სილიციუმის კარბიდის კერამიკა: ფოტოელექტრული კვარცის კომპონენტების ტერმინატორი

დღევანდელი მსოფლიოს უწყვეტი განვითარებასთან ერთად, არაგანახლებადი ენერგია სულ უფრო ამოიწურება და ადამიანთა საზოგადოება სულ უფრო და უფრო აქტუალურია გამოიყენოს განახლებადი ენერგია, რომელიც წარმოდგენილია „ქარი, მსუბუქი, წყალი და ბირთვული“. სხვა განახლებადი ენერგიის წყაროებთან შედარებით, ადამიანებს აქვთ მზის ენერგიის გამოყენების ყველაზე მომწიფებული, უსაფრთხო და საიმედო ტექნოლოგია. მათ შორის, ფოტოელექტრული უჯრედების ინდუსტრია მაღალი სისუფთავის სილიკონით, როგორც სუბსტრატი, ძალიან სწრაფად განვითარდა. 2023 წლის ბოლოსთვის, ჩემი ქვეყნის კუმულაციური მზის ფოტოელექტრული დადგმული სიმძლავრე გადააჭარბა 250 გიგავატს, ხოლო ფოტოელექტროენერგიის გამომუშავებამ მიაღწია 266.3 მილიარდ კვტ/სთ-ს, რაც დაახლოებით 30%-ით არის გაზრდილი წლიურად, ხოლო ახლად დამატებული ენერგიის გამომუშავების სიმძლავრე არის 78.42 მილიონი. კილოვატი, მატება 154%-ით წლიურად. ივნისის ბოლოსთვის, ფოტოელექტრული ელექტროენერგიის კუმულაციური დადგმული სიმძლავრე იყო დაახლოებით 470 მილიონი კილოვატი, რამაც გადააჭარბა ჰიდროენერგიას და გახდა მეორე უდიდესი ელექტროენერგიის წყარო ჩემს ქვეყანაში.

მიუხედავად იმისა, რომ ფოტოელექტრული ინდუსტრია სწრაფად ვითარდება, ახალი მასალების ინდუსტრია, რომელიც მხარს უჭერს მას, ასევე სწრაფად ვითარდება. კვარცის კომპონენტები, როგორიცააკვარცის ჭურჭელიმათ შორისაა კვარცის ნავები და კვარცის ბოთლები, რომლებიც მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ფოტოელექტრული წარმოების პროცესში. მაგალითად, კვარცის ჭურჭელი გამოიყენება გამდნარი სილიკონის შესანახად სილიკონის ღეროებისა და სილიკონის ღეროების წარმოებაში; კვარცის ნავები, მილები, ბოთლები, საწმენდი ავზები და ა.შ. თამაშობენ ტარების ფუნქციას მზის უჯრედების წარმოების დიფუზიურ, გამწმენდ და სხვა პროცესურ კავშირებში და ა.შ., რაც უზრუნველყოფს სილიკონის მასალების სისუფთავეს და ხარისხს.

კვარცის კომპონენტების ძირითადი გამოყენება ფოტოელექტრული წარმოებისთვის

მზის ფოტოელექტრული უჯრედების წარმოების პროცესში, სილიკონის ვაფლები მოთავსებულია ვაფლის ნავზე, ხოლო ნავი მოთავსებულია ვაფლის ნავის საყრდენზე დიფუზიის, LPCVD და სხვა თერმული პროცესებისთვის, ხოლო სილიციუმის კარბიდის კონსოლი არის ძირითადი დატვირთვის კომპონენტი გადაადგილებისთვის. ნავის საყრდენი, რომელიც ატარებს სილიკონის ვაფლებს გათბობის ღუმელში და გარეთ. როგორც ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ სურათზე, სილიციუმის კარბიდის კონსოლმა შეიძლება უზრუნველყოს სილიკონის ვაფლისა და ღუმელის მილის კონცენტრულობა, რითაც დიფუზია და პასივაცია უფრო ერთგვაროვანი გახდება. ამავდროულად, ის არ არის დაბინძურებული და არ დეფორმირებული მაღალ ტემპერატურაზე, აქვს კარგი თერმული შოკის წინააღმდეგობა და დიდი დატვირთვის ტევადობა და ფართოდ გამოიყენება ფოტოელექტრული უჯრედების სფეროში.

ძირითადი ბატარეის ჩატვირთვის კომპონენტების სქემატური დიაგრამა

რბილი სადესანტო დიფუზიის პროცესში ტრადიციული კვარცის ნავი დავაფლის ნავისაყრდენი საჭიროა სილიკონის ვაფლის ჩასმა კვარცის ნავის საყრდენთან ერთად კვარცის მილში დიფუზიურ ღუმელში. ყოველი დიფუზიის პროცესში, კვარცის ნავის საყრდენი, რომელიც სავსეა სილიკონის ვაფლით, მოთავსებულია სილიციუმის კარბიდის ბალიშზე. მას შემდეგ, რაც სილიციუმის კარბიდის საფენი შედის კვარცის მილში, პადლი ავტომატურად იძირება, რათა ჩამოაგდეს კვარცის ნავის საყრდენი და სილიკონის ვაფლი, შემდეგ კი ნელა უბრუნდება საწყისს. ყოველი პროცესის შემდეგ, კვარცის ნავის საყრდენი უნდა მოიხსნასსილიციუმის კარბიდის ბალიშები. ასეთი ხშირი მუშაობა გამოიწვევს კვარცის ნავის საყრდენის ხანგრძლივი დროის განმავლობაში ცვეთას. მას შემდეგ, რაც კვარცის ნავის საყრდენი იბზარება და გატყდება, კვარცის ნავის საყრდენი ჩამოვარდება სილიციუმის კარბიდის საყრდენიდან და შემდეგ დაზიანდება კვარცის ნაწილები, სილიკონის ვაფლები და სილიციუმის კარბიდის საყრდენი ქვემოთ. სილიციუმის კარბიდის საბურავი ძვირია და მისი შეკეთება შეუძლებელია. როდესაც უბედური შემთხვევა მოხდება, ეს გამოიწვევს უზარმაზარ ქონებას.

LPCVD პროცესში, არა მხოლოდ ზემოაღნიშნული თერმული სტრესის პრობლემები წარმოიქმნება, არამედ რადგან LPCVD პროცესი მოითხოვს სილანის გაზის გავლას სილიკონის ვაფლის მეშვეობით, გრძელვადიანი პროცესი ასევე წარმოქმნის სილიკონის საფარს ვაფლის ნავის საყრდენზე და ვაფლის ნავი. დაფარული სილიციუმის და კვარცის თერმული გაფართოების კოეფიციენტების შეუსაბამობის გამო, ნავის საყრდენი და ნავი გაიბზარება და სიცოცხლის ხანგრძლივობა სერიოზულად შემცირდება. ჩვეულებრივი კვარცის ნავების და ნავების საყრდენების სიცოცხლის ხანგრძლივობა LPCVD პროცესში ჩვეულებრივ მხოლოდ 2-დან 3 თვემდეა. ამიტომ, განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ნავის დამხმარე მასალის გაუმჯობესება, რათა გაზარდოს ნავის საყრდენის სიძლიერე და მომსახურების ვადა, რათა თავიდან იქნას აცილებული ასეთი უბედური შემთხვევები.

მოკლედ, მზის უჯრედების წარმოებისას პროცესის დრო და რაოდენობის ზრდასთან ერთად, კვარცის ნავები და სხვა კომპონენტები მიდრეკილია ფარული ბზარებისკენ ან თუნდაც რღვევისკენ. კვარცის ნავების და კვარცის მილების სიცოცხლე ჩინეთში მიმდინარე ძირითადი წარმოების ხაზებში დაახლოებით 3-6 თვეა და ისინი რეგულარულად უნდა დაიხუროს კვარცის მატარებლების გაწმენდის, მოვლისა და ჩანაცვლებისთვის. უფრო მეტიც, მაღალი სისუფთავის კვარცის ქვიშა, რომელიც გამოიყენება როგორც ნედლეული კვარცის კომპონენტებისთვის, ამჟამად მჭიდრო მიწოდებისა და მოთხოვნის მდგომარეობაშია და ფასი დიდი ხანია მაღალ დონეზე მუშაობს, რაც აშკარად არ უწყობს ხელს წარმოების გაუმჯობესებას. ეფექტურობა და ეკონომიკური სარგებელი.

სილიციუმის კარბიდის კერამიკა"გამოჩნდი"

ახლა ხალხმა მოიფიქრა უკეთესი ეფექტურობის მასალა კვარცის ზოგიერთი კომპონენტის ჩასანაცვლებლად - სილიციუმის კარბიდის კერამიკა.

სილიციუმის კარბიდის კერამიკას აქვს კარგი მექანიკური ძალა, თერმული სტაბილურობა, მაღალი ტემპერატურის წინააღმდეგობა, დაჟანგვის წინააღმდეგობა, თერმული შოკის წინააღმდეგობა და ქიმიური კოროზიის წინააღმდეგობა და ფართოდ გამოიყენება ცხელ სფეროებში, როგორიცაა მეტალურგია, მანქანა, ახალი ენერგია და სამშენებლო მასალები და ქიმიკატები. მისი შესრულება ასევე საკმარისია TOPcon უჯრედების დიფუზიისთვის ფოტოელექტროების წარმოებაში, LPCVD (დაბალი წნევის ქიმიური ორთქლის დეპონირება), PECVD (პლაზმის ქიმიური ორთქლის დეპონირება) და სხვა თერმული პროცესის ბმულებში.

LPCVD სილიციუმის კარბიდის ნავის საყრდენი და ბორით გაფართოებული სილიკონის კარბიდის ნავის მხარდაჭერა

ტრადიციულ კვარცის მასალებთან შედარებით, სილიციუმის კარბიდის კერამიკული მასალებისგან დამზადებული ნავების საყრდენებს, ნავებს და მილის პროდუქტებს აქვთ უფრო მაღალი სიმტკიცე, უკეთესი თერმული სტაბილურობა, არ დეფორმაცია მაღალ ტემპერატურაზე და სიცოცხლის ხანგრძლივობა 5-ჯერ აღემატება კვარცის მასალებს, რაც შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს მოხმარების ღირებულება და ენერგიის დანაკარგი, რომელიც გამოწვეულია შენარჩუნებითა და შეფერხებით. ფასის უპირატესობა აშკარაა, ხოლო ნედლეულის წყარო ფართოა.

მათ შორის, რეაქცია აგლომერირებულ სილიციუმის კარბიდს (RBSiC) აქვს აგლომერაციის დაბალი ტემპერატურა, წარმოების დაბალი ღირებულება, მასალების მაღალი გამკვრივება და რეაქციული აგლომერაციის დროს მოცულობის შეკუმშვა თითქმის არ ხდება. განსაკუთრებით შესაფერისია დიდი ზომის და რთული ფორმის სტრუქტურული ნაწილების მოსამზადებლად. აქედან გამომდინარე, ის ყველაზე შესაფერისია დიდი ზომის და რთული პროდუქტების წარმოებისთვის, როგორიცაა ნავების საყრდენი, ნავები, კონსოლი, ღუმელის მილები და ა.შ.

სილიკონის კარბიდის ვაფლის ნავებიასევე აქვს სამომავლოდ განვითარების დიდი პერსპექტივები. მიუხედავად LPCVD პროცესისა ან ბორის გაფართოების პროცესისა, კვარცის ნავის სიცოცხლე შედარებით დაბალია და კვარცის მასალის თერმული გაფართოების კოეფიციენტი არ შეესაბამება სილიციუმის კარბიდის მასალის კოეფიციენტს. ამიტომ, სილიციუმის კარბიდის ნავის დამჭერთან შეხამების პროცესში ადვილია გადახრები მაღალ ტემპერატურაზე, რაც იწვევს ნავის შერყევის ან თუნდაც ნავის გატეხვის მდგომარეობას. სილიციუმის კარბიდის ნავი იღებს ცალმხრივი ჩამოსხმის და მთლიანი დამუშავების პროცესს. მისი ფორმისა და პოზიციის ტოლერანტობის მოთხოვნები მაღალია და ის უკეთ თანამშრომლობს სილიკონის კარბიდის ნავის დამჭერთან. გარდა ამისა, სილიციუმის კარბიდს აქვს მაღალი სიძლიერე და ნავი გაცილებით ნაკლებია ადამიანის შეჯახების გამო გატეხვის ალბათობით, ვიდრე კვარცის ნავი.

სილიკონის კარბიდის ვაფლის ნავი

ღუმელის მილი არის ღუმელის მთავარი სითბოს გადაცემის კომპონენტი, რომელიც როლს ასრულებს დალუქვასა და სითბოს ერთგვაროვან გადაცემაში. კვარცის ღუმელის მილებთან შედარებით, სილიციუმის კარბიდის ღუმელის მილებს აქვთ კარგი თბოგამტარობა, ერთგვაროვანი გათბობა და კარგი თერმული სტაბილურობა და მათი სიცოცხლე 5-ჯერ აღემატება კვარცის მილებს.

რეზიუმე

ზოგადად, პროდუქტის მუშაობის თუ გამოყენების ღირებულების თვალსაზრისით, სილიციუმის კარბიდის კერამიკულ მასალებს უფრო მეტი უპირატესობა აქვთ, ვიდრე კვარცის მასალებს მზის უჯრედების ველის გარკვეულ ასპექტებში. სილიციუმის კარბიდის კერამიკული მასალების გამოყენება ფოტოელექტრული ინდუსტრიაში დიდად დაეხმარა ფოტოელექტრო კომპანიებს, შეამცირონ დამხმარე მასალების საინვესტიციო ღირებულება და გააუმჯობესონ პროდუქტის ხარისხი და კონკურენტუნარიანობა. მომავალში, დიდი ზომის სილიციუმის კარბიდის ღუმელის მილების, მაღალი სისუფთავის სილიციუმის კარბიდის ნავების და ნავების საყრდენების ფართომასშტაბიანი გამოყენებით და ხარჯების მუდმივი შემცირებით, სილიციუმის კარბიდის კერამიკული მასალების გამოყენება ფოტოელექტრული უჯრედების სფეროში გახდება. მთავარი ფაქტორია მსუბუქი ენერგიის გარდაქმნის ეფექტურობის გაუმჯობესებისა და ინდუსტრიის ხარჯების შემცირებაში ფოტოელექტრული ენერგიის წარმოების სფეროში და მნიშვნელოვანი გავლენა ექნება ახალი ფოტოელექტრული ენერგიის განვითარებაზე.