Študija primera: Komponente iz visoko čistega grafita za 32-palčna monokristalna toplotna polja v rasti silicija N-tipa

Uvod: Izziv 32-palčnega termičnega polja pri visoko učinkoviti rasti silicija tipa N

Ker se fotovoltaična industrija hitro prehaja s sončnih celic PERC tipa P na sončne celice TOPCon in heterospojne sončne celice (HJT) tipa N, se je povpraševanje po silicijevih rezinah višje čistosti močno povečalo. Silicijeve podlage tipa N zahtevajo izjemno dolgo življenjsko dobo manjšinskih nosilcev naboja (običajno > 300 μs) in skoraj ničelno kontaminacijo s prehodnimi kovinami.

Za povečanje pretočnosti proizvajalci silicijevih rezin širijo velikosti lončkov na 32 palcev in več. Vendar pa delovanje pri temperaturah nad 1450 °C v 32-palčnem termičnem polju prinaša resne inženirske izzive:

1. Termična degradacija in asimetrija:Ogromni toplotni gradienti povzročajo strukturne deformacije in razpoke v standardnih grafitnih grelnikih in podstavkih.
2. Kontaminacija s hlapnimi kovinami:Sledovi nečistoč (Fe, Ni, Cu, V) v običajnem grafitu med dolgotrajnim vlečenjem kristalov uparijo, selijo neposredno v staljeni silicij in povzročajo hudo degradacijo manjšinskih nosilcev naboja med življenjsko dobo.

Inženirska rešitev: Ultra prečiščen izostatični grafit in CVD SiC zaščita

Da bi premagali te tehnične ozke grla, je VeTek Semiconductor v celotnem 32-palčnem termičnem sklopu izvedel celovito nadgradnjo materiala, ki jo sestavljajo izostatični grafit visoke gostote, podvržen visokotemperaturnemu čiščenju s halogeni in zaščitnim CVD prevlekam iz silicijevega karbida (SiC).

1. Globoko čiščenje halogenov (vsebnost pepela ≤ 2–5 ppm)

Standardni industrijski grafit vsebuje pepel v razsutem stanju med 50 ppm in 200 ppm. Pri 1450 °C v vakuumu ti elementi v sledovih izhlapevajo. Naš lastniški postopek čiščenja halogenskega plina pri visokih temperaturah pretvori kovinske nečistoče v hlapne halogenske spojine (kloride/fluoride) pri temperaturah nad 2400 °C.

• Testiranje z masno spektrometrijo s tlenjem (GDMS)potrjuje, da so skupne kovinske nečistoče (Fe, Cr, Ni, Cu, V) zmanjšane na manj kot 0,5 ppm, s čimer se doseže skupna vsebnost pepela ≤ 2 ppm.
• Rezultat:Odpravlja sproščanje kovinskih plinov v ozadju in ščiti staljeno silicijevo kopel pred kontaminacijo med več kot 120 urami neprekinjenih ciklov vlečenja.

2. Izostatična grafitna struktura visoke gostote za toplotno stabilnost

Komponente, vključno z grafitni grelec, susceptor lončka in izolacijski cilinder, so strojno izdelane iz visokogostotnega (1,85 g/cm³) drobnozrnatega (velikost zrn <10 μm) izostatičnega grafita. Izostatično stiskanje zagotavlja enakomerno izotropno toplotno raztezanje (CTE), kar preprečuje lokalizirane toplotne napetosti, upogibanje in mehanske razpoke pri ponavljajočih se toplotnih ciklih.

3. Zaščitni CVD premaz iz silicijevega karbida (SiC)

Kritične komponente, izpostavljene silicijevim param in korozivnim čistilnim plinom, so prevlečene s 50–80 μm gosto plastjo silicijevega karbida (SiC), izdelanega s kemičnim nanašanjem na parno paro (CVD).

• Korozijska zaščita:Preprečuje neposredno kemično reakcijo med hlapnimi silicijevimi hlapi (SiO2) in grafitnim substratom (SiO2 + 2C → SiC + CO2), s čimer odpravlja površinsko erozijo in nastajanje ogljikovega prahu.
• Geometrijska natančnost:Ohranja natančno geometrijo toplotnega polja, kar pomeni več kot 30 % daljše servisne intervale.

Izmerjeni podatki o učinkovitosti in validacija terenskih poskusov

V proizvodnem obratu TOPCon, ki je prvi v razredu, je bil izveden 6-mesečni primerjalni terenski preizkus na 50 proizvodnih 32-palčnih CZ pečeh. Spodaj je merilo učinkovitosti, ki primerja standardne grafitne komponente s prečiščeno termično poljsko rešitvijo podjetja VeTek Semiconductor:

Pogosto zastavljena vprašanja (FAQ)

Zaključek in tehnično posvetovanje

Nadgradnja na ultra prečiščene izostatične grafitne komponente z zaščito CVD SiC zagotavlja neposredno in merljivo pot do reševanja ozkih grl zaradi izkoristka in nečistoč pri rasti 32-palčnega monokristalnega silicija tipa N. Z 18-odstotnim izboljšanjem izkoristka primarnega materiala in 30-odstotno podaljšano življenjsko dobo termičnega polja lahko proizvajalci sončnih rezin dosežejo znatno donosnost naložbe.