Mit der kontinuierlichen Entwicklung der heutigen Welt werden nicht erneuerbare Energien zunehmend erschöpft, und die menschliche Gesellschaft ist immer dringender auf die Nutzung erneuerbarer Energien angewiesen, die durch „Wind, Licht, Wasser und Kernenergie“ repräsentiert werden. Im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energiequellen verfügt der Mensch über die ausgereifteste, sicherste und zuverlässigste Technologie zur Nutzung von Solarenergie. Unter ihnen hat sich die Photovoltaikzellenindustrie mit hochreinem Silizium als Substrat extrem schnell entwickelt. Bis Ende 2023 hat die kumulierte installierte Solar-Photovoltaik-Kapazität meines Landes 250 Gigawatt überschritten, und die Photovoltaik-Stromerzeugung hat 266,3 Milliarden kWh erreicht, was einem Anstieg von etwa 30 % gegenüber dem Vorjahr entspricht, und die neu hinzugefügte Stromerzeugungskapazität beträgt 78,42 Millionen Kilowatt, eine Steigerung von 154 % im Vergleich zum Vorjahr. Ende Juni betrug die kumulierte installierte Leistung der Photovoltaik-Stromerzeugung etwa 470 Millionen Kilowatt, was die Wasserkraft überholt und zur zweitgrößten Energiequelle in meinem Land geworden ist.
Während sich die Photovoltaikindustrie rasant entwickelt, entwickelt sich auch die Industrie für neue Materialien, die sie unterstützt, rasant. Quarzkomponenten wie zQuarztiegelDazu gehören Quarzboote und Quarzflaschen, die im Photovoltaik-Herstellungsprozess eine wichtige Rolle spielen. Beispielsweise werden Quarztiegel zur Aufbewahrung von geschmolzenem Silizium bei der Herstellung von Siliziumstäben und Siliziumbarren verwendet; Quarzboote, Röhren, Flaschen, Reinigungstanks usw. spielen eine tragende Funktion bei der Diffusion, Reinigung und anderen Prozessverbindungen bei der Herstellung von Solarzellen usw. und gewährleisten die Reinheit und Qualität von Siliziummaterialien.
Hauptanwendungen von Quarzkomponenten für die Photovoltaik-Herstellung
Im Herstellungsprozess von Solar-Photovoltaikzellen werden Siliziumwafer auf einem Waferboot platziert, und das Boot wird für Diffusion, LPCVD und andere thermische Prozesse auf einem Waferbootträger platziert, während das freitragende Paddel aus Siliziumkarbid die wichtigste Ladekomponente für die Bewegung ist Der Bootsträger transportiert Siliziumwafer in den Heizofen hinein und aus ihm heraus. Wie in der Abbildung unten gezeigt, kann das freitragende Paddel aus Siliziumkarbid die Konzentrizität des Siliziumwafers und des Ofenrohrs sicherstellen und dadurch die Diffusion und Passivierung gleichmäßiger machen. Gleichzeitig ist es schadstofffrei und verformt sich bei hohen Temperaturen nicht, weist eine gute Temperaturwechselbeständigkeit und eine große Belastbarkeit auf und wird häufig im Bereich der Photovoltaikzellen eingesetzt.
Schematische Darstellung der wichtigsten Batterieladekomponenten
Beim Soft-Landing-Diffusionsprozess werden das traditionelle Quarzboot undWaffelbootFür die Unterstützung muss der Siliziumwafer zusammen mit dem Quarzschiffchenträger in das Quarzrohr im Diffusionsofen gelegt werden. Bei jedem Diffusionsprozess wird der mit Siliziumscheiben gefüllte Quarzschiffchenträger auf dem Siliziumkarbidpaddel platziert. Nachdem das Siliziumkarbid-Paddel in das Quarzrohr eingedrungen ist, sinkt das Paddel automatisch ab, um die Quarzschiffchenhalterung und den Siliziumwafer abzulegen, und läuft dann langsam zum Ursprung zurück. Nach jedem Vorgang muss die Quarzschiffchenhalterung entfernt werdenSiliziumkarbid-Paddel. Ein solch häufiger Betrieb führt über einen längeren Zeitraum zu einem Verschleiß der Quarzschiffchenhalterung. Sobald der Quarzschiffchenträger reißt und bricht, fällt der gesamte Quarzschiffchenträger vom Siliziumkarbidpaddel und beschädigt die Quarzteile, Siliziumwafer und Siliziumkarbidpaddel darunter. Das Siliziumkarbid-Paddel ist teuer und kann nicht repariert werden. Kommt es zu einem Unfall, kommt es zu enormen Sachschäden.
Beim LPCVD-Prozess treten nicht nur die oben genannten thermischen Spannungsprobleme auf, sondern da beim LPCVD-Prozess Silangas durch den Siliziumwafer strömen muss, bildet sich im Langzeitprozess auch eine Siliziumbeschichtung auf dem Wafer-Boot-Träger usw Waffelboot. Aufgrund der Inkonsistenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten des beschichteten Siliziums und Quarzes kommt es zu Rissen im Bootsträger und im Boot und die Lebensdauer wird erheblich verkürzt. Die Lebensdauer gewöhnlicher Quarzschiffchen und Bootsträger im LPCVD-Verfahren beträgt in der Regel nur 2 bis 3 Monate. Daher ist es besonders wichtig, das Material der Bootsstütze zu verbessern, um die Festigkeit und Lebensdauer der Bootsstütze zu erhöhen und solche Unfälle zu vermeiden.
Kurz gesagt: Da die Prozessdauer und -häufigkeit bei der Herstellung von Solarzellen zunimmt, neigen Quarzschiffchen und andere Komponenten zu versteckten Rissen oder sogar Brüchen. Die Lebensdauer von Quarzbooten und Quarzrohren in den aktuellen Mainstream-Produktionslinien in China beträgt etwa 3 bis 6 Monate und sie müssen regelmäßig zur Reinigung, Wartung und zum Austausch von Quarzträgern abgeschaltet werden. Darüber hinaus herrscht derzeit bei hochreinem Quarzsand, der als Rohstoff für Quarzkomponenten verwendet wird, ein knappes Angebot und eine knappe Nachfrage, und der Preis bewegt sich seit langem auf einem hohen Niveau, was einer Verbesserung der Produktion offensichtlich nicht förderlich ist Effizienz und wirtschaftliche Vorteile.
Siliziumkarbidkeramik„auftauchen“
Jetzt hat man ein Material mit besserer Leistung entwickelt, um einige Quarzkomponenten zu ersetzen: Siliziumkarbidkeramik.
Siliziumkarbidkeramik weist eine gute mechanische Festigkeit, thermische Stabilität, Hochtemperaturbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Thermoschockbeständigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit auf und wird häufig in heißen Bereichen wie Metallurgie, Maschinen, neue Energie sowie Baumaterialien und Chemikalien eingesetzt. Seine Leistung reicht auch für die Diffusion von TOPcon-Zellen in der Photovoltaik-Herstellung, LPCVD (chemische Gasphasenabscheidung bei niedrigem Druck), PECVD (chemische Gasphasenabscheidung mit Plasma) und anderen thermischen Prozessverbindungen aus.
LPCVD-Siliziumkarbid-Bootsträger und Bor-expandiertes Siliziumkarbid-Bootsträger
Im Vergleich zu herkömmlichen Quarzmaterialien weisen Bootsstützen, Boote und Rohrprodukte aus Siliziumkarbid-Keramikmaterialien eine höhere Festigkeit, eine bessere thermische Stabilität, keine Verformung bei hohen Temperaturen und eine mehr als fünfmal höhere Lebensdauer auf als Quarzmaterialien, was erheblich ist Reduzieren Sie die Nutzungskosten und den Energieverlust durch Wartung und Ausfallzeiten. Der Kostenvorteil liegt auf der Hand und die Rohstoffquellen sind vielfältig.
Unter diesen weist reaktionsgesintertes Siliziumkarbid (RBSiC) eine niedrige Sintertemperatur, niedrige Produktionskosten, eine hohe Materialverdichtung und nahezu keine Volumenschrumpfung während des Reaktionssinterns auf. Es eignet sich besonders für die Herstellung großformatiger und komplex geformter Strukturteile. Daher eignet es sich am besten für die Herstellung großer und komplexer Produkte wie Bootsstützen, Boote, Auslegerpaddel, Ofenrohre usw.
Waferboote aus Siliziumkarbidhaben auch in Zukunft große Entwicklungsaussichten. Unabhängig vom LPCVD-Prozess oder dem Borexpansionsprozess ist die Lebensdauer des Quarzschiffchens relativ gering und der Wärmeausdehnungskoeffizient des Quarzmaterials stimmt nicht mit dem des Siliziumkarbidmaterials überein. Daher kann es bei hohen Temperaturen leicht zu Abweichungen beim Anpassen an den Siliziumkarbid-Bootshalter kommen, was dazu führen kann, dass das Boot wackelt oder sogar zerbricht. Das Siliziumkarbidboot übernimmt den Prozessweg des einteiligen Formens und der Gesamtverarbeitung. Die Anforderungen an Form- und Positionstoleranzen sind hoch und es arbeitet besser mit dem Bootshalter aus Siliziumkarbid zusammen. Darüber hinaus weist Siliziumkarbid eine hohe Festigkeit auf, und die Wahrscheinlichkeit, dass das Boot aufgrund menschlicher Kollisionen zerbricht, ist viel geringer als beim Quarzboot.
Siliziumkarbid-Waferboot
Das Ofenrohr ist die Hauptwärmeübertragungskomponente des Ofens und spielt eine Rolle bei der Abdichtung und gleichmäßigen Wärmeübertragung. Im Vergleich zu Quarzofenrohren weisen Siliziumkarbid-Ofenrohre eine gute Wärmeleitfähigkeit, gleichmäßige Erwärmung und gute thermische Stabilität auf und ihre Lebensdauer ist mehr als fünfmal so hoch wie die von Quarzrohren.
Zusammenfassung
Im Allgemeinen haben Siliziumkarbid-Keramikmaterialien in bestimmten Aspekten des Solarzellenbereichs mehr Vorteile als Quarzmaterialien, sei es hinsichtlich der Produktleistung oder der Nutzungskosten. Der Einsatz von Siliziumkarbid-Keramikmaterialien in der Photovoltaikindustrie hat Photovoltaikunternehmen erheblich dabei geholfen, die Investitionskosten für Hilfsmaterialien zu senken und die Produktqualität und Wettbewerbsfähigkeit zu verbessern. Mit der großflächigen Anwendung von großformatigen Siliziumkarbid-Ofenrohren, hochreinen Siliziumkarbid-Booten und Bootsträgern und der kontinuierlichen Kostensenkung wird der Einsatz von Siliziumkarbid-Keramikmaterialien im Bereich der Photovoltaikzellen in Zukunft zunehmen ein Schlüsselfaktor für die Verbesserung der Effizienz der Lichtenergieumwandlung und die Senkung der Industriekosten im Bereich der Photovoltaik-Stromerzeugung und wird einen wichtigen Einfluss auf die Entwicklung der neuen Photovoltaik-Energie haben.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 05.11.2024