Con il continuo sviluppo del mondo odierno, l'energia non rinnovabile si sta esaurendo sempre più e la società umana ha sempre più urgenza di utilizzare l'energia rinnovabile rappresentata da “vento, luce, acqua e nucleare”. Rispetto ad altre fonti di energia rinnovabile, gli esseri umani dispongono della tecnologia più matura, sicura e affidabile per l’utilizzo dell’energia solare. Tra questi, l'industria delle celle fotovoltaiche con silicio ad elevata purezza come substrato si è sviluppata in modo estremamente rapido. Entro la fine del 2023, la capacità installata cumulativa di solare fotovoltaico nel mio Paese ha superato i 250 gigawatt e la produzione di energia fotovoltaica ha raggiunto 266,3 miliardi di kWh, con un aumento di circa il 30% su base annua, e la nuova capacità di generazione di energia aggiunta è di 78,42 milioni kilowatt, con un aumento del 154% su base annua. Alla fine di giugno, la capacità installata cumulativa di produzione di energia fotovoltaica era di circa 470 milioni di kilowatt, una cifra che ha superato l’energia idroelettrica diventando la seconda fonte di energia nel mio Paese.
Mentre l’industria fotovoltaica si sta sviluppando rapidamente, anche l’industria dei nuovi materiali che la supportano si sta sviluppando rapidamente. Componenti al quarzo comecrogioli di quarzo, barchette al quarzo e bottiglie di quarzo sono tra questi, e svolgono un ruolo importante nel processo di produzione fotovoltaica. Ad esempio, i crogioli di quarzo vengono utilizzati per trattenere il silicio fuso nella produzione di barre e lingotti di silicio; barchette al quarzo, tubi, bottiglie, serbatoi di pulizia, ecc. svolgono una funzione portante nella diffusione, nella pulizia e in altri collegamenti di processo nella produzione di celle solari, ecc., garantendo la purezza e la qualità dei materiali di silicio.
Principali applicazioni dei componenti in quarzo per la produzione fotovoltaica
Nel processo di produzione delle celle solari fotovoltaiche, i wafer di silicio vengono posizionati su una wafer boat e la barca viene posizionata su un supporto per wafer boat per la diffusione, LPCVD e altri processi termici, mentre la pala a sbalzo in carburo di silicio è il componente di carico chiave per lo spostamento il supporto della barca che trasporta i wafer di silicio dentro e fuori dal forno di riscaldamento. Come mostrato nella figura seguente, la pala a sbalzo in carburo di silicio può garantire la concentricità del wafer di silicio e del tubo del forno, rendendo così la diffusione e la passivazione più uniformi. Allo stesso tempo, non è inquinato e non si deforma alle alte temperature, ha una buona resistenza agli shock termici e una grande capacità di carico ed è stato ampiamente utilizzato nel campo delle celle fotovoltaiche.
Diagramma schematico dei principali componenti di caricamento della batteria
Nel processo di diffusione dell'atterraggio morbido, la tradizionale barca al quarzo ebarca per waferil supporto deve mettere il wafer di silicio insieme al supporto della barchetta di quarzo nel tubo di quarzo nel forno di diffusione. In ogni processo di diffusione, il supporto a barchetta in quarzo riempito con wafer di silicio viene posizionato sulla paletta in carburo di silicio. Dopo che la pala in carburo di silicio è entrata nel tubo di quarzo, la pala affonda automaticamente per appoggiare il supporto della barca in quarzo e il wafer di silicio, quindi ritorna lentamente all'origine. Dopo ogni lavorazione è necessario rimuovere il supporto della barchetta in quarzo dalpaletta in carburo di silicio. Un funzionamento così frequente provocherà l'usura del supporto della barca in quarzo nel lungo periodo di tempo. Una volta che il supporto della barchetta al quarzo si incrina e si rompe, l'intero supporto della barca al quarzo cadrà dalla paletta in carburo di silicio, danneggiando quindi le parti in quarzo, i wafer di silicio e le palette in carburo di silicio sottostanti. La pala in carburo di silicio è costosa e non può essere riparata. Una volta che si verifica un incidente, causerà enormi perdite materiali.
Nel processo LPCVD, non solo si verificheranno i problemi di stress termico sopra menzionati, ma poiché il processo LPCVD richiede che il gas silano passi attraverso il wafer di silicio, il processo a lungo termine formerà anche un rivestimento di silicio sul supporto del wafer e sul barca per wafer. A causa dell'incoerenza dei coefficienti di dilatazione termica del silicio e del quarzo rivestiti, il supporto e la barca si spezzeranno e la durata sarà notevolmente ridotta. La durata delle normali barche al quarzo e dei supporti per barche nel processo LPCVD è solitamente di soli 2 o 3 mesi. Pertanto, è particolarmente importante migliorare il materiale di supporto dell'imbarcazione per aumentare la resistenza e la durata utile del supporto dell'imbarcazione ed evitare tali incidenti.
In breve, poiché il tempo e il numero di processi aumentano durante la produzione di celle solari, le barchette al quarzo e altri componenti sono soggetti a crepe nascoste o addirittura a rotture. La durata delle barchette al quarzo e dei tubi al quarzo nelle attuali linee di produzione tradizionali in Cina è di circa 3-6 mesi e devono essere spenti regolarmente per la pulizia, la manutenzione e la sostituzione dei supporti di quarzo. Inoltre, la sabbia di quarzo di elevata purezza utilizzata come materia prima per i componenti di quarzo si trova attualmente in uno stato di domanda e offerta limitate e il prezzo è rimasto a un livello elevato per molto tempo, il che ovviamente non favorisce il miglioramento della produzione efficienza e vantaggi economici.
Ceramica al carburo di silicio“presentarsi”
Ora, le persone hanno escogitato un materiale con prestazioni migliori per sostituire alcuni componenti in quarzo: la ceramica al carburo di silicio.
Le ceramiche al carburo di silicio hanno una buona resistenza meccanica, stabilità termica, resistenza alle alte temperature, resistenza all'ossidazione, resistenza allo shock termico e resistenza alla corrosione chimica e sono ampiamente utilizzate in campi caldi come metallurgia, macchinari, nuove energie, materiali da costruzione e prodotti chimici. Le sue prestazioni sono sufficienti anche per la diffusione delle celle TOPcon nella produzione fotovoltaica, LPCVD (deposizione chimica da vapore a bassa pressione), PECVD (deposizione chimica da vapore al plasma) e altri collegamenti ai processi termici.
Supporto per barche in carburo di silicio LPCVD e supporto per barche in carburo di silicio espanso con boro
Rispetto ai tradizionali materiali al quarzo, i supporti per barche, le barche e i prodotti per tubi realizzati in materiali ceramici al carburo di silicio hanno una resistenza maggiore, una migliore stabilità termica, nessuna deformazione alle alte temperature e una durata di oltre 5 volte quella dei materiali al quarzo, che può significativamente ridurre i costi di utilizzo e la perdita di energia causata dalla manutenzione e dai tempi di fermo. Il vantaggio in termini di costi è evidente e la fonte delle materie prime è ampia.
Tra questi, il carburo di silicio sinterizzato per reazione (RBSiC) ha una bassa temperatura di sinterizzazione, bassi costi di produzione, elevata densificazione del materiale e quasi nessun ritiro di volume durante la sinterizzazione di reazione. È particolarmente indicato per la preparazione di particolari strutturali di grandi dimensioni e di forma complessa. Pertanto, è particolarmente adatto per la produzione di prodotti complessi e di grandi dimensioni come supporti per imbarcazioni, imbarcazioni, pale a sbalzo, tubi di forni, ecc.
Barchette per wafer in carburo di siliciohanno grandi prospettive di sviluppo anche per il futuro. Indipendentemente dal processo LPCVD o dal processo di espansione del boro, la durata della barca al quarzo è relativamente bassa e il coefficiente di dilatazione termica del materiale al quarzo non è coerente con quello del materiale al carburo di silicio. Pertanto, è facile che si verifichino deviazioni nel processo di adattamento con il supporto per barchetta in carburo di silicio ad alta temperatura, che portano alla situazione di scuotere la barca o addirittura romperla. La barca in carburo di silicio adotta il percorso di processo dello stampaggio in un unico pezzo e della lavorazione complessiva. I suoi requisiti di tolleranza di forma e posizione sono elevati e collabora meglio con il supporto per barca in carburo di silicio. Inoltre, il carburo di silicio ha un'elevata resistenza e la barca ha molte meno probabilità di rompersi a causa di una collisione umana rispetto alla barca al quarzo.
Barchetta per wafer in carburo di silicio
Il tubo del forno è il principale componente di trasferimento del calore del forno, che svolge un ruolo nella tenuta e nel trasferimento di calore uniforme. Rispetto ai tubi del forno al quarzo, i tubi del forno in carburo di silicio hanno una buona conduttività termica, un riscaldamento uniforme e una buona stabilità termica e la loro durata è più di 5 volte quella dei tubi al quarzo.
Riepilogo
In generale, sia in termini di prestazioni del prodotto che di costi di utilizzo, i materiali ceramici al carburo di silicio presentano maggiori vantaggi rispetto ai materiali al quarzo in alcuni aspetti del campo delle celle solari. L'applicazione di materiali ceramici in carburo di silicio nel settore fotovoltaico ha notevolmente aiutato le aziende fotovoltaiche a ridurre i costi di investimento dei materiali ausiliari e a migliorare la qualità e la competitività dei prodotti. In futuro, con l'applicazione su larga scala di tubi per forni in carburo di silicio di grandi dimensioni, barche in carburo di silicio di elevata purezza e supporti per barche e la continua riduzione dei costi, l'applicazione di materiali ceramici in carburo di silicio nel campo delle celle fotovoltaiche diventerà un fattore chiave per migliorare l’efficienza della conversione dell’energia luminosa e ridurre i costi industriali nel campo della produzione di energia fotovoltaica, e avrà un impatto importante sullo sviluppo della nuova energia fotovoltaica.
Orario di pubblicazione: 05-nov-2024