Зі стрімким розвитком сучасного світу невідновлювані джерела енергії дедалі більше виснажуються, і людське суспільство все більше потребує використання відновлюваної енергії, представленої такими як «вітер, світло, вода та ядерна енергія». Порівняно з іншими відновлюваними джерелами енергії, людство має найзріліші, найбезпечніші та найнадійніші технології для використання сонячної енергії. Серед них надзвичайно швидко розвивається галузь фотоелектричних елементів з високочистим кремнієм як підкладкою. До кінця 2023 року сукупна встановлена потужність сонячних фотоелектричних елементів у моїй країні перевищила 250 гігават, а виробництво фотоелектричної енергії досягло 266,3 мільярда кВт⋅год, що приблизно на 30% більше, ніж минулого року, а нещодавно додана потужність виробництва електроенергії становить 78,42 мільйона кіловат, що на 154% більше, ніж минулого року. Станом на кінець червня сукупна встановлена потужність виробництва фотоелектричної енергії становила близько 470 мільйонів кіловат, що перевершило гідроенергетику та стало другим за величиною джерелом енергії в моїй країні.
Хоча фотоелектрична галузь стрімко розвивається, також швидко розвивається галузь нових матеріалів, що її підтримують. Кварцові компоненти, такі яккварцові тигліСеред них є кварцові човники та кварцові пляшки, які відіграють важливу роль у процесі виробництва фотоелектричних елементів. Наприклад, кварцові тиглі використовуються для утримання розплавленого кремнію у виробництві кремнієвих стрижнів та кремнієвих злитків; кварцові човники, трубки, пляшки, очисні баки тощо відіграють несучу функцію в дифузії, очищенні та інших технологічних процесах у виробництві сонячних елементів тощо, забезпечуючи чистоту та якість кремнієвих матеріалів.
Основні застосування кварцових компонентів для виробництва фотоелектричних елементів
У процесі виробництва сонячних фотоелектричних елементів кремнієві пластини розміщуються на човнику для пластин, а човен розміщується на опорі для пластин для дифузії, LPCVD та інших термічних процесів, при цьому консольна лопатка з карбіду кремнію є ключовим компонентом навантаження для переміщення опори човника, що переносить кремнієві пластини, в нагрівальну піч та з неї. Як показано на рисунку нижче, консольна лопатка з карбіду кремнію може забезпечити концентричність кремнієвої пластини та труби печі, тим самим роблячи дифузію та пасивацію більш рівномірними. Водночас вона є екологічно чистою та не деформованою при високих температурах, має добру термостійкість та велику вантажопідйомність, і широко використовується в галузі фотоелектричних елементів.
Принципова схема ключових компонентів заряджання акумулятора
У процесі дифузії м'якої посадки традиційний кварцовий човен тавафельний човенДля того, щоб помістити кремнієву пластину разом з кварцовим човником у кварцову трубку дифузійної печі, необхідно вставити кварцовий човник у кварцову трубку дифузійної печі. У кожному процесі дифузії кварцовий човник, заповнений кремнієвими пластинами, розміщується на карбід-кремнієвій лопатці. Після того, як карбід-кремнієва лопатка потрапляє в кварцову трубку, вона автоматично занурюється, опускаючи кварцовий човник та кремнієву пластину, а потім повільно повертається до початкового положення. Після кожного процесу кварцовий човник необхідно виймати з неї.лопатка з карбіду кремніюТака часта експлуатація призведе до тривалого зносу кварцової опори човна. Як тільки кварцова опора човна тріснуть і зламаються, вся кварцова опора човна впаде з карбідокремнієвої лопаті, що призведе до пошкодження кварцових деталей, кремнієвих пластин і карбідокремнієвих лопатей під ними. Карбідокремнієва лопатка є дорогою і не підлягає ремонту. У разі аварії це призведе до величезних майнових збитків.
У процесі LPCVD не тільки виникатимуть вищезгадані проблеми з термічним напруженням, але й оскільки процес LPCVD вимагає проходження газоподібного силану через кремнієву пластину, тривалий процес також призведе до утворення кремнієвого покриття на опорі пластинчастого човника та на самому пластинчастому човні. Через невідповідність коефіцієнтів теплового розширення покритого кремнію та кварцу, опора човна та сам човник тріскатимуться, а термін служби значно скоротиться. Термін служби звичайних кварцових човнів та опор човнів у процесі LPCVD зазвичай становить лише 2-3 місяці. Тому особливо важливо покращити матеріал опор човна, щоб збільшити міцність та термін служби опори човна, щоб уникнути таких аварій.
Коротше кажучи, оскільки час та кількість процесів виробництва сонячних елементів збільшуються, кварцові човники та інші компоненти схильні до прихованих тріщин або навіть поломок. Термін служби кварцових човників та кварцових трубок на сучасних основних виробничих лініях у Китаї становить близько 3-6 місяців, і їх необхідно регулярно зупиняти для очищення, обслуговування та заміни кварцових носіїв. Крім того, високочистий кварцовий пісок, який використовується як сировина для кварцових компонентів, наразі перебуває в стані обмеженого попиту та пропозиції, а ціна на нього вже давно тримається на високому рівні, що, очевидно, не сприяє підвищенню ефективності виробництва та економічним вигодам.
Карбідкремнієва кераміка«з'явитися»
Зараз люди винайшли матеріал з кращими характеристиками для заміни деяких кварцових компонентів – карбідкремнієву кераміку.
Карбідкремнієва кераміка має добру механічну міцність, термостабільність, стійкість до високих температур, окислення, термостійкість та хімічну корозію, і широко використовується в гарячих галузях, таких як металургія, машинобудування, нова енергетика, будівельні матеріали та хімікати. Її характеристики також достатні для дифузії елементів TOPcon у фотоелектричному виробництві, LPCVD (хімічне осадження з парової фази низького тиску), PECVD (плазмохімічне осадження з парової фази) та інших термічних процесах.
Опора човна з карбіду кремнію, виготовлена методом LPCVD, та опора човна з карбіду кремнію, розширеного бором
Порівняно з традиційними кварцовими матеріалами, опори для човнів, човни та трубні вироби з керамічних матеріалів на основі карбіду кремнію мають вищу міцність, кращу термостійкість, не деформуються за високих температур та термін служби більш ніж у 5 разів перевищує термін служби кварцових матеріалів, що може значно зменшити вартість використання та втрати енергії, спричинені обслуговуванням та простоями. Перевага у вартості очевидна, а джерело сировини широке.
Серед них реакційно-спечений карбід кремнію (RBSiC) має низьку температуру спікання, низьку собівартість виробництва, високу щільність матеріалу та майже відсутність усадки об'єму під час реакційного спікання. Він особливо підходить для виготовлення великогабаритних та складних конструкційних деталей. Тому він найбільше підходить для виробництва великогабаритних та складних виробів, таких як опори для човнів, човни, консольні лопаті, труби для печей тощо.
Човни з карбід-кремнієвих пластинтакож мають великі перспективи розвитку в майбутньому. Незалежно від процесу LPCVD чи процесу розширення бором, термін служби кварцового човника є відносно низьким, а коефіцієнт теплового розширення кварцового матеріалу не відповідає коефіцієнту теплового розширення карбіду кремнію. Тому легко виникнути відхилення в процесі збігу з тримачем човника з карбіду кремнію за високої температури, що призводить до трясіння човна або навіть його поломки. Човник з карбіду кремнію використовує технологічний шлях цільного лиття та загальної обробки. Вимоги до його форми та положення високі, і він краще взаємодіє з тримачем човника з карбіду кремнію. Крім того, карбід кремнію має високу міцність, і човен набагато менше ламається внаслідок зіткнення з людиною, ніж кварцовий човен.
Човник з пластинами з карбіду кремнію
Трубка печі є основним компонентом теплопередачі печі, який відіграє роль в герметизації та рівномірній теплопередачі. Порівняно з кварцовими трубками печі, карбідкремнієві трубки печі мають добру теплопровідність, рівномірний нагрів та добру термостабільність, а їхній термін служби більш ніж у 5 разів довший, ніж у кварцових трубок.
Короткий зміст
Загалом, як з точки зору продуктивності продукту, так і з точки зору вартості використання, керамічні матеріали на основі карбіду кремнію мають більше переваг, ніж кварцові матеріали, у певних аспектах галузі сонячних елементів. Застосування керамічних матеріалів на основі карбіду кремнію у фотоелектричній промисловості значно допомогло фотоелектричним компаніям знизити інвестиційні витрати на допоміжні матеріали та покращити якість продукції та її конкурентоспроможність. У майбутньому, завдяки широкомасштабному застосуванню великогабаритних труб для печей з карбіду кремнію, високочистих човнів та опор для човнів з карбіду кремнію, а також постійному зниженню витрат, застосування керамічних матеріалів на основі карбіду кремнію в галузі фотоелектричних елементів стане ключовим фактором підвищення ефективності перетворення світлової енергії та зниження промислових витрат у сфері виробництва фотоелектричної енергії, а також матиме важливий вплив на розвиток нової фотоелектричної енергетики.
Час публікації: 05 листопада 2024 р.