Генерація сонячної фотоелектричної енергії стала найперспективнішою новою енергетичною галуззю у світі. Порівняно з полікремнієвими та аморфними кремнієвими сонячними елементами, монокристалічний кремній, як матеріал для виробництва фотоелектричної енергії, має високу ефективність фотоелектричного перетворення та видатні комерційні переваги, і став основним методом виробництва сонячної фотоелектричної енергії. Метод Чохральського (CZ) є одним з основних методів отримання монокристалічного кремнію. Склад монокристалічної печі Чохральського включає систему печі, вакуумну систему, газову систему, систему теплового поля та систему електричного керування. Система теплового поля є однією з найважливіших умов для росту монокристалічного кремнію, а якість монокристалічного кремнію безпосередньо залежить від розподілу градієнта температури теплового поля.
Компоненти теплового поля в основному складаються з вуглецевих матеріалів (графітових матеріалів та вуглець/вуглецевих композитних матеріалів), які за своїми функціями поділяються на опорні частини, функціональні частини, нагрівальні елементи, захисні частини, теплоізоляційні матеріали тощо, як показано на рисунку 1. Зі збільшенням розміру монокристалічного кремнію зростають і вимоги до розмірів компонентів теплового поля. Вуглець/вуглецеві композитні матеріали стають першим вибором для матеріалів теплового поля монокристалічного кремнію завдяки своїй розмірній стабільності та чудовим механічним властивостям.
У процесі цзокральцієвого монокристалічного кремнію плавлення кремнієвого матеріалу призводить до утворення парів кремнію та бризок розплавленого кремнію, що призводить до кремнієвої ерозії вуглець/вуглецевих термопольних матеріалів, що серйозно впливає на механічні властивості та термін служби вуглець/вуглецевих термопольних матеріалів. Тому питання зменшення кремнієвої ерозії вуглець/вуглецевих термопольних матеріалів та покращення їхнього терміну служби стало однією з загальних проблем виробників монокристалічного кремнію та вуглець/вуглецевих термопольних матеріалів.Покриття з карбіду кремніюстав першим вибором для захисту поверхневих покриттів вуглець/вуглецевих термопольних матеріалів завдяки своїй чудовій стійкості до термічних ударів та зносостійкості.
У цій статті, починаючи з вуглець/вуглецевих термопольових матеріалів, що використовуються у виробництві монокристалічного кремнію, представлено основні методи отримання, переваги та недоліки карбідокремнієвих покриттів. На цій основі розглянуто застосування та дослідницький прогрес карбідокремнієвих покриттів у вуглець/вуглецевих термопольових матеріалах відповідно до характеристик вуглець/вуглецевих термопольових матеріалів, а також запропоновано пропозиції та напрямки розвитку для захисту поверхневого покриття вуглець/вуглецевих термопольових матеріалів.
1 Технологія приготуванняпокриття з карбіду кремнію
1.1 Спосіб вбудовування
Метод вбудовування часто використовується для підготовки внутрішнього покриття з карбіду кремнію в композитній системі C/C-sic. Цей метод спочатку використовує змішаний порошок для обгортання вуглець/вуглецевого композитного матеріалу, а потім проводить термічну обробку за певної температури. Між змішаним порошком і поверхнею зразка відбувається серія складних фізико-хімічних реакцій для формування покриття. Його перевагою є простота процесу, оскільки лише один процес може забезпечити отримання щільних матричних композитних матеріалів без тріщин; невелика зміна розміру від заготовки до кінцевого продукту; придатність для будь-якої волокнистої армованої структури; певний градієнт складу може утворюватися між покриттям і підкладкою, що добре поєднується з підкладкою. Однак є й недоліки, такі як хімічна реакція за високої температури, яка може пошкодити волокно, а також зниження механічних властивостей вуглець/вуглецевої матриці. Рівномірність покриття важко контролювати через такі фактори, як сила тяжіння, що робить покриття нерівномірним.
1.2 Метод нанесення шламу
Метод шлійного покриття полягає у змішуванні покривного матеріалу та сполучної речовини в суміш, рівномірному нанесенні пензлем на поверхню матриці, після висихання в інертній атмосфері покритий зразок спікається при високій температурі, що дозволяє отримати необхідний шар покриття. Перевагами є простота та легкість процесу, а товщину шару легко контролювати; недоліком є низька міцність зчеплення між шаром покриття та основою, низька термостійкість шару та низька однорідність шару.
1.3 Метод хімічної парової реакції
Метод хімічної реакції з паровою фазою (ХРФ) – це технологічний процес, у якому твердий кремнієвий матеріал випаровується в пару кремнію за певної температури, а потім пара кремнію дифундує у внутрішню та поверхневу частини матриці та реагує in situ з вуглецем у матриці, утворюючи карбід кремнію. Його переваги включають однорідну атмосферу в печі, стабільну швидкість реакції та товщину осадження покритого матеріалу всюди; процес простий та легкий в експлуатації, а товщину покриття можна контролювати, змінюючи тиск пари кремнію, час осадження та інші параметри. Недоліком є те, що на зразок значно впливає положення в печі, і тиск пари кремнію в печі не може досягти теоретичної однорідності, що призводить до нерівномірної товщини покриття.
1.4 Метод хімічного осадження з парової фази
Хімічне осадження з парової фази (ХОФ) – це процес, у якому вуглеводні використовуються як джерело газу, а високочистий N2/Ar – як газ-носій для введення суміші газів у хімічний парореактор, після чого вуглеводні розкладаються, синтезуються, дифундують, адсорбуються та розділяються за певної температури та тиску, утворюючи тверді плівки на поверхні вуглецево-вуглецевих композитних матеріалів. Його перевагою є те, що щільність та чистоту покриття можна контролювати; він також підходить для деталей складнішої форми; кристалічну структуру та морфологію поверхні продукту можна контролювати, регулюючи параметри осадження. Недоліками є те, що швидкість осадження занадто низька, процес складний, вартість виробництва висока, а також можуть бути дефекти покриття, такі як тріщини, дефекти сітки та дефекти поверхні.
Підсумовуючи, метод вбудовування обмежений своїми технологічними характеристиками, що дозволяє йому використовуватися для розробки та виробництва лабораторних та дрібнорозмірних матеріалів; метод покриття не підходить для масового виробництва через його погану консистенцію. Метод CVR може задовольнити потреби масового виробництва великогабаритних виробів, але він має вищі вимоги до обладнання та технологій. Метод CVD є ідеальним методом для підготовки...SIC-покриттяале його вартість вища, ніж метод CVR, через складність контролю процесу.
Час публікації: 22 лютого 2024 р.