Günümüz dünyasının sürekli gelişmesiyle birlikte, yenilenebilir olmayan enerji kaynakları giderek tükenmekte ve insan toplumu "rüzgar, ışık, su ve nükleer" ile temsil edilen yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanma konusunda giderek daha acil bir ihtiyaç duymaktadır. Diğer yenilenebilir enerji kaynaklarıyla karşılaştırıldığında, insanlığın güneş enerjisini kullanma konusunda en olgun, güvenli ve güvenilir teknolojiye sahip olduğu görülmektedir. Bunlar arasında, yüksek saflıkta silikonu alt tabaka olarak kullanan fotovoltaik hücre endüstrisi son derece hızlı bir şekilde gelişmiştir. 2023 yılının sonu itibarıyla, ülkemizin kümülatif güneş fotovoltaik kurulu kapasitesi 250 gigawatt'ı aşmış ve fotovoltaik enerji üretimi 266,3 milyar kWh'ye ulaşarak yıllık bazda yaklaşık %30 artış göstermiştir. Yeni eklenen enerji üretim kapasitesi ise 78,42 milyon kilovat olup, yıllık bazda %154 artış göstermiştir. Haziran ayı sonu itibarıyla, fotovoltaik enerji üretiminin kümülatif kurulu kapasitesi yaklaşık 470 milyon kilovat olup, ülkemizde hidroelektrik enerjisini geride bırakarak ikinci en büyük enerji kaynağı haline gelmiştir.
Fotovoltaik endüstrisi hızla gelişirken, onu destekleyen yeni malzeme endüstrisi de hızla gelişiyor. Kuvars bileşenleri gibi...kuvars potalarBunlar arasında kuvars tekneler ve kuvars şişeler de yer almaktadır ve fotovoltaik üretim sürecinde önemli bir rol oynamaktadırlar. Örneğin, kuvars potalar silikon çubuk ve silikon külçe üretiminde erimiş silikonu tutmak için kullanılır; kuvars tekneler, tüpler, şişeler, temizleme tankları vb. güneş hücrelerinin üretiminde difüzyon, temizleme ve diğer işlem aşamalarında taşıyıcı bir işlev görerek silikon malzemelerin saflığını ve kalitesini sağlarlar.
Fotovoltaik üretiminde kuvars bileşenlerinin başlıca uygulama alanları
Güneş fotovoltaik hücrelerinin üretim sürecinde, silikon levhalar bir levha taşıyıcıya yerleştirilir ve taşıyıcı, difüzyon, LPCVD ve diğer termal işlemler için bir levha taşıyıcı desteği üzerine yerleştirilir; silisyum karbür konsol palet ise silikon levhaları taşıyan taşıyıcı desteğin ısıtma fırınına girip çıkmasını sağlayan temel yükleme bileşenidir. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, silisyum karbür konsol palet, silikon levha ve fırın tüpünün eşmerkezliliğini sağlayarak difüzyon ve pasivasyonu daha homojen hale getirir. Aynı zamanda, yüksek sıcaklıklarda kirlilik yaratmaz ve deforme olmaz, iyi termal şok direncine ve yüksek yük kapasitesine sahiptir ve fotovoltaik hücreler alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Pil yükleme bileşenlerinin şematik diyagramı.
Yumuşak iniş difüzyon sürecinde, geleneksel kuvars tekne vegofret teknesiDifüzyon fırınında, silikon levhanın kuvars tekne desteğiyle birlikte kuvars tüpün içine yerleştirilmesi gerekmektedir. Her difüzyon işleminde, silikon levhalarla dolu kuvars tekne desteği, silisyum karbür paletin üzerine yerleştirilir. Silisyum karbür palet kuvars tüpün içine girdikten sonra, palet otomatik olarak batarak kuvars tekne desteğini ve silikon levhayı bırakır ve ardından yavaşça başlangıç noktasına geri döner. Her işlemden sonra, kuvars tekne desteğinin çıkarılması gerekir.silisyum karbür kürekBu kadar sık çalışma, uzun bir süre içinde kuvars tekne desteğinin aşınmasına neden olacaktır. Kuvars tekne desteği çatlayıp kırıldığında, tüm kuvars tekne desteği silisyum karbür kanattan düşecek ve ardından alttaki kuvars parçalarına, silisyum levhalara ve silisyum karbür kanatlara zarar verecektir. Silisyum karbür kanat pahalıdır ve tamir edilemez. Bir kaza meydana geldiğinde, büyük maddi kayıplara neden olacaktır.
LPCVD işleminde, yukarıda bahsedilen termal gerilme sorunlarının yanı sıra, LPCVD işlemi silan gazının silikon levhadan geçmesini gerektirdiğinden, uzun süreli işlemde levha destek tabanı ve levha üzerinde silikon kaplama oluşacaktır. Kaplamalı silikon ve kuvarsın termal genleşme katsayılarının tutarsızlığı nedeniyle, destek tabanı ve levha çatlayacak ve kullanım ömrü ciddi şekilde azalacaktır. LPCVD işleminde kullanılan sıradan kuvars levhaların ve destek tabanlarının kullanım ömrü genellikle sadece 2 ila 3 aydır. Bu nedenle, bu tür kazaları önlemek için destek tabanının mukavemetini ve kullanım ömrünü artırmak amacıyla destek tabanı malzemesinin iyileştirilmesi özellikle önemlidir.
Özetle, güneş hücrelerinin üretiminde işlem süresi ve tekrar sayısı arttıkça, kuvars taşıyıcılar ve diğer bileşenler gizli çatlaklara hatta kırılmalara daha yatkın hale gelir. Çin'deki mevcut ana akım üretim hatlarında kuvars taşıyıcıların ve kuvars tüplerin ömrü yaklaşık 3-6 aydır ve düzenli olarak temizlik, bakım ve kuvars taşıyıcıların değiştirilmesi için kapatılmaları gerekir. Dahası, kuvars bileşenleri için hammadde olarak kullanılan yüksek saflıktaki kuvars kumu şu anda arz ve talep sıkıntısı içindedir ve fiyatı uzun süredir yüksek seviyelerde seyretmektedir; bu da üretim verimliliğini ve ekonomik faydaları artırmaya açıkça elverişli değildir.
Silisyum karbür seramikleri“ortaya çıkmak”
Şimdi ise, kuvars bileşenlerinin bir kısmının yerini alabilecek, daha iyi performans gösteren bir malzeme geliştirildi: silisyum karbür seramikler.
Silisyum karbür seramikler, iyi mekanik dayanım, termal kararlılık, yüksek sıcaklık direnci, oksidasyon direnci, termal şok direnci ve kimyasal korozyon direnci özelliklerine sahiptir ve metalurji, makine, yeni enerji, yapı malzemeleri ve kimya gibi sıcak alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Performansı ayrıca fotovoltaik üretim, LPCVD (düşük basınçlı kimyasal buhar biriktirme), PECVD (plazma kimyasal buhar biriktirme) ve diğer termal işlem aşamalarında TOPcon hücrelerinin yaygınlaşması için de yeterlidir.
LPCVD silisyum karbür tekne desteği ve borla genişletilmiş silisyum karbür tekne desteği
Geleneksel kuvars malzemelerle karşılaştırıldığında, silisyum karbür seramik malzemelerden üretilen tekne destekleri, tekneler ve boru ürünleri daha yüksek mukavemete, daha iyi termal kararlılığa, yüksek sıcaklıklarda deformasyon olmamasına ve kuvars malzemelere göre 5 kat daha uzun ömre sahiptir; bu da kullanım maliyetini ve bakım ve arıza sürelerinden kaynaklanan enerji kaybını önemli ölçüde azaltabilir. Maliyet avantajı açıktır ve hammadde kaynakları geniştir.
Bunlar arasında, reaksiyon sinterleme yöntemiyle üretilen silisyum karbür (RBSiC), düşük sinterleme sıcaklığı, düşük üretim maliyeti, yüksek malzeme yoğunluğu ve reaksiyon sinterleme sırasında neredeyse hiç hacim küçülmesi göstermemesi gibi özelliklere sahiptir. Özellikle büyük boyutlu ve karmaşık şekilli yapısal parçaların hazırlanması için uygundur. Bu nedenle, tekne destekleri, tekneler, konsol kürekleri, fırın tüpleri vb. gibi büyük boyutlu ve karmaşık ürünlerin üretimi için en uygun malzemedir.
Silisyum karbür gofret tekneleriGelecekte de büyük gelişme potansiyeline sahip. LPCVD işlemi veya bor genleşme işlemi fark etmeksizin, kuvars teknenin ömrü nispeten düşüktür ve kuvars malzemenin termal genleşme katsayısı silisyum karbür malzemeninkiyle tutarsızdır. Bu nedenle, yüksek sıcaklıkta silisyum karbür tekne tutucu ile eşleşme sürecinde sapmalar olması kolaydır ve bu da teknenin sallanmasına hatta kırılmasına yol açabilir. Silisyum karbür tekne, tek parça kalıplama ve genel işleme yöntemini benimser. Şekil ve konum toleransı gereksinimleri yüksektir ve silisyum karbür tekne tutucu ile daha iyi uyum sağlar. Ayrıca, silisyum karbür yüksek mukavemete sahiptir ve insan çarpması nedeniyle kırılma olasılığı kuvars tekneye göre çok daha düşüktür.
Silisyum karbür gofret teknesi
Fırın borusu, fırının ana ısı transfer bileşenidir ve sızdırmazlık ile homojen ısı transferinde rol oynar. Kuvars fırın borularına kıyasla, silisyum karbür fırın boruları iyi ısı iletkenliğine, homojen ısıtmaya ve iyi termal kararlılığa sahiptir ve ömürleri kuvars borularının 5 katından daha uzundur.
Özet
Genel olarak, gerek ürün performansı gerekse kullanım maliyeti açısından, silisyum karbür seramik malzemeler, güneş pili alanının belirli yönlerinde kuvars malzemelere göre daha fazla avantaja sahiptir. Silisyum karbür seramik malzemelerin fotovoltaik endüstrisindeki uygulaması, fotovoltaik şirketlerinin yardımcı malzeme yatırım maliyetlerini düşürmelerine ve ürün kalitesini ve rekabet gücünü artırmalarına büyük ölçüde yardımcı olmuştur. Gelecekte, büyük boyutlu silisyum karbür fırın tüplerinin, yüksek saflıkta silisyum karbür teknelerin ve tekne desteklerinin yaygın olarak uygulanması ve maliyetlerin sürekli olarak düşürülmesiyle, silisyum karbür seramik malzemelerin fotovoltaik hücre alanındaki uygulaması, ışık enerjisi dönüşüm verimliliğini artırmada ve fotovoltaik enerji üretimi alanında endüstri maliyetlerini düşürmede kilit bir faktör haline gelecek ve fotovoltaik yeni enerjinin gelişiminde önemli bir etkiye sahip olacaktır.
Yayın tarihi: 05-11-2024