Solcellsproduktion har blivit världens mest lovande nya energiindustri. Jämfört med polykisel och amorfa kiselsolceller har monokristallint kisel, som ett solcellsmaterial för kraftproduktion, en hög fotoelektrisk omvandlingseffektivitet och enastående kommersiella fördelar, och har blivit den vanligaste metoden för solcellsproduktion. Czochralski (CZ) är en av de viktigaste metoderna för att framställa monokristallint kisel. Sammansättningen av Czochralskis monokristallina ugnar inkluderar ugnssystem, vakuumsystem, gassystem, termiskt fältsystem och elektriskt styrsystem. Det termiska fältsystemet är en av de viktigaste förutsättningarna för tillväxt av monokristallint kisel, och kvaliteten på monokristallint kisel påverkas direkt av temperaturgradientfördelningen i det termiska fältet.
Termiska fältkomponenter består huvudsakligen av kolmaterial (grafitmaterial och kol/kol-kompositmaterial), vilka är indelade i stöddelar, funktionella delar, värmeelement, skyddande delar, värmeisoleringsmaterial etc., enligt deras funktioner, såsom visas i figur 1. I takt med att storleken på monokristallint kisel fortsätter att öka, ökar även storlekskraven för termiska fältkomponenter. Kol/kol-kompositmaterial blir förstahandsvalet för termiska fältmaterial för monokristallint kisel på grund av dess dimensionsstabilitet och utmärkta mekaniska egenskaper.
I processen med czokralcian monokristallin kisel kommer smältningen av kiselmaterialet att producera kiselånga och stänk av smält kisel, vilket resulterar i kiselbildningserosion av kol/kol-termiska fältmaterial, och de mekaniska egenskaperna och livslängden hos kol/kol-termiska fältmaterial påverkas allvarligt. Därför har hur man minskar kiselbildningserosionen av kol/kol-termiska fältmaterial och förbättrar deras livslängd blivit en av de vanligaste frågorna för tillverkare av monokristallin kisel och kol/kol-termiska fältmaterial.Kiselkarbidbeläggninghar blivit förstahandsvalet för ytbeläggningsskydd av kol/kol-termofältmaterial tack vare dess utmärkta termiska chockbeständighet och slitstyrka.
I denna artikel presenteras de viktigaste framställningsmetoderna, fördelarna och nackdelarna med kiselkarbidbeläggningar, med utgångspunkt i kol/kol-termiska fältmaterial som används vid produktion av monokristallint kisel. Baserat på detta granskas tillämpningen och forskningsframstegen för kiselkarbidbeläggning i kol/kol-termiska fältmaterial utifrån egenskaperna hos kol/kol-termiska fältmaterial, och förslag och utvecklingsriktningar för ytbeläggningsskydd av kol/kol-termiska fältmaterial presenteras.
1 Beredningsteknik förkiselkarbidbeläggning
1.1 Inbäddningsmetod
Inbäddningsmetoden används ofta för att framställa den inre beläggningen av kiselkarbid i C/C-sic-kompositmaterialsystem. Denna metod använder först blandat pulver för att linda in kol/kol-kompositmaterialet och utför sedan värmebehandling vid en viss temperatur. En serie komplexa fysikalisk-kemiska reaktioner sker mellan det blandade pulvret och provytan för att bilda beläggningen. Dess fördel är att processen är enkel, endast en enda process kan framställa täta, sprickfria matriskompositmaterial; Liten storleksförändring från preform till slutprodukt; Lämplig för alla fiberförstärkta strukturer; En viss kompositionsgradient kan bildas mellan beläggningen och substratet, vilket kombineras väl med substratet. Det finns dock också nackdelar, såsom kemisk reaktion vid hög temperatur, vilket kan skada fibern, och de mekaniska egenskaperna hos kol/kol-matrisen minskar. Beläggningens enhetlighet är svår att kontrollera på grund av faktorer som gravitation, vilket gör beläggningen ojämn.
1.2 Slambeläggningsmetod
Slurrybeläggningsmetoden innebär att beläggningsmaterialet och bindemedlet blandas till en blandning, jämnt appliceras på matrisens yta. Efter torkning i en inert atmosfär sintras det belagda provet vid hög temperatur, varvid den erforderliga beläggningen kan erhållas. Fördelarna är att processen är enkel och lätt att använda, och beläggningstjockleken är lätt att kontrollera. Nackdelen är att bindningsstyrkan mellan beläggningen och substratet är dålig, beläggningens termiska chockmotstånd är dåligt och beläggningens enhetlighet är låg.
1.3 Kemisk ångreaktionsmetod
Kemisk ångreaktion (CVR) är en processmetod där fast kiselmaterial avdunstar till kiselånga vid en viss temperatur, varefter kiselångan diffunderar in i matrisens insida och yta och reagerar in situ med kol i matrisen för att producera kiselkarbid. Dess fördelar inkluderar en jämn atmosfär i ugnen, jämn reaktionshastighet och avsättningstjocklek för det belagda materialet överallt. Processen är enkel och lätt att använda, och beläggningstjockleken kan kontrolleras genom att ändra kiselångtrycket, avsättningstiden och andra parametrar. Nackdelen är att provet påverkas kraftigt av positionen i ugnen, och kiselångtrycket i ugnen kan inte uppnå den teoretiska jämnheten, vilket resulterar i ojämn beläggningstjocklek.
1.4 Kemisk ångavsättningsmetod
Kemisk ångdeponering (CVD) är en process där kolväten används som gaskälla och högrent N2/Ar som bärargas för att införa blandade gaser i en kemisk ångreaktor. Kolvätena sönderdelas, syntetiseras, diffunderas, adsorberas och upplöses under en viss temperatur och tryck för att bilda fasta filmer på ytan av kol/kol-kompositmaterial. Fördelen är att beläggningens densitet och renhet kan kontrolleras. Den är också lämplig för arbetsstycken med mer komplex form. Produktens kristallstruktur och ytmorfologi kan kontrolleras genom att justera deponeringsparametrarna. Nackdelarna är att deponeringshastigheten är för låg, processen är komplex, produktionskostnaden är hög och det kan finnas beläggningsdefekter, såsom sprickor, nätdefekter och ytdefekter.
Sammanfattningsvis är inbäddningsmetoden begränsad till sina tekniska egenskaper, vilket gör den lämplig för utveckling och produktion av laboratoriematerial och material i liten skala. Beläggningsmetoden är inte lämplig för massproduktion på grund av dess dåliga konsistens. CVR-metoden kan uppfylla massproduktionen av produkter i stor skala, men den har högre krav på utrustning och teknik. CVD-metoden är en idealisk metod för framställning.SIC-beläggning, men dess kostnad är högre än CVR-metoden på grund av dess svårigheter att styra processen.
Publiceringstid: 22 februari 2024