Фотоэлектрлік саладағы кремний карбидті керамиканы қолдану және зерттеу - Ветек жартылайдюсторы

Соңғы жылдары күн фотоэлектриктер басқаратын мұнай және көмір, жаңа энергетикалық салалар сияқты дәстүрлі энергия көздерінің жетіспеушілігімен қарқынды дамыған. 90-жылдардан бастап әлемдегі фотоэлектрлік орнатылған қуаттылығы 60 есе өсті. Ғаламдық фотоэлектрлік өнеркәсіп энергия құрылымын қайта құру алаңынан шығарды, ал салалық ауқымы мен белгіленген қуаттылықтың өсу қарқыны бірнеше рет жаңа рекордтар жасады. 2022 жылы жалпы фотоэлектрлік орнатылған қуаттылық 239 ГВт-қа жетеді, барлық жаңартылатын энергияның 2/3 бөлігін құрайды. 2023 жылы, жалпы фотоэлектрлік орнатылған қуаттылығы 411 ГВт-тан, жылына 59% -ға өседі деп есептеледі. Фотоэлектриктердің өсуіне қарамастан, фотоэлектриктер әлі күнге дейін жаһандық электр энергиясын өндірудің 4,5% құрайды, ал оның өсу қарқыны 2024 жылдан кейін жалғасады.

Кремний карбидті керамикаЖақсы механикалық, жылу тұрақтылығы, температурасы жоғары төзімділік, тотығу кедергісі, тотығу кедергісі, термиялық тотығуға төзімділік және химиялық коррозияға төзімділік және металлургия, машина, жаңа энергия және құрылыс материалдары мен химиялық заттар бар. Фотоэлектрлік өрісте ол негізінен TOPCON ұяшықтарының, LPCVD (төмен қысымды химиялық будың тұндыру) диффузиясында қолданылады,Pecvd (Плазмалық химиялық будың тұнбасы)және басқа термиялық процесс сілтемелері. Кварц дәстүрлі материалдарымен, қайықтармен, қайықтармен және кремний карбидтерінен жасалған фитингтермен салыстырғанда, кремний карбидтерінен жасалған арматуралар жоғары температурада жақсы, жылу тұрақтылығы, ал кварцтың материалдары, бұл пайдалану құнын және техникалық қызмет көрсету мен жұмыс күші, энергия шығынын едәуір төмендетеді және шығынның нақты артықшылықтарына ие болуы мүмкін.

Ⅰ Фотоэлектрлік өрістегі кремний карбид керамикасының артықшылықтары

Фотоэлектрлік клеткадағы кремний карбидтік керамикасының негізгі өнімдері кремний карбидтік қайықтары, кремний карбидтік пеші, кремний карбидінің шыбықтары, кремний карбиді қорғаныс түтіктері, кремний карбидінің қорғаныш түтіктері және т.б., олардың ішінде кремний карбид Қайықтың қолдаушылары мен қайықтары. Олардың айқын артықшылықтары мен қарқынды дамуына байланысты олар фотоэлектрлік жасушалардың өндірістік процесінде негізгі тасымалдаушы материалдар үшін жақсы таңдау болды, ал олардың нарықтық сұранысы саланың назарын аударады.

Реакцияға арналған кремний карбиді (RBSC) керамика - фотоэлектрлік жасушалар саласындағы ең көп қолданылатын кремний карбидінің керамикасы. Оның артықшылықтары - бұл төмен температура, өндірісінің төмендігі және жоғары материалдық тығыздау. Атап айтқанда, реакцияны қысып жатқан кезде аз мөлшерде шөгу жоқ. Бұл әсіресе ірі өлшемді және күрделі құрылымдық бөлшектерді дайындауға жарамды. Сондықтан, қайық, шағын қайықтар, кәстрөлдер, пештің түтіктері, реактивті сұйық кремнистер өндірісі бойынша, мысалы, β-SIC және сонымен бірге, көміртегі көзіне ену үшін ең қолайлы. β-SIC екінші фазасы α-SIC бөлшектерімен бірге бос ұнтақтағыштармен біріктірілген, ал қалған тері тесігі ақысыз кремниймен толтырылады және соңында RBSC керамикалық материалдарының тығыздалуы қол жеткізіледі. Үйде және шетелде RBSC-тің әртүрлі қасиеттері 1-кестеде көрсетілген.

1-кесте Ішкі елдердегі Sic Cerical intions реакциясының орындалуын салыстыру

Күн фотоэлектрлік жасушаларын өндіру процесінде кремний вафлдары қайыққа орналастырылған, ал қайық қайық ұстағышқа, LPCVD және басқа жылу процестеріне арналған қайыққа орналастырылған. Силикон Карбид-Карбид-Cantilever Candelver (ROD) - бұл кремнийді вафлиді жылытқыш пешке және одан тыс жерлерге жылжыту үшін негізгі жүктеме компоненті. 1-суретте көрсетілгендей, кремний карбидінің Cantilever Cantilever (өзек) кремний вафлиінің және пештің түтігінің концентрациясын қамтамасыз етуі мүмкін, осылайша диффузия мен пассивті жасалады. Сонымен бірге, бұл жоғары температурада ластанусыз және деформацияланбайды, жылу соққыларының жақсы және үлкен жүктеме сыйымдылығы жақсы және фотоэлектрлік жасушалар саласында кеңінен қолданылады.

1-сурет Батареяны тиеудің негізгі бөліктерінің схемалық диаграммасы

Дәстүр бойыншакварц қайықҚайық иесі, жұмсақ қону диффузиялық процесінде, кремний вафлиі мен кварц тас қайық ұстағыш кварцтың қайық ұстағышына диффузиялық пешке салу керек. Әр диффузиялық процесінде кремний вафлиі толтырылған кварцтық қаһар ұстағыштар кремний карбидтік қалпаққа орналастырылған. Кремний карбидінің қалдық артынан кварц түтігіне кіргеннен кейін, кварцтың түтігіне кіріп, кварцтың қайық ұстағышын және кремний вафлиді қою үшін батып кетеді, содан кейін баяу шығу тегіне оралады. Әр процесстен кейін кварцтық кеме ұстағышты кремний карбид қаласынан алып тастау керек. Мұндай жиі кездесетін операция кварцтық қайықтың ұзақ уақыт бойы киюіне себеп болады. Кварцтың қайығы жарылып, үзілістерден кейін, кварцтың қайық қолдайтын қолдауы кремний карбидінің жастықшасынан түсіп, содан кейін кварц бөліктерінен, кремний вафлилері мен кремний карбидінің төсемдеріне зиян тигізеді. Кремний карбиді төсемдері қымбат және оларды жөндеу мүмкін емес. Жазатайым оқиға болғаннан кейін, бұл мүліктің үлкен шығындарын тудырады.

LPCVD процесінде, бірақ LPCVD процесі тек жоғарыда аталған термиялық проблемалар туындамайды, бірақ LPCVD процесі сілемдік газды кремний вафлиінен өтуі керек, өйткені ұзақ мерзімді процесс қайық пен қайыққа кремний жабыны құрады. Қапталған кремний мен кварцтың жылу кеңею коэффициенттерінің сәйкес келмеуіне байланысты, қайықпен қамтамасыз ету және қайық жарылып, өмір сүру күшейеді. LPCVD процесінде қарапайым кварцтық қайықтар мен қайықтардың өмір сүру ұзақтығы, әдетте, тек 2 айдан 3 айға дейін. Сондықтан, мұндай апаттардың алдын алу үшін қайықпен қамтамасыз етудің күші мен қызмет ету мерзімін арттыру үшін қайықпен қамтамасыз ету материалын жақсарту маңызды.

Ⅱ Фотоэлектрлік өрістегі кремний карбидінің керамикалық материалдарының даму тенденциясы

SNEC 2023 Шанхай фотоэлектрлік көрмесінен, елдегі көптеген фотоэлектрлік компаниялар, мысалы, Longi Green Energy Technology Co., jinkosolly co., ltd., yida youne Energy Technology Co., Ltd. және басқа фотоэлектрлік жетекші компаниялар. Кремний карбидтік қайық, әдетте, бор кеңеюінің температурасы, әдетте, 1000 ~ 1050 ₸, әдетте, кеме қолдауының қоспаларында батарея ұяшығының ластануына әсер етеді, осылайша батарея ұяшығының түрлендіру тиімділігіне әсер етеді, сондықтан қайықтың тірек материалдарының тазалығы қажет.

Сурет 2 LPCVD кремнийі Карбидті Карбидті қолдау және бор Кеңейту Кремний карбидінің қайық қолдауы

Қазіргі уақытта бор кеңеюіне пайдаланылатын қайыққа қолдау көрсету қажет. Біріншіден, кремнийді карбид ұнтағы шикізаты қышқылмен жуылған және тазартылған. Литийлық центрлік кремний карбиді ұнтағындағы тазалығы 99,5% -дан жоғары болуы керек. Қышқылды жуғаннан және күкірт қышқылы + гидроторлуор қышқылымен тазартылғаннан кейін шикізаттың тазалығы 99,9% -дан жоғары болуы мүмкін. Сонымен бірге қайықтың қолдауы кезінде енгізілген қоспалар бақылауға тиіс. Сондықтан, бор кеңею қайық иегері көбінесе металл қоспаларын қолдануды азайту үшін көбейеді. Өткізу әдісі әдетте екінші қайталама спуттермен құрылады. Қайта болғаннан кейін кремний карбидсінің қайық ұстағышының тазалығы белгілі бір дәрежеде жетілдірілген.

Сонымен қатар, қайық ұстағыштың пышыс процесінде, пешті алдын-ала тазартып, пештегі графит жылу өрісін тазарту керек. Әдетте, бор кеңеюі үшін пайдаланылатын кремний карбидінің қайық ұстағышының тазалығы шамамен 3N құрайды.

Кремний карбидінің қайығы болашағы зор. Силикон Карбидтік қайық 3-суретте көрсетілген. LPCVD процесі немесе бор кеңею процесіне қарамастан, кварцтық қайықтың өмірі салыстырмалы түрде төмен, ал кварц материалының жылу кеңейту коэффициенті кремний карбидінің материалына сәйкес келмейді. Сондықтан, кремний карбидтер қайығымен сәйкестендіру процесінде ауытқулар, бұл жоғары температурада, бұл қайықты шайқауға немесе тіпті бұзуға әкеледі.

Кремний карбидтік қайығы біріктірілген қалыптау және жалпы өңдеу процесін қабылдайды. Оның пішіні мен позициясы төзімділік талаптары жоғары, және ол кремний карбидсінің қайық ұстарымен жақсы жұмыс істейді. Сонымен қатар, кремний карбидінің күші жоғары, ал адам соқтығысуынан туындаған қайықтың сынуы кварц қайықына қарағанда әлдеқайда аз. Алайда, кремний карбидтік қайықтардың жоғары сапасына және дәлдікке байланысты олар әлі де партияларды тексеру кезеңінде болады.

Кремний карбидінің қайығы батарея ұяшығымен тікелей байланыста болғандықтан, ол кремний вафлиінің ластануын болдырмас үшін тіпті LPCVD процесінде де жоғары тазалық болуы керек.

Кремний карбидтік қайықтардың ең үлкен қиындықтары өңдеуде жатыр. Карбидті Карбид керамикасы өте қиын және сынғыш материалдарға тән, және қайықтың өзгеруі және орналасуы өте қатал екендігі бізді. Кремний карбидтік катерлерді дәстүрлі өңдеу технологиясымен өңдеу қиын. Қазіргі уақытта кремний карбидтік қайығы негізінен гауһар тастарды ұнтақтау арқылы өңделеді, содан кейін жылтыратылған, маринадталған және басқа емдеу жұмыстары жүргізіледі.

Сурет 3 кремний карбид қайық

Кварц пешінің түтіктерімен салыстырғанда, кремний карбидінің түтіктерімен салыстырғанда жақсы жылу өткізгіштік, біркелкі жылу және жақсы жылу тұрақтылығы бар, ал олардың өмір сүру ұзақтығы кварц түтіктерінен 5 еседен асады. Пештің түтігі - пештің негізгі жылу бөлігінің негізгі компоненті, ол герметикалық және біркелкі жылу беруде рөл атқарады. Кремний карбидтік пеш түтіктерінің өндірістік қиындығы өте жоғары, ал кірістілік деңгейі де өте төмен. Біріншіден, пештің түтікшесінің үлкен көлеміне және қабырға қалыңдығына байланысты, әдетте, 5-тен 8 мм-ге дейін, бланкілерді қалыптастыру кезінде деформация, құлау немесе тіпті сыну өте оңай.

Пештің түтіктің үлкен көлеміне байланысты, бұл өте қиын, бұл өте қиын, бұл өте қиын. Кремний мөлшерінің біркелкілігі нашар, ал жергілікті емес криликонизация, құлау, құлау, крекинг және т.б., және кремний карбид пешінің түтіктерінің өндірістік циклі өте ұзақ, және бір пештің түтігінің өндірістік циклы 50 күннен асады. Сондықтан, кремний карбиди пеші пеш түтіктері әлі де ғылыми-зерттеу және даму жағдайында және әлі де жаппай өндірілген емес.

Фотоэлектрлік өрісте қолданылатын кремний карбидтер керамикалық материалдарының негізгі құны жоғары тазалық кремний карбиді капсалды шикізаты, жоғары тазалық поликристалды кремний және реакция шығындары.

Кремний карбидінің ұнтақты тазалану технологиясының үздіксіз дамуымен, кремний карбид ұнтағының тазалығы магниттік бөліну, маринадтау және басқа технологиялар арқылы өсуді жалғастыруда, ал қоспасы біртіндеп 1% -дан 0,1% -ға дейін азаяды. Кремний карбидінің ұнтағын өндірудің тұрақты өсуімен, жоғары тазалық кремний карбидінің өкілі, сонымен бірге азаяды.

2020 жылдың екінші жартысынан бастап полисиликон компаниялары біртіндеп кеңеюді жариялады. Қазіргі уақытта 17-ден астам отандық полисиликон өндірістік компаниялары бар, ал жылдық өнім 2023 жылы 1,45 млн. Тоннадан асады. Полисиликонның асып түсуі бағаның үздіксіз төмендеуіне әкелді, бұл өз кезегінде кремний карбид керамикасының құнын азайтты.

Реакциясы жағынан реакцияның мөлшері, реакцияның мөлшері де артып келеді, сонымен қатар біртұтас пештің тиеу қабілеті де артып келеді. Соңғы үлкен өлшемді реакция пешті бір уақытта 40 данадан артық жүктей алады, бұл 4-тен 6-ға дейінгі пештің жүктелуі мүмкін. Сондықтан, салған құны да айтарлықтай төмендейді.

Жалпы алғанда, кремний карбидті фотоэлектрлік өрістегі керамикалық материалдар негізінен жоғары тазалыққа, мықты өткізу қабілеттілігіне, тиеу қабілетіне, жоғары тиеу қабілетіне және төменгі құнға жетті.

Ⅲ Фотоэлектрлік өрістегі кремний карбидті керамикалық материалдардың маңызы

Қазіргі уақытта кварцты кварц құмы негізінен отандық фотоэлектрлік кен орындарында пайдаланылатын жоғары тазалық кварц құмы негізінен импортқа байланысты, ал шет елдерден Қытайға экспортталған жоғары тазалық кварц құмының саны мен техникалық сипаттамалары қатаң бақыланады. Жоғары тазалық кварцты құм материалдарының тығыз жеткізілімі жеңілмеген және фотоэлектрлік өнеркәсіптің дамуына шектеу қойылған жоқ. Сонымен бірге, кварцтың материалдарының төмендеуіне байланысты және жұмыс уақытына апаратын жеңіл зақым келуіне байланысты батарея технологиясының дамуы айтарлықтай шектеулі болды. Сондықтан, менің елім үшін шетелдік технологиялық блокадтардан аралық, кварц материалдарын кремсон карбидтермен керамикалық материалдармен біртіндеп ауыстыру бойынша зерттеу жүргізу өте маңызды.

Коләрбие салыстыру кезінде, өнімнің өнімділігі немесе құны бар ма, жоқ па, күн батареяларында кремний карбиді керамикалық материалдарды қолдану кварц материалдарынан гөрі тиімдірек. Карбидті карбидтік карбидтік керамикалық материалдарды фотоэлектрлік өнеркәсіпке қолдану фотоэлектрлік өнеркәсіпке қосалқы материалдары үшін көмекші материалдардың инвестициялық құнын төмендетуге және өнімнің сапасын және бәсекеге қабілеттілігін арттыруға үлкен көмектесті. Болашақта, үлкен көлемді қолдану арқылыкремний карбид пешінің түтіктері, жоғары тазалық кремний карбидтік қайықтары және кеме азайтады және шығындарды азайтады, фотоэлектрлік жасушалар саласында кремний карбиді керамикалық материалдарды қолдану жеңіл энергияны конверсиялаудың тиімділігін арттырудың және фотоэлектрлік электр энергиясының салалық шығындарын азайтудың негізгі факторына айналады және фотоэлектрлік жаңа энергияның дамуына маңызды әсер етеді.