Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկա. ֆոտոգալվանային քվարցային բաղադրիչների տերմինատոր

Ժամանակակից աշխարհի շարունակական զարգացման հետ մեկտեղ ոչ վերականգնվող էներգիան գնալով սպառվում է, և մարդկային հասարակությունն ավելի ու ավելի հրատապ է դառնում օգտագործել վերականգնվող էներգիան, որը ներկայացված է «քամու, լույսի, ջրի և միջուկային» տեսքով: Համեմատած վերականգնվող էներգիայի այլ աղբյուրների հետ՝ մարդ արարածն ունի արևային էներգիայի օգտագործման առավել հասուն, անվտանգ և հուսալի տեխնոլոգիա: Դրանց թվում չափազանց արագ զարգացել է ֆոտոգալվանային բջիջների արդյունաբերությունը՝ որպես հիմք բարձր մաքրության սիլիցիումով: 2023 թվականի վերջի դրությամբ իմ երկրի կուտակային արևային ֆոտովոլտային տեղադրված հզորությունը գերազանցել է 250 գիգավատը, իսկ ֆոտոգալվանային էներգիայի արտադրությունը հասել է 266,3 միլիարդ կՎտժ-ի, տարեկան աճը շուրջ 30 տոկոսով, իսկ նոր ավելացված էներգիայի արտադրության հզորությունը՝ 78,42 միլիոն։ կիլովատ, տարեկան կտրվածքով ավելանալով 154%-ով: Հունիսի վերջի դրությամբ ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության կուտակային դրվածքային հզորությունը կազմել է մոտ 470 մլն կՎտ, որը գերազանցել է հիդրոէներգետիկան՝ դառնալով իմ երկրի երկրորդ ամենամեծ էներգիայի աղբյուրը։

Մինչ ֆոտոգալվանային արդյունաբերությունը արագ զարգանում է, նոր նյութերի արդյունաբերությունը, որն աջակցում է դրան, նույնպես արագ զարգանում է: Քվարցային բաղադրիչներ, ինչպիսիք ենքվարցային կարասներԴրանց թվում են քվարցային նավակները և քվարցային շշերը, որոնք կարևոր դեր են խաղում ֆոտովոլտային արտադրության գործընթացում։ Օրինակ, քվարցային կարասները օգտագործվում են հալած սիլիցիում պահելու համար սիլիցիումի ձողերի և սիլիցիումի ձուլակտորների արտադրության մեջ. Քվարցային նավակները, խողովակները, շշերը, մաքրող տանկերը և այլն կրող ֆունկցիա են կատարում արևային մարտկոցների արտադրության դիֆուզիոն, մաքրման և այլ գործընթացների օղակներում՝ ապահովելով սիլիցիումի նյութերի մաքրությունը և որակը:

Քվարցային բաղադրիչների հիմնական կիրառությունները ֆոտոգալվանային արտադրության համար

Արևային ֆոտովոլտային բջիջների արտադրության գործընթացում սիլիցիումային վաֆլիները տեղադրվում են վաֆլի նավակի վրա, իսկ նավը տեղադրվում է վաֆլի նավակի վրա՝ դիֆուզիոն, LPCVD և այլ ջերմային պրոցեսների համար, մինչդեռ սիլիցիումի կարբիդային թիկնոցը շարժման հիմնական բեռնման բաղադրիչն է։ նավակի հենարանը, որը տանում է սիլիկոնային վաֆլիներ ջեռուցման վառարանից ներս և դուրս: Ինչպես ցույց է տրված ստորև նկարում, սիլիցիումի կարբիդային թիկնոցը կարող է ապահովել սիլիկոնային վաֆլի և վառարանի խողովակի համակենտրոնությունը՝ դրանով իսկ դարձնելով դիֆուզիոն և պասիվացումը ավելի միատեսակ: Միևնույն ժամանակ, այն զերծ է աղտոտվածությունից և չի դեֆորմացվում բարձր ջերմաստիճաններում, ունի լավ ջերմային ցնցումների դիմադրություն և մեծ բեռնվածքի հզորություն և լայնորեն կիրառվել է ֆոտոգալվանային բջիջների ոլորտում:

Հիմնական մարտկոցի բեռնման բաղադրիչների սխեմատիկ դիագրամ

Փափուկ վայրէջքի դիֆուզիոն գործընթացում ավանդական քվարցային նավակը ևվաֆլի նավակաջակցությունը պետք է սիլիկոնային վաֆլի հետ միասին քվարցային նավակի աջակցության մեջ դնել դիֆուզիոն վառարանի քվարցային խողովակի մեջ: Յուրաքանչյուր դիֆուզիոն գործընթացում սիլիցիումի վաֆլիներով լցված քվարցային նավակի հենարանը տեղադրվում է սիլիցիումի կարբիդի թիակի վրա: Այն բանից հետո, երբ սիլիցիումի կարբիդի թիակը մտնում է քվարցային խողովակի մեջ, թիակը ինքնաբերաբար սուզվում է՝ վայր դնելու քվարցային նավակի հենարանը և սիլիկոնային վաֆլան, և այնուհետև դանդաղորեն վերադառնում է դեպի սկզբնաղբյուր: Յուրաքանչյուր գործընթացից հետո անհրաժեշտ է հեռացնել քվարցային նավակի հենարանըսիլիցիումի կարբիդ թիակ. Նման հաճախակի աշխատանքը կհանգեցնի քվարցային նավակի հենարանը երկար ժամանակ մաշվելու: Հենց որ քվարցային նավակի հենարանը ճաքի և կոտրվի, քվարցային նավակի ամբողջ հենարանը կընկնի սիլիցիումի կարբիդի թիակից, այնուհետև կվնասի քվարցային մասերը, սիլիցիումի վաֆլիները և սիլիցիումի կարբիդի թիակները: Սիլիցիումի կարբիդի թիակը թանկ է և հնարավոր չէ վերանորոգել: Երբ վթար տեղի ունենա, այն կհանգեցնի հսկայական գույքային կորուստների:

LPCVD գործընթացում ոչ միայն կառաջանան վերոհիշյալ ջերմային սթրեսի խնդիրները, այլ քանի որ LPCVD գործընթացը պահանջում է սիլիկոնային գազ անցնել սիլիկոնային վաֆլի միջով, երկարաժամկետ գործընթացը նաև կձևավորի սիլիկոնային ծածկույթ վաֆլի նավակի հենարանի վրա և վաֆլի նավակ. Ծածկված սիլիցիումի և քվարցի ջերմային ընդարձակման գործակիցների անհամապատասխանության պատճառով նավակի հենարանը և նավը կճաքեն, իսկ կյանքի տևողությունը լրջորեն կնվազի: LPCVD գործընթացում սովորական քվարցային նավակների և նավակների հենարանների կյանքի տևողությունը սովորաբար ընդամենը 2-ից 3 ամիս է: Հետևաբար, հատկապես կարևոր է բարելավել նավակի օժանդակ նյութը, որպեսզի մեծացվի նավակի հենարանի ամրությունն ու ծառայության ժամկետը՝ նման վթարներից խուսափելու համար:

Մի խոսքով, քանի որ պրոցեսի ժամանակն ու անգամների քանակը մեծանում են արևային մարտկոցների արտադրության ժամանակ, քվարցային նավակները և այլ բաղադրիչները հակված են թաքնված ճաքերի կամ նույնիսկ կոտրվածքների: Չինաստանի ներկայիս հիմնական արտադրական գծերում քվարցային նավակների և քվարցային խողովակների կյանքը մոտ 3-6 ամիս է, և դրանք պետք է կանոնավոր կերպով անջատվեն՝ մաքրելու, սպասարկելու և քվարց կրիչների փոխարինման համար: Ավելին, քվարցային բաղադրիչների համար որպես հումք օգտագործվող բարձր մաքրության քվարցային ավազը ներկայումս գտնվում է խիստ առաջարկի և պահանջարկի վիճակում, և գինը երկար ժամանակ բարձր մակարդակի վրա է, ինչը ակնհայտորեն չի նպաստում արտադրության բարելավմանը: արդյունավետությունը և տնտեսական օգուտները:

Սիլիցիումի կարբիդ կերամիկա«ներկայանալ»

Այժմ մարդիկ գտել են ավելի լավ կատարողականությամբ նյութ, որը փոխարինելու է որոշ քվարցային բաղադրիչներ՝ սիլիցիումի կարբիդային կերամիկա:

Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկան ունի լավ մեխանիկական ուժ, ջերմային կայունություն, բարձր ջերմաստիճանի դիմադրություն, օքսիդացման դիմադրություն, ջերմային ցնցումների դիմադրություն և քիմիական կոռոզիոն դիմադրություն և լայնորեն օգտագործվում է տաք ոլորտներում, ինչպիսիք են մետալուրգիան, մեքենաները, նոր էներգիան և շինանյութերն ու քիմիական նյութերը: Դրա կատարումը բավարար է նաև ֆոտոգալվանային արտադրության, LPCVD-ի (ցածր ճնշման քիմիական գոլորշիների նստեցման), PECVD-ի (պլազմայի քիմիական գոլորշիների նստեցման) և այլ ջերմային գործընթացների մեջ TOPcon բջիջների տարածման համար:

LPCVD սիլիցիումի կարբիդային նավակի աջակցություն և բորով ընդլայնված սիլիցիումի կարբիդային նավակի աջակցություն

Ավանդական քվարցային նյութերի համեմատ, սիլիցիումի կարբիդային կերամիկական նյութերից պատրաստված նավակների հենարանները, նավակներն ու խողովակային արտադրանքներն ունեն ավելի բարձր ամրություն, ավելի լավ ջերմային կայունություն, բարձր ջերմաստիճաններում դեֆորմացիաներ չունեն և քվարցային նյութերի կյանքի տևողությունը 5 անգամ գերազանցում է: նվազեցնել օգտագործման ծախսերը և էներգիայի կորուստը, որն առաջանում է պահպանման և պարապուրդի հետևանքով: Ծախսային առավելությունն ակնհայտ է, իսկ հումքի աղբյուրը՝ լայն։

Դրանցից ռեակցիոն սինտրացված սիլիցիումի կարբիդը (RBSiC) ունի սինթրման ցածր ջերմաստիճան, արտադրության ցածր արժեք, նյութի բարձր խտացում և ռեակցիոն սինթրման ժամանակ ծավալային կծկման գրեթե բացակայություն: Այն հատկապես հարմար է մեծ չափերի և բարդ ձևի կառուցվածքային մասերի պատրաստման համար: Հետևաբար, այն առավել հարմար է մեծ չափերի և բարդ ապրանքների արտադրության համար, ինչպիսիք են նավակների հենարանները, նավակները, կոնսերվային թիակները, վառարանների խողովակները և այլն:

Սիլիկոնային կարբիդ վաֆլի նավակներապագայում ունեն նաև զարգացման մեծ հեռանկարներ։ Անկախ LPCVD գործընթացից կամ բորի ընդլայնման գործընթացից, քվարցային նավակի կյանքը համեմատաբար ցածր է, և քվարցային նյութի ջերմային ընդարձակման գործակիցը անհամատեղելի է սիլիցիումի կարբիդի նյութի հետ: Հետևաբար, հեշտ է շեղումներ ունենալ սիլիցիումի կարբիդային նավակապակի հետ բարձր ջերմաստիճանում համապատասխանեցնելու գործընթացում, ինչը հանգեցնում է նավակը թափահարելու կամ նույնիսկ նավակը կոտրելու իրավիճակին։ Սիլիցիումի կարբիդային նավը ընդունում է մի կտոր ձուլման և ընդհանուր մշակման գործընթացի երթուղին: Նրա ձևի և դիրքի հանդուրժողականության պահանջները բարձր են, և այն ավելի լավ է համագործակցում սիլիցիումի կարբիդային նավակակիրի հետ: Բացի այդ, սիլիցիումի կարբիդն ունի բարձր ամրություն, և մարդկային բախման հետևանքով նավակի կոտրվելու հավանականությունը շատ ավելի քիչ է, քան քվարցային նավը:

Սիլիկոնային կարբիդ վաֆլի նավակ

Վառարանների խողովակը վառարանի ջերմափոխանակման հիմնական բաղադրիչն է, որը դեր է խաղում կնքման և ջերմության միասնական փոխանցման գործում: Քվարցային վառարանների խողովակների համեմատ, սիլիցիումի կարբիդային վառարանների խողովակներն ունեն լավ ջերմային հաղորդունակություն, միատեսակ ջեռուցում և լավ ջերմային կայունություն, և նրանց կյանքը ավելի քան 5 անգամ է, քան քվարցային խողովակները:

Ամփոփում

Ընդհանուր առմամբ, անկախ արտադրանքի կատարողականի կամ օգտագործման արժեքի առումով, սիլիցիումի կարբիդային կերամիկական նյութերն ավելի շատ առավելություններ ունեն, քան քվարցային նյութերը արևային բջիջների դաշտի որոշակի ասպեկտներում: Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկական նյութերի կիրառումը ֆոտոգալվանային արդյունաբերության մեջ մեծապես օգնել է ֆոտոգալվանային ընկերություններին նվազեցնել օժանդակ նյութերի ներդրումային արժեքը և բարելավել արտադրանքի որակն ու մրցունակությունը: Ապագայում, մեծ չափի սիլիցիումի կարբիդային վառարանների խողովակների, բարձր մաքրության սիլիցիումի կարբիդային նավակների և նավերի հենարանների լայնածավալ կիրառմամբ և ծախսերի շարունակական կրճատմամբ, սիլիցիումի կարբիդային կերամիկական նյութերի կիրառումը ֆոտոգալվանային բջիջների ոլորտում կդառնա: առանցքային գործոն է թեթև էներգիայի փոխակերպման արդյունավետությունը բարելավելու և ֆոտոգալվանային էներգիայի արտադրության ոլորտում արդյունաբերության ծախսերը նվազեցնելու համար և կարևոր ազդեցություն կունենա ֆոտովոլտային նոր էներգիայի զարգացման վրա։