Sản xuất năng lượng quang điện mặt trời đã trở thành ngành năng lượng mới hứa hẹn nhất thế giới. So với pin mặt trời polysilicon và silicon vô định hình, silicon đơn tinh thể, với tư cách là vật liệu phát điện quang điện, có hiệu suất chuyển đổi quang điện cao và lợi thế thương mại vượt trội, và đã trở thành xu hướng chủ đạo trong sản xuất năng lượng quang điện mặt trời. Czochralski (CZ) là một trong những phương pháp chính để điều chế silicon đơn tinh thể. Cấu tạo của lò đơn tinh thể Czochralski bao gồm hệ thống lò nung, hệ thống chân không, hệ thống khí đốt, hệ thống trường nhiệt và hệ thống điều khiển điện. Hệ thống trường nhiệt là một trong những điều kiện quan trọng nhất cho sự phát triển của silicon đơn tinh thể và chất lượng của silicon đơn tinh thể bị ảnh hưởng trực tiếp bởi sự phân bố gradient nhiệt độ của trường nhiệt.
Các thành phần trường nhiệt chủ yếu bao gồm vật liệu cacbon (vật liệu than chì và vật liệu composite cacbon/cacbon), được chia thành các bộ phận hỗ trợ, bộ phận chức năng, bộ phận làm nóng, bộ phận bảo vệ, vật liệu cách nhiệt, v.v., theo chức năng của chúng, như được hiển thị trong Hình 1. Khi kích thước của silicon đơn tinh thể tiếp tục tăng, các yêu cầu về kích thước cho các thành phần trường nhiệt cũng tăng lên. Vật liệu composite carbon/carbon trở thành lựa chọn hàng đầu cho vật liệu trường nhiệt cho silicon đơn tinh thể do tính ổn định kích thước và tính chất cơ học tuyệt vời của nó.
Trong quá trình silicon đơn tinh thể của người Séc, sự tan chảy của vật liệu silicon sẽ tạo ra hơi silicon và văng silicon nóng chảy, dẫn đến sự xói mòn silic hóa của vật liệu trường nhiệt carbon/carbon, và các tính chất cơ học và tuổi thọ của vật liệu trường nhiệt carbon/carbon là bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Do đó, làm thế nào để giảm sự xói mòn silic hóa của vật liệu trường nhiệt cacbon/cacbon và cải thiện tuổi thọ sử dụng của chúng đã trở thành một trong những mối quan tâm chung của các nhà sản xuất silicon đơn tinh thể và nhà sản xuất vật liệu trường nhiệt cacbon/cacbon.Lớp phủ cacbua silicđã trở thành lựa chọn đầu tiên để bảo vệ lớp phủ bề mặt của vật liệu trường nhiệt cacbon/cacbon do khả năng chống sốc nhiệt và chống mài mòn tuyệt vời.
Trong bài báo này, bắt đầu từ vật liệu trường nhiệt cacbon/cacbon được sử dụng trong sản xuất silicon đơn tinh thể, chúng tôi giới thiệu các phương pháp điều chế chính, ưu điểm và nhược điểm của lớp phủ cacbua silic. Trên cơ sở đó, tiến trình ứng dụng và nghiên cứu lớp phủ silicon cacbua trong vật liệu trường nhiệt cacbon/cacbon được xem xét theo đặc tính của vật liệu trường nhiệt cacbon/cacbon và các đề xuất, hướng phát triển để bảo vệ lớp phủ bề mặt của vật liệu trường nhiệt cacbon/cacbon. được đưa ra.
1 Công nghệ bào chếlớp phủ cacbua silic
1.1 Phương pháp nhúng
Phương pháp nhúng thường được sử dụng để chuẩn bị lớp phủ bên trong cacbua silic trong hệ vật liệu composite C/C-sic. Phương pháp này trước tiên sử dụng bột hỗn hợp để bọc vật liệu composite cacbon/cacbon, sau đó tiến hành xử lý nhiệt ở nhiệt độ nhất định. Một loạt các phản ứng hóa lý phức tạp xảy ra giữa bột đã trộn và bề mặt mẫu để tạo thành lớp phủ. Ưu điểm của nó là quy trình đơn giản, chỉ một quy trình duy nhất có thể chuẩn bị vật liệu composite ma trận dày đặc, không có vết nứt; Thay đổi kích thước nhỏ từ phôi đến sản phẩm cuối cùng; Thích hợp cho bất kỳ cấu trúc gia cố bằng sợi nào; Một gradient thành phần nhất định có thể được hình thành giữa lớp phủ và chất nền, được kết hợp tốt với chất nền. Tuy nhiên, cũng có những nhược điểm, chẳng hạn như phản ứng hóa học ở nhiệt độ cao, có thể làm hỏng sợi và tính chất cơ học của ma trận cacbon/cacbon bị suy giảm. Độ đồng đều của lớp phủ khó kiểm soát do các yếu tố như trọng lực khiến lớp phủ không đồng đều.
1.2 Phương pháp phủ bùn
Phương pháp phủ bùn là trộn vật liệu phủ và chất kết dính thành hỗn hợp, quét đều trên bề mặt của ma trận, sau khi sấy khô trong môi trường trơ, mẫu phủ được thiêu kết ở nhiệt độ cao và có thể thu được lớp phủ cần thiết. Ưu điểm là quy trình đơn giản, dễ vận hành và độ dày lớp phủ dễ kiểm soát; Nhược điểm là độ bền liên kết giữa lớp phủ và chất nền kém, khả năng chống sốc nhiệt của lớp phủ kém và độ đồng đều của lớp phủ thấp.
1.3 Phương pháp phản ứng hơi hóa học
Phương pháp phản ứng hơi hóa học (CVR) là phương pháp xử lý làm bay hơi vật liệu silicon rắn thành hơi silicon ở nhiệt độ nhất định, sau đó hơi silicon khuếch tán vào bên trong và bề mặt của ma trận và phản ứng tại chỗ với carbon trong ma trận để tạo ra cacbua silic. Ưu điểm của nó bao gồm bầu không khí đồng đều trong lò, tốc độ phản ứng ổn định và độ dày lắng đọng của vật liệu phủ ở khắp mọi nơi; Quá trình này đơn giản và dễ vận hành, độ dày lớp phủ có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi áp suất hơi silicon, thời gian lắng đọng và các thông số khác. Nhược điểm là mẫu bị ảnh hưởng lớn bởi vị trí trong lò và áp suất hơi silicon trong lò không thể đạt được độ đồng đều về mặt lý thuyết, dẫn đến độ dày lớp phủ không đồng đều.
1.4 Phương pháp lắng đọng hơi hóa học
Lắng đọng hơi hóa học (CVD) là một quá trình trong đó hydrocarbon được sử dụng làm nguồn khí và N2/Ar có độ tinh khiết cao làm khí mang để đưa khí hỗn hợp vào lò phản ứng hơi hóa học và hydrocarbon bị phân hủy, tổng hợp, khuếch tán, hấp phụ và phân giải trong điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định để tạo thành màng rắn trên bề mặt vật liệu composite cacbon/cacbon. Ưu điểm của nó là có thể kiểm soát được mật độ và độ tinh khiết của lớp phủ; Nó cũng thích hợp cho phôi có hình dạng phức tạp hơn; Cấu trúc tinh thể và hình thái bề mặt của sản phẩm có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh các thông số lắng đọng. Nhược điểm là tốc độ lắng quá thấp, quy trình phức tạp, chi phí sản xuất cao và có thể có các khuyết tật về lớp phủ, chẳng hạn như vết nứt, khuyết tật lưới và khuyết tật bề mặt.
Tóm lại, phương pháp nhúng bị giới hạn ở các đặc tính công nghệ của nó, phù hợp cho việc phát triển và sản xuất các vật liệu trong phòng thí nghiệm và kích thước nhỏ; Phương pháp phủ không phù hợp để sản xuất hàng loạt vì tính đồng nhất kém. Phương pháp CVR có thể đáp ứng được việc sản xuất hàng loạt các sản phẩm có kích thước lớn nhưng có yêu cầu cao hơn về thiết bị, công nghệ. Phương pháp CVD là một phương pháp lý tưởng để chuẩn bịlớp phủ SICTuy nhiên, giá thành của nó cao hơn phương pháp CVR do khó kiểm soát quá trình.
Thời gian đăng: 22-02-2024