Kontinuiranim razvojem današnjeg svijeta, neobnovljiva energija postaje sve iscrpljenija, a ljudskom društvu je sve hitnije koristiti obnovljivu energiju koju predstavljaju “vjetar, svjetlost, voda i nuklearna energija”. U usporedbi s drugim obnovljivim izvorima energije, ljudi imaju najzreliju, najsigurniju i najpouzdaniju tehnologiju za korištenje sunčeve energije. Među njima, industrija fotonaponskih ćelija sa silicijem visoke čistoće kao supstratom razvila se iznimno brzo. Do kraja 2023., kumulativni solarni fotonaponski instalirani kapacitet moje zemlje premašio je 250 gigavata, a proizvodnja fotonaponske energije dosegla je 266,3 milijarde kWh, što je povećanje od oko 30% u odnosu na prethodnu godinu, a novododani kapacitet proizvodnje električne energije iznosi 78,42 milijuna kilovata, što je povećanje od 154% na godišnjoj razini. Od kraja lipnja, kumulativni instalirani kapacitet fotonaponske proizvodnje energije iznosio je oko 470 milijuna kilovata, što je nadmašilo hidroenergiju i postalo drugi najveći izvor energije u mojoj zemlji.
Dok se fotonaponska industrija brzo razvija, industrija novih materijala koja je podržava također se brzo razvija. Kvarcne komponente kao što sukvarcni tiglovi, kvarcni čamci i kvarcne boce su među njima, igrajući važnu ulogu u procesu proizvodnje fotonapona. Na primjer, kvarcni lončići koriste se za držanje rastaljenog silicija u proizvodnji silicijskih šipki i silicijskih ingota; kvarcni čamci, cijevi, boce, spremnici za čišćenje itd. igraju nosivu funkciju u difuziji, čišćenju i drugim procesnim vezama u proizvodnji solarnih ćelija itd., osiguravajući čistoću i kvalitetu silicijskih materijala.
Glavne primjene kvarcnih komponenti za fotonaponsku proizvodnju
U proizvodnom procesu solarnih fotonaponskih ćelija, silikonske pločice se postavljaju na pločicu, a ladica se postavlja na nosač pločice za difuziju, LPCVD i druge toplinske procese, dok je konzolna lopatica od silicij karbida ključna komponenta opterećenja za kretanje nosač čamca koji nosi silikonske pločice u i iz peći za grijanje. Kao što je prikazano na donjoj slici, konzolna lopatica od silicij-karbida može osigurati koncentričnost silicijske pločice i cijevi peći, čime se difuzija i pasivizacija čine ravnomjernijima. U isto vrijeme, ne zagađuje okoliš i ne deformira se na visokim temperaturama, ima dobru otpornost na toplinske udare i veliku nosivost te se široko koristi u području fotonaponskih ćelija.
Shematski dijagram ključnih komponenti za punjenje baterije
U procesu difuzije mekog slijetanja, tradicionalni kvarcni čamac ičamac od napolitankipodrška treba staviti silikonsku pločicu zajedno s kvarcnim nosačem čamca u kvarcnu cijev u difuzijskoj peći. U svakom procesu difuzije, kvarcni nosač čamca ispunjen silikonskim pločicama postavlja se na lopaticu od silicij karbida. Nakon što lopatica od silicij-karbida uđe u kvarcnu cijev, lopatica automatski tone kako bi spustila kvarcni nosač čamca i silikonsku pločicu, a zatim se polako vraća u ishodište. Nakon svakog postupka potrebno je ukloniti kvarcni nosač čamcaveslo od silicij karbida. Ovako čest rad uzrokovat će istrošenost kvarcnog nosača čamca tijekom dugog vremenskog razdoblja. Nakon što kvarcni nosač čamca pukne i slomi se, cijeli kvarcni nosač čamca će otpasti s lopatice od silicij-karbida, a zatim oštetiti kvarcne dijelove, silikonske ploče i lopatice od silicij-karbida ispod. Lopatica od silicij karbida je skupa i ne može se popraviti. Jednom kada se nesreća dogodi, uzrokovat će velike materijalne gubitke.
U LPCVD procesu, ne samo da će se pojaviti gore spomenuti problemi toplinskog naprezanja, već budući da LPCVD proces zahtijeva plin silan da prođe kroz silikonsku pločicu, dugotrajni proces će također stvoriti silicijsku prevlaku na nosaču ploče od pločice i čamac od napolitanki. Zbog nekonzistentnosti koeficijenata toplinske ekspanzije obloženog silicija i kvarca, nosač čamca i čamac će popucati, a životni vijek će se ozbiljno smanjiti. Životni vijek običnih kvarcnih čamaca i nosača čamaca u LPCVD procesu obično je samo 2 do 3 mjeseca. Stoga je osobito važno poboljšati materijal za potporu čamca kako bi se povećala čvrstoća i vijek trajanja potpore za čamac kako bi se izbjegle takve nesreće.
Ukratko, kako se vrijeme i broj puta povećavaju tijekom proizvodnje solarnih ćelija, kvarcni čamci i druge komponente skloni su skrivenim pukotinama ili čak lomovima. Životni vijek kvarcnih čamaca i kvarcnih cijevi u trenutnim glavnim proizvodnim linijama u Kini je oko 3-6 mjeseci i potrebno ih je redovito isključivati radi čišćenja, održavanja i zamjene kvarcnih nosača. Štoviše, kvarcni pijesak visoke čistoće koji se koristi kao sirovina za kvarcne komponente trenutno je u stanju ograničene ponude i potražnje, a cijena je već duže vrijeme na visokoj razini, što očito ne doprinosi poboljšanju proizvodnje učinkovitost i ekonomske koristi.
Silicij karbid keramika"pojaviti se"
Sada su ljudi smislili materijal s boljim performansama koji bi zamijenio neke kvarcne komponente - silicij karbid keramiku.
Keramika od silicijevog karbida ima dobru mehaničku čvrstoću, toplinsku stabilnost, otpornost na visoke temperature, otpornost na oksidaciju, otpornost na toplinske udare i otpornost na kemijsku koroziju te se naširoko koristi u vrućim poljima kao što su metalurgija, strojevi, nova energija te građevinski materijali i kemikalije. Njegova izvedba također je dovoljna za difuziju TOPcon ćelija u fotonaponskoj proizvodnji, LPCVD (niskotlačno kemijsko taloženje iz pare), PECVD (plazma kemijsko taloženje iz pare) i drugim vezama termičkog procesa.
LPCVD nosač čamca od silicij-karbida i nosač čamca od silicij-karbida proširenog borom
U usporedbi s tradicionalnim kvarcnim materijalima, nosači čamaca, čamci i proizvodi od cijevi izrađeni od keramičkih materijala od silicij-karbida imaju veću čvrstoću, bolju toplinsku stabilnost, nemaju deformacije na visokim temperaturama i životni vijek više od 5 puta dulji od kvarcnih materijala, što značajno može smanjiti troškove korištenja i gubitak energije uzrokovan održavanjem i zastojima. Troškovna prednost je očita, a izvor sirovina širok.
Među njima, reakcijski sinterirani silicijev karbid (RBSiC) ima nisku temperaturu sinteriranja, niske proizvodne troškove, visoku gustoću materijala i gotovo nikakvo skupljanje volumena tijekom reakcijskog sinteriranja. Posebno je prikladan za pripremu konstrukcijskih dijelova velikih dimenzija i složenih oblika. Stoga je najprikladniji za proizvodnju velikih i složenih proizvoda kao što su nosači čamaca, čamci, konzolna lopatica, cijevi za peći itd.
Brodovi od silicijevog karbidatakođer imaju velike izglede za razvoj u budućnosti. Bez obzira na LPCVD proces ili proces širenja borom, životni vijek kvarcnog čamca je relativno nizak, a koeficijent toplinskog širenja kvarcnog materijala nije u skladu s onim materijala silicij karbida. Stoga je lako doći do odstupanja u procesu spajanja s držačem za čamac od silicij-karbida na visokoj temperaturi, što dovodi do situacije da se čamac trese ili čak razbije. Čamac od silicij karbida usvaja procesni put jednodijelnog kalupljenja i cjelokupne obrade. Zahtjevi za njegovu toleranciju oblika i položaja su visoki, a bolje surađuje s držačem za čamac od silicij karbida. Osim toga, silicijev karbid ima visoku čvrstoću i mnogo je manja vjerojatnost da će se brod slomiti zbog ljudskog sudara nego kvarcni brod.
Brod od silicijevog karbida
Cijev peći je glavna komponenta za prijenos topline u peći, koja igra ulogu u brtvljenju i ravnomjernom prijenosu topline. U usporedbi s kvarcnim cijevima za peći, cijevi za peći od silicij-karbida imaju dobru toplinsku vodljivost, ravnomjerno zagrijavanje i dobru toplinsku stabilnost, a njihov životni vijek je više od 5 puta duži od kvarcnih cijevi.
Sažetak
Općenito, bilo u pogledu performansi proizvoda ili cijene upotrebe, keramički materijali od silicijevog karbida imaju više prednosti od kvarcnih materijala u određenim aspektima polja solarnih ćelija. Primjena keramičkih materijala od silicijevog karbida u fotonaponskoj industriji uvelike je pomogla fotonaponskim tvrtkama smanjiti investicijske troškove pomoćnih materijala i poboljšati kvalitetu proizvoda i konkurentnost. U budućnosti, s širokom primjenom cijevi za peći od silicij-karbida velikih dimenzija, čamaca od silicij-karbida visoke čistoće i nosača za čamce te stalnim smanjenjem troškova, primjena keramičkih materijala od silicij-karbida u području fotonaponskih ćelija postat će ključni čimbenik u poboljšanju učinkovitosti pretvorbe svjetlosne energije i smanjenju industrijskih troškova u području fotonaponske proizvodnje energije, te će imati važan utjecaj na razvoj fotonaponske nove energije.
Vrijeme objave: 5. studenog 2024