เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์: ตัวสิ้นสุดของส่วนประกอบควอตซ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของโลกปัจจุบัน พลังงานทดแทนจึงเริ่มหมดลง และสังคมมนุษย์มีความเร่งด่วนมากขึ้นในการใช้พลังงานหมุนเวียนซึ่งเป็นตัวแทนของ “ลม แสงสว่าง น้ำ และนิวเคลียร์” เมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งพลังงานหมุนเวียนอื่นๆ มนุษย์มีเทคโนโลยีที่เติบโต ปลอดภัย และเชื่อถือได้มากที่สุดในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ในหมู่พวกเขา อุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีซิลิคอนความบริสุทธิ์สูงเป็นสารตั้งต้นได้พัฒนาไปอย่างรวดเร็วมาก ภายในสิ้นปี 2023 กำลังการผลิตติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์สะสมของประเทศของฉันเกิน 250 กิกะวัตต์ และการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์สูงถึง 266.3 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง เพิ่มขึ้นประมาณ 30% เมื่อเทียบเป็นรายปี และกำลังการผลิตไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นใหม่อยู่ที่ 78.42 ล้าน กิโลวัตต์เพิ่มขึ้น 154% เมื่อเทียบเป็นรายปี ณ สิ้นเดือนมิถุนายน กำลังการผลิตติดตั้งสะสมของการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์อยู่ที่ประมาณ 470 ล้านกิโลวัตต์ ซึ่งแซงหน้าไฟฟ้าพลังน้ำจนกลายเป็นแหล่งพลังงานที่ใหญ่เป็นอันดับสองในประเทศของฉัน

ในขณะที่อุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว แต่อุตสาหกรรมวัสดุใหม่ ๆ ที่รองรับก็กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วเช่นกัน ส่วนประกอบของควอตซ์เช่นถ้วยใส่ตัวอย่างควอตซ์เรือควอทซ์ และขวดควอทซ์ก็เป็นหนึ่งในนั้น ซึ่งมีบทบาทสำคัญในกระบวนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่น ถ้วยใส่ตัวอย่างควอตซ์ใช้เพื่อจับซิลิคอนหลอมเหลวในการผลิตแท่งซิลิกอนและแท่งซิลิกอน เรือควอทซ์ หลอด ขวด ถังทำความสะอาด ฯลฯ ทำหน้าที่แบริ่งในการแพร่ การทำความสะอาด และการเชื่อมโยงกระบวนการอื่น ๆ ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ ฯลฯ ทำให้มั่นใจในความบริสุทธิ์และคุณภาพของวัสดุซิลิกอน

การใช้งานหลักของส่วนประกอบควอตซ์สำหรับการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

ในกระบวนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ เวเฟอร์ซิลิคอนจะถูกวางบนเรือเวเฟอร์ และวางเรือไว้บนเรือเวเฟอร์เพื่อรองรับการแพร่กระจาย LPCVD และกระบวนการทางความร้อนอื่นๆ ในขณะที่พายซิลิคอนคาร์ไบด์ยื่นออกมาเป็นส่วนประกอบสำคัญในการบรรทุกสำหรับการเคลื่อนย้าย เรือรองรับการบรรทุกเวเฟอร์ซิลิคอนเข้าและออกจากเตาทำความร้อน ดังแสดงในรูปด้านล่าง ไม้พายยื่นยื่นออกมาของซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถรับประกันความเข้มข้นของเวเฟอร์ซิลิคอนและท่อเตาหลอมได้ จึงทำให้การแพร่กระจายและการทู่มีความสม่ำเสมอมากขึ้น ในเวลาเดียวกัน ปราศจากมลภาวะและไม่เสียรูปที่อุณหภูมิสูง มีความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่ดีและมีความสามารถในการรับน้ำหนักมาก และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านเซลล์แสงอาทิตย์

แผนผังของส่วนประกอบสำคัญในการโหลดแบตเตอรี่

ในกระบวนการแพร่กระจายลงจอดอย่างนุ่มนวล เรือควอทซ์แบบดั้งเดิมและเรือเวเฟอร์การสนับสนุนจำเป็นต้องใส่แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนร่วมกับส่วนรองรับเรือควอทซ์ลงในหลอดควอทซ์ในเตาแพร่ ในแต่ละกระบวนการแพร่กระจาย ส่วนรองรับเรือควอทซ์ที่เต็มไปด้วยเวเฟอร์ซิลิคอนจะถูกวางบนไม้พายซิลิคอนคาร์ไบด์ หลังจากที่ไม้พายซิลิกอนคาร์ไบด์เข้าไปในท่อควอทซ์ ไม้พายจะจมโดยอัตโนมัติเพื่อวางส่วนรองรับเรือควอทซ์และแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอน จากนั้นค่อย ๆ กลับไปสู่จุดกำเนิด หลังจากแต่ละขั้นตอน จะต้องถอดส่วนรองรับเรือควอทซ์ออกจากพายซิลิคอนคาร์ไบด์- การทำงานบ่อยครั้งดังกล่าวจะทำให้ส่วนรองรับเรือควอทซ์เสื่อมสภาพเป็นเวลานาน เมื่อส่วนรองรับเรือควอทซ์แตกและแตกหัก ส่วนรองรับเรือควอทซ์ทั้งหมดจะหลุดออกจากใบพายซิลิคอนคาร์ไบด์ และทำให้ชิ้นส่วนควอทซ์ เวเฟอร์ซิลิคอน และใบพายซิลิคอนคาร์ไบด์ด้านล่างเสียหาย ไม้พายซิลิคอนคาร์ไบด์มีราคาแพงและไม่สามารถซ่อมแซมได้ เมื่อเกิดอุบัติเหตุจะทำให้เกิดการสูญเสียทรัพย์สินอย่างมหาศาล

ในกระบวนการ LPCVD ไม่เพียงแต่ปัญหาความเครียดจากความร้อนที่กล่าวมาข้างต้นจะเกิดขึ้น แต่เนื่องจากกระบวนการ LPCVD ต้องใช้ก๊าซไซเลนเพื่อผ่านแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน กระบวนการระยะยาวจะก่อตัวเป็นการเคลือบซิลิคอนบนส่วนรองรับเรือเวเฟอร์และ เรือเวเฟอร์ เนื่องจากความไม่สอดคล้องกันของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของซิลิกอนและควอตซ์ที่เคลือบไว้ ส่วนรองรับของเรือและตัวเรือจะแตกร้าว และอายุการใช้งานจะลดลงอย่างมาก ช่วงชีวิตของเรือควอทซ์ธรรมดาและส่วนรองรับเรือในกระบวนการ LPCVD โดยปกติแล้วจะอยู่ที่ 2 ถึง 3 เดือนเท่านั้น ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องปรับปรุงวัสดุรองรับเรือเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและอายุการใช้งานของตัวรองรับเรือเพื่อหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุดังกล่าว

กล่าวโดยสรุป เนื่องจากเวลาในกระบวนการและจำนวนครั้งเพิ่มขึ้นในระหว่างการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ เรือควอทซ์และส่วนประกอบอื่นๆ มีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวหรือแตกหักที่ซ่อนอยู่ อายุการใช้งานของเรือควอทซ์และท่อควอทซ์ในสายการผลิตหลักในปัจจุบันของจีนอยู่ที่ประมาณ 3-6 เดือน และจำเป็นต้องปิดระบบเป็นประจำเพื่อทำความสะอาด บำรุงรักษา และเปลี่ยนตัวพาควอทซ์ นอกจากนี้ ทรายควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงที่ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับส่วนประกอบควอทซ์ปัจจุบันอยู่ในสถานะของอุปสงค์และอุปทานที่ตึงตัว และราคาอยู่ในระดับสูงมาเป็นเวลานาน ซึ่งเห็นได้ชัดว่าไม่เอื้อต่อการปรับปรุงการผลิต ประสิทธิภาพและผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ

เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์“ปรากฏตัว”

ปัจจุบัน ผู้คนได้คิดค้นวัสดุที่มีประสิทธิภาพดีกว่าเพื่อทดแทนเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ที่เป็นส่วนประกอบของควอตซ์บางชนิด

เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์มีความแข็งแรงเชิงกลที่ดี เสถียรภาพทางความร้อน ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการเกิดออกซิเดชัน ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน และทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมี และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาร้อน เช่น โลหะวิทยา เครื่องจักร พลังงานใหม่ และวัสดุก่อสร้างและสารเคมี ประสิทธิภาพยังเพียงพอสำหรับการแพร่กระจายของเซลล์ TOPcon ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์, LPCVD (การสะสมไอสารเคมีความดันต่ำ), PECVD (การสะสมไอสารเคมีในพลาสมา) และการเชื่อมโยงกระบวนการความร้อนอื่นๆ

ส่วนรองรับโบทซิลิคอนคาร์ไบด์ LPCVD และส่วนรองรับโบทซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ขยายตัวด้วยโบรอน

เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุควอตซ์แบบดั้งเดิม ส่วนรองรับเรือ เรือ และผลิตภัณฑ์ท่อที่ทำจากวัสดุเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์มีความแข็งแรงสูงกว่า มีเสถียรภาพทางความร้อนดีกว่า ไม่มีการเสียรูปที่อุณหภูมิสูง และมีอายุการใช้งานมากกว่า 5 เท่าของวัสดุควอตซ์ ซึ่งสามารถอย่างมีนัยสำคัญ ลดต้นทุนการใช้งานและการสูญเสียพลังงานที่เกิดจากการบำรุงรักษาและการหยุดทำงาน ความได้เปรียบด้านต้นทุนนั้นชัดเจนและแหล่งที่มาของวัตถุดิบก็กว้าง

ซิลิคอนคาร์ไบด์เผาปฏิกิริยา (RBSiC) มีอุณหภูมิเผาผนึกต่ำ ต้นทุนการผลิตต่ำ มีความหนาแน่นของวัสดุสูง และแทบไม่มีการหดตัวของปริมาตรในระหว่างการเผาผนึกปฏิกิริยา เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเตรียมชิ้นส่วนโครงสร้างขนาดใหญ่และมีรูปร่างซับซ้อน ดังนั้นจึงเหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่และซับซ้อน เช่น ส่วนรองรับเรือ เรือ พายคานยื่น ท่อเตาหลอม เป็นต้น

เรือเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ยังมีแนวโน้มการพัฒนาที่ดีในอนาคต ไม่ว่ากระบวนการ LPCVD หรือกระบวนการขยายตัวโบรอนจะเป็นอย่างไร อายุการใช้งานของเรือควอทซ์ค่อนข้างต่ำ และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของวัสดุควอตซ์ก็ไม่สอดคล้องกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์ ดังนั้นจึงเกิดการเบี่ยงเบนได้ง่ายในกระบวนการจับคู่กับตัวยึดเรือซิลิกอนคาร์ไบด์ที่อุณหภูมิสูงซึ่งนำไปสู่สถานการณ์เรือสั่นหรือแม้แต่เรือแตก เรือซิลิกอนคาร์ไบด์ใช้เส้นทางกระบวนการของการขึ้นรูปแบบชิ้นเดียวและการประมวลผลโดยรวม ข้อกำหนดความทนทานต่อรูปร่างและตำแหน่งอยู่ในระดับสูง และทำงานร่วมกับตัวยึดเรือซิลิคอนคาร์ไบด์ได้ดีกว่า นอกจากนี้ ซิลิคอนคาร์ไบด์ยังมีความแข็งแรงสูง และเรือมีโอกาสแตกหักเนื่องจากการชนกันของมนุษย์น้อยกว่าเรือควอทซ์มาก

เรือเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์

ท่อเตาเผาเป็นส่วนประกอบการถ่ายเทความร้อนหลักของเตาเผา ซึ่งมีบทบาทในการปิดผนึกและการถ่ายเทความร้อนที่สม่ำเสมอ เมื่อเปรียบเทียบกับหลอดเตาควอทซ์ หลอดเตาซิลิกอนคาร์ไบด์มีค่าการนำความร้อนที่ดี ให้ความร้อนสม่ำเสมอ และมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี และมีอายุการใช้งานมากกว่าหลอดควอทซ์ 5 เท่า

สรุป

โดยทั่วไป ไม่ว่าในแง่ของประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์หรือต้นทุนการใช้งาน วัสดุเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์มีข้อได้เปรียบมากกว่าวัสดุควอตซ์ในบางแง่มุมของสนามเซลล์แสงอาทิตย์ การใช้วัสดุเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ในอุตสาหกรรมไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ช่วยให้บริษัทไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ลดต้นทุนการลงทุนของวัสดุเสริมได้อย่างมาก และปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์และความสามารถในการแข่งขัน ในอนาคต ด้วยการใช้งานขนาดใหญ่ของท่อเตาซิลิกอนคาร์ไบด์ขนาดใหญ่ เรือซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงและการรองรับเรือ และการลดต้นทุนอย่างต่อเนื่อง การใช้วัสดุเซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์ในด้านเซลล์แสงอาทิตย์จะกลายเป็น เป็นปัจจัยสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของการแปลงพลังงานแสง และลดต้นทุนอุตสาหกรรมในด้านการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ และจะมีผลกระทบสำคัญต่อการพัฒนาพลังงานใหม่จากเซลล์แสงอาทิตย์