أصبح توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية صناعة الطاقة الجديدة الواعدة في العالم. بالمقارنة مع الخلايا الشمسية المصنوعة من البولي سيليكون والسيليكون غير المتبلور، فإن السيليكون أحادي البلورية، باعتباره مادة لتوليد الطاقة الكهروضوئية، يتمتع بكفاءة تحويل كهروضوئية عالية ومزايا تجارية متميزة، وأصبح التيار الرئيسي لتوليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية. Czochralski (CZ) هي إحدى الطرق الرئيسية لتحضير السيليكون أحادي البلورة. يتضمن تكوين فرن Czochralski أحادي البلورة نظام الفرن ونظام الفراغ ونظام الغاز ونظام المجال الحراري ونظام التحكم الكهربائي. يعد نظام المجال الحراري من أهم شروط نمو السيليكون أحادي البلورة، وتتأثر جودة السيليكون أحادي البلورة بشكل مباشر بتوزيع التدرج الحراري للمجال الحراري.
تتكون مكونات المجال الحراري بشكل أساسي من مواد الكربون (مواد الجرافيت والمواد المركبة الكربونية/الكربونية)، والتي تنقسم إلى أجزاء داعمة، وأجزاء وظيفية، وعناصر تسخين، وأجزاء واقية، ومواد عزل حراري، وما إلى ذلك، وفقًا لوظائفها، كما كما هو موضح في الشكل 1. مع استمرار زيادة حجم السيليكون أحادي البلورة، تتزايد أيضًا متطلبات الحجم لمكونات المجال الحراري. أصبحت المواد المركبة الكربونية/الكربونية هي الخيار الأول لمواد المجال الحراري للسيليكون أحادي البلورية نظرًا لاستقرارها الأبعاد وخصائصها الميكانيكية الممتازة.
في عملية السيليكون أحادي البلورية czochralcian، سيؤدي ذوبان مادة السيليكون إلى إنتاج بخار السيليكون ورذاذ السيليكون المنصهر، مما يؤدي إلى تآكل سيليكات مواد المجال الحراري للكربون / الكربون، والخواص الميكانيكية وعمر الخدمة لمواد المجال الحراري للكربون / الكربون تتأثر بشكل خطير. لذلك، أصبحت كيفية الحد من تآكل السيليكات لمواد المجال الحراري للكربون/الكربون وتحسين عمر الخدمة أحد الاهتمامات المشتركة لمصنعي السيليكون أحادي البلورية ومصنعي مواد المجال الحراري للكربون/الكربون.طلاء كربيد السيليكونأصبح الخيار الأول لحماية الطلاء السطحي لمواد المجال الحراري الكربوني/الكربون نظرًا لمقاومته الممتازة للصدمات الحرارية ومقاومة التآكل.
في هذا البحث، بدءًا من مواد المجال الحراري للكربون/الكربون المستخدمة في إنتاج السيليكون أحادي البلورة، يتم تقديم طرق التحضير الرئيسية ومزايا وعيوب طلاء كربيد السيليكون. على هذا الأساس، تتم مراجعة التطبيق والتقدم البحثي لطلاء كربيد السيليكون في مواد المجال الحراري للكربون/الكربون وفقًا لخصائص مواد المجال الحراري للكربون/الكربون، والاقتراحات واتجاهات التطوير لحماية الطلاء السطحي لمواد المجال الحراري للكربون/الكربون. يتم طرحها.
1 تكنولوجيا تحضيرطلاء كربيد السيليكون
1.1 طريقة التضمين
غالبًا ما يتم استخدام طريقة التضمين لتحضير الطبقة الداخلية من كربيد السيليكون في نظام المواد المركبة C/C-sic. تستخدم هذه الطريقة أولاً مسحوقًا مختلطًا لتغليف مادة الكربون/الكربون المركبة، ومن ثم إجراء المعالجة الحرارية عند درجة حرارة معينة. تحدث سلسلة من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية المعقدة بين المسحوق المختلط وسطح العينة لتكوين الغلاف. ميزتها هي أن العملية بسيطة، ويمكن لعملية واحدة فقط تحضير مواد مركبة مصفوفة كثيفة وخالية من الشقوق؛ تغيير الحجم الصغير من التشكيل إلى المنتج النهائي؛ مناسبة لأي هيكل مقوى بالألياف. يمكن تشكيل تدرج معين في التركيب بين الطلاء والركيزة، والذي يتم دمجه جيدًا مع الركيزة. ومع ذلك، هناك أيضًا عيوب، مثل التفاعل الكيميائي عند درجة حرارة عالية، والذي يمكن أن يؤدي إلى تلف الألياف، وانخفاض الخواص الميكانيكية لمصفوفة الكربون/الكربون. من الصعب التحكم في تجانس الطلاء، وذلك بسبب عوامل مثل الجاذبية، مما يجعل الطلاء غير متساوي.
1.2 طريقة طلاء الملاط
تتمثل طريقة طلاء الملاط في خلط مادة الطلاء والموثق في خليط، ثم تنظيف سطح المصفوفة بالتساوي، وبعد التجفيف في جو خامل، يتم تلبيد العينة المطلية عند درجة حرارة عالية، ويمكن الحصول على الطلاء المطلوب. المزايا هي أن العملية بسيطة وسهلة التشغيل، ومن السهل التحكم في سمك الطلاء؛ العيب هو أن قوة الترابط بين الطلاء والركيزة ضعيفة، ومقاومة الصدمات الحرارية للطلاء ضعيفة، وتوحيد الطلاء منخفض.
1.3 طريقة تفاعل البخار الكيميائي
طريقة تفاعل البخار الكيميائي (CVR) هي طريقة معالجة تعمل على تبخير مادة السيليكون الصلبة إلى بخار السيليكون عند درجة حرارة معينة، ثم ينتشر بخار السيليكون إلى داخل المصفوفة وسطحها، ويتفاعل في الموقع مع الكربون في المصفوفة لإنتاج كربيد السيليكون. وتشمل مميزاتها الجو الموحد في الفرن، ومعدل التفاعل المتسق وسمك الترسيب للمواد المطلية في كل مكان؛ العملية بسيطة وسهلة التشغيل، ويمكن التحكم في سمك الطلاء عن طريق تغيير ضغط بخار السيليكون، ووقت الترسيب وغيرها من المعلمات. العيب هو أن العينة تتأثر بشكل كبير بالموضع في الفرن، ولا يمكن لضغط بخار السيليكون في الفرن أن يصل إلى التوحيد النظري، مما يؤدي إلى سماكة طلاء غير متساوية.
1.4 طريقة ترسيب البخار الكيميائي
ترسيب البخار الكيميائي (CVD) هو عملية يتم فيها استخدام الهيدروكربونات كمصدر للغاز وN2/Ar عالي النقاء كغاز حامل لإدخال غازات مختلطة في مفاعل بخار كيميائي، ويتم تحلل الهيدروكربونات وتصنيعها ونشرها وامتصاصها وحلها تحت تأثير درجة حرارة وضغط معينين لتشكيل أفلام صلبة على سطح المواد المركبة من الكربون/الكربون. ميزته هي أنه يمكن التحكم في كثافة ونقاء الطلاء. كما أنها مناسبة لقطع العمل ذات الشكل الأكثر تعقيدًا؛ يمكن التحكم في التركيب البلوري ومورفولوجيا سطح المنتج عن طريق ضبط معلمات الترسيب. العيوب هي أن معدل الترسيب منخفض جدًا، والعملية معقدة، وتكلفة الإنتاج مرتفعة، وقد تكون هناك عيوب في الطلاء، مثل الشقوق وعيوب الشبكات والعيوب السطحية.
باختصار، تقتصر طريقة التضمين على خصائصها التكنولوجية، وهي مناسبة لتطوير وإنتاج المواد المخبرية والصغيرة الحجم؛ طريقة الطلاء غير مناسبة للإنتاج الضخم بسبب اتساقها الضعيف. يمكن أن تلبي طريقة CVR الإنتاج الضخم للمنتجات كبيرة الحجم، ولكنها تتطلب متطلبات أعلى للمعدات والتكنولوجيا. تعتبر طريقة CVD طريقة مثالية للتحضيرطلاء سيكولكن تكلفتها أعلى من طريقة CVR بسبب صعوبتها في التحكم في العمليات.
وقت النشر: 22 فبراير 2024