Sản xuất điện quang điện mặt trời đã trở thành ngành công nghiệp năng lượng mới đầy hứa hẹn nhất thế giới. So với pin mặt trời polysilicon và silicon vô định hình, silicon đơn tinh thể, với tư cách là vật liệu sản xuất điện quang điện, có hiệu suất chuyển đổi quang điện cao và lợi thế thương mại vượt trội, và đã trở thành xu hướng chính của sản xuất điện quang điện mặt trời. Czochralski (CZ) là một trong những phương pháp chính để chế tạo silicon đơn tinh thể. Thành phần của lò đơn tinh thể Czochralski bao gồm hệ thống lò, hệ thống chân không, hệ thống khí, hệ thống trường nhiệt và hệ thống điều khiển điện. Hệ thống trường nhiệt là một trong những điều kiện quan trọng nhất để phát triển silicon đơn tinh thể và chất lượng của silicon đơn tinh thể bị ảnh hưởng trực tiếp bởi sự phân bố gradient nhiệt độ của trường nhiệt.
Các thành phần trường nhiệt chủ yếu bao gồm các vật liệu carbon (vật liệu graphite và vật liệu composite carbon/carbon), được chia thành các bộ phận hỗ trợ, bộ phận chức năng, bộ phận gia nhiệt, bộ phận bảo vệ, vật liệu cách nhiệt, v.v., theo chức năng của chúng, như thể hiện trong Hình 1. Khi kích thước của silicon đơn tinh thể tiếp tục tăng, các yêu cầu về kích thước đối với các thành phần trường nhiệt cũng tăng theo. Vật liệu composite carbon/carbon trở thành lựa chọn đầu tiên cho vật liệu trường nhiệt cho silicon đơn tinh thể do tính ổn định về kích thước và các đặc tính cơ học tuyệt vời của nó.
Trong quá trình silic đơn tinh thể czochralcian, quá trình nóng chảy vật liệu silic sẽ tạo ra hơi silic và bắn tung tóe silic nóng chảy, dẫn đến sự xói mòn silic hóa của vật liệu trường nhiệt cacbon/cacbon, và các tính chất cơ học và tuổi thọ của vật liệu trường nhiệt cacbon/cacbon bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Do đó, làm thế nào để giảm sự xói mòn silic hóa của vật liệu trường nhiệt cacbon/cacbon và cải thiện tuổi thọ của chúng đã trở thành một trong những mối quan tâm chung của các nhà sản xuất silic đơn tinh thể và các nhà sản xuất vật liệu trường nhiệt cacbon/cacbon.Lớp phủ silicon carbideđã trở thành sự lựa chọn hàng đầu cho lớp phủ bảo vệ bề mặt của vật liệu trường nhiệt carbon/carbon do khả năng chống sốc nhiệt và chống mài mòn tuyệt vời.
Trong bài báo này, bắt đầu từ vật liệu trường nhiệt carbon/carbon được sử dụng trong sản xuất silicon đơn tinh thể, các phương pháp chế tạo chính, ưu điểm và nhược điểm của lớp phủ silicon carbide được giới thiệu. Trên cơ sở đó, ứng dụng và tiến trình nghiên cứu lớp phủ silicon carbide trong vật liệu trường nhiệt carbon/carbon được xem xét theo các đặc tính của vật liệu trường nhiệt carbon/carbon và đưa ra các đề xuất và hướng phát triển để bảo vệ lớp phủ bề mặt của vật liệu trường nhiệt carbon/carbon.
1 Công nghệ chuẩn bị củalớp phủ silicon carbide
1.1 Phương pháp nhúng
Phương pháp nhúng thường được sử dụng để chuẩn bị lớp phủ bên trong của silicon carbide trong hệ thống vật liệu composite C / C-sic. Phương pháp này trước tiên sử dụng bột hỗn hợp để bọc vật liệu composite carbon / carbon, sau đó tiến hành xử lý nhiệt ở một nhiệt độ nhất định. Một loạt các phản ứng lý hóa phức tạp xảy ra giữa bột hỗn hợp và bề mặt của mẫu để tạo thành lớp phủ. Ưu điểm của nó là quy trình đơn giản, chỉ một quy trình duy nhất có thể chuẩn bị vật liệu composite ma trận dày đặc, không nứt; Thay đổi kích thước nhỏ từ phôi đến sản phẩm cuối cùng; Thích hợp cho bất kỳ cấu trúc gia cố sợi nào; Có thể hình thành một độ dốc thành phần nhất định giữa lớp phủ và chất nền, kết hợp tốt với chất nền. Tuy nhiên, cũng có những nhược điểm, chẳng hạn như phản ứng hóa học ở nhiệt độ cao, có thể làm hỏng sợi và các tính chất cơ học của ma trận carbon / carbon suy giảm. Độ đồng đều của lớp phủ khó kiểm soát, do các yếu tố như trọng lực, khiến lớp phủ không đồng đều.
1.2 Phương pháp phủ vữa
Phương pháp phủ vữa là trộn vật liệu phủ và chất kết dính thành hỗn hợp, quét đều trên bề mặt của ma trận, sau khi sấy khô trong môi trường trơ, mẫu phủ được thiêu kết ở nhiệt độ cao và có thể thu được lớp phủ cần thiết. Ưu điểm là quy trình đơn giản và dễ vận hành, độ dày lớp phủ dễ kiểm soát; Nhược điểm là cường độ liên kết giữa lớp phủ và chất nền kém, khả năng chống sốc nhiệt của lớp phủ kém và độ đồng đều của lớp phủ thấp.
1.3 Phương pháp phản ứng hơi hóa học
Phương pháp phản ứng hơi hóa học (CVR) là phương pháp quy trình làm bay hơi vật liệu silic rắn thành hơi silic ở nhiệt độ nhất định, sau đó hơi silic khuếch tán vào bên trong và bề mặt của ma trận, phản ứng tại chỗ với cacbon trong ma trận để tạo ra silic cacbua. Ưu điểm của phương pháp này bao gồm bầu không khí đồng nhất trong lò, tốc độ phản ứng và độ dày lắng đọng của vật liệu phủ đồng đều ở mọi nơi; Quy trình này đơn giản và dễ vận hành, độ dày lớp phủ có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi áp suất hơi silic, thời gian lắng đọng và các thông số khác. Nhược điểm là mẫu bị ảnh hưởng rất nhiều bởi vị trí trong lò và áp suất hơi silic trong lò không thể đạt được độ đồng nhất về mặt lý thuyết, dẫn đến độ dày lớp phủ không đồng đều.
1.4 Phương pháp lắng đọng hơi hóa học
Lắng đọng hơi hóa học (CVD) là một quá trình trong đó hydrocarbon được sử dụng làm nguồn khí và N2/Ar có độ tinh khiết cao làm khí mang để đưa khí hỗn hợp vào lò phản ứng hơi hóa học và hydrocarbon được phân hủy, tổng hợp, khuếch tán, hấp phụ và phân giải ở nhiệt độ và áp suất nhất định để tạo thành màng rắn trên bề mặt vật liệu composite carbon/carbon. Ưu điểm của nó là có thể kiểm soát được mật độ và độ tinh khiết của lớp phủ; Nó cũng phù hợp với phôi có hình dạng phức tạp hơn; Cấu trúc tinh thể và hình thái bề mặt của sản phẩm có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh các thông số lắng đọng. Nhược điểm là tốc độ lắng đọng quá thấp, quy trình phức tạp, chi phí sản xuất cao và có thể có các khuyết tật lớp phủ, chẳng hạn như vết nứt, khuyết tật lưới và khuyết tật bề mặt.
Tóm lại, phương pháp nhúng bị giới hạn bởi các đặc điểm công nghệ của nó, phù hợp với việc phát triển và sản xuất các vật liệu phòng thí nghiệm và kích thước nhỏ; Phương pháp phủ không phù hợp với sản xuất hàng loạt vì độ đồng nhất kém. Phương pháp CVR có thể đáp ứng được sản xuất hàng loạt các sản phẩm kích thước lớn, nhưng nó có yêu cầu cao hơn về thiết bị và công nghệ. Phương pháp CVD là phương pháp lý tưởng để chế tạoLớp phủ SIC, nhưng chi phí cao hơn phương pháp CVR vì khó kiểm soát quá trình.
Thời gian đăng: 22-02-2024