Med den kontinuerlige utviklingen i dagens verden blir ikke-fornybar energi stadig mer uttømt, og det menneskelige samfunnet er stadig mer presserende å bruke fornybar energi representert ved «vind, lys, vann og kjernekraft». Sammenlignet med andre fornybare energikilder har menneskene den mest modne, sikre og pålitelige teknologien for bruk av solenergi. Blant dem har den solcelleindustrien med høyrent silisium som substrat utviklet seg ekstremt raskt. Ved utgangen av 2023 hadde landets kumulative installerte solcellekapasitet oversteget 250 gigawatt, og solcellekraftproduksjonen har nådd 266,3 milliarder kWh, en økning på omtrent 30 % fra år til år, og den nylig tilførte kraftproduksjonskapasiteten er 78,42 millioner kilowatt, en økning på 154 % fra år til år. Ved utgangen av juni var den kumulative installerte kapasiteten for solcellekraftproduksjon omtrent 470 millioner kilowatt, noe som har overgått vannkraft og blitt den nest største kraftkilden i landet mitt.
Mens solcelleindustrien utvikler seg raskt, utvikler også den nye materialindustrien som støtter den seg raskt. Kvartskomponenter somkvartsdigler, kvartsbåter og kvartsflasker er blant dem, og spiller en viktig rolle i den fotovoltaiske produksjonsprosessen. For eksempel brukes kvartsdigler til å holde smeltet silisium i produksjonen av silisiumstenger og silisiumbarrer; kvartsbåter, rør, flasker, rengjøringstanker osv. spiller en bærende funksjon i diffusjon, rengjøring og andre prosessledd i produksjonen av solceller osv., og sikrer renheten og kvaliteten til silisiummaterialene.
Hovedbruksområder for kvartskomponenter for solcelleproduksjon
I produksjonsprosessen av solcelleceller plasseres silisiumskiver på en waferbåt, og båten plasseres på en waferbåtstøtte for diffusjon, LPCVD og andre termiske prosesser, mens silisiumkarbid-utkragningspadlen er den viktigste lastekomponenten for å bevege båtstøtten som bærer silisiumskiver inn i og ut av varmeovnen. Som vist på figuren nedenfor, kan silisiumkarbid-utkragningspadlen sikre konsentrisiteten til silisiumskiven og ovnsrøret, og dermed gjøre diffusjonen og passiveringen mer jevn. Samtidig er den forurensningsfri og ikke-deformert ved høye temperaturer, har god termisk sjokkmotstand og stor lastekapasitet, og har blitt mye brukt innen solcelleceller.
Skjematisk diagram av viktige batteriladekomponenter
I diffusjonsprosessen for myk landing, den tradisjonelle kvartsbåten ogwaferbåtStøtten må plasseres sammen med kvartsbåtstøtten i kvartsrøret i diffusjonsovnen. I hver diffusjonsprosess plasseres kvartsbåtstøtten fylt med silisiumskiver på silisiumkarbidpadlen. Etter at silisiumkarbidpadlen kommer inn i kvartsrøret, synker padlen automatisk for å sette ned kvartsbåtstøtten og silisiumskiven, og går deretter sakte tilbake til origo. Etter hver prosess må kvartsbåtstøtten fjernes frasilisiumkarbid padleSlik hyppig bruk vil føre til at kvartsbåtstøtten slites ut over lengre tid. Når kvartsbåtstøtten sprekker og går i stykker, vil hele kvartsbåtstøtten falle av silisiumkarbidpadlen, og deretter skade kvartsdelene, silisiumskivene og silisiumkarbidpadlene under. Silisiumkarbidpadlen er dyr og kan ikke repareres. Når en ulykke inntreffer, vil det forårsake store materielle tap.
I LPCVD-prosessen vil ikke bare de ovennevnte termiske stressproblemene oppstå, men siden LPCVD-prosessen krever at silangass passerer gjennom silisiumskiven, vil den langsiktige prosessen også danne et silisiumbelegg på waferbåtstøtten og waferbåten. På grunn av inkonsistensen i de termiske ekspansjonskoeffisientene til det belagte silisiumet og kvarts, vil båtstøtten og båten sprekke, og levetiden vil bli betydelig redusert. Levetiden til vanlige kvartsbåter og båtstøtter i LPCVD-prosessen er vanligvis bare 2 til 3 måneder. Derfor er det spesielt viktig å forbedre båtstøttematerialet for å øke styrken og levetiden til båtstøtten for å unngå slike ulykker.
Kort sagt, ettersom prosesstiden og antall ganger produksjonen av solceller øker, er kvartsbåter og andre komponenter utsatt for skjulte sprekker eller til og med brudd. Levetiden til kvartsbåter og kvartsrør i de nåværende vanlige produksjonslinjene i Kina er omtrent 3–6 måneder, og de må stenges av regelmessig for rengjøring, vedlikehold og utskifting av kvartsbærere. Dessuten er den høyrene kvartssanden som brukes som råmateriale for kvartskomponenter for tiden i en tilstand av stramt tilbud og etterspørsel, og prisen har ligget på et høyt nivå i lang tid, noe som åpenbart ikke bidrar til å forbedre produksjonseffektiviteten og de økonomiske fordelene.
Silisiumkarbidkeramikk«møt opp»
Nå har folk kommet opp med et materiale med bedre ytelse for å erstatte noen kvartskomponenter – silisiumkarbidkeramikk.
Silisiumkarbidkeramikk har god mekanisk styrke, termisk stabilitet, høy temperaturbestandighet, oksidasjonsmotstand, termisk sjokkmotstand og kjemisk korrosjonsmotstand, og er mye brukt i varme felt som metallurgi, maskineri, ny energi og byggematerialer og kjemikalier. Ytelsen er også tilstrekkelig for diffusjon av TOPcon-celler i solcelleproduksjon, LPCVD (lavtrykkskjemisk dampavsetning), PECVD (plasmakjemisk dampavsetning) og andre termiske prosesskoblinger.
LPCVD silisiumkarbid båtstøtte og bor-ekspandert silisiumkarbid båtstøtte
Sammenlignet med tradisjonelle kvartsmaterialer har båtstøtter, båter og rørprodukter laget av silisiumkarbidkeramiske materialer høyere styrke, bedre termisk stabilitet, ingen deformasjon ved høye temperaturer og en levetid på mer enn 5 ganger så høy som kvartsmaterialer, noe som kan redusere brukskostnadene og energitapet forårsaket av vedlikehold og nedetid betydelig. Kostnadsfordelen er åpenbar, og råvarekilden er bred.
Blant disse har reaksjonssintret silisiumkarbid (RBSiC) lav sintringstemperatur, lave produksjonskostnader, høy materialfortetthet og nesten ingen volumkrymping under reaksjonssintring. Det er spesielt egnet for fremstilling av store og komplekse strukturelle deler. Derfor er det mest egnet for produksjon av store og komplekse produkter som båtstøtter, båter, utkragede padler, ovnsrør, etc.
Silisiumkarbid-waferbåterhar også store utviklingsmuligheter i fremtiden. Uansett om man bruker LPCVD-prosessen eller borekspansjonsprosessen, er levetiden til kvartsbåten relativt lav, og den termiske ekspansjonskoeffisienten til kvartsmaterialet er inkonsekvent med silisiumkarbidmaterialets. Derfor er det lett å få avvik i prosessen med å matche med silisiumkarbidbåtholderen ved høy temperatur, noe som fører til at båten ristes eller til og med ødelegges. Silisiumkarbidbåten benytter prosessruten med støping i ett stykke og generell bearbeiding. Kravene til form- og posisjonstoleranse er høye, og den samarbeider bedre med silisiumkarbidbåtholderen. I tillegg har silisiumkarbid høy styrke, og båten er mye mindre sannsynlig å brekke på grunn av menneskelige kollisjoner enn kvartsbåten.
Silisiumkarbid waferbåt
Ovnsrøret er den viktigste varmeoverføringskomponenten i ovnen, som spiller en rolle i tetting og jevn varmeoverføring. Sammenlignet med kvartsovnsrør har silisiumkarbidovnsrør god varmeledningsevne, jevn oppvarming og god termisk stabilitet, og levetiden deres er mer enn 5 ganger så lang som kvartsrør.
Sammendrag
Generelt sett, enten det gjelder produktytelse eller brukskostnader, har silisiumkarbidkeramiske materialer flere fordeler enn kvartsmaterialer innen visse aspekter av solcellefeltet. Bruken av silisiumkarbidkeramiske materialer i solcelleindustrien har i stor grad hjulpet solcelleselskaper med å redusere investeringskostnadene for hjelpematerialer og forbedre produktkvaliteten og konkurranseevnen. I fremtiden, med storskala bruk av store silisiumkarbidovnsrør, båter og båtstøtter av høy renhet av silisiumkarbid og kontinuerlig kostnadsreduksjon, vil bruken av silisiumkarbidkeramiske materialer innen solcelleceller bli en nøkkelfaktor for å forbedre effektiviteten av lysenergiomforming og redusere industrikostnader innen solcellekraftproduksjon, og vil ha en viktig innvirkning på utviklingen av solcelleenergi.
Publisert: 05. november 2024