Wraz z ciągłym rozwojem współczesnego świata, zasoby energii nieodnawialnej ulegają coraz większemu wyczerpaniu, a społeczeństwo coraz pilniej poszukuje energii odnawialnej, reprezentowanej przez „wiatr, światło, wodę i energię jądrową”. W porównaniu z innymi odnawialnymi źródłami energii, ludzkość dysponuje najbardziej dojrzałą, bezpieczną i niezawodną technologią wykorzystania energii słonecznej. Wśród nich znajduje się przemysł ogniw fotowoltaicznych z krzemem o wysokiej czystości, który rozwija się niezwykle dynamicznie. Do końca 2023 roku łączna zainstalowana moc fotowoltaiczna w moim kraju przekroczyła 250 gigawatów, a wytwarzanie energii elektrycznej z fotowoltaiki osiągnęło 266,3 miliarda kWh, co stanowi wzrost o około 30% rok do roku. Nowo dodana moc wytwórcza wynosi 78,42 miliona kilowatów, co stanowi wzrost o 154% rok do roku. Pod koniec czerwca skumulowana zainstalowana moc generacyjna energii słonecznej wyniosła około 470 milionów kilowatów, co przewyższyło moc energii wodnej i uczyniło ją drugim co do wielkości źródłem energii w moim kraju.
Podczas gdy przemysł fotowoltaiczny rozwija się dynamicznie, przemysł nowych materiałów, który go wspiera, również dynamicznie się rozwija. Elementy kwarcowe, takie jaktygle kwarcoweWśród nich znajdują się łódki kwarcowe i butelki kwarcowe, które odgrywają ważną rolę w procesie produkcji ogniw fotowoltaicznych. Na przykład tygle kwarcowe służą do przechowywania stopionego krzemu w produkcji prętów i sztabek krzemowych; łódki kwarcowe, rury, butelki, zbiorniki czyszczące itp. pełnią funkcję łożysk w procesach dyfuzji, czyszczenia i innych ogniwach procesowych w produkcji ogniw słonecznych, zapewniając czystość i jakość materiałów krzemowych.
Główne zastosowania elementów kwarcowych w produkcji ogniw fotowoltaicznych
W procesie produkcji ogniw fotowoltaicznych, płytki krzemowe umieszczane są na łódce, a łódka na podporze, co umożliwia dyfuzję, LPCVD i inne procesy termiczne. Wspornik z węglika krzemu jest kluczowym elementem załadowczym, który przesuwa podporę, transportując płytki krzemowe do i z pieca grzewczego. Jak pokazano na poniższym rysunku, wspornik z węglika krzemu zapewnia koncentryczność płytki krzemowej i rury pieca, zapewniając tym samym bardziej równomierną dyfuzję i pasywację. Jednocześnie jest on wolny od zanieczyszczeń i nie odkształca się w wysokich temperaturach, charakteryzuje się dobrą odpornością na szok termiczny i dużą obciążalnością, i znalazł szerokie zastosowanie w dziedzinie ogniw fotowoltaicznych.
Schematyczny diagram kluczowych elementów ładowania akumulatora
W procesie dyfuzji miękkiego lądowania tradycyjna łódź kwarcowa iłódka opłatkowaPodparcie wymaga umieszczenia płytki krzemowej wraz z podporą kwarcową do rury kwarcowej w piecu dyfuzyjnym. W każdym procesie dyfuzji, podpora kwarcowa wypełniona płytkami krzemowymi jest umieszczana na mieszadle z węglika krzemu. Po wejściu mieszadła z węglika krzemu do rury kwarcowej, mieszadło automatycznie opada, aby umieścić podporę kwarcową i płytkę krzemową, a następnie powoli powraca do punktu początkowego. Po każdym procesie, podpora kwarcowa musi zostać usunięta z pieca.łopatka z węglika krzemuTak częste użytkowanie spowoduje długotrwałe zużycie kwarcowego podparcia łodzi. Gdy kwarcowe podparcie łodzi pęknie i się złamie, całe podparcie łodzi spadnie z łopatki z węglika krzemu, uszkadzając znajdujące się pod nią elementy kwarcowe, płytki krzemowe i łopatki z węglika krzemu. Łopatka z węglika krzemu jest droga i nie można jej naprawić. W razie wypadku spowoduje to ogromne straty materialne.
W procesie LPCVD nie tylko występują wyżej wymienione problemy związane z naprężeniami termicznymi, ale ponieważ proces LPCVD wymaga przepuszczenia gazu silanowego przez wafel krzemowy, długotrwały proces powoduje również powstanie powłoki silikonowej na podporze i samej podporze. Z powodu niespójności współczynników rozszerzalności cieplnej powlekanego krzemu i kwarcu, podpora i sama podporze pękają, a żywotność podpory znacznie się skraca. Żywotność zwykłych podpór i podpór kwarcowych w procesie LPCVD wynosi zazwyczaj zaledwie 2–3 miesiące. Dlatego szczególnie ważne jest ulepszenie materiału podpory, aby zwiększyć wytrzymałość i wydłużyć żywotność podpory i uniknąć takich wypadków.
Krótko mówiąc, wraz ze wzrostem czasu i częstotliwości produkcji ogniw słonecznych, łódki kwarcowe i inne komponenty są podatne na ukryte pęknięcia, a nawet pęknięcia. Żywotność łódek i rur kwarcowych na głównych liniach produkcyjnych w Chinach wynosi około 3-6 miesięcy i wymaga regularnego wyłączania w celu czyszczenia, konserwacji i wymiany nośników kwarcowych. Co więcej, piasek kwarcowy o wysokiej czystości, używany jako surowiec do produkcji komponentów kwarcowych, jest obecnie w trudnej sytuacji podaży i popytu, a jego cena od dawna utrzymuje się na wysokim poziomie, co oczywiście nie sprzyja poprawie efektywności produkcji i korzyściom ekonomicznym.
Ceramika z węglika krzemu"pokazać się"
Obecnie opracowano materiał o lepszych parametrach, który może zastąpić niektóre elementy kwarcowe – ceramikę z węglika krzemu.
Ceramika z węglika krzemu charakteryzuje się dobrą wytrzymałością mechaniczną, stabilnością termiczną, odpornością na wysokie temperatury, utlenianie, szok termiczny oraz korozję chemiczną. Jest szeroko stosowana w gorących dziedzinach, takich jak metalurgia, maszyny, nowe źródła energii, materiały budowlane i chemikalia. Jej parametry są również wystarczające do dyfuzji ogniw TOPcon w produkcji fotowoltaicznej, LPCVD (niskociśnieniowe chemiczne osadzanie z fazy gazowej), PECVD (plazmowe chemiczne osadzanie z fazy gazowej) i innych procesach termicznych.
Podpora z węglika krzemu LPCVD i podpora z węglika krzemu z dodatkiem boru
W porównaniu z tradycyjnymi materiałami kwarcowymi, podpory do łodzi, łodzie i produkty rurowe wykonane z ceramiki z węglika krzemu charakteryzują się wyższą wytrzymałością, lepszą stabilnością termiczną, brakiem odkształceń w wysokich temperaturach i ponad 5-krotnie dłuższą żywotnością niż materiały kwarcowe, co pozwala znacznie obniżyć koszty użytkowania i straty energii spowodowane konserwacją i przestojami. Przewaga kosztowa jest oczywista, a źródło surowców jest szerokie.
Wśród nich, węglik krzemu spiekany reaktywnie (RBSiC) charakteryzuje się niską temperaturą spiekania, niskim kosztem produkcji, wysokim zagęszczeniem materiału i praktycznie zerowym skurczem objętościowym podczas spiekania reaktywnego. Jest on szczególnie odpowiedni do wytwarzania wielkogabarytowych i złożonych elementów konstrukcyjnych. Dlatego też najlepiej nadaje się do produkcji wielkogabarytowych i złożonych wyrobów, takich jak podpory łodzi, łodzie, wiosła wspornikowe, rury pieców itp.
Łodzie z płytek węglika krzemumają również duże perspektywy rozwoju w przyszłości. Niezależnie od procesu LPCVD lub procesu ekspansji boru, żywotność łódki kwarcowej jest stosunkowo krótka, a współczynnik rozszerzalności cieplnej materiału kwarcowego jest niezgodny ze współczynnikiem rozszerzalności cieplnej materiału z węglika krzemu. Dlatego łatwo o odchylenia w procesie dopasowania uchwytu do łódki z węglika krzemu w wysokiej temperaturze, co prowadzi do wstrząsów łódką, a nawet jej pęknięcia. Łódka z węglika krzemu przyjmuje proces formowania jednoczęściowego i całościowego przetwarzania. Wymagania dotyczące jej kształtu i tolerancji położenia są wysokie i lepiej współpracuje z uchwytem do łódki z węglika krzemu. Ponadto węglik krzemu ma wysoką wytrzymałość, a łódź jest znacznie mniej podatna na pęknięcie w wyniku kolizji niż łódź kwarcowa.
Łódź z płytek węglika krzemu
Rura pieca jest głównym elementem przenoszącym ciepło w piecu, który odpowiada za uszczelnienie i równomierne nagrzewanie. W porównaniu z rurami kwarcowymi, rury z węglika krzemu charakteryzują się dobrą przewodnością cieplną, równomiernym nagrzewaniem i dobrą stabilnością termiczną, a ich żywotność jest ponad 5 razy dłuższa niż rur kwarcowych.
Streszczenie
Ogólnie rzecz biorąc, zarówno pod względem wydajności produktu, jak i kosztów użytkowania, ceramiczne materiały z węglika krzemu mają więcej zalet niż materiały kwarcowe w niektórych aspektach sektora ogniw słonecznych. Zastosowanie ceramicznych materiałów z węglika krzemu w przemyśle fotowoltaicznym znacznie pomogło firmom fotowoltaicznym obniżyć koszty inwestycji w materiały pomocnicze oraz poprawić jakość i konkurencyjność produktów. W przyszłości, wraz z masowym zastosowaniem wielkogabarytowych rur piecowych z węglika krzemu, łódek i podpór z węglika krzemu o wysokiej czystości oraz ciągłą redukcją kosztów, zastosowanie ceramicznych materiałów z węglika krzemu w sektorze ogniw fotowoltaicznych stanie się kluczowym czynnikiem poprawy sprawności konwersji energii świetlnej i redukcji kosztów przemysłowych w dziedzinie wytwarzania energii fotowoltaicznej, a także będzie miało istotny wpływ na rozwój nowej energii fotowoltaicznej.
Czas publikacji: 05-11-2024