ongeacht het LPCVD-proces of het boorexpansieproces, is de levensduur van de kwartsboot relatief kort en is de thermische uitzettingscoëfficiënt van kwarts niet consistent met die van siliciumcarbide. Daarom kunnen er bij hoge temperaturen gemakkelijk afwijkingen optreden tijdens het monteren op de siliciumcarbide boothouder, wat kan leiden tot het schudden of zelfs breken van de boot. De siliciumcarbide boot wordt vervaardigd via een eendelig spuitgietproces. De tolerantie-eisen voor vorm en positie zijn hoog en de boot werkt beter samen met de siliciumcarbide boothouder. Bovendien is siliciumcarbide zeer sterk, waardoor de boot veel minder snel breekt door een botsing dan een kwartsboot.
Siliciumcarbide waferboot
De ovenbuis is het belangrijkste onderdeel voor warmteoverdracht in de oven en speelt een rol in de afdichting en gelijkmatige warmteoverdracht. In vergelijking met kwartsovenbuizen hebben siliciumcarbideovenbuizen een goede warmtegeleiding, gelijkmatige verwarming en goede thermische stabiliteit, en hun levensduur is meer dan vijf keer zo lang als die van kwartsbuizen.
Samenvatting
Over het algemeen bieden siliciumcarbide keramische materialen, zowel qua productprestaties als gebruikskosten, in bepaalde aspecten van de zonneceltechnologie meer voordelen dan kwartsmaterialen. De toepassing van siliciumcarbide keramische materialen in de fotovoltaïsche industrie heeft fotovoltaïsche bedrijven aanzienlijk geholpen de investeringskosten voor hulpstoffen te verlagen en de productkwaliteit en concurrentiepositie te verbeteren. In de toekomst, met de grootschalige toepassing van grote siliciumcarbide ovenbuizen, siliciumcarbide behuizingen en -steunen van hoge zuiverheid en de voortdurende kostenverlaging, zal de toepassing van siliciumcarbide keramische materialen in fotovoltaïsche cellen een sleutelrol spelen bij het verbeteren van de efficiëntie van lichtenergieconversie en het verlagen van de industriële kosten in de fotovoltaïsche energieproductie, en een belangrijke impact hebben op de ontwikkeling van fotovoltaïsche duurzame energie.
Geplaatst op: 05-11-2024