Application at Research ng Silicon Carbide Ceramics sa larangan ng Photovoltaics - Vetek Semiconductor

Sa pagtaas ng kakulangan ng tradisyonal na mga mapagkukunan ng enerhiya tulad ng langis at karbon, ang mga bagong industriya ng enerhiya, na pinamumunuan ng solar photovoltaics, ay mabilis na nakabuo sa mga nakaraang taon. Mula noong 1990s, ang kapasidad na naka -install na photovoltaic sa mundo ay tumaas ng 60 beses. Ang pandaigdigang industriya ng photovoltaic ay naganap laban sa likuran ng pagbabagong istraktura ng istraktura ng enerhiya, at ang sukat ng industriya at naka -install na rate ng paglago ng kapasidad ay paulit -ulit na nagtatakda ng mga bagong tala. Noong 2022, ang global na naka -install na kapasidad ng photovoltaic ay aabot sa 239GW, na nagkakaloob ng 2/3 ng lahat ng mga bagong nababagong kapasidad ng enerhiya. Tinatayang na sa 2023, ang global na naka-install na photovoltaic na kapasidad ay magiging 411GW, isang pagtaas ng taon na 59%. Sa kabila ng patuloy na paglaki ng mga photovoltaics, ang mga photovoltaics ay nagkakaroon pa rin ng account para sa 4.5% ng pandaigdigang henerasyon ng kuryente, at ang malakas na momentum ng paglago nito ay magpapatuloy hanggang pagkatapos ng 2024.

Silicon Carbide CeramicsMagkaroon ng mahusay na lakas ng mekanikal, katatagan ng thermal, paglaban ng mataas na temperatura, paglaban sa oksihenasyon, paglaban ng thermal shock at paglaban sa kaagnasan ng kemikal, at malawakang ginagamit sa mga mainit na patlang tulad ng metalurhiya, makinarya, bagong enerhiya at mga materyales sa gusali at kemikal. Sa larangan ng photovoltaic, pangunahing ginagamit ito sa pagsasabog ng mga topcon cells, LPCVD (mababang presyon ng singaw ng kemikal na pag -aalis),,Pecvd (Plasma Chemical Vapor Deposition)at iba pang mga link sa proseso ng thermal. Kung ikukumpara sa mga tradisyunal na materyales sa quartz, ang mga suporta sa bangka, mga bangka, at mga fittings ng pipe na gawa sa silikon na carbide ceramic na materyales ay may mas mataas na lakas, mas mahusay na thermal stability, walang pagpapapangit sa mataas na temperatura, at isang habang -buhay na higit sa 5 beses na mga materyales sa quartz, na maaaring mabawasan ang gastos ng paggamit at pagkawala ng enerhiya na sanhi ng pagpapanatili at downtime, at may malinaw na mga pakinabang.

Ⅰ Mga bentahe ng silikon na karot ng carbide sa larangan ng photovoltaic

Ang mga pangunahing produkto ng silikon na karbida na keramika sa photovoltaic cell field ay may kasamang silikon na karbida na sumusuporta sa bangka, silikon carbide boat, silikon carbide furnace tubes, silicon carbide protective tubes, atbp. sumusuporta at bangka. Dahil sa kanilang malinaw na mga pakinabang at mabilis na pag -unlad, sila ay naging isang mahusay na pagpipilian para sa mga pangunahing materyales sa carrier sa proseso ng paggawa ng mga photovoltaic cells, at ang kanilang demand sa merkado ay lalong nakakaakit ng pansin mula sa industriya.

Ang reaksyon na naka -bonding na silikon na karbida (RBSC) ay ang pinaka -malawak na ginagamit na silikon na karbida sa larangan ng larangan ng mga photovoltaic cells. Ang mga pakinabang nito ay mababang temperatura ng sintering, mababang gastos sa produksyon, at mataas na materyal na pagpapagaan. Sa partikular, halos walang dami ng pag -urong sa panahon ng proseso ng reaksyon ng reaksyon. Ito ay partikular na angkop para sa paghahanda ng mga malalaking sukat at kumplikadong mga bahagi na istruktura. Samakatuwid, ito ay pinaka-angkop para sa paggawa ng mga malalaking laki at kumplikadong mga produkto tulad ng suporta sa bangka, maliit na bangka, cantilever paddles, mga tubo ng pugon, atbp. Oras, ang pangalawang phase β-SiC ay nasa lugar na sinamahan ng mga partikulo ng α-SiC sa blangko na pulbos, at ang natitirang mga pores ay patuloy na napupuno ng libreng silikon, at sa wakas ay nakamit ang pagpapagaan ng RBSC ceramic na materyales. Ang iba't ibang mga pag -aari ng mga produktong RBSC ceramic sa bahay at sa ibang bansa ay ipinapakita sa Talahanayan 1.

Talahanayan 1 Paghahambing ng Pagganap ng Reaksyon Sintered SIC Ceramic Products sa Mga Pangunahing Bansa

Sa proseso ng pagmamanupaktura ng mga solar photovoltaic cells, ang mga wafer ng silikon ay inilalagay sa isang bangka, at ang bangka ay inilalagay sa isang may hawak ng bangka para sa pagsasabog, LPCVD at iba pang mga proseso ng thermal. Ang silikon na karbida cantilever paddle (baras) ay isang pangunahing sangkap ng pag -load para sa paglipat ng may hawak ng bangka na nagdadala ng mga wafer ng silikon papasok at labas ng hurno ng pag -init. Tulad ng ipinapakita sa Figure 1, ang silikon na carbide cantilever paddle (baras) ay maaaring matiyak ang concentricity ng silikon na wafer at ang tubo ng pugon, sa gayon ay ginagawang mas pantay ang pagsasabog at passivation. Kasabay nito, ito ay walang polusyon at hindi na-deform sa mataas na temperatura, ay may mahusay na thermal shock resistance at malaking kapasidad ng pag-load, at malawakang ginagamit sa larangan ng mga photovoltaic cells.

Larawan 1 Schematic diagram ng mga pangunahing sangkap ng pag -load ng baterya

Sa tradisyonalQuartz Boatat may hawak ng bangka, sa malambot na proseso ng pagsasabog ng landing, ang silikon na wafer at ang may hawak ng quartz boat ay kailangang mailagay sa quartz tube sa pagsasabog ng hurno. Sa bawat proseso ng pagsasabog, ang may hawak ng quartz boat na puno ng mga silikon na wafer ay inilalagay sa paddle ng silikon na karbida. Matapos ang silikon karbida paddle ay pumapasok sa quartz tube, awtomatikong lumulubog ang sagwan upang ibagsak ang may hawak ng quartz boat at silikon na wafer, at pagkatapos ay dahan -dahang tumatakbo pabalik sa pinagmulan. Matapos ang bawat proseso, ang may hawak ng bangka ng quartz ay kailangang alisin mula sa silicon carbide paddle. Ang nasabing madalas na operasyon ay magiging sanhi ng suporta sa bangka ng quartz sa loob ng mahabang panahon. Kapag ang mga bitak na sumusuporta sa bangka ng quartz, ang buong suporta sa bangka ng quartz ay mahuhulog sa paddle ng silikon na karbida, at pagkatapos ay masira ang mga bahagi ng kuwarts, mga wafer ng silikon at mga silikon na karbida sa ibaba. Ang mga paddles ng karbida ng silikon ay mahal at hindi maaayos. Kapag nangyari ang isang aksidente, magiging sanhi ito ng malaking pagkalugi sa pag -aari.

Sa proseso ng LPCVD, hindi lamang magaganap ang nabanggit na mga problema sa thermal stress, ngunit dahil ang proseso ng LPCVD ay nangangailangan ng silane gas na dumaan sa silikon na wafer, ang pangmatagalang proseso ay bubuo ng isang silikon na patong sa suporta sa bangka at bangka. Dahil sa hindi pagkakapare -pareho ng thermal expansion coefficients ng coated silikon at quartz, ang suporta sa bangka at ang bangka ay pumutok, at ang haba ng buhay ay malubhang mabawasan. Ang haba ng buhay ng ordinaryong mga bangka at bangka na sumusuporta sa proseso ng LPCVD ay karaniwang 2 hanggang 3 buwan lamang. Samakatuwid, partikular na mahalaga na mapagbuti ang materyal ng suporta sa bangka upang madagdagan ang lakas at buhay ng serbisyo ng suporta sa bangka upang maiwasan ang mga aksidente.

Ⅱ Pag -unlad ng kalakaran ng silikon na karbida ceramic na materyales sa larangan ng photovoltaic

Mula sa ika -13 na Shanghai Photovoltaic Exhibition SNEC 2023, maraming mga kumpanya ng photovoltaic sa bansa ang nagsimulang gumamit ng Silicon Carbide Boat na sumusuporta, tulad ng ipinapakita sa Figure 2, tulad ng Longi Green Energy Technology Co, Ltd., Jinkosolar CO., Ltd., Yida New Energy Technology Co, Ltd. at iba pang mga nangungunang kumpanya. Sinusuportahan ng Silicon Carbide Boat na ginamit para sa pagpapalawak ng boron, dahil sa mataas na temperatura ng paggamit ng pagpapalawak ng boron, kadalasan sa 1000 ~ 1050 ℃, ang mga impurities sa suporta ng bangka ay madaling pabagu -bago sa mataas na temperatura upang marumi ang cell ng baterya, sa gayon nakakaapekto sa kahusayan ng conversion ng cell ng baterya, kaya may mas mataas na mga kinakailangan para sa puridad ng materyal na suporta sa bangka.

Larawan 2 LPCVD Silicon Carbide Boat Support at Boron Expansion Silicon Carbide Boat Support

Sa kasalukuyan, ang suporta sa bangka na ginamit para sa pagpapalawak ng boron ay kailangang linisin. Una, ang hilaw na materyal na silikon na karbida na pulbos ay hugasan at nalinis. Ang kadalisayan ng lithium-grade silikon na karbida na pulbos na hilaw na materyales ay kinakailangan na higit sa 99.5%. Matapos ang paghuhugas ng acid at paglilinis na may sulfuric acid + hydrofluoric acid, ang kadalisayan ng mga hilaw na materyales ay maaaring umabot sa itaas ng 99.9%. Kasabay nito, ang mga impurities na ipinakilala sa panahon ng paghahanda ng suporta sa bangka ay dapat kontrolin. Samakatuwid, ang may hawak ng pagpapalawak ng bangka ng boron ay kadalasang nabuo sa pamamagitan ng grouting upang mabawasan ang paggamit ng mga impurities ng metal. Ang pamamaraan ng grouting ay karaniwang nabuo ng pangalawang sintering. Matapos ang muling pag-ikot, ang kadalisayan ng may hawak ng bangka ng silikon na karbida ay pinabuting sa isang tiyak na lawak.

Bilang karagdagan, sa panahon ng proseso ng pagsasala ng may hawak ng bangka, ang sintering furnace ay dapat na linisin nang maaga, at ang grapayt na patlang ng init sa hurno ay kailangan ding malinis. Karaniwan, ang kadalisayan ng may hawak ng bangka ng carbide na karbida na ginagamit para sa pagpapalawak ng boron ay tungkol sa 3N.

Ang silikon na karbohidong bangka ay may isang pangako sa hinaharap. Ang bangka ng silikon na karbida ay ipinapakita sa Larawan 3. Anuman ang proseso ng LPCVD o ang proseso ng pagpapalawak ng boron, ang buhay ng quartz boat ay medyo mababa, at ang thermal expansion coefficient ng quartz material ay hindi naaayon sa materyal na silikon na karbok. Samakatuwid, madaling magkaroon ng mga paglihis sa proseso ng pagtutugma sa silicon carbide boat sa mataas na temperatura, na humahantong sa pag -alog o kahit na pagsira ng bangka.

Ang silikon na karbida ay nagpatibay ng isang pinagsamang paghubog at pangkalahatang ruta ng proseso ng pagproseso. Ang mga kinakailangan sa hugis at posisyon ay mataas, at mas mahusay itong nakikipagtulungan sa may hawak ng silikon na may hawak na bangka. Bilang karagdagan, ang silikon na karbida ay may mataas na lakas, at ang pagbasag ng bangka na dulot ng pagbangga ng tao ay mas mababa kaysa sa bangka ng kuwarts. Gayunpaman, dahil sa mataas na kadalisayan at pagproseso ng mga kinakailangan sa katumpakan ng mga silikon na karbida, nasa yugto pa rin sila ng maliit na yugto ng pag -verify.

Dahil ang bangka ng karbida ng silikon ay nasa direktang pakikipag -ugnay sa cell ng baterya, dapat itong magkaroon ng isang mataas na kadalisayan kahit na sa proseso ng LPCVD upang maiwasan ang kontaminasyon ng wafer ng silikon.

Ang pinakamalaking kahirapan ng silikon na karbida na bangka ay namamalagi sa machining. Tulad ng alam nating lahat, ang mga ceramics ng karbida ng silikon ay karaniwang mahirap at malutong na mga materyales na mahirap iproseso, at ang mga kinakailangan sa pagpapahintulot sa hugis at posisyon ng bangka ay mahigpit. Mahirap na iproseso ang mga bangka ng karbida ng silikon na may tradisyunal na teknolohiya sa pagproseso. Sa kasalukuyan, ang silikon na karbida na bangka ay kadalasang naproseso ng paggiling ng tool ng brilyante, at pagkatapos ay pinakintab, adobo at iba pang mga paggamot ay isinasagawa.

Larawan 3 Silicon Carbide Boat

Kung ikukumpara sa mga tubo ng hurno ng kuwarts, ang mga tubong silikon na karbida ay may mahusay na thermal conductivity, pantay na pag -init, at mahusay na katatagan ng thermal, at ang kanilang habang -buhay ay higit sa 5 beses na ng mga quartz tubes. Ang tubo ng pugon ay ang pangunahing sangkap ng paglipat ng init ng hurno, na gumaganap ng isang papel sa pagbubuklod at pantay na paglipat ng init. Ang kahirapan sa pagmamanupaktura ng mga tubo ng silikon na karbida ay napakataas, at ang rate ng ani ay napakababa din. Una, dahil sa malaking sukat ng tubo ng hurno at ang kapal ng dingding na karaniwang sa pagitan ng 5 at 8 mm, napakadaling i -deform, pagbagsak o kahit na crack sa panahon ng proseso ng blangko na bumubuo.

Sa panahon ng pagsasala, dahil sa malaking sukat ng tubo ng hurno, mahirap din na matiyak na hindi ito mababago sa proseso ng pagsasala. Ang pagkakapareho ng nilalaman ng silikon ay mahirap, at madaling magkaroon ng lokal na di-silikonisasyon, pagbagsak, pag-crack, atbp, at ang siklo ng produksyon ng mga tubo ng karbida ng silikon ay lumampas sa 50 araw. Samakatuwid, ang mga tubo ng hurno ng silikon ay nasa estado ng pananaliksik at pag-unlad at hindi pa ginawa ng mass-produce.

Ang pangunahing gastos ng silikon na carbide ceramic na materyales na ginamit sa field ng photovoltaic ay nagmula sa mataas na kadalisayan na silikon na karbida na pulbos na hilaw na materyales, mataas na kadalisayan polycrystalline silikon, at mga gastos sa reaksyon ng pag-iingat.

Sa patuloy na pag -unlad ng teknolohiya ng paglilinis ng karbida ng silikon, ang kadalisayan ng silicon carbide powder ay patuloy na tataas sa pamamagitan ng magnetic na paghihiwalay, pag -pick at iba pang mga teknolohiya, at ang nilalaman ng karumihan ay unti -unting bumababa mula sa 1% hanggang 0.1%. Sa patuloy na pagtaas ng kapasidad ng produksyon ng pulbos ng silikon na karbida, ang gastos ng mataas na kadalisayan na silikon na karbida ay bumababa din.

Dahil ang ikalawang kalahati ng 2020, ang mga kumpanya ng polysilicon ay sunud -sunod na inihayag ang pagpapalawak. Sa kasalukuyan, mayroong higit sa 17 na mga kumpanya ng produksiyon ng domestic polysilicon, at ang taunang output ay tinatayang lalampas sa 1.45 milyong tonelada noong 2023. Ang labis na labis na polysilicon ay humantong sa isang patuloy na pagtanggi sa mga presyo, na kung saan ay nabawasan ang gastos ng mga silikon na karot ng kargamento.

Sa mga tuntunin ng reaksyon na sintering, ang laki ng reaksyon ng sintering furnace ay tumataas din, at ang kapasidad ng paglo -load ng isang solong hurno ay tumataas din. Ang pinakabagong malaking sukat na reaksyon ng sintering furnace ay maaaring mag-load ng higit sa 40 piraso nang sabay-sabay, na kung saan ay mas malaki kaysa sa umiiral na reaksyon ng pag-load ng furnace na 4 hanggang 6 na piraso. Samakatuwid, ang gastos sa sintering ay ibababa din nang malaki.

Sa kabuuan, ang mga silikon na carbide ceramic na materyales sa patlang ng photovoltaic ay pangunahing umuunlad patungo sa mas mataas na kadalisayan, mas malakas na kapasidad ng pagdadala, mas mataas na kapasidad ng paglo -load, at mas mababang gastos.

Ⅲ Ang kabuluhan ng silikon na karbida ceramic na materyales sa photovoltaic field

Sa kasalukuyan, ang buhangin na may mataas na halaga ng kuwarts na kinakailangan para sa mga materyales sa kuwarts na ginamit sa larangan ng domestic photovoltaic ay higit sa lahat ay nakasalalay sa mga pag-import, habang ang dami at pagtutukoy ng mataas na kadalisayan na buhangin na na-export mula sa mga dayuhang bansa hanggang sa Tsina ay mahigpit na kinokontrol. Ang masikip na supply ng mga materyales na may mataas na halaga ng quartz ay hindi napawi at pinaghihigpitan ang pag-unlad ng industriya ng photovoltaic. Kasabay nito, dahil sa mababang buhay ng mga materyales sa kuwarts at madaling pinsala na humahantong sa downtime, ang pag -unlad ng teknolohiya ng baterya ay seryosong pinigilan. Samakatuwid, napakahalaga para sa aking bansa na mapupuksa ang mga dayuhang teknolohikal na blockade sa pamamagitan ng pagsasagawa ng pananaliksik sa unti -unting kapalit ng mga materyales sa kuwarts na may mga materyales na ceramic na silikon.

Sa isang komprehensibong paghahambing, kung ito ay pagganap ng produkto o paggamit ng gastos, ang aplikasyon ng silikon na karbida na mga ceramic na materyales sa larangan ng mga solar cells ay mas kapaki -pakinabang kaysa sa mga materyales sa kuwarts. Ang application ng silikon na carbide ceramic na materyales sa industriya ng photovoltaic ay may malaking tulong para sa mga kumpanya ng photovoltaic upang mabawasan ang gastos sa pamumuhunan ng mga pandiwang pantulong at pagbutihin ang kalidad ng produkto at pagiging mapagkumpitensya. Sa hinaharap, na may malaking sukat na aplikasyon ng malaking sukatSilicon carbide furnace tubes, Sinusuportahan ng mataas na kadalisayan ng mga bangka ng karbida at bangka at ang patuloy na pagbawas ng mga gastos, ang aplikasyon ng silikon na karbida na mga materyales sa ceramic sa larangan ng mga photovoltaic cells ay magiging isang pangunahing kadahilanan sa pagpapabuti ng kahusayan ng light conversion at pagbabawas ng mga gastos sa industriya sa larangan ng photovoltaic power generation, at magkakaroon ng isang mahalagang epekto sa pag-unlad ng photovoltaic new enerhiya.