Prípadová štúdia: Vysoko čisté grafitové komponenty pre 32-palcové monokryštalické tepelné polia v rastúcom kremíku typu N

Úvod: Výzva 32-palcového tepelného poľa pri vysokoúčinnom raste kremíka typu N

Keďže fotovoltaický priemysel rýchlo prechádza z PERC typu P na solárne články TOPCon typu N a heterojunkčné (HJT) systémy, dopyt po kremíkových doštičkách s vyššou čistotou prudko vzrástol. Kremíkové substráty typu N vyžadujú extrémne dlhú životnosť minoritných nosičov náboja (typicky > 300 μs) a takmer nulovú kontamináciu prechodnými kovmi.

Aby sa zvýšila priepustnosť, výrobcovia kremíkových doštičiek rozširujú veľkosti téglikov na 32 palcov a viac. Prevádzka pri teplotách presahujúcich 1 450 °C v tepelnom poli s priemerom 32 palcov však predstavuje vážne technické výzvy:

1. Tepelná degradácia a asymetria:Obrovské teplotné gradienty spôsobujú štrukturálnu deformáciu a praskanie v štandardných grafitových ohrievačoch a podstavcoch.
2. Kontaminácia prchavými kovmi:Stopové nečistoty (Fe, Ni, Cu, V) v konvenčnom grafite sa počas dlhšieho ťahania kryštálov odparujú, migrujú priamo do roztaveného kremíka a spôsobujú vážnu degradáciu minoritných nosičov náboja počas ich životnosti.

Technické riešenie: Ultračistený izostatický grafit a tienenie CVD SiC

Aby spoločnosť VeTek Semiconductor prekonala tieto technické úzke miesta, nasadila komplexnú modernizáciu materiálu v celej 32-palcovej zostave tepelného poľa, ktorá pozostáva z izostatického grafitu s vysokou hustotou, ktorý bol podrobený vysokoteplotnému čisteniu halogénmi a ochranným povlakom z karbidu kremíka (SiC) metódou CVD.

1. Hlboké čistenie halogénov (obsah popola ≤ 2 – 5 ppm)

Štandardný priemyselný grafit obsahuje objemový obsah popola v rozmedzí od 50 ppm do 200 ppm. Pri teplote 1 450 °C vo vákuu sa tieto stopové prvky odparujú. Náš patentovaný proces čistenia halogénových plynov pri vysokých teplotách premieňa kovové nečistoty na prchavé halogénové zlúčeniny (chloridy/fluoridy) pri teplotách nad 2 400 °C.

• Testovanie hmotnostnou spektrometriou s tlmivým výbojom (GDMS)overuje, že celkové kovové nečistoty (Fe, Cr, Ni, Cu, V) sú znížené na menej ako 0,5 ppm, čím sa dosiahne celkový obsah popola ≤ 2 ppm.
• Výsledok:Eliminuje vývoj kovových plynov v pozadí a chráni roztavený kremíkový kúpeľ pred kontamináciou počas viac ako 120 hodín nepretržitých cyklov ťahania.

2. Izostatická grafitová štruktúra s vysokou hustotou pre tepelnú stabilitu

Komponenty vrátane grafitového ohrievača, susceptora téglika a izolačného valca sú vyrobené z izostatického grafitu s vysokou hustotou (1,85 g/cm³), jemnozrnného (veľkosť zŕn <10 μm). Izostatické lisovanie zaisťuje rovnomernú izotropnú tepelnú rozťažnosť (CTE), čím sa zabraňuje lokalizovanému tepelnému namáhaniu, deformácii a mechanickému praskaniu pri opakovaných tepelných cykloch.

3. Ochranný CVD povlak z karbidu kremíka (SiC)

Kritické komponenty vystavené param kremíka a korozívnym preplachovacím plynom sú potiahnuté vrstvou karbidu kremíka (SiC) s hrúbkou 50 – 80 μm, vyrobenou metódou chemického nanášania z plynnej fázy (CVD).

• Protikorózna bariéra:Zabraňuje priamej chemickej reakcii medzi prchavými parami kremíka (SiO2) a grafitovým substrátom (SiO2 + 2C → SiC + CO2), čím eliminuje povrchovú eróziu a tvorbu uhlíkového prachu.
• Geometrická presnosť:Zachováva presnú geometriu tepelného poľa s o 30 % dlhšími servisnými intervalmi.

Namerané údaje o výkonnosti a validácia v terénnych skúškach

V závode na výrobu kremíkových doštičiek TOPCon prvej úrovne sa uskutočnila 6-mesačná porovnávacia poľná skúška na 50 produkčných 32-palcových peciach CZ. Nižšie je uvedený výkonnostný benchmark porovnávajúci štandardné grafitové komponenty s čisteným tepelným poľným riešením od spoločnosti VeTek Semiconductor:

Často kladené otázky (FAQ)

Záver a technická konzultácia

Prechod na ultračistené izostatické grafitové komponenty s CVD SiC ochranou poskytuje priamu a merateľnú cestu k riešeniu úzkych miest vo výťažnosti a nečistotách pri raste 32-palcového monokryštalického kremíka typu N. Vďaka 18 % zlepšeniu výťažnosti primárneho materiálu a 30 % predĺženej životnosti tepelného poľa môžu výrobcovia solárnych doštičiek dosiahnuť značnú návratnosť investícií.