Aplikasi dan penyelidikan seramik karbida silikon dalam bidang photovoltaics - Vetek Semikonduktor

Dengan peningkatan kekurangan sumber tenaga tradisional seperti minyak dan arang batu, industri tenaga baru, yang diketuai oleh fotovoltaik solar, telah berkembang pesat dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Sejak tahun 1990 -an, kapasiti dipasang fotovoltaik di dunia telah meningkat 60 kali. Industri fotovoltaik global telah mengambil alih latar belakang transformasi struktur tenaga, dan skala industri dan kadar pertumbuhan kapasiti yang dipasang telah berulang kali menetapkan rekod baru. Pada tahun 2022, kapasiti dipasang fotovoltaik global akan mencapai 239GW, menyumbang 2/3 dari semua kapasiti tenaga boleh diperbaharui baru. Dianggarkan bahawa pada tahun 2023, kapasiti dipasang fotovoltaik global akan menjadi 411GW, peningkatan tahun ke tahun sebanyak 59%. Walaupun pertumbuhan fotovoltaik yang berterusan, fotovoltaik masih hanya menyumbang 4.5% daripada penjanaan kuasa global, dan momentum pertumbuhannya yang kuat akan berterusan sehingga selepas 2024.

Silicon Carbide CeramicsMempunyai kekuatan mekanikal yang baik, kestabilan haba, rintangan suhu tinggi, rintangan pengoksidaan, rintangan kejutan terma dan rintangan kakisan kimia, dan digunakan secara meluas dalam bidang panas seperti metalurgi, jentera, tenaga baru dan bahan binaan dan bahan kimia. Dalam medan fotovoltaik, ia digunakan terutamanya dalam penyebaran sel -sel topcon, LPCVD (pemendapan wap kimia tekanan rendah),PECVD (pemendapan wap kimia plasma)dan pautan proses terma lain. Berbanding dengan bahan kuarza tradisional, sokongan bot, bot, dan kelengkapan paip yang diperbuat daripada bahan seramik silikon karbida mempunyai kekuatan yang lebih tinggi, kestabilan terma yang lebih baik, tiada ubah bentuk pada suhu tinggi, dan jangka hayat lebih daripada 5 kali bahan kuarza, yang dapat mengurangkan kos dan kehilangan tenaga yang disebabkan oleh.

Ⅰ Kelebihan Seramik Silicon Carbide di Bidang Photovoltaic

Produk utama seramik karbida silikon di medan sel photovoltaic termasuk sokongan bot silikon karbida, bot silikon karbida, silikon karbida karbida, silikon karbida karbida, Menyokong dan bot. Oleh kerana kelebihan dan perkembangan pesat mereka, mereka telah menjadi pilihan yang baik untuk bahan pembawa utama dalam proses pengeluaran sel -sel fotovoltaik, dan permintaan pasaran mereka semakin menarik perhatian dari industri.

Seramik Silicon Carbide (RBSC) yang terikat reaksi adalah seramik karbida silikon yang paling banyak digunakan dalam bidang sel fotovoltaik. Kelebihannya adalah suhu sintering yang rendah, kos pengeluaran yang rendah, dan penyebaran bahan yang tinggi. Khususnya, hampir tidak ada pengecutan jumlah semasa proses sintering reaksi. Ia amat sesuai untuk penyediaan bahagian struktur bersaiz besar dan kompleks. Oleh itu, ia adalah yang paling sesuai untuk pengeluaran produk bersaiz besar dan kompleks seperti sokongan bot, bot kecil, paddles cantilever, tiub relau, dan lain-lain. Prinsip asas penyediaan seramik RBSC adalah: di bawah tindakan kapilari, silikon cecair reaktif menembusi ke dalam carbon yang sama Masa, fasa sekunder β-SIC di situ digabungkan dengan zarah α-SIC dalam serbuk kosong, dan liang-liang yang tersisa terus diisi dengan silikon percuma, dan akhirnya penyebaran bahan seramik RBSC dicapai. Pelbagai sifat produk seramik RBSC di rumah dan di luar negara ditunjukkan dalam Jadual 1.

Jadual 1 Perbandingan prestasi tindak balas produk seramik sic sint di negara -negara utama

Dalam proses pembuatan sel fotovoltaik solar, wafer silikon diletakkan di atas bot, dan bot diletakkan pada pemegang bot untuk penyebaran, LPCVD dan proses terma lain. Paddle cantilever cantilever silikon (rod) adalah komponen pemuatan utama untuk memindahkan pemegang bot yang membawa wafer silikon ke dalam dan keluar dari relau pemanasan. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, dayung cantilever karbida silikon (ROD) dapat memastikan konsentrik wafer silikon dan tiub relau, dengan itu menjadikan penyebaran dan passivation lebih seragam. Pada masa yang sama, ia adalah pencemaran tanpa pencemaran dan tidak dibentuk pada suhu tinggi, mempunyai rintangan kejutan terma yang baik dan kapasiti beban yang besar, dan telah digunakan secara meluas dalam bidang sel fotovoltaik.

Rajah 1 Skema gambarajah komponen pemuatan bateri utama

Dalam tradisionalBot Quartzdan pemegang bot, dalam proses penyebaran pendaratan lembut, wafer silikon dan pemegang bot kuarza perlu diletakkan di dalam tiub kuarza dalam relau penyebaran. Dalam setiap proses penyebaran, pemegang bot kuarza yang dipenuhi dengan wafer silikon diletakkan pada dayung karbida silikon. Selepas dayung karbida silikon memasuki tiub kuarza, dayung secara automatik tenggelam untuk meletakkan pemegang bot kuarza dan wafer silikon, dan kemudian perlahan -lahan berjalan kembali ke asal. Selepas setiap proses, pemegang bot kuarza perlu dikeluarkan dari dayung karbida silikon. Operasi yang kerap akan menyebabkan sokongan bot kuarza dipakai dalam tempoh masa yang panjang. Sebaik sahaja bot kuarza menyokong retak dan pecah, seluruh sokongan bot kuarza akan jatuh dari dayung karbida silikon, dan kemudian merosakkan bahagian kuarza, wafer silikon dan silikon karbida di bawah. Paddles karbida silikon mahal dan tidak dapat diperbaiki. Sebaik sahaja kemalangan berlaku, ia akan menyebabkan kerugian harta besar.

Dalam proses LPCVD, bukan sahaja masalah tekanan haba yang disebutkan di atas berlaku, tetapi sejak proses LPCVD memerlukan gas silane untuk melalui wafer silikon, proses jangka panjang akan membentuk salutan silikon pada sokongan bot dan bot. Oleh kerana ketidakkonsistenan pekali pengembangan haba silikon bersalut dan kuarza, sokongan bot dan bot akan retak, dan jangka hayat akan dikurangkan dengan serius. Jangka hayat bot kuarza biasa dan sokongan bot dalam proses LPCVD biasanya hanya 2 hingga 3 bulan. Oleh itu, adalah sangat penting untuk meningkatkan bahan sokongan bot untuk meningkatkan kekuatan dan hayat perkhidmatan sokongan bot untuk mengelakkan kemalangan tersebut.

Ⅱ Trend Pembangunan Bahan Seramik Silicon Carbide di Bidang Photovoltaic

Dari Pameran Photovoltaic Shanghai ke -13 Snec 2023, banyak syarikat fotovoltaik di negara ini telah mula menggunakan sokongan bot silikon karbida, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2, seperti Longi Green Energy Technology Co., Ltd., Jinkosolar Co., Ltd., Yida New Energy Technology Sokongan bot karbida silikon yang digunakan untuk pengembangan boron, disebabkan oleh suhu penggunaan yang tinggi bagi pengembangan boron, biasanya pada 1000 ~ 1050 ℃, kekotoran dalam sokongan bot adalah mudah untuk volatilize pada suhu tinggi untuk mencemarkan sel bateri, dengan itu mempengaruhi kecekapan penukaran sel bateri, jadi terdapat keperluan yang lebih tinggi untuk kesucian bahan sokongan bot.

Rajah 2 LPCVD Silicon Carbide Boat Sokongan dan Boron Expansion Silicon Carbide Boat Support

Pada masa ini, sokongan bot yang digunakan untuk pengembangan boron perlu disucikan. Pertama, serbuk karbida silikon bahan mentah dibasuh dan disucikan asid. Kesucian bahan mentah serbuk silikon lithium silikon diperlukan melebihi 99.5%. Selepas mencuci dan pembersihan asid dengan asid sulfurik + asid hidrofluorik, kesucian bahan mentah dapat mencapai melebihi 99.9%. Pada masa yang sama, kekotoran yang diperkenalkan semasa penyediaan sokongan bot mesti dikawal. Oleh itu, pemegang bot pengembangan boron kebanyakannya dibentuk dengan grouting untuk mengurangkan penggunaan kekotoran logam. Kaedah grouting biasanya dibentuk oleh sintering sekunder. Selepas sintering semula, kesucian pemegang bot karbida silikon diperbaiki pada tahap tertentu.

Di samping itu, semasa proses sintering pemegang bot, relau sintering mesti disucikan terlebih dahulu, dan medan haba grafit di relau juga perlu disucikan. Biasanya, kesucian pemegang bot karbida silikon yang digunakan untuk pengembangan boron adalah kira -kira 3n.

Bot silikon karbida mempunyai masa depan yang menjanjikan. Bot karbida silikon ditunjukkan dalam Rajah 3. Tidak kira proses LPCVD atau proses pengembangan boron, kehidupan bot kuarza agak rendah, dan pekali pengembangan haba bahan kuarza tidak konsisten dengan bahan karbida silikon. Oleh itu, mudah untuk menyimpang dalam proses pemadanan dengan bot karbida silikon pada suhu tinggi, yang membawa kepada gegaran atau bahkan melanggar bot.

Bot silikon karbida mengamalkan laluan proses pengacuan bersepadu dan keseluruhan pemprosesan. Keperluan toleransi bentuk dan kedudukannya adalah tinggi, dan ia bekerjasama dengan lebih baik dengan pemegang bot karbida silikon. Di samping itu, karbida silikon mempunyai kekuatan yang tinggi, dan kerosakan bot yang disebabkan oleh perlanggaran manusia jauh lebih rendah daripada bot kuarza. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kesucian dan pemprosesan ketepatan yang tinggi bagi bot karbida silikon, mereka masih berada di peringkat pengesahan batch kecil.

Oleh kerana bot karbida silikon berada dalam hubungan langsung dengan sel bateri, ia mesti mempunyai kesucian yang tinggi walaupun dalam proses LPCVD untuk mencegah pencemaran wafer silikon.

Kesukaran terbesar bot karbida silikon terletak pada pemesinan. Seperti yang kita ketahui, seramik karbida silikon adalah bahan -bahan yang sukar dan rapuh yang sukar diproses, dan keperluan toleransi bentuk dan kedudukan bot sangat ketat. Sukar untuk memproses bot karbida silikon dengan teknologi pemprosesan tradisional. Pada masa ini, bot karbida silikon kebanyakannya diproses oleh alat berlian, dan kemudian digilap, jeruk dan rawatan lain dilakukan.

Rajah 3 bot karbida silikon

Berbanding dengan tiub relau kuarza, tiub relau karbida silikon mempunyai kekonduksian terma yang baik, pemanasan seragam, dan kestabilan terma yang baik, dan jangka hayat mereka lebih daripada 5 kali dari tiub kuarza. Tiub relau adalah komponen pemindahan haba utama relau, yang memainkan peranan dalam pemindahan haba pengedap dan seragam. Kesukaran pembuatan tiub relau karbida silikon sangat tinggi, dan kadar hasil juga sangat rendah. Pertama, disebabkan saiz besar tiub relau dan ketebalan dinding biasanya antara 5 dan 8 mm, sangat mudah untuk berubah, runtuh atau bahkan retak semasa proses pembentukan kosong.

Semasa sintering, disebabkan saiz besar tiub relau, ia juga sukar untuk memastikan ia tidak akan berubah semasa proses sintering. Keseragaman kandungan silikon adalah miskin, dan mudah untuk mempunyai silikonisasi tempatan, keruntuhan, retak, dan lain-lain, dan kitaran pengeluaran tiub relau silikon karbida sangat panjang, dan kitaran pengeluaran tiub relau tunggal melebihi 50 hari. Oleh itu, tiub relau silikon karbida masih dalam keadaan penyelidikan dan pembangunan dan belum lagi dihasilkan secara besar-besaran.

Kos utama bahan seramik karbida silikon yang digunakan dalam medan photovoltaic berasal dari bahan mentah serbuk silikon karbida tinggi, silikon polikristalin kemudahan tinggi, dan kos sintering reaksi.

Dengan perkembangan teknologi penyucian serbuk karbida silikon yang berterusan, kesucian serbuk karbida silikon terus meningkat melalui pemisahan magnet, acar dan teknologi lain, dan kandungan kekotoran secara beransur -ansur berkurangan dari 1% hingga 0.1%. Dengan peningkatan berterusan dalam kapasiti pengeluaran serbuk karbida silikon, kos serbuk karbida silikon kemelut tinggi juga berkurangan.

Sejak separuh kedua tahun 2020, syarikat polysilicon telah mengumumkan ekspansi. Pada masa ini, terdapat lebih daripada 17 syarikat pengeluaran polysilicon domestik, dan output tahunan dianggarkan melebihi 1.45 juta tan pada tahun 2023. Kelebihan kapasiti polysilicon telah menyebabkan penurunan harga yang berterusan, yang seterusnya mengurangkan kos seramik karbida silikon.

Dari segi reaksi sintering, saiz relau sintering reaksi juga meningkat, dan kapasiti pemuatan relau tunggal juga meningkat. Relau sintering tindak balas bersaiz besar boleh memuat lebih daripada 40 keping pada satu masa, yang jauh lebih besar daripada reaksi yang sedia ada sintering relau pemuatan kapasiti 4 hingga 6 keping. Oleh itu, kos sintering juga akan jatuh dengan ketara.

Secara keseluruhannya, bahan seramik karbida silikon dalam bidang fotovoltaik terutamanya berkembang ke arah kesucian yang lebih tinggi, kapasiti bawaan yang lebih kuat, kapasiti pemuatan yang lebih tinggi, dan kos yang lebih rendah.

Ⅲ Kepentingan bahan seramik karbida silikon di medan fotovoltaik

Pada masa ini, pasir kuarza kemelut tinggi yang diperlukan untuk bahan kuarza yang digunakan dalam medan photovoltaic domestik masih bergantung kepada import, sementara kuantiti dan spesifikasi pasir kuarza kemelut tinggi yang dieksport dari negara-negara asing ke China dikawal ketat. Pembekalan bahan pasir kuarza yang ketat tidak dikurangkan dan telah menyekat pembangunan industri fotovoltaik. Pada masa yang sama, disebabkan oleh kehidupan kuarza yang rendah dan kerosakan mudah yang membawa kepada downtime, perkembangan teknologi bateri telah dibatasi dengan serius. Oleh itu, sangat penting bagi negara saya untuk menghilangkan blokade teknologi asing dengan menjalankan penyelidikan mengenai penggantian bahan kuarza secara beransur -ansur dengan bahan seramik karbida silikon.

Dalam perbandingan yang komprehensif, sama ada prestasi produk atau penggunaan kos, penggunaan bahan seramik karbida silikon dalam bidang sel solar lebih berfaedah daripada bahan kuarza. Penggunaan bahan seramik karbida silikon dalam industri fotovoltaik mempunyai banyak bantuan untuk syarikat fotovoltaik untuk mengurangkan kos pelaburan bahan tambahan dan meningkatkan kualiti produk dan daya saing. Pada masa akan datang, dengan penggunaan berskala besar bersaiz besartiub relau karbida silikon, bot silikon karbida yang tinggi dan sokongan bot dan pengurangan kos yang berterusan, penerapan bahan seramik karbida silikon dalam bidang sel fotovoltaik akan menjadi faktor utama dalam meningkatkan kecekapan penukaran tenaga ringan dan mengurangkan kos industri dalam bidang penjanaan kuasa fotovoltaik.