Silicio karbido keramikos pritaikymas ir tyrimai fotoelektros srityje - VETEK puslaidininkis

Didėjant tradicinių energetikos šaltinių, tokių kaip nafta ir anglis, trūkumas, „New Energy Industries“, vadovaujama saulės fotoelektros, pastaraisiais metais greitai vystėsi. Nuo 1990 m. Pasaulio fotoelektros instaliacija padidėjo 60 kartų. Pasaulinė fotoelektros pramonė ėmėsi energijos struktūros transformacijos fone, o pramonės mastas ir instaliuotas pajėgumų augimo tempas ne kartą nustatė naujus įrašus. 2022 m. Pasaulinės fotoelektros įdiegtos pajėgumai pasieks 239GW, tai sudarys 2/3 visų naujų atsinaujinančios energijos pajėgumų. Manoma, kad 2023 m. Pasaulinės fotoelektros įdiegtos pajėgumai bus 411GW, o per metus padidės 59%. Nepaisant nuolatinio fotoelektros augimo, fotoelektros vis dar sudaro tik 4,5% pasaulio energijos generavimo, o didelis augimo pagreitis tęsis iki 2024 m.

Silicio karbido keramikaTurėkite gerą mechaninį stiprumą, šiluminį stabilumą, atsparumą aukštai temperatūrai, atsparumą oksidacijai, atsparumą šiluminiam šokui ir cheminės korozijos atsparumą, ir jie yra plačiai naudojami karštame laukuose, tokiuose kaip metalurgija, mašinos, naujos energijos ir statybinės medžiagos bei cheminės medžiagos. Fotoelektriniame lauke jis daugiausia naudojamas difuzijai į viršutinių ląstelių, LPCVD (žemo slėgio cheminio garų nusėdimo), difuzijoje,PECVD (plazmos cheminio garų nusėdimas)ir kitos šiluminio proceso nuorodos. Palyginti su tradicinėmis kvarco medžiagomis, valčių atramos, valtys ir vamzdžių jungiamosios detalės, pagamintos iš silicio karbido keraminių medžiagų, turi didesnį stiprumą, geresnį šiluminį stabilumą, jokių deformacijų esant aukštai temperatūrai ir daugiau nei 5 kartus didesnė nei 5 kartus didesnė kaip kvarco medžiagų gyvenimo trukmė, o tai gali žymiai sumažinti naudojimo sąnaudas ir energijos praradimą, kurį sukelia techninė priežiūra ir nuleidimas, ir turi akivaizdžių kainų.

Ⅰ Silicio karbido keramikos pranašumai fotoelektriniame lauke

Pagrindiniai silicio karbido keramikos produktai fotoelektrinių ląstelių lauke yra silicio karbido valčių atramos, silicio karbido valtys Laivai. Dėl akivaizdžių pranašumų ir greito vystymosi jie tapo geru pasirinkimu pagrindinėms nešiklio medžiagoms fotoelektrinių ląstelių gamybos procese, o jų rinkos paklausa vis labiau pritraukia pramonės dėmesį.

Reakcijos silicio karbido (RBSC) keramika yra plačiausiai naudojama silicio karbido keramika fotoelektrinių ląstelių lauke. Jos pranašumai yra žema sukepinimo temperatūra, mažos gamybos sąnaudos ir didelis medžiagų tankinimas. Visų pirma, reakcijos metu sukepinimo proceso metu beveik nėra tūrio susitraukimo. Tai ypač tinka ruošiant didelio dydžio ir sudėtingos formos konstrukcines dalis. Todėl jis labiausiai tinka gaminti didelio dydžio ir sudėtingus produktus, tokius kaip valčių atramos, mažos valtys, konsoles irklai, krosnies vamzdžiai ir kt. Laikas, antrinė β-SIC fazė yra in situ kartu su α-SIC dalelėmis tuščiuose milteliuose, o likusios poros ir toliau užpildomos laisvu siliciu, ir galiausiai pasiekiama RBSC keraminių medžiagų tankinimas. Įvairios RBSC keraminių produktų savybės namuose ir užsienyje yra parodytos 1 lentelėje.

1 lentelė

Saulės fotoelektrinių ląstelių gamybos procese silicio plokštelės dedamos į valtį, o valtis dedama ant valties laikiklio difuzijai, LPCVD ir kitiems šiluminiams procesams. Silicio karbido konsolės irklas (strypas) yra pagrindinis krovimo komponentas, skirtas valties laikiklio perkėlimui, nešančiam silicio vaflius į šildymo krosnį ir iš jos. Kaip parodyta 1 paveiksle, silicio karbido konsolerių irklo irklo ir strypas gali užtikrinti silicio plokštelės ir krosnies vamzdelio koncentraciją, todėl difuzija ir pasyvacija tampa vienodesnė. Tuo pačiu metu jis yra be taršos ir nedeformuojamas aukštoje temperatūroje, turi gerą šiluminio smūgio atsparumą ir didelę apkrovos talpą, jis buvo plačiai naudojamas fotoelektrinių ląstelių lauke.

1 paveikslas

Tradiciškaikvarco valtisir valties laikiklį, naudojant minkštą nusileidimo difuzijos procesą, silicio plokštelę ir kvarco valties laikiklį reikia dėti į kvarco vamzdelį difuzijos krosnyje. Kiekviename difuzijos procese ant silicio karbido irkloklo dedamas kvarco valties laikiklis, užpildytas silicio vafliais. Po silicio karbido irklo įeinant į kvarco vamzdelį, irklas automatiškai nuskendo, kad padėtų kvarco valties laikiklį ir silicio plokštelę, o po to lėtai bėga atgal į kilmę. Po kiekvieno proceso kvarco valties laikiklį reikia pašalinti iš silicio karbido irklo. Dėl tokio dažno operacijos kvarco valties palaikymas ilgą laiką susidėvės. Kai kvarco valties atrama įtrūkia ir sulaužys, visa kvarco valties atrama nukris nuo silicio karbido irklo, o po to sugadins kvarco dalis, silicio vaflius ir silicio karbido irklus žemiau. Silicio karbido irklai yra brangūs ir negali būti remontuoti. Kai įvyks avarija, tai sukels didžiulius nuostolius.

LPCVD procese ne tik kils minėtų šiluminio įtempių problemų, bet kadangi LPCVD procesui reikia silano dujų praeiti per silicio vaflį, ilgalaikis procesas suformuos silicio dangą ant valties atramos ir valties. Dėl dengto silicio ir kvarco šiluminio išsiplėtimo koeficientų nenuoseklumo, valties atrama ir valtis įtrūks, o gyvenimo trukmė bus rimtai sumažinta. Paprastų kvarco valčių ir valčių atramų gyvenimo trukmė LPCVD procese paprastai yra tik 2–3 mėnesiai. Todėl ypač svarbu patobulinti valčių palaikymo medžiagą, siekiant padidinti valčių palaikymo jėgą ir tarnavimo laiką, kad būtų išvengta tokių avarijų.

Ⅱ Silicio karbido keraminių medžiagų vystymosi tendencija fotoelektriniame lauke

Iš 13 -osios Šanchajaus fotoelektros parodos „Snec 2023“ daugelis fotoelektrinių kompanijų šalyje pradėjo naudoti silicio karbido valčių atramas, kaip parodyta 2 paveiksle, tokiose kaip „Lonki Green Energy Technology Co., Ltd.“, „Jinkosolar Co., Ltd.“, „Yida New Energy Technology Co., Ltd.“ ir kitos fotovoltinės įmonės. Silicio karbido valčių atramos, naudojamos boro plėtimesiems, dėl boro išsiplėtimo aukšto naudojimo temperatūros, paprastai esant 1000 ~ 1050 ℃, valčių atramos priemaišos yra lengva, kad būtų galima lakinti aukštoje temperatūroje, kad būtų galima užteršti akumuliatoriaus elementą, ir tokiu būdu paveikti akumuliatoriaus elemento konversijos efektyvumą, taigi yra didesni valčių atraminės medžiagos konversijos efektyvumas, taigi yra aukštesni valčių atraminės medžiagos konversijos efektyvumas.

2 paveikslas LPCVD

Šiuo metu reikia išgryninti boro plėtrai naudojamą valčių palaikymą. Pirma, žaliavų silicio karbido milteliai yra nuplauti rūgštį ir išgryninti. Ličio laipsnio silicio karbido miltelių žaliavų grynumas turi būti didesnis nei 99,5%. Po rūgšties plovimo ir gryninimo sieros rūgštimi + hidrofluoro rūgštimi žaliavų grynumas gali siekti virš 99,9%. Tuo pačiu metu reikia kontroliuoti priemaišas, įvestas rengiant valtį. Todėl boro išplėtimo valčių laikiklį dažniausiai sudaro skiedimas, siekiant sumažinti metalo priemaišų naudojimą. Skiedinio metodas paprastai susidaro antrinio sukepinimo metu. Po pakartotinio intereso tam tikru mastu pagerėja silicio karbido valties laikiklio grynumas.

Be to, valties laikiklio sukepinimo proceso metu reikia iš anksto išgryninti sukepinimo krosnį, taip pat reikia išgryninti krosnyje esantį grafito šilumos lauką. Paprastai silicio karbido valčių laikiklio grynumas, naudojamas boro plėtrai, yra apie 3N.

Silicio karbido valtis turi daug žadančią ateitį. Silicio karbido valtis parodyta 3 paveiksle. Nepriklausomai nuo LPCVD proceso ar boro išplėtimo proceso, kvarco valties tarnavimo laikas yra palyginti žemas, o kvarco medžiagos šiluminio išsiplėtimo koeficientas yra nenuoseklus silicio karbido medžiagos. Todėl lengva, kad būtų galima nukrypti nuo silicio karbido valties aukštoje temperatūroje, todėl valtis sukrėsta ar net sulaužoma.

Silicio karbido valtis priima integruotą liejimo ir bendrojo apdorojimo proceso kelią. Jo formos ir padėties tolerancijos reikalavimai yra dideli, ir ji geriau bendradarbiauja su silicio karbido valčių laikikliu. Be to, silicio karbidas turi didelę jėgą, o valties lūžis, kurį sukelia žmogaus susidūrimas, yra daug mažesnis nei kvarco valties. Tačiau dėl aukšto grynumo ir apdorojimo tikslumo silicio karbido valčių reikalavimų jie vis dar yra mažos partijos patikrinimo etape.

Kadangi silicio karbido valtis tiesiogiai liečiasi su akumuliatoriaus elementu, ji turi turėti didelį grynumą net LPCVD procese, kad būtų išvengta silicio vaflio užteršimo.

Didžiausias silicio karbido valčių sunkumas yra apdirbimas. Kaip mes visi žinome, silicio karbido keramika yra tipiškos kietos ir trapios medžiagos, kurias sunku apdoroti, o valties formos ir padėties tolerancijos reikalavimai yra labai griežti. Sunku apdoroti silicio karbido valtis su tradicinėmis perdirbimo technologijomis. Šiuo metu silicio karbido valtis dažniausiai apdorojama deimantų įrankio šlifavimu, o po to atliekami šlifuoti, marinuoti ir kiti gydymo būdai.

3 pav. Silicio karbido valtis

Palyginti su kvarco krosnies vamzdeliais, silicio karbido krosnies vamzdeliai turi gerą šilumos laidumą, vienodą šildymą ir gerą šiluminį stabilumą, o jų gyvenimo trukmė yra daugiau nei 5 kartus didesnė nei kvarco vamzdžių. Krosnies vamzdis yra pagrindinis krosnies šilumos perdavimo komponentas, kuris vaidina sandarinimą ir vienodą šilumos perdavimą. Silicio karbido krosnies vamzdžių gamybos sunkumai yra labai dideli, o derliaus greitis taip pat yra labai mažas. Pirma, dėl didžiulio krosnies vamzdžio dydžio ir sienos storio, paprastai nuo 5 iki 8 mm, labai lengva deformuoti, sugriūti ar net nulaužti tuščio formavimo proceso metu.

Suskaidymo metu, dėl didžiulio krosnies vamzdžio dydžio, taip pat sunku užtikrinti, kad sukepinimo proceso metu jis nenusimins. Silicio kiekio vienodumas yra prastas, todėl nesunku turėti vietinę ne silikonizaciją, griūtį, įtrūkimą ir kt., O silicio karbido krosnies vamzdžių gamybos ciklas yra labai ilgas, o vienos krosnies vamzdelio gamybos ciklas viršija 50 dienų. Todėl silicio karbido krosnies vamzdeliai vis dar yra tyrimų ir vystymosi būsenoje ir dar nebuvo gaminami masiškai.

Pagrindinės silicio karbido keraminių medžiagų, naudojamų fotoelektriniame lauke, kaina yra iš didelio grynumo silicio karbido miltelių žaliavų, didelio grynumo polikristalinio silicio ir reakcijos sukepinimo išlaidų.

Nuolat vystantis silicio karbido miltelių valymo technologiją, silicio karbido miltelių grynumas ir toliau didėja per magnetinį atskyrimą, marinavimą ir kitas technologijas, o priemaišų kiekis palaipsniui mažėja nuo 1% iki 0,1%. Nuolat didėjant silicio karbido miltelių gamybos pajėgumui, didelio grynumo silicio karbido miltelių kaina taip pat mažėja.

Nuo 2020 m. Antrosios pusės „Polysilicon“ kompanijos iš eilės paskelbė plėtrą. Šiuo metu 2023 m. Yra daugiau nei 17 vidaus polisilicono gamybos įmonių, ir manoma, kad metinė produkcija viršija 1,45 mln.

Kalbant apie reakcijos sukepinimą, taip pat didėja reakcijos sukepinimo krosnies dydis, taip pat didėja vienos krosnies pakrovimo talpa. Naujausia didelio dydžio reakcijos sukepinimo krosnis vienu metu gali pakrauti daugiau nei 40 vienetų, o tai yra daug didesnė nei esama reakcijos sukepinimo krosnies pakrovimo talpa nuo 4 iki 6 dalių. Todėl sukepinimo išlaidos taip pat žymiai sumažės.

Apskritai, silicio karbido keraminės medžiagos fotoelektriniame lauke daugiausia vystosi siekiant didesnio grynumo, stipresnės nešiojimo talpos, didesnės apkrovos talpos ir mažesnės išlaidos.

Ⅲ Silicio karbido keraminių medžiagų reikšmė fotoelektriniame lauke

Šiuo metu aukšto grynumo kvarco smėlis, reikalingas kvarco medžiagoms, naudojamoms vidaus fotoelektriniame lauke, vis dar daugiausia priklauso nuo importo, o griežtai kontroliuojamas aukšto grynumo kvarco smėlio kiekis ir specifikacijos. Trumpas didelio grynumo kvarco smėlio medžiagų tiekimas nebuvo sušvelnintas ir apribojo fotoelektrinės pramonės plėtrą. Tuo pačiu metu dėl mažo kvarco medžiagų tarnavimo laiko ir lengvos žalos, dėl kurios prastovos, akumuliatorių technologijos kūrimas buvo rimtai apribotas. Todėl mano šaliai labai svarbu atsikratyti užsienio technologinių blokadų atliekant laipsnišką kvarco medžiagų pakeitimą silicio karbido keraminėmis medžiagomis.

Atliekant išsamų palyginimą, nesvarbu, ar tai produkto našumas, ar naudojimo išlaidos, silicio karbido keraminių medžiagų panaudojimas saulės elementų lauke yra naudingesnis nei kvarco medžiagos. Silicio karbido keraminių medžiagų taikymas fotoelektrinėje pramonėje turi didelę pagalbą fotoelektrinėms įmonėms sumažinti pagalbinių medžiagų investavimo sąnaudas ir pagerinti produktų kokybę bei konkurencingumą. Ateityje su didelio dydžio pritaikymuSilicio karbido krosnies vamzdžiai, didelio grynumo silicio karbido valtys ir valčių atramos bei nuolatinis išlaidų sumažinimas, silicio karbido keraminių medžiagų pritaikymas fotoelektrinių ląstelių srityje taps pagrindiniu veiksniu gerinant šviesos energijos konvertavimo efektyvumą ir sumažins pramonės išlaidas fotoelektrinės energijos generavimo srityje ir turės didelę įtaką švietimo energijos konversijos ir sumažinimo pramonės sąnaudoms fotoelektros energijos srityje ir turės svarbų poveikį fotoventinės naujos energijos vystymosi kūrimui.