Výroba fotovoltaickej energie zo solárnej energie sa stala najsľubnejším novým energetickým odvetvím na svete. V porovnaní s polykryštalickými a amorfnými kremíkovými solárnymi článkami má monokryštalický kremík ako fotovoltaický materiál vysokú účinnosť fotoelektrickej konverzie a vynikajúce komerčné výhody a stal sa hlavným prúdom výroby fotovoltaickej energie zo solárnej energie. Czochralského (CZ) metóda je jednou z hlavných metód prípravy monokryštalického kremíka. Zloženie Czochralského monokryštalickej pece zahŕňa systém pece, vákuový systém, plynový systém, systém tepelného poľa a elektrický riadiaci systém. Systém tepelného poľa je jednou z najdôležitejších podmienok pre rast monokryštalického kremíka a kvalita monokryštalického kremíka je priamo ovplyvnená rozložením teplotného gradientu tepelného poľa.
Komponenty tepelného poľa sa skladajú prevažne z uhlíkových materiálov (grafitové materiály a uhlíkovo-uhlíkové kompozitné materiály), ktoré sa podľa svojich funkcií delia na nosné časti, funkčné časti, vykurovacie prvky, ochranné časti, tepelnoizolačné materiály atď., ako je znázornené na obrázku 1. S rastúcou veľkosťou monokryštalického kremíka sa zvyšujú aj požiadavky na veľkosť komponentov tepelného poľa. Kompozitné materiály uhlík/uhlík sa stávajú prvou voľbou pre materiály tepelného poľa pre monokryštalický kremík vďaka svojej rozmerovej stabilite a vynikajúcim mechanickým vlastnostiam.
V procese výroby czochralciánskeho monokryštalického kremíka dochádza k taveniu kremíkového materiálu k výparom kremíka a striekaniu roztaveného kremíka, čo vedie k silikácii erózie uhlík/uhlíkových tepelných materiálov a vážne ovplyvňuje mechanické vlastnosti a životnosť uhlík/uhlíkových tepelných materiálov. Preto sa otázka, ako znížiť silikáciu erózie uhlík/uhlíkových tepelných materiálov a zlepšiť ich životnosť, stala jednou zo spoločných obáv výrobcov monokryštalického kremíka a uhlík/uhlíkových tepelných materiálov.Povlak z karbidu kremíkasa stal prvou voľbou pre ochranu povrchových vrstiev tepelne poľných materiálov uhlík/uhlík vďaka svojej vynikajúcej odolnosti voči tepelným šokom a opotrebovaniu.
V tomto článku, vychádzajúc z materiálov uhlík/uhlík pre tepelné pole používaných pri výrobe monokryštalického kremíka, sú predstavené hlavné metódy prípravy, výhody a nevýhody povlakov z karbidu kremíka. Na tomto základe je preskúmaná aplikácia a výskumný pokrok v oblasti povlakov z karbidu kremíka v materiáloch uhlík/uhlík pre tepelné pole podľa charakteristík materiálov uhlík/uhlík pre tepelné pole a sú predložené návrhy a smery vývoja pre ochranu povrchových povlakov materiálov uhlík/uhlík pre tepelné pole.
1 Technológia prípravypovlak z karbidu kremíka
1.1 Metóda vkladania
Metóda zalievania sa často používa na prípravu vnútorného povlaku karbidu kremíka v kompozitnom materiálovom systéme C/C-sic. Táto metóda najprv využíva zmes prášku na obalenie kompozitného materiálu uhlík/uhlík a potom sa vykonáva tepelné spracovanie pri určitej teplote. Medzi zmesou prášku a povrchom vzorky prebieha séria zložitých fyzikálno-chemických reakcií za vzniku povlaku. Jeho výhodou je, že proces je jednoduchý, iba jeden proces umožňuje pripraviť husté kompozitné materiály s matricou bez trhlín; malá zmena veľkosti od predlisku po konečný produkt; vhodný pre akúkoľvek štruktúru vystuženú vláknami; medzi povlakom a substrátom sa môže vytvoriť určitý gradient zloženia, ktorý je so substrátom dobre spojený. Existujú však aj nevýhody, ako je chemická reakcia pri vysokej teplote, ktorá môže poškodiť vlákno, a zhoršenie mechanických vlastností matrice uhlík/uhlík. Rovnomernosť povlaku je ťažké kontrolovať kvôli faktorom, ako je gravitácia, ktorá spôsobuje nerovnomerný povlak.
1.2 Metóda nanášania suspenzie
Metóda nanášania suspenziou spočíva v zmiešaní náterového materiálu a spojiva do zmesi, rovnomernom nanesení štetcom na povrch matrice. Po vysušení v inertnej atmosfére sa nanesená vzorka speká pri vysokej teplote a získa sa požadovaný náter. Výhodou je, že proces je jednoduchý a ľahko sa ovláda a hrúbka náteru sa ľahko reguluje. Nevýhodou je, že medzi náterom a substrátom je slabá spojovacia sila, slabá odolnosť náteru voči tepelnému šoku a nízka rovnomernosť náteru.
1.3 Metóda chemickej reakcie s parou
Metóda chemickej reakcie s párami (CVR) je procesná metóda, ktorá odparuje pevný kremíkový materiál do kremíkovej pary pri určitej teplote, a potom kremíková para difunduje do vnútra a na povrch matrice a reaguje in situ s uhlíkom v matrici za vzniku karbidu kremíka. Medzi jej výhody patrí rovnomerná atmosféra v peci, konzistentná reakčná rýchlosť a hrúbka nanášania povlakovaného materiálu všade; proces je jednoduchý a ľahko ovládateľný a hrúbku povlaku je možné regulovať zmenou tlaku kremíkových pár, času nanášania a ďalších parametrov. Nevýhodou je, že vzorka je výrazne ovplyvnená polohou v peci a tlak kremíkových pár v peci nemôže dosiahnuť teoretickú rovnomernosť, čo vedie k nerovnomernej hrúbke povlaku.
1.4 Metóda chemického nanášania z pár
Chemická depozícia z pár (CVD) je proces, pri ktorom sa ako zdroj plynu používajú uhľovodíky a ako nosný plyn sa do chemického reaktora s párami zavádzajú uhľovodíky N2/Ar s vysokou čistotou. Tieto uhľovodíky sa pri určitej teplote a tlaku rozkladajú, syntetizujú, difundujú, adsorbujú a separujú za vzniku pevných filmov na povrchu uhlík/uhlíkových kompozitných materiálov. Jeho výhodou je, že hustotu a čistotu povlaku je možné regulovať. Je vhodný aj pre obrobky so zložitejším tvarom. Kryštálová štruktúra a povrchová morfológia produktu sa dajú regulovať nastavením parametrov depozície. Nevýhodou je, že rýchlosť depozície je príliš nízka, proces je zložitý, výrobné náklady sú vysoké a môžu sa vyskytnúť chyby povlaku, ako sú praskliny, chyby siete a povrchové chyby.
Stručne povedané, metóda zalievania je obmedzená svojimi technologickými vlastnosťami, ktoré sú vhodné na vývoj a výrobu laboratórnych a malých materiálov; metóda povlakovania nie je vhodná na hromadnú výrobu kvôli svojej nízkej konzistencii. Metóda CVR môže spĺňať požiadavky na hromadnú výrobu veľkorozmerných produktov, ale má vyššie požiadavky na vybavenie a technológiu. Metóda CVD je ideálnou metódou na prípravu...SIC povlak, ale jej náklady sú vyššie ako pri metóde CVR kvôli náročnosti riadenia procesu.
Čas uverejnenia: 22. februára 2024