Với sự phát triển liên tục của thế giới ngày nay, năng lượng không tái tạo ngày càng cạn kiệt và xã hội loài người ngày càng cấp thiết sử dụng năng lượng tái tạo được đại diện bởi “gió, ánh sáng, nước và hạt nhân”. So với các nguồn năng lượng tái tạo khác, con người có công nghệ trưởng thành, an toàn và đáng tin cậy nhất để sử dụng năng lượng mặt trời. Trong số đó, ngành công nghiệp tế bào quang điện với silicon có độ tinh khiết cao làm chất nền đã phát triển cực kỳ nhanh chóng. Đến cuối năm 2023, công suất lắp đặt quang điện mặt trời tích lũy của nước tôi đã vượt quá 250 gigawatt và sản lượng điện quang điện đã đạt 266,3 tỷ kWh, tăng khoảng 30% so với cùng kỳ năm trước và công suất phát điện mới bổ sung là 78,42 triệu kilowatt, tăng 154% so với cùng kỳ năm trước. Tính đến cuối tháng 6, công suất lắp đặt tích lũy của sản lượng điện quang điện là khoảng 470 triệu kilowatt, đã vượt qua thủy điện để trở thành nguồn điện lớn thứ hai ở nước tôi.
Trong khi ngành công nghiệp quang điện đang phát triển nhanh chóng, ngành công nghiệp vật liệu mới hỗ trợ nó cũng đang phát triển nhanh chóng. Các thành phần thạch anh nhưnồi nấu thạch anh, thuyền thạch anh và chai thạch anh nằm trong số đó, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất quang điện. Ví dụ, nồi nấu thạch anh được sử dụng để chứa silic nóng chảy trong quá trình sản xuất thanh silic và thỏi silic; thuyền thạch anh, ống, chai, bể làm sạch, v.v. đóng vai trò chịu lực trong các liên kết khuếch tán, làm sạch và các quá trình khác trong quá trình sản xuất pin mặt trời, v.v., đảm bảo độ tinh khiết và chất lượng của vật liệu silic.
Ứng dụng chính của các thành phần thạch anh trong sản xuất quang điện
Trong quá trình sản xuất tế bào quang điện mặt trời, các tấm wafer silicon được đặt trên một thuyền wafer, và thuyền được đặt trên một giá đỡ thuyền wafer để khuếch tán, LPCVD và các quá trình nhiệt khác, trong khi mái chèo silicon carbide là thành phần tải chính để di chuyển giá đỡ thuyền mang các tấm wafer silicon vào và ra khỏi lò nung. Như thể hiện trong hình bên dưới, mái chèo silicon carbide có thể đảm bảo độ đồng tâm của wafer silicon và ống lò, do đó làm cho quá trình khuếch tán và thụ động hóa đồng đều hơn. Đồng thời, nó không gây ô nhiễm và không bị biến dạng ở nhiệt độ cao, có khả năng chống sốc nhiệt tốt và khả năng chịu tải lớn, và đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tế bào quang điện.
Sơ đồ các thành phần tải pin chính
Trong quá trình khuếch tán hạ cánh mềm, thuyền thạch anh truyền thống vàthuyền waferhỗ trợ cần phải đặt tấm silicon wafer cùng với giá đỡ thuyền thạch anh vào ống thạch anh trong lò khuếch tán. Trong mỗi quá trình khuếch tán, giá đỡ thuyền thạch anh chứa đầy tấm silicon wafer được đặt trên mái chèo silicon carbide. Sau khi mái chèo silicon carbide đi vào ống thạch anh, mái chèo tự động chìm xuống để đặt giá đỡ thuyền thạch anh và tấm silicon wafer xuống, sau đó từ từ chạy trở lại vị trí ban đầu. Sau mỗi quá trình, giá đỡ thuyền thạch anh cần được tháo ra khỏimái chèo silicon carbide. Hoạt động thường xuyên như vậy sẽ khiến giá đỡ thuyền thạch anh bị mòn trong thời gian dài. Một khi giá đỡ thuyền thạch anh bị nứt và vỡ, toàn bộ giá đỡ thuyền thạch anh sẽ rơi ra khỏi mái chèo silicon carbide, sau đó làm hỏng các bộ phận thạch anh, tấm silicon và mái chèo silicon carbide bên dưới. Mái chèo silicon carbide rất đắt và không thể sửa chữa. Một khi xảy ra tai nạn, nó sẽ gây ra thiệt hại tài sản rất lớn.
Trong quá trình LPCVD, không chỉ xảy ra các vấn đề ứng suất nhiệt nêu trên mà vì quá trình LPCVD đòi hỏi khí silan phải đi qua wafer silicon, nên quá trình dài hạn cũng sẽ hình thành lớp phủ silicon trên giá đỡ thuyền wafer và thuyền wafer. Do hệ số giãn nở nhiệt của silicon và thạch anh phủ không đồng nhất, giá đỡ thuyền và thuyền sẽ bị nứt, tuổi thọ sẽ giảm nghiêm trọng. Tuổi thọ của thuyền thạch anh và giá đỡ thuyền thông thường trong quá trình LPCVD thường chỉ từ 2 đến 3 tháng. Do đó, việc cải thiện vật liệu giá đỡ thuyền để tăng độ bền và tuổi thọ của giá đỡ thuyền là đặc biệt quan trọng để tránh những tai nạn như vậy.
Tóm lại, khi thời gian và số lần gia tăng trong quá trình sản xuất pin mặt trời, thuyền thạch anh và các thành phần khác dễ bị nứt ẩn hoặc thậm chí vỡ. Tuổi thọ của thuyền thạch anh và ống thạch anh trong các dây chuyền sản xuất chính thống hiện tại ở Trung Quốc là khoảng 3-6 tháng và chúng cần được tắt thường xuyên để vệ sinh, bảo dưỡng và thay thế các giá đỡ thạch anh. Hơn nữa, cát thạch anh có độ tinh khiết cao được sử dụng làm nguyên liệu thô cho các thành phần thạch anh hiện đang trong tình trạng cung cầu chặt chẽ và giá đã ở mức cao trong một thời gian dài, rõ ràng là không có lợi cho việc cải thiện hiệu quả sản xuất và lợi ích kinh tế.
Gốm sứ silicon carbide“xuất hiện”
Hiện nay, người ta đã tìm ra một loại vật liệu có hiệu suất tốt hơn để thay thế một số thành phần thạch anh - gốm silicon carbide.
Gốm silicon carbide có độ bền cơ học tốt, độ ổn định nhiệt, khả năng chịu nhiệt độ cao, khả năng chống oxy hóa, khả năng chống sốc nhiệt và khả năng chống ăn mòn hóa học, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nóng như luyện kim, máy móc, năng lượng mới, vật liệu xây dựng và hóa chất. Hiệu suất của nó cũng đủ để khuếch tán các tế bào TOPcon trong sản xuất quang điện, LPCVD (lắng đọng hơi hóa học áp suất thấp), PECVD (lắng đọng hơi hóa học plasma) và các liên kết quy trình nhiệt khác.
Giá đỡ thuyền silicon carbide LPCVD và giá đỡ thuyền silicon carbide mở rộng boron
So với vật liệu thạch anh truyền thống, giá đỡ thuyền, thuyền và sản phẩm ống làm bằng vật liệu gốm silicon carbide có độ bền cao hơn, độ ổn định nhiệt tốt hơn, không bị biến dạng ở nhiệt độ cao và tuổi thọ cao hơn 5 lần so với vật liệu thạch anh, có thể giảm đáng kể chi phí sử dụng và tổn thất năng lượng do bảo trì và thời gian chết. Lợi thế về chi phí là rõ ràng và nguồn nguyên liệu thô rộng.
Trong số đó, silicon carbide thiêu kết phản ứng (RBSiC) có nhiệt độ thiêu kết thấp, chi phí sản xuất thấp, độ đặc vật liệu cao và hầu như không bị co ngót thể tích trong quá trình thiêu kết phản ứng. Nó đặc biệt phù hợp để chế tạo các bộ phận kết cấu có kích thước lớn và hình dạng phức tạp. Do đó, nó phù hợp nhất để sản xuất các sản phẩm có kích thước lớn và phức tạp như giá đỡ thuyền, thuyền, mái chèo công xôn, ống lò, v.v.
Thuyền wafer silicon carbidecũng có triển vọng phát triển lớn trong tương lai. Bất kể quy trình LPCVD hay quy trình giãn nở bo, tuổi thọ của thuyền thạch anh tương đối thấp và hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu thạch anh không nhất quán với vật liệu silicon carbide. Do đó, dễ có độ lệch trong quá trình khớp với giá đỡ thuyền silicon carbide ở nhiệt độ cao, dẫn đến tình trạng thuyền bị rung hoặc thậm chí vỡ thuyền. Thuyền silicon carbide áp dụng lộ trình quy trình đúc một mảnh và xử lý tổng thể. Yêu cầu về dung sai hình dạng và vị trí của nó cao và nó hợp tác tốt hơn với giá đỡ thuyền silicon carbide. Ngoài ra, silicon carbide có độ bền cao và thuyền ít có khả năng bị vỡ do va chạm của con người hơn nhiều so với thuyền thạch anh.
Thuyền wafer silicon carbide
Ống lò là thành phần truyền nhiệt chính của lò, có tác dụng làm kín và truyền nhiệt đồng đều. So với ống lò thạch anh, ống lò silicon carbide có độ dẫn nhiệt tốt, gia nhiệt đồng đều và độ ổn định nhiệt tốt, tuổi thọ cao hơn ống thạch anh 5 lần.
Bản tóm tắt
Nhìn chung, xét về hiệu suất sản phẩm hay chi phí sử dụng, vật liệu gốm silicon carbide có nhiều ưu điểm hơn vật liệu thạch anh ở một số khía cạnh của lĩnh vực pin mặt trời. Việc ứng dụng vật liệu gốm silicon carbide trong ngành công nghiệp quang điện đã giúp các công ty quang điện giảm chi phí đầu tư vật liệu phụ trợ, nâng cao chất lượng sản phẩm và khả năng cạnh tranh. Trong tương lai, với việc ứng dụng rộng rãi các ống lò silicon carbide cỡ lớn, thuyền silicon carbide và giá đỡ thuyền có độ tinh khiết cao và liên tục giảm chi phí, việc ứng dụng vật liệu gốm silicon carbide trong lĩnh vực pin quang điện sẽ trở thành yếu tố then chốt trong việc nâng cao hiệu quả chuyển đổi năng lượng ánh sáng và giảm chi phí công nghiệp trong lĩnh vực sản xuất điện quang điện, đồng thời sẽ có tác động quan trọng đến sự phát triển của năng lượng mới quang điện.
Thời gian đăng: 05-11-2024