Với sự phát triển không ngừng của thế giới ngày nay, năng lượng không tái tạo ngày càng cạn kiệt và xã hội loài người ngày càng cấp thiết phải sử dụng năng lượng tái tạo mà đại diện là “gió, ánh sáng, nước và hạt nhân”. So với các nguồn năng lượng tái tạo khác, con người có công nghệ trưởng thành, an toàn và đáng tin cậy nhất để sử dụng năng lượng mặt trời. Trong số đó, ngành công nghiệp tế bào quang điện với chất nền là silicon có độ tinh khiết cao đã phát triển cực kỳ nhanh chóng. Đến cuối năm 2023, công suất lắp đặt quang điện mặt trời tích lũy của nước tôi đã vượt quá 250 gigawatt, sản lượng điện quang điện đạt 266,3 tỷ kWh, tăng khoảng 30% so với cùng kỳ năm ngoái và công suất phát điện mới bổ sung là 78,42 triệu kilowatt, tăng 154% so với cùng kỳ năm ngoái. Tính đến cuối tháng 6, công suất lắp đặt tích lũy của nguồn điện quang điện là khoảng 470 triệu kilowatt, đã vượt thủy điện để trở thành nguồn điện lớn thứ hai ở nước ta.
Trong khi ngành công nghiệp quang điện đang phát triển nhanh chóng thì ngành công nghiệp vật liệu mới hỗ trợ ngành này cũng đang phát triển nhanh chóng. Các thành phần thạch anh nhưnồi nấu kim loại thạch anh, thuyền thạch anh và chai thạch anh nằm trong số đó, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất quang điện. Ví dụ, chén nung thạch anh được sử dụng để chứa silicon nóng chảy trong sản xuất thanh silicon và thỏi silicon; thuyền thạch anh, ống, chai, bể làm sạch, v.v. đóng vai trò hỗ trợ trong quá trình khuếch tán, làm sạch và các liên kết quá trình khác trong sản xuất pin mặt trời, v.v., đảm bảo độ tinh khiết và chất lượng của vật liệu silicon.
Các ứng dụng chính của thành phần thạch anh trong sản xuất quang điện
Trong quy trình sản xuất tế bào quang điện mặt trời, các tấm silicon được đặt trên thuyền wafer và thuyền được đặt trên thuyền wafer hỗ trợ khuếch tán, LPCVD và các quá trình nhiệt khác, trong khi mái chèo đúc hẫng silicon cacbua là thành phần tải chính để di chuyển giá đỡ thuyền mang các tấm silicon vào và ra khỏi lò sưởi. Như thể hiện trong hình bên dưới, mái chèo đúc hẫng cacbua silic có thể đảm bảo độ đồng tâm của tấm bán dẫn silicon và ống lò, từ đó làm cho quá trình khuếch tán và thụ động đồng đều hơn. Đồng thời, nó không bị ô nhiễm và không bị biến dạng ở nhiệt độ cao, có khả năng chống sốc nhiệt tốt và khả năng chịu tải lớn, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tế bào quang điện.
Sơ đồ các bộ phận nạp pin chính
Trong quá trình khuếch tán hạ cánh mềm, thuyền thạch anh truyền thống vàthuyền waferhỗ trợ cần đặt wafer silicon cùng với giá đỡ thuyền thạch anh vào ống thạch anh trong lò khuếch tán. Trong mỗi quá trình khuếch tán, giá đỡ thuyền thạch anh chứa đầy các tấm silicon được đặt trên cánh khuấy cacbua silic. Sau khi mái chèo cacbua silic đi vào ống thạch anh, mái chèo sẽ tự động chìm xuống để đặt giá đỡ thuyền thạch anh và tấm bán dẫn silicon xuống, sau đó từ từ chạy trở lại điểm gốc. Sau mỗi quy trình, giá đỡ thuyền thạch anh cần được tháo ra khỏimái chèo cacbua silic. Hoạt động thường xuyên như vậy sẽ khiến trụ đỡ thuyền thạch anh bị mòn trong thời gian dài. Khi giá đỡ thuyền thạch anh bị nứt và vỡ, toàn bộ giá đỡ thuyền thạch anh sẽ rơi ra khỏi cánh khuấy cacbua silic, sau đó làm hỏng các bộ phận thạch anh, tấm silicon và cánh chèo cacbua silic bên dưới. Mái chèo cacbua silic đắt tiền và không thể sửa chữa được. Một khi tai nạn xảy ra sẽ gây thiệt hại rất lớn về tài sản.
Trong quy trình LPCVD, không chỉ xảy ra các vấn đề về ứng suất nhiệt nêu trên mà vì quy trình LPCVD yêu cầu khí silan đi qua tấm bán dẫn silicon nên quy trình lâu dài cũng sẽ hình thành lớp phủ silicon trên giá đỡ thuyền bán dẫn và thuyền bánh xốp. Do hệ số giãn nở nhiệt của silicon và thạch anh phủ không nhất quán, giá đỡ thuyền và thuyền sẽ bị nứt, tuổi thọ sẽ giảm nghiêm trọng. Tuổi thọ của thuyền và trụ đỡ thuyền thạch anh thông thường trong quy trình LPCVD thường chỉ từ 2 đến 3 tháng. Vì vậy, việc cải tiến vật liệu đỡ thuyền để tăng cường độ bền và tuổi thọ của giá đỡ thuyền nhằm tránh những tai nạn như vậy là đặc biệt quan trọng.
Nói tóm lại, khi thời gian và số lần xử lý tăng lên trong quá trình sản xuất pin mặt trời, thuyền thạch anh và các bộ phận khác dễ bị nứt hoặc thậm chí bị vỡ. Tuổi thọ của thuyền thạch anh và ống thạch anh trong dây chuyền sản xuất chính thống hiện nay ở Trung Quốc là khoảng 3-6 tháng và cần phải ngừng hoạt động thường xuyên để vệ sinh, bảo trì và thay thế vật mang thạch anh. Hơn nữa, cát thạch anh có độ tinh khiết cao dùng làm nguyên liệu cho các thành phần thạch anh hiện đang trong tình trạng cung cầu khan hiếm, giá cả luôn ở mức cao trong thời gian dài, rõ ràng là không có lợi cho việc cải thiện sản xuất. hiệu quả và lợi ích kinh tế.
Gốm sứ cacbua silic“xuất hiện”
Hiện nay, người ta đã nghĩ ra một loại vật liệu có hiệu suất tốt hơn để thay thế một số thành phần thạch anh - gốm cacbua silic.
Gốm sứ cacbua silic có độ bền cơ học tốt, ổn định nhiệt, chịu nhiệt độ cao, chống oxy hóa, chống sốc nhiệt và chống ăn mòn hóa học, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nóng như luyện kim, máy móc, năng lượng mới, vật liệu xây dựng và hóa chất. Hiệu suất của nó cũng đủ để khuếch tán các tế bào TOPcon trong sản xuất quang điện, LPCVD (lắng đọng hơi hóa học áp suất thấp), PECVD (lắng đọng hơi hóa học plasma) và các liên kết quá trình nhiệt khác.
Giá đỡ thuyền bằng cacbua silic LPCVD và giá đỡ thuyền bằng cacbua silic mở rộng bằng boron
So với vật liệu thạch anh truyền thống, các sản phẩm giá đỡ thuyền, thuyền và ống làm bằng vật liệu gốm cacbua silic có độ bền cao hơn, ổn định nhiệt tốt hơn, không bị biến dạng ở nhiệt độ cao và tuổi thọ cao hơn 5 lần so với vật liệu thạch anh, điều này có thể làm giảm đáng kể giảm chi phí sử dụng và tổn thất năng lượng do bảo trì và ngừng hoạt động. Lợi thế về chi phí là rõ ràng và nguồn nguyên liệu rộng rãi.
Trong số đó, cacbua silic thiêu kết phản ứng (RBSiC) có nhiệt độ thiêu kết thấp, chi phí sản xuất thấp, mật độ vật liệu cao và hầu như không bị co rút thể tích trong quá trình thiêu kết phản ứng. Nó đặc biệt thích hợp cho việc chuẩn bị các bộ phận kết cấu có kích thước lớn và hình dạng phức tạp. Vì vậy, nó phù hợp nhất để sản xuất các sản phẩm có kích thước lớn và phức tạp như bệ thuyền, thuyền, mái chèo đúc hẫng, ống lò, v.v.
Thuyền wafer silicon cacbuacũng có triển vọng phát triển lớn trong tương lai. Bất kể quá trình LPCVD hay quá trình giãn nở boron, tuổi thọ của thuyền thạch anh tương đối thấp và hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu thạch anh không phù hợp với vật liệu cacbua silic. Vì vậy, rất dễ xảy ra sai lệch trong quá trình khớp với giá đỡ thuyền bằng silicon cacbua ở nhiệt độ cao, dẫn đến tình trạng rung lắc thuyền, thậm chí làm gãy thuyền. Thuyền cacbua silic áp dụng lộ trình xử lý đúc một mảnh và xử lý tổng thể. Yêu cầu về hình dạng và vị trí của nó cao và nó hợp tác tốt hơn với giá đỡ thuyền bằng cacbua silic. Ngoài ra, cacbua silic có độ bền cao, thuyền ít có khả năng bị vỡ do va chạm của con người hơn nhiều so với thuyền thạch anh.
Thuyền wafer silicon cacbua
Ống lò là bộ phận truyền nhiệt chính của lò, có vai trò bịt kín và truyền nhiệt đồng đều. So với ống lò thạch anh, ống lò silicon cacbua có tính dẫn nhiệt tốt, gia nhiệt đồng đều và ổn định nhiệt tốt và tuổi thọ của chúng gấp hơn 5 lần so với ống thạch anh.
Bản tóm tắt
Nhìn chung, dù xét về hiệu suất sản phẩm hay chi phí sử dụng, vật liệu gốm cacbua silic đều có nhiều ưu điểm hơn vật liệu thạch anh trong một số khía cạnh của lĩnh vực pin mặt trời. Việc ứng dụng vật liệu gốm cacbua silic trong ngành quang điện đã giúp các công ty quang điện giảm đáng kể chi phí đầu tư vật liệu phụ trợ và nâng cao chất lượng sản phẩm cũng như khả năng cạnh tranh. Trong tương lai, với việc ứng dụng quy mô lớn các ống lò nung cacbua silic kích thước lớn, thuyền và bệ đỡ thuyền bằng cacbua silic có độ tinh khiết cao và việc giảm chi phí liên tục, việc ứng dụng vật liệu gốm cacbua silic trong lĩnh vực tế bào quang điện sẽ trở nên quan trọng hơn. là yếu tố then chốt trong việc nâng cao hiệu quả chuyển đổi năng lượng ánh sáng và giảm chi phí công nghiệp trong lĩnh vực sản xuất điện quang điện, đồng thời sẽ có tác động quan trọng đến sự phát triển của năng lượng mới quang điện.
Thời gian đăng: Nov-05-2024