Η παραγωγή ηλιακής φωτοβολταϊκής ενέργειας έχει γίνει η πιο υποσχόμενη νέα βιομηχανία ενέργειας στον κόσμο. Σε σύγκριση με τα ηλιακά κύτταρα πολυπυριτίου και άμορφου πυριτίου, το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο, ως υλικό παραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας, έχει υψηλή απόδοση φωτοηλεκτρικής μετατροπής και εξαιρετικά εμπορικά πλεονεκτήματα και έχει γίνει το κύριο ρεύμα παραγωγής ηλιακής φωτοβολταϊκής ενέργειας. Το Czochralski (CZ) είναι μία από τις κύριες μεθόδους παρασκευής μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Η σύνθεση του μονοκρυσταλλικού κλιβάνου Czochralski περιλαμβάνει σύστημα κλιβάνου, σύστημα κενού, σύστημα αερίου, σύστημα θερμικού πεδίου και σύστημα ηλεκτρικού ελέγχου. Το σύστημα θερμικού πεδίου είναι μία από τις πιο σημαντικές συνθήκες για την ανάπτυξη του μονοκρυσταλλικού πυριτίου και η ποιότητα του μονοκρυσταλλικού πυριτίου επηρεάζεται άμεσα από την κατανομή της βαθμίδας θερμοκρασίας του θερμικού πεδίου.
Τα συστατικά του θερμικού πεδίου αποτελούνται κυρίως από υλικά άνθρακα (υλικά γραφίτη και σύνθετα υλικά άνθρακα/άνθρακα), τα οποία χωρίζονται σε μέρη στήριξης, λειτουργικά μέρη, θερμαντικά στοιχεία, προστατευτικά μέρη, θερμομονωτικά υλικά κ.λπ., ανάλογα με τις λειτουργίες τους, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Καθώς το μέγεθος του μονοκρυσταλλικού πυριτίου συνεχίζει να αυξάνεται, οι απαιτήσεις μεγέθους για τα συστατικά θερμικού πεδίου αυξάνονται επίσης. Τα σύνθετα υλικά άνθρακα/άνθρακα γίνονται η πρώτη επιλογή για υλικά θερμικού πεδίου για μονοκρυσταλλικό πυρίτιο λόγω της σταθερότητας των διαστάσεων και των εξαιρετικών μηχανικών ιδιοτήτων του.
Στη διαδικασία του czochralcian μονοκρυσταλλικού πυριτίου, η τήξη του υλικού πυριτίου θα παράγει ατμό πυριτίου και πιτσίλισμα λιωμένου πυριτίου, με αποτέλεσμα τη διάβρωση πυριτίωσης των υλικών θερμικού πεδίου άνθρακα/άνθρακα και οι μηχανικές ιδιότητες και η διάρκεια ζωής των υλικών θερμικού πεδίου άνθρακα/άνθρακα είναι επηρεάζονται σοβαρά. Επομένως, ο τρόπος μείωσης της διάβρωσης πυριτίωσης υλικών θερμικού πεδίου άνθρακα/άνθρακα και η βελτίωση της διάρκειας ζωής τους έχει γίνει μια από τις κοινές ανησυχίες των κατασκευαστών μονοκρυσταλλικού πυριτίου και των κατασκευαστών υλικών θερμικού πεδίου άνθρακα/άνθρακα.Επικάλυψη καρβιδίου του πυριτίουέχει γίνει η πρώτη επιλογή για προστασία επιφανειακής επίστρωσης υλικών θερμικού πεδίου άνθρακα/άνθρακα λόγω της εξαιρετικής αντοχής σε θερμικό σοκ και αντοχής στη φθορά.
Σε αυτή την εργασία, ξεκινώντας από υλικά θερμικού πεδίου άνθρακα/άνθρακα που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή μονοκρυσταλλικού πυριτίου, παρουσιάζονται οι κύριες μέθοδοι παρασκευής, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της επικάλυψης καρβιδίου του πυριτίου. Σε αυτή τη βάση, η εφαρμογή και η ερευνητική πρόοδος της επικάλυψης καρβιδίου του πυριτίου σε υλικά θερμικού πεδίου άνθρακα/άνθρακα αναθεωρούνται σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά των υλικών θερμικού πεδίου άνθρακα/άνθρακα και προτάσεις και κατευθύνσεις ανάπτυξης για την προστασία επιφανειακής επίστρωσης υλικών θερμικού πεδίου άνθρακα/άνθρακα προβάλλονται.
1 Τεχνολογία προετοιμασίας τουεπίστρωση καρβιδίου του πυριτίου
1.1 Μέθοδος ενσωμάτωσης
Η μέθοδος ενσωμάτωσης χρησιμοποιείται συχνά για την προετοιμασία της εσωτερικής επικάλυψης καρβιδίου του πυριτίου σε σύστημα σύνθετου υλικού C/C-sic. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί πρώτα μικτή σκόνη για να τυλίξει το σύνθετο υλικό άνθρακα/άνθρακα και στη συνέχεια πραγματοποιεί θερμική επεξεργασία σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Μια σειρά από πολύπλοκες φυσικοχημικές αντιδράσεις συμβαίνουν μεταξύ της αναμεμειγμένης σκόνης και της επιφάνειας του δείγματος για να σχηματιστεί η επικάλυψη. Το πλεονέκτημά του είναι ότι η διαδικασία είναι απλή, μόνο μια διαδικασία μπορεί να παρασκευάσει πυκνά σύνθετα υλικά μήτρας χωρίς ρωγμές. Μικρή αλλαγή μεγέθους από προφόρμα σε τελικό προϊόν. Κατάλληλο για οποιαδήποτε δομή ενισχυμένη με ίνες. Μεταξύ της επικάλυψης και του υποστρώματος μπορεί να σχηματιστεί μια ορισμένη κλίση σύνθεσης, η οποία συνδυάζεται καλά με το υπόστρωμα. Ωστόσο, υπάρχουν και μειονεκτήματα, όπως η χημική αντίδραση σε υψηλή θερμοκρασία, η οποία μπορεί να βλάψει την ίνα και οι μηχανικές ιδιότητες της μήτρας άνθρακα/άνθρακα μειώνονται. Η ομοιομορφία της επίστρωσης είναι δύσκολο να ελεγχθεί, λόγω παραγόντων όπως η βαρύτητα, η οποία κάνει την επίστρωση ανομοιόμορφη.
1.2 Μέθοδος επίστρωσης με πολτό
Η μέθοδος επίστρωσης με πολτό είναι η ανάμειξη του υλικού επικάλυψης και του συνδετικού σε ένα μείγμα, η ομοιόμορφη βούρτσα στην επιφάνεια της μήτρας, μετά την ξήρανση σε αδρανή ατμόσφαιρα, το επικαλυμμένο δείγμα πυροσυσσωματώνεται σε υψηλή θερμοκρασία και μπορεί να ληφθεί η απαιτούμενη επίστρωση. Τα πλεονεκτήματα είναι ότι η διαδικασία είναι απλή και εύκολη στη λειτουργία και το πάχος της επίστρωσης είναι εύκολο να ελεγχθεί. Το μειονέκτημα είναι ότι υπάρχει κακή ισχύς συγκόλλησης μεταξύ της επικάλυψης και του υποστρώματος, και η αντίσταση στο θερμικό σοκ της επίστρωσης είναι χαμηλή και η ομοιομορφία της επίστρωσης είναι χαμηλή.
1.3 Μέθοδος αντίδρασης χημικών ατμών
Η μέθοδος χημικής αντίδρασης ατμών (CVR) είναι μια μέθοδος διεργασίας που εξατμίζει στερεό υλικό πυριτίου σε ατμό πυριτίου σε μια ορισμένη θερμοκρασία και στη συνέχεια ο ατμός πυριτίου διαχέεται στο εσωτερικό και στην επιφάνεια της μήτρας και αντιδρά επί τόπου με άνθρακα στη μήτρα για να παράγει καρβίδιο του πυριτίου. Τα πλεονεκτήματά του περιλαμβάνουν ομοιόμορφη ατμόσφαιρα στον κλίβανο, σταθερό ρυθμό αντίδρασης και πάχος εναπόθεσης επικαλυμμένου υλικού παντού. Η διαδικασία είναι απλή και εύκολη στη λειτουργία και το πάχος της επίστρωσης μπορεί να ελεγχθεί αλλάζοντας την πίεση ατμών πυριτίου, τον χρόνο εναπόθεσης και άλλες παραμέτρους. Το μειονέκτημα είναι ότι το δείγμα επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τη θέση στον κλίβανο και η πίεση ατμών πυριτίου στον κλίβανο δεν μπορεί να φτάσει τη θεωρητική ομοιομορφία, με αποτέλεσμα ανομοιόμορφο πάχος επίστρωσης.
1.4 Μέθοδος εναπόθεσης χημικών ατμών
Η εναπόθεση χημικών ατμών (CVD) είναι μια διαδικασία κατά την οποία υδρογονάνθρακες χρησιμοποιούνται ως πηγή αερίου και υψηλής καθαρότητας N2/Ar ως φέρον αέριο για την εισαγωγή μικτών αερίων σε έναν αντιδραστήρα χημικών ατμών και οι υδρογονάνθρακες αποσυντίθενται, συντίθενται, διαχέονται, προσροφούνται και αναλύονται υπό ορισμένη θερμοκρασία και πίεση για σχηματισμό στερεών μεμβρανών στην επιφάνεια σύνθετων υλικών άνθρακα/άνθρακα. Το πλεονέκτημά του είναι ότι η πυκνότητα και η καθαρότητα της επίστρωσης μπορούν να ελεγχθούν. Είναι επίσης κατάλληλο για τεμάχιο εργασίας με πιο σύνθετο σχήμα. Η κρυσταλλική δομή και η μορφολογία της επιφάνειας του προϊόντος μπορούν να ελεγχθούν ρυθμίζοντας τις παραμέτρους εναπόθεσης. Τα μειονεκτήματα είναι ότι ο ρυθμός εναπόθεσης είναι πολύ χαμηλός, η διαδικασία είναι πολύπλοκη, το κόστος παραγωγής είναι υψηλό και μπορεί να υπάρχουν ελαττώματα επίστρωσης, όπως ρωγμές, ελαττώματα πλέγματος και επιφανειακά ελαττώματα.
Συνοπτικά, η μέθοδος ενσωμάτωσης περιορίζεται στα τεχνολογικά χαρακτηριστικά της, η οποία είναι κατάλληλη για την ανάπτυξη και παραγωγή εργαστηριακών και μικρού μεγέθους υλικών. Η μέθοδος επίστρωσης δεν είναι κατάλληλη για μαζική παραγωγή λόγω της κακής συνοχής της. Η μέθοδος CVR μπορεί να καλύψει τη μαζική παραγωγή προϊόντων μεγάλου μεγέθους, αλλά έχει υψηλότερες απαιτήσεις για εξοπλισμό και τεχνολογία. Η μέθοδος CVD είναι μια ιδανική μέθοδος προετοιμασίαςΕπικάλυψη SIC, αλλά το κόστος της είναι υψηλότερο από τη μέθοδο CVR λόγω της δυσκολίας στον έλεγχο της διαδικασίας.
Ώρα δημοσίευσης: Φεβ-22-2024