Med dagens kontinuerliga utveckling i världen blir icke-förnybar energi alltmer uttömd, och det mänskliga samhället är alltmer angeläget att använda förnybar energi representerad av "vind, ljus, vatten och kärnkraft". Jämfört med andra förnybara energikällor har människan den mest mogna, säkra och tillförlitliga tekniken för att använda solenergi. Bland dem har solcellsindustrin med högrent kisel som substrat utvecklats extremt snabbt. I slutet av 2023 hade landets kumulativa installerade solcellskapacitet överstigit 250 gigawatt, och solcellsproduktionen hade nått 266,3 miljarder kWh, en ökning med cirka 30 % jämfört med föregående år, och den nyligen tillkomna kraftproduktionskapaciteten är 78,42 miljoner kilowatt, en ökning med 154 % jämfört med föregående år. I slutet av juni var den kumulativa installerade kapaciteten för solcellsproduktion cirka 470 miljoner kilowatt, vilket har överträffat vattenkraft och blivit den näst största kraftkällan i landet.
Medan solcellsindustrin utvecklas snabbt, utvecklas även den nya materialindustrin som stöder den snabbt. Kvartskomponenter somkvartsdeglar, kvartsbåtar och kvartsflaskor är bland dem, och spelar en viktig roll i den solcellsbaserade tillverkningsprocessen. Till exempel används kvartsdeglar för att hålla smält kisel vid produktion av kiselstavar och kiselgöt; kvartsbåtar, rör, flaskor, rengöringstankar etc. spelar en lagerfunktion i diffusion, rengöring och andra processlänkar vid produktion av solceller etc., vilket säkerställer renheten och kvaliteten hos kiselmaterialen.
Huvudsakliga tillämpningar av kvartskomponenter för solcellstillverkning
I tillverkningsprocessen för solceller placeras kiselskivor på en waferbåt, och båten placeras på ett waferbåtsstöd för diffusion, LPCVD och andra termiska processer, medan kiselkarbidens utskjutande paddel är den viktigaste lastkomponenten för att flytta båtstödet som bär kiselskivor in i och ut ur värmeugnen. Som visas i figuren nedan kan kiselkarbidens utskjutande paddel säkerställa koncentriciteten hos kiselskivan och ugnsröret, vilket gör diffusionen och passiveringen mer enhetlig. Samtidigt är den föroreningsfri och deformeras inte vid höga temperaturer, har god termisk chockbeständighet och stor lastkapacitet och har använts i stor utsträckning inom området solceller.
Schematiskt diagram över viktiga batteriladdningskomponenter
I diffusionsprocessen för mjuklandning, den traditionella kvartsbåten ochwaferbåtStödet behöver placera kiselskivan tillsammans med kvartsbåtstödet i kvartsröret i diffusionsugnen. I varje diffusionsprocess placeras kvartsbåtstödet fyllt med kiselskivor på kiselkarbidpaddeln. Efter att kiselkarbidpaddeln har kommit in i kvartsröret sjunker paddeln automatiskt för att placera kvartsbåtstödet och kiselskivan, och sedan långsamt tillbaka till ursprunget. Efter varje process måste kvartsbåtstödet tas bort frånpaddel av kiselkarbidSådan frekvent användning kommer att leda till att kvartsbåtsstödet slits ut under en längre tid. När kvartsbåtsstödet spricker och går sönder kommer hela kvartsbåtsstödet att falla av kiselkarbidpaddeln och sedan skada kvartsdelarna, kiselskivorna och kiselkarbidpaddlarna under. Kiselkarbidpaddeln är dyr och kan inte repareras. När en olycka inträffar kommer det att orsaka stora egendomsskador.
I LPCVD-processen kommer inte bara de ovan nämnda termiska stressproblemen att uppstå, utan eftersom LPCVD-processen kräver att silangas passerar genom kiselskivan, kommer den långsiktiga processen också att bilda en kiselbeläggning på både skivbåtsstödet och skivbåten. På grund av inkonsekvensen i de termiska expansionskoefficienterna för det belagda kislet och kvartset kommer båtstödet och båten att spricka, och livslängden kommer att minskas avsevärt. Livslängden för vanliga kvartsbåtar och båtstöd i LPCVD-processen är vanligtvis bara 2 till 3 månader. Därför är det särskilt viktigt att förbättra båtstödmaterialet för att öka båtstödets hållfasthet och livslängd och undvika sådana olyckor.
Kort sagt, i takt med att processtiden och antalet gånger produktionen av solceller ökar, är kvartsbåtar och andra komponenter benägna att få dolda sprickor eller till och med brott. Livslängden för kvartsbåtar och kvartsrör i de nuvarande vanliga produktionslinjerna i Kina är cirka 3–6 månader, och de måste stängas av regelbundet för rengöring, underhåll och utbyte av kvartsbärare. Dessutom är den högrena kvartssanden som används som råmaterial för kvartskomponenter för närvarande i ett tillstånd av begränsad tillgång och efterfrågan, och priset har legat på en hög nivå under lång tid, vilket uppenbarligen inte bidrar till att förbättra produktionseffektiviteten och de ekonomiska fördelarna.
Kiselkarbidkeramik"visa upp"
Nu har man kommit fram till ett material med bättre prestanda för att ersätta vissa kvartskomponenter – kiselkarbidkeramik.
Kiselkarbidkeramik har god mekanisk hållfasthet, termisk stabilitet, hög temperaturbeständighet, oxidationsbeständighet, termisk chockbeständighet och kemisk korrosionsbeständighet, och används ofta inom heta områden som metallurgi, maskiner, ny energi samt byggmaterial och kemikalier. Dess prestanda är också tillräcklig för diffusion av TOPcon-celler i solcellstillverkning, LPCVD (lågtryckskemisk ångdeponering), PECVD (plasmakemisk ångdeponering) och andra termiska processlänkar.
LPCVD-kiselkarbidbåtstöd och borexpanderat kiselkarbidbåtstöd
Jämfört med traditionella kvartsmaterial har båtstöd, båtar och rörprodukter tillverkade av kiselkarbidkeramik högre hållfasthet, bättre termisk stabilitet, ingen deformation vid höga temperaturer och en livslängd på mer än 5 gånger kvartsmaterial, vilket avsevärt kan minska användningskostnaderna och energiförlusten orsakad av underhåll och driftstopp. Kostnadsfördelen är uppenbar och råmaterialkällorna är breda.
Bland dessa har reaktionssintrad kiselkarbid (RBSiC) låg sintringstemperatur, låg produktionskostnad, hög materialförtätning och nästan ingen volymkrympning under reaktionssintring. Den är särskilt lämplig för framställning av stora och komplext formade strukturella delar. Därför är den mest lämplig för produktion av stora och komplexa produkter såsom båtstöd, båtar, utskjutande paddlar, ugnsrör etc.
Kiselkarbidskivorbåtarhar också stora utvecklingsmöjligheter i framtiden. Oavsett LPCVD-processen eller bor-expansionsprocessen är kvartsbåtens livslängd relativt låg, och kvartsmaterialets värmeutvidgningskoefficient skiljer sig från kiselkarbidmaterialets. Därför är det lätt att avvika i processen att matcha med kiselkarbidbåthållaren vid hög temperatur, vilket leder till att båten skakar eller till och med går sönder. Kiselkarbidbåten använder processvägen med gjutning i ett stycke och övergripande bearbetning. Dess krav på form- och positionstolerans är höga, och den samarbetar bättre med kiselkarbidbåthållaren. Dessutom har kiselkarbid hög hållfasthet, och båten är mycket mindre benägen att gå sönder på grund av mänskliga kollisioner än kvartsbåten.
Kiselkarbidskivabåt
Ugnsröret är ugnens huvudsakliga värmeöverföringskomponent och spelar en roll för tätning och jämn värmeöverföring. Jämfört med kvartsugnsrör har kiselkarbidugnsrör god värmeledningsförmåga, jämn uppvärmning och god termisk stabilitet, och deras livslängd är mer än 5 gånger så hög som kvartsrör.
Sammanfattning
Generellt sett, oavsett om det gäller produktprestanda eller användningskostnad, har kiselkarbidkeramiska material fler fördelar än kvartsmaterial inom vissa aspekter av solcellsområdet. Användningen av kiselkarbidkeramiska material inom solcellsindustrin har i hög grad hjälpt solcellsföretag att minska investeringskostnaderna för hjälpmaterial och förbättra produktkvaliteten och konkurrenskraften. I framtiden, med storskalig tillämpning av stora kiselkarbidugnsrör, högrena kiselkarbidbåtar och båtstöd och kontinuerlig kostnadsminskning, kommer tillämpningen av kiselkarbidkeramiska material inom solceller att bli en nyckelfaktor för att förbättra effektiviteten i ljusenergiomvandling och minska industrikostnaderna inom solcellsproduktion, och kommer att ha en viktig inverkan på utvecklingen av ny solcellsenergi.
Publiceringstid: 5 november 2024