Avec le développement continu du monde d'aujourd'hui, les énergies non renouvelables s'épuisent de plus en plus et la société humaine est de plus en plus urgente d'utiliser les énergies renouvelables représentées par « le vent, la lumière, l'eau et le nucléaire ». Comparé à d’autres sources d’énergie renouvelables, l’être humain dispose de la technologie la plus aboutie, la plus sûre et la plus fiable pour utiliser l’énergie solaire. Parmi eux, l’industrie des cellules photovoltaïques utilisant du silicium de haute pureté comme substrat s’est développée extrêmement rapidement. À la fin de 2023, la capacité installée solaire photovoltaïque cumulée de la Chine a dépassé 250 gigawatts et la production d'énergie photovoltaïque a atteint 266,3 milliards de kWh, soit une augmentation d'environ 30 % par rapport à l'année précédente, et la capacité de production d'électricité nouvellement ajoutée est de 78,42 millions. kilowatts, soit une augmentation de 154 % sur un an. Fin juin, la capacité installée cumulée de production d'énergie photovoltaïque était d'environ 470 millions de kilowatts, ce qui a dépassé l'hydroélectricité pour devenir la deuxième plus grande source d'énergie de mon pays.
Si l’industrie photovoltaïque se développe rapidement, l’industrie des nouveaux matériaux qui la soutient se développe également rapidement. Composants de quartz tels quecreusets en quartz, les bateaux en quartz et les bouteilles de quartz en font partie, jouant un rôle important dans le processus de fabrication photovoltaïque. Par exemple, les creusets en quartz sont utilisés pour contenir le silicium fondu lors de la production de tiges de silicium et de lingots de silicium ; les bateaux, tubes, bouteilles, réservoirs de nettoyage en quartz, etc. jouent un rôle déterminant dans la diffusion, le nettoyage et d'autres maillons de processus dans la production de cellules solaires, etc., garantissant la pureté et la qualité des matériaux en silicium.
Principales applications des composants en quartz pour la fabrication photovoltaïque
Dans le processus de fabrication des cellules solaires photovoltaïques, les tranches de silicium sont placées sur un bateau à tranches, et le bateau est placé sur un support de bateau à tranches pour la diffusion, le LPCVD et d'autres processus thermiques, tandis que la palette en porte-à-faux en carbure de silicium est le composant de chargement clé pour le déplacement. le support de bateau transportant les tranches de silicium dans et hors du four de chauffage. Comme le montre la figure ci-dessous, la palette en porte-à-faux en carbure de silicium peut assurer la concentricité de la plaquette de silicium et du tube du four, rendant ainsi la diffusion et la passivation plus uniformes. En même temps, il est non pollué et non déformé à haute température, présente une bonne résistance aux chocs thermiques et une grande capacité de charge, et a été largement utilisé dans le domaine des cellules photovoltaïques.
Diagramme schématique des principaux composants de chargement de la batterie
Dans le processus de diffusion d'atterrissage en douceur, le bateau à quartz traditionnel etbateau à plaquettesLe support doit mettre la plaquette de silicium avec le support du bateau en quartz dans le tube de quartz dans le four à diffusion. Dans chaque processus de diffusion, le support de nacelle en quartz rempli de plaquettes de silicium est placé sur la palette en carbure de silicium. Une fois que la palette en carbure de silicium entre dans le tube de quartz, la palette coule automatiquement pour déposer le support du bateau en quartz et la plaquette de silicium, puis revient lentement à l'origine. Après chaque processus, le support du bateau en quartz doit être retiré dupalette en carbure de silicium. Un fonctionnement aussi fréquent entraînera une usure du support du bateau en quartz sur une longue période de temps. Une fois que le support du bateau en quartz se fissure et se brise, l'ensemble du support du bateau en quartz tombera de la palette en carbure de silicium, puis endommagera les pièces en quartz, les plaquettes de silicium et les palettes en carbure de silicium en dessous. La palette en carbure de silicium est coûteuse et ne peut pas être réparée. Une fois qu’un accident survient, il entraînera d’énormes pertes matérielles.
Dans le processus LPCVD, non seulement les problèmes de contrainte thermique mentionnés ci-dessus se produiront, mais comme le processus LPCVD nécessite que du gaz silane traverse la tranche de silicium, le processus à long terme formera également un revêtement de silicium sur le support de la nacelle et sur le support de la tranche. bateau à plaquettes. En raison de l'incohérence des coefficients de dilatation thermique du silicium et du quartz recouverts, le support du bateau et le bateau se fissureront et la durée de vie sera sérieusement réduite. La durée de vie des bateaux et supports de bateaux en quartz ordinaires dans le processus LPCVD n'est généralement que de 2 à 3 mois. Par conséquent, il est particulièrement important d’améliorer le matériau de support du bateau afin d’augmenter la résistance et la durée de vie du support du bateau afin d’éviter de tels accidents.
En bref, à mesure que la durée et le nombre de processus augmentent au cours de la production de cellules solaires, les bateaux en quartz et autres composants sont sujets à des fissures cachées, voire à des cassures. La durée de vie des bateaux et des tubes de quartz dans les lignes de production actuelles en Chine est d'environ 3 à 6 mois, et ils doivent être arrêtés régulièrement pour le nettoyage, l'entretien et le remplacement des supports de quartz. De plus, le sable de quartz de haute pureté utilisé comme matière première pour les composants en quartz est actuellement dans un état d'offre et de demande serrés, et le prix est élevé depuis longtemps, ce qui n'est évidemment pas propice à l'amélioration de la production. efficacité et avantages économiques.
Céramiques de carbure de silicium"se présenter"
Aujourd’hui, les gens ont mis au point un matériau plus performant pour remplacer certains composants en quartz : la céramique en carbure de silicium.
Les céramiques de carbure de silicium ont une bonne résistance mécanique, stabilité thermique, résistance aux températures élevées, résistance à l'oxydation, résistance aux chocs thermiques et résistance à la corrosion chimique, et sont largement utilisées dans des domaines chauds tels que la métallurgie, les machines, les nouvelles énergies, les matériaux de construction et les produits chimiques. Ses performances sont également suffisantes pour la diffusion de cellules TOPcon dans la fabrication photovoltaïque, le LPCVD (dépôt chimique en phase vapeur à basse pression), le PECVD (dépôt chimique en phase vapeur au plasma) et d'autres liens de processus thermiques.
Support de bateau en carbure de silicium LPCVD et support de bateau en carbure de silicium expansé au bore
Par rapport aux matériaux à quartz traditionnels, les supports de bateau, les bateaux et les produits tubulaires fabriqués à partir de matériaux céramiques en carbure de silicium ont une résistance plus élevée, une meilleure stabilité thermique, aucune déformation à haute température et une durée de vie de plus de 5 fois supérieure à celle des matériaux à quartz, ce qui peut considérablement réduire le coût d’utilisation et la perte d’énergie causée par la maintenance et les temps d’arrêt. L'avantage en termes de coût est évident et la source de matières premières est large.
Parmi eux, le carbure de silicium fritté par réaction (RBSiC) a une faible température de frittage, un faible coût de production, une densification élevée du matériau et presque aucun retrait de volume pendant le frittage par réaction. Il est particulièrement adapté à la préparation de pièces structurelles de grandes dimensions et de formes complexes. Par conséquent, il est le plus adapté à la production de produits complexes et de grande taille tels que des supports de bateaux, des bateaux, des pagaies en porte-à-faux, des tubes de four, etc.
Bateaux à plaquettes en carbure de siliciumont également de grandes perspectives de développement dans le futur. Quel que soit le processus LPCVD ou le processus d'expansion du bore, la durée de vie du bateau en quartz est relativement faible et le coefficient de dilatation thermique du matériau quartz n'est pas cohérent avec celui du matériau carbure de silicium. Par conséquent, il est facile d'avoir des écarts dans le processus d'adaptation avec le support de bateau en carbure de silicium à haute température, ce qui conduit à la situation de secouer le bateau ou même de casser le bateau. Le bateau en carbure de silicium adopte le processus de moulage d'une seule pièce et de traitement global. Ses exigences de tolérance de forme et de position sont élevées et il coopère mieux avec le support de bateau en carbure de silicium. De plus, le carbure de silicium a une résistance élevée et le bateau est beaucoup moins susceptible de se briser en raison d'une collision humaine que le bateau en quartz.
Bateau à plaquettes en carbure de silicium
Le tube du four est le principal composant de transfert de chaleur du four, qui joue un rôle dans l'étanchéité et le transfert de chaleur uniforme. Comparés aux tubes de four à quartz, les tubes de four en carbure de silicium ont une bonne conductivité thermique, un chauffage uniforme et une bonne stabilité thermique, et leur durée de vie est plus de 5 fois supérieure à celle des tubes de quartz.
Résumé
De manière générale, que ce soit en termes de performances du produit ou de coût d'utilisation, les matériaux céramiques en carbure de silicium présentent plus d'avantages que les matériaux en quartz dans certains aspects du domaine des cellules solaires. L'application de matériaux céramiques en carbure de silicium dans l'industrie photovoltaïque a grandement aidé les entreprises photovoltaïques à réduire le coût d'investissement des matériaux auxiliaires et à améliorer la qualité et la compétitivité des produits. À l'avenir, avec l'application à grande échelle de tubes de four en carbure de silicium de grande taille, de bateaux et de supports de bateaux en carbure de silicium de haute pureté et la réduction continue des coûts, l'application de matériaux céramiques en carbure de silicium dans le domaine des cellules photovoltaïques deviendra un facteur clé pour améliorer l'efficacité de la conversion de l'énergie lumineuse et réduire les coûts industriels dans le domaine de la production d'énergie photovoltaïque, et aura un impact important sur le développement de la nouvelle énergie photovoltaïque.
Heure de publication : 05 novembre 2024