سيراميك كربيد السيليكون: فاصل مكونات الكوارتز الضوئية

مع التطور المستمر الذي يشهده عالم اليوم، أصبحت الطاقة غير المتجددة أكثر استنفاداً، وأصبح المجتمع البشري ملحاً بشكل متزايد لاستخدام الطاقة المتجددة المتمثلة في "الرياح والضوء والمياه والنووية". بالمقارنة مع مصادر الطاقة المتجددة الأخرى، يتمتع البشر بالتكنولوجيا الأكثر نضجًا وأمانًا وموثوقية لاستخدام الطاقة الشمسية. من بينها، تطورت صناعة الخلايا الكهروضوئية ذات السيليكون عالي النقاء كركيزة بسرعة كبيرة. بحلول نهاية عام 2023، تجاوزت القدرة المركبة التراكمية للطاقة الشمسية الكهروضوئية في بلدي 250 جيجاوات، ووصل توليد الطاقة الكهروضوئية إلى 266.3 مليار كيلووات ساعة، بزيادة قدرها حوالي 30٪ على أساس سنوي، وتبلغ قدرة توليد الطاقة المضافة حديثًا 78.42 مليونًا. كيلووات، بزيادة قدرها 154% على أساس سنوي. وحتى نهاية حزيران/يونيه، بلغت القدرة المركبة التراكمية لتوليد الطاقة الكهربائية الضوئية حوالي 470 مليون كيلووات، وهو ما تجاوز الطاقة الكهرومائية لتصبح ثاني أكبر مصدر للطاقة في بلدي.

في حين أن صناعة الخلايا الكهروضوئية تتطور بسرعة، فإن صناعة المواد الجديدة الداعمة لها تتطور بسرعة أيضًا. مكونات الكوارتز مثلبوتقات الكوارتزومن بينها قوارب الكوارتز وزجاجات الكوارتز التي تلعب دورًا مهمًا في عملية التصنيع الكهروضوئية. على سبيل المثال، تُستخدم بوتقات الكوارتز لحفظ السيليكون المنصهر في إنتاج قضبان السيليكون وسبائك السيليكون؛ تلعب قوارب الكوارتز والأنابيب والزجاجات وخزانات التنظيف وما إلى ذلك وظيفة تحمل في الانتشار والتنظيف وروابط العمليات الأخرى في إنتاج الخلايا الشمسية وما إلى ذلك، مما يضمن نقاء وجودة مواد السيليكون.

التطبيقات الرئيسية لمكونات الكوارتز لتصنيع الخلايا الكهروضوئية

في عملية تصنيع الخلايا الكهروضوئية الشمسية، يتم وضع رقائق السيليكون على قارب بسكويت الرقاقة، ويتم وضع القارب على دعامة قارب بسكويت الرقاقة للانتشار و LPCVD والعمليات الحرارية الأخرى، في حين أن المجداف الكابولي من كربيد السيليكون هو مكون التحميل الرئيسي للتحرك يدعم القارب حمل رقائق السيليكون داخل وخارج فرن التسخين. كما هو موضح في الشكل أدناه، يمكن للمجداف الكابولي من كربيد السيليكون ضمان تركيز رقاقة السيليكون وأنبوب الفرن، وبالتالي جعل الانتشار والتخميل أكثر تجانسًا. وفي الوقت نفسه، فهو خالي من التلوث وغير مشوه عند درجات الحرارة المرتفعة، وله مقاومة جيدة للصدمات الحرارية وقدرة تحميل كبيرة، وقد تم استخدامه على نطاق واسع في مجال الخلايا الكهروضوئية.

رسم تخطيطي لمكونات تحميل البطارية الرئيسية

في عملية نشر الهبوط الناعم، يتم استخدام قارب الكوارتز التقليدي وقارب رقاقةيحتاج الدعم إلى وضع رقاقة السيليكون مع دعامة قارب الكوارتز في أنبوب الكوارتز في فرن الانتشار. في كل عملية نشر، يتم وضع دعامة قارب الكوارتز المملوءة برقائق السيليكون على مجداف كربيد السيليكون. بعد دخول مجداف كربيد السيليكون إلى أنبوب الكوارتز، يغرق المجداف تلقائيًا لإخماد دعامة قارب الكوارتز ورقاقة السيليكون، ثم يعود ببطء إلى الأصل. بعد كل عملية، يجب إزالة دعامة قارب الكوارتز منمجداف كربيد السيليكون. مثل هذه العملية المتكررة سوف تتسبب في تآكل دعامة قارب الكوارتز على مدى فترة طويلة من الزمن. بمجرد أن يتشقق دعم قارب الكوارتز وينكسر، فإن دعم قارب الكوارتز بأكمله سوف يسقط من مجداف كربيد السيليكون، ثم يتلف أجزاء الكوارتز ورقائق السيليكون ومجاديف كربيد السيليكون بالأسفل. مجداف كربيد السيليكون باهظ الثمن ولا يمكن إصلاحه. بمجرد وقوع حادث، فإنه سوف يسبب خسائر فادحة في الممتلكات.

في عملية LPCVD، لن تحدث مشاكل الإجهاد الحراري المذكورة أعلاه فحسب، ولكن بما أن عملية LPCVD تتطلب مرور غاز السيلان عبر رقاقة السيليكون، فإن العملية طويلة المدى ستشكل أيضًا طبقة سيليكون على دعامة قارب الرقاقة وطبقة السيليكون. قارب رقاقة. بسبب عدم تناسق معاملات التمدد الحراري للسيليكون المطلي والكوارتز، فإن دعامة القارب والقارب سوف يتشققان، وسينخفض ​​العمر الافتراضي بشكل خطير. عادةً ما يكون العمر الافتراضي لقوارب الكوارتز العادية ودعامات القوارب في عملية LPCVD من شهرين إلى ثلاثة أشهر فقط. لذلك، من المهم بشكل خاص تحسين مواد دعم القارب لزيادة قوة وعمر خدمة دعم القارب لتجنب مثل هذه الحوادث.

باختصار، مع زيادة وقت العملية وعدد المرات أثناء إنتاج الخلايا الشمسية، تكون قوارب الكوارتز والمكونات الأخرى عرضة للشقوق المخفية أو حتى الكسر. يبلغ عمر قوارب الكوارتز وأنابيب الكوارتز في خطوط الإنتاج الرئيسية الحالية في الصين حوالي 3-6 أشهر، ويجب إغلاقها بانتظام للتنظيف والصيانة واستبدال حاملات الكوارتز. علاوة على ذلك، فإن رمل الكوارتز عالي النقاء المستخدم كمواد خام لمكونات الكوارتز في حالة نقص العرض والطلب حاليًا، وكان السعر عند مستوى مرتفع لفترة طويلة، وهو ما من الواضح أنه لا يفضي إلى تحسين الإنتاج. الكفاءة والفوائد الاقتصادية.

سيراميك كربيد السيليكون"تظهر"

الآن، توصل الناس إلى مادة ذات أداء أفضل لتحل محل بعض مكونات الكوارتز - سيراميك كربيد السيليكون.

يتمتع سيراميك كربيد السيليكون بقوة ميكانيكية جيدة، واستقرار حراري، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة الأكسدة، ومقاومة الصدمات الحرارية، ومقاومة التآكل الكيميائي، ويستخدم على نطاق واسع في المجالات الساخنة مثل المعادن والآلات والطاقة الجديدة ومواد البناء والمواد الكيميائية. كما أن أدائها كافٍ لنشر خلايا TOPcon في التصنيع الكهروضوئي، وLPCVD (ترسيب البخار الكيميائي منخفض الضغط)، وPECVD (ترسيب بخار البلازما الكيميائي) وروابط العمليات الحرارية الأخرى.

دعم قارب كربيد السيليكون LPCVD ودعم قارب كربيد السيليكون الموسع بالبورون

بالمقارنة مع مواد الكوارتز التقليدية، فإن دعامات القوارب والقوارب ومنتجات الأنابيب المصنوعة من مواد سيراميك كربيد السيليكون تتمتع بقوة أعلى، وثبات حراري أفضل، ولا تشوه في درجات الحرارة العالية، وعمر افتراضي يزيد عن 5 أضعاف عمر مواد الكوارتز، والتي يمكن أن تكون كبيرة بشكل كبير تقليل تكلفة الاستخدام وفقدان الطاقة الناجم عن الصيانة والتوقف. ميزة التكلفة واضحة، ومصدر المواد الخام واسع.

من بينها، يتميز كربيد السيليكون الملبد التفاعلي (RBSiC) بدرجة حرارة تلبيد منخفضة، وتكلفة إنتاج منخفضة، وتكثيف المواد عاليًا، ولا يوجد تقريبًا أي انكماش في الحجم أثناء تلبيد التفاعل. إنها مناسبة بشكل خاص لتحضير الأجزاء الهيكلية كبيرة الحجم ومعقدة الشكل. ولذلك، فهو مناسب أكثر لإنتاج المنتجات الكبيرة الحجم والمعقدة مثل دعامات القوارب، والقوارب، والمجاديف الكابولية، وأنابيب الفرن، وما إلى ذلك.

قوارب رقاقة كربيد السيليكونلديها أيضا آفاق تنمية كبيرة في المستقبل. بغض النظر عن عملية LPCVD أو عملية توسيع البورون، فإن عمر قارب الكوارتز منخفض نسبيًا، كما أن معامل التمدد الحراري لمادة الكوارتز لا يتوافق مع معامل التمدد الحراري لمادة كربيد السيليكون. لذلك، من السهل حدوث انحرافات في عملية المطابقة مع حامل القارب من كربيد السيليكون عند درجة حرارة عالية، مما يؤدي إلى حالة اهتزاز القارب أو حتى كسر القارب. يعتمد قارب كربيد السيليكون مسار عملية صب قطعة واحدة والمعالجة الشاملة. متطلبات تحمل الشكل والموضع عالية، وتتعاون بشكل أفضل مع حامل القارب من كربيد السيليكون. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع كربيد السيليكون بقوة عالية، والقارب أقل عرضة للكسر بسبب الاصطدام البشري مقارنة بقارب الكوارتز.

قارب رقاقة كربيد السيليكون

أنبوب الفرن هو المكون الرئيسي لنقل الحرارة في الفرن، والذي يلعب دورًا في الختم ونقل الحرارة الموحد. بالمقارنة مع أنابيب فرن الكوارتز، فإن أنابيب فرن كربيد السيليكون تتمتع بموصلية حرارية جيدة، وتسخين موحد، واستقرار حراري جيد، وعمرها يزيد عن 5 أضعاف عمر أنابيب الكوارتز.

ملخص

بشكل عام، سواء من حيث أداء المنتج أو تكلفة الاستخدام، فإن مواد سيراميك كربيد السيليكون تتمتع بمزايا أكثر من مواد الكوارتز في جوانب معينة من مجال الخلايا الشمسية. لقد ساعد تطبيق مواد سيراميك كربيد السيليكون في صناعة الخلايا الكهروضوئية بشكل كبير شركات الطاقة الكهروضوئية على تقليل تكلفة الاستثمار للمواد المساعدة وتحسين جودة المنتج والقدرة التنافسية. في المستقبل، مع التطبيق واسع النطاق لأنابيب فرن كربيد السيليكون كبيرة الحجم، وقوارب كربيد السيليكون عالية النقاء ودعامات القوارب والتخفيض المستمر للتكاليف، سيصبح تطبيق مواد سيراميك كربيد السيليكون في مجال الخلايا الكهروضوئية عاملاً رئيسياً في تحسين كفاءة تحويل الطاقة الضوئية وخفض تكاليف الصناعة في مجال توليد الطاقة الكهروضوئية، وسيكون له تأثير مهم على تطوير الطاقة الكهروضوئية الجديدة.