С непрекъснатото развитие на днешния свят, невъзобновяемата енергия става все по-изчерпана и човешкото общество е все по-спешно да използва възобновяема енергия, представена от „вятър, светлина, вода и ядрена енергия“. В сравнение с други възобновяеми енергийни източници, хората разполагат с най-зрялата, безопасна и надеждна технология за използване на слънчева енергия. Сред тях индустрията на фотоволтаичните клетки със силиций с висока чистота като субстрат се разви изключително бързо. До края на 2023 г. кумулативният слънчев фотоволтаичен инсталиран капацитет на моята страна надхвърли 250 гигавата, а фотоволтаичното производство на електроенергия достигна 266,3 милиарда kWh, което е увеличение от около 30% на годишна база, а новодобавеният капацитет за производство на електроенергия е 78,42 милиона киловати, което е увеличение от 154% на годишна база. Към края на юни кумулативният инсталиран капацитет на фотоволтаичното производство на електроенергия беше около 470 милиона киловата, което надмина водната енергия и се превърна във втория по големина източник на енергия в моята страна.
Докато фотоволтаичната индустрия се развива бързо, индустрията за нови материали, която я поддържа, също се развива бързо. Кварцови компоненти катокварцови тигли, кварцови лодки и кварцови бутилки са сред тях, които играят важна роля в процеса на производство на фотоволтаици. Например, кварцови тигли се използват за задържане на разтопен силиций при производството на силициеви пръти и силициеви блокове; кварцови лодки, тръби, бутилки, резервоари за почистване и др. играят опорна функция в дифузията, почистването и други връзки на процеса в производството на слънчеви клетки и др., като гарантират чистотата и качеството на силициевите материали.
Основни приложения на кварцови компоненти за фотоволтаично производство
В производствения процес на слънчеви фотоволтаични клетки силиконовите пластини се поставят върху вафлена лодка, а лодката се поставя върху опора за вафлена лодка за дифузия, LPCVD и други термични процеси, докато конзолната лопатка от силициев карбид е ключовият товарен компонент за движение опората на лодката, носеща силициеви пластини във и извън нагревателната пещ. Както е показано на фигурата по-долу, конзолната лопатка от силициев карбид може да осигури концентричността на силиконовата пластина и тръбата на пещта, като по този начин прави дифузията и пасивацията по-равномерни. В същото време той не замърсява и не се деформира при високи температури, има добра устойчивост на термичен удар и голям капацитет на натоварване и се използва широко в областта на фотоволтаичните клетки.
Схематична диаграма на ключови компоненти за зареждане на батерията
В процеса на дифузия на меко кацане, традиционната кварцова лодка ивафлена лодкаопората трябва да постави силиконовата пластина заедно с опората за кварцова лодка в кварцовата тръба в дифузионната пещ. При всеки процес на дифузия опората за кварцова лодка, пълна със силиконови пластини, се поставя върху греблото от силициев карбид. След като греблото от силициев карбид навлезе в кварцовата тръба, греблото автоматично потъва, за да остави опората на кварцовата лодка и силиконовата пластина, и след това бавно се връща към началото. След всеки процес опората за кварцова лодка трябва да се отстрани отгребло от силициев карбид. Такава честа работа ще доведе до износване на кварцовата опора за лодка за дълъг период от време. След като опората за кварцова лодка се напука и счупи, цялата опора за кварцова лодка ще падне от греблото от силициев карбид и след това ще повреди кварцовите части, силициевите пластини и греблата от силициев карбид отдолу. Греблото от силициев карбид е скъпо и не може да се ремонтира. След като възникне авария, тя ще причини огромни материални загуби.
В процеса LPCVD не само ще се появят гореспоменатите проблеми с термичния стрес, но тъй като процесът LPCVD изисква газ силан да премине през силиконовата пластина, дългосрочният процес също ще образува силиконово покритие върху опората на пластиновата лодка и вафлена лодка. Поради несъответствието на коефициентите на топлинно разширение на покрития силиций и кварц, опората на лодката и лодката ще се напукат и продължителността на живота ще бъде сериозно намалена. Продължителността на живота на обикновените кварцови лодки и опори за лодки в процеса LPCVD обикновено е само 2 до 3 месеца. Поради това е особено важно да се подобри опорният материал за лодка, за да се увеличи здравината и експлоатационният живот на опората за лодка, за да се избегнат подобни инциденти.
Накратко, тъй като времето и броят пъти на процеса се увеличават по време на производството на слънчеви клетки, кварцовите лодки и други компоненти са склонни към скрити пукнатини или дори счупвания. Животът на кварцовите лодки и кварцовите тръби в настоящите масови производствени линии в Китай е около 3-6 месеца и те трябва редовно да се изключват за почистване, поддръжка и подмяна на кварцови носители. Освен това кварцовият пясък с висока чистота, използван като суровина за кварцови компоненти, в момента е в състояние на ограничено търсене и предлагане, а цената е на високо ниво от дълго време, което очевидно не е благоприятно за подобряване на производството ефективност и икономически ползи.
Силициево-карбидна керамика„покажи се“
Сега хората са измислили материал с по-добра производителност, който да замени някои кварцови компоненти - силициево-карбидна керамика.
Керамиката от силициев карбид има добра механична якост, термична стабилност, устойчивост на висока температура, устойчивост на окисление, устойчивост на термичен шок и устойчивост на химическа корозия и се използва широко в горещи полета като металургия, машини, нова енергия и строителни материали и химикали. Неговата производителност е достатъчна и за дифузията на клетките TOPcon във фотоволтаичното производство, LPCVD (химическо отлагане на пари при ниско налягане), PECVD (химическо плазмено отлагане на пари) и други термични връзки на процеса.
LPCVD опора за лодка от силициев карбид и опора за лодка от експандиран с бор силициев карбид
В сравнение с традиционните кварцови материали, опорите за лодки, лодките и тръбните продукти, изработени от керамични материали от силициев карбид, имат по-висока якост, по-добра термична стабилност, без деформации при високи температури и продължителност на живота над 5 пъти по-голяма от тази на кварцовите материали, което може значително намаляване на разходите за използване и загубата на енергия, причинена от поддръжка и престой. Предимството в цената е очевидно, а източникът на суровини е широк.
Сред тях реакционно синтерованият силициев карбид (RBSiC) има ниска температура на синтероване, ниски производствени разходи, високо уплътняване на материала и почти никакво свиване на обема по време на реакционно синтероване. Особено подходящ е за изготвяне на едрогабаритни и сложни конструктивни части. Поради това е най-подходящ за производство на големи и сложни продукти като опори за лодки, лодки, конзолни гребла, пещни тръби и др.
Вафлени лодки от силициев карбидсъщо имат големи перспективи за развитие в бъдеще. Независимо от процеса LPCVD или процеса на разширяване с бор, животът на кварцовата лодка е относително нисък и коефициентът на топлинно разширение на кварцовия материал е несъвместим с този на материала от силициев карбид. Поради това е лесно да има отклонения в процеса на съвпадение с държача за лодка от силициев карбид при висока температура, което води до ситуация на разклащане на лодката или дори счупване на лодката. Лодката от силициев карбид възприема процеса на формоване на едно парче и цялостна обработка. Изискванията за толерантност към неговата форма и позиция са високи и той работи по-добре с държача за лодка от силициев карбид. В допълнение, силициевият карбид има висока якост и е много по-малко вероятно лодката да се счупи поради човешки сблъсък, отколкото кварцовата лодка.
Вафлена лодка от силициев карбид
Тръбата на пещта е основният топлопреносен компонент на пещта, който играе роля в уплътняването и равномерното пренасяне на топлина. В сравнение с кварцовите пещи, тръбите от силициев карбид имат добра топлопроводимост, равномерно нагряване и добра термична стабилност и животът им е повече от 5 пъти по-дълъг от този на кварцовите тръби.
Резюме
Като цяло, независимо дали по отношение на производителността на продукта или цената на употреба, керамичните материали от силициев карбид имат повече предимства от кварцовите материали в определени аспекти на областта на слънчевите клетки. Прилагането на керамични материали от силициев карбид във фотоволтаичната индустрия значително помогна на фотоволтаичните компании да намалят инвестиционните разходи за спомагателни материали и да подобрят качеството и конкурентоспособността на продуктите. В бъдеще, с широкомащабното приложение на големи силициевокарбидни пещни тръби, високочисти силициевокарбидни лодки и опори за лодки и непрекъснатото намаляване на разходите, приложението на силициевокарбидните керамични материали в областта на фотоволтаичните клетки ще стане ключов фактор за подобряване на ефективността на преобразуването на светлинна енергия и намаляване на индустриалните разходи в областта на фотоволтаичното производство на електроенергия и ще има важно въздействие върху развитието на фотоволтаична нова енергия.
Време на публикуване: 05 ноември 2024 г