Piharbidikeramiikan soveltaminen ja tutkimus aurinkosähkön alalla - Vetek Semiconductor

Kun perinteisistä energialähteistä, kuten öljy ja hiili, lisääntyvän pulan, kuten aurinkoenergian johtama uusi energiateollisuus, on kehittynyt nopeasti viime vuosina. 1990 -luvulta lähtien maailman aurinkosähköasennettu kapasiteetti on kasvanut 60 kertaa. Globaali aurinkosähköteollisuus on alkanut energiarakenteen muuntamisen taustalla, ja teollisuuden asteikko ja asentanut kapasiteetin kasvuvauhti ovat toistuvasti asettaneet uusia tietueita. Vuonna 2022 globaali aurinkosähköasennettu kapasiteetti saavuttaa 239GW: n, mikä vastaa 2/3 kaikista uudesta uusiutuvan energian kapasiteetista. On arvioitu, että vuonna 2023 globaali aurinkosähkö asennetut kapasiteetti on 411GW, mikä on 59%lisäys vuosi vuotta aiemmin. Pistoraseiden jatkuvasta kasvusta huolimatta aurinkosähkö on silti vain 4,5% globaalista sähköntuotannosta, ja sen voimakas kasvuvauhti jatkuu vuoteen 2024 jälkeen.

Piiharbidikeramiikkaon hyvä mekaaninen lujuus, lämmön stabiilisuus, korkea lämpötilankestävyys, hapettumiskestävyys, lämmön iskunkestävyys ja kemiallinen korroosionkestävyys, ja niitä käytetään laajasti kuumissa kentissä, kuten metallurgia, koneet, uudet energia- ja rakennusmateriaalit ja kemikaalit. Photosholialaisessa kentässä sitä käytetään pääasiassa Topcon -solujen diffuusiossa, LPCVD (matalapaineinen kemiallinen höyryn laskeutuminen),PECVD (plasman kemiallinen höyryn laskeutuminen)ja muut lämpöprosessilinkit. Verrattuna perinteisiin kvartsimateriaaleihin, veneiden tukia, veneitä ja pii -karbidikeraamisista materiaaleista valmistettuja putkistoja on suurempi lujuus, parempi lämpöstabiilisuus, korkeiden lämpötilojen muodonmuutokset ja yli viisi kertaa kvartsimateriaalien elinaika, mikä voi merkittävästi vähentää käytön kustannuksia ja energian menetyksiä, jotka johtuvat ylläpidosta ja seisokkeista, ja joilla on selviä kustannushyödykkeitä.

Ⅰ Piiharbidikeramiikan edut aurinkosähkökentällä

Piilikarbidikeramiikan päätuotteet aurinkosähkökentällä ovat piikarbidiveneiden tuet, piikarbidiveneet, piikarbidiuuniputket, piikarbidi -ulokepolut, piikarbidiputket, pii -hiilihydridisuojaputket jne. veneet. Heidän ilmeisten etujensa ja nopean kehityksensä vuoksi niistä on tullut hyvä valinta aurinkosähkön solujen tuotantoprosessin tärkeimmille materiaaleille, ja niiden markkinoiden kysyntä herättää yhä enemmän alan huomiota.

Reaktiosidottu piiharbidi (RBSC) -keramiikka on yleisimmin käytetty piikarbidikeramiikka aurinkosähkökennojen alalla. Sen edut ovat alhainen sintrauslämpötila, alhaiset tuotantokustannukset ja korkea materiaalin tiheys. Erityisesti reaktion sintrausprosessin aikana ei melkein ole mitään tilavuuden kutistumista. Se soveltuu erityisen hyvin suurikokoisten ja monimutkaisten rakenteellisten osien valmistukseen. Siksi se sopii parhaiten suurikokoisten ja monimutkaisten tuotteiden, kuten veneiden tukemien, pienten veneiden, ulottuvien melojen, uuniputkien jne. Tuottamiseen, RBSC-keramiikan valmistuksen perusperiaate on: kapillaarivoiman vaikutuksen yhteydessä reaktiivisen nestemäisen piin tunkeutuu hiilipuutoiseen huokoiseen keramiikkaasemaan, reaktioon, reaktioon, joka on hiili-ajoilla ja at-ajoilla ja at to-ajoilla ja Vaihe β-SIC on in situ yhdistettynä tyhjän jauheen a-kuvio-hiukkasten kanssa, ja jäljellä olevat huokoset täytetään edelleen vapaalla piillä, ja lopulta RBSC-keraamisten materiaalien tiheys saavutetaan. RBSC -keraamisten tuotteiden eri ominaisuudet kotona ja ulkomailla on esitetty taulukossa 1.

Taulukko 1 Reaktion sintrattujen sic -keraamisten tuotteiden suorituskyvyn vertailu suurissa maissa

Auringonvalovoiman solujen valmistusprosessissa pii -kiekot asetetaan veneelle ja vene asetetaan veneen pidikkeeseen diffuusiota, LPCVD: tä ja muita lämpöprosesseja. Piharbidi -uloke mela (ROD) on avainkuormituskomponentti veneen pidikkeen siirtämiseksi, joka kuljettaa piikiekkoja lämmitysuuniin ja ulos. Kuten kuviossa 1 esitetään, piikarbidivalaisimen mela (ROD) voi varmistaa piikiekon ja uunin putken samankeskisyyden, mikä tekee diffuusiosta ja passivoinnista yhtenäisemmän. Samanaikaisesti se on pilaantumaton ja epämuodostumaton korkeissa lämpötiloissa, sillä on hyvä lämpöiskunkestävyys ja suuri kuormituskyky, ja sitä on käytetty laajasti aurinkosähkökennojen kentällä.

Kuva 1 Kaavio avainakkujen lastauskomponenteista

Perinteisessäkvartsiveneja veneenpidike, pehmeän laskun diffuusioprosessissa, piikiekka ja kvartsivenepidike on asetettava diffuusiouunin kvartsiputkeen. Jokaisessa diffuusioprosessissa pii -kiekoilla täytetty kvartsiveneen pidike asetetaan piikarbidimelaan. Kun piikarbidi -mela tulee kvartsiputkeen, mela uppoaa automaattisesti laittaaksesi kvartsiveneen pidikkeen ja pii -kiekon ja juoksee sitten hitaasti takaisin alkuperään. Jokaisen prosessin jälkeen kvartsiveneen pidike on poistettava piikarbide -melasta. Tällainen usein toiminto aiheuttaa kvartsiveneiden tuen kuluneen pitkän ajanjakson ajan. Kun kvartsivene -tuki halkeilee ja taukoa, koko kvartsivene -tuki putoaa piikarbidi -melolta ja vahingoittaa sitten kvartsiosia, pii -kiekkoja ja piikarbidi -meloja alla. Piharbidi -melat ovat kalliita, eikä niitä voida korjata. Kun onnettomuus tapahtuu, se aiheuttaa valtavia omaisuuden menetyksiä.

LPCVD-prosessissa edellä mainittuja lämpörasitusongelmia ei vain tapahdu, vaan koska LPCVD-prosessi vaatii silaanikaasua pii-kiekon läpi, pitkäaikainen prosessi muodostaa piipinnoitteen veneen tuella ja veneellä. Pinnoitetun piin ja kvartsin lämpölaajennuskertoimien epäjohdonmukaisuuden vuoksi veneen tuki ja vene halkeilee ja elinkaari vähenee vakavasti. Tavallisten kvartsiveneiden ja veneiden tuet LPCVD -prosessissa on yleensä vain 2-3 kuukautta. Siksi on erityisen tärkeää parantaa veneentuen materiaalia veneen tuen vahvuuden ja käyttöiän parantamiseksi tällaisten onnettomuuksien välttämiseksi.

Ⅱ Piiharbidikeraamisten materiaalien kehitystrendi aurinkosähkökentällä

SNEC 2023: n 13. Shanghai -aurinkosähkönäyttelystä monet maan aurinkovoiman yritykset ovat alkaneet käyttää pii -karbidiveneitä, kuten kuvassa 2 esitetään, kuten Longi Green Energy Technology Co., Ltd., JinkoSolar Co., Ltd., Yida New Energy Technology Co., LTD. Boorilaajennukseen käytettyjen piilikarbidiveneiden tukee boorilaajennuksen korkean käyttölämpötilan johtuen, yleensä 1000 ~ 1050 ℃, veneiden tuen epäpuhtaudet on helppo haihduttaa korkeassa lämpötilassa akkukennon saastuttamiseksi, mikä vaikuttaa akkukennon muuntamistehokkuuteen, joten veneiden tukimateriaalin puhdistamiselle on suurempia vaatimuksia.

Kuva 2 LPCVD -piikarbidiveneiden tuki ja boorilaajennus Piilarbidivene -tuki

Tällä hetkellä boorin laajennukseen käytetty venetuki on puhdistettava. Ensinnäkin raaka-aineen piidarbidijauhe on hapan pesty ja puhdistettu. Litium-luokan piikarbidijauheen raaka-aineiden puhtauden on oltava yli 99,5%. Hapon pesun ja puhdistamisen jälkeen rikkihapolla + hydrofluorivetyhapolla raaka -aineiden puhtaus voi nousta yli 99,9%. Samanaikaisesti veneiden tuen valmistuksen aikana esitetyt epäpuhtaudet on valvottava. Siksi boorin laajennusveneen haltija muodostuu enimmäkseen injektoimalla metallivaikeuksien käytön vähentämiseksi. Injektointimenetelmä muodostuu yleensä sekundaarisella sintrauksella. Uudelleensijoituksen jälkeen piilarbidiventinpidikkeen puhtautta parannetaan tietyssä määrin.

Lisäksi veneiden pidikkeen sintrausprosessin aikana sintrausuuni on puhdistettava etukäteen, ja myös uunin grafiittilämpökenttä on puhdistettava. Yleensä boorin laajentumiseen käytetyn piikarbidiveneen pidikkeen puhtaus on noin 3N.

Piiharbidiveneessä on lupaava tulevaisuus. Piharbidivene on esitetty kuvassa 3. LPCVD -prosessista tai boorin laajennusprosessista riippumatta kvartsiveneen käyttöikä on suhteellisen alhainen, ja kvartsimateriaalin lämpölaajennuskerroin on epäjohdonmukainen piikarbidimateriaalin. Siksi on helppoa poikkeamia sovittamisprosessissa piidikarbidiveneen kanssa korkeassa lämpötilassa, mikä johtaa veneen ravistamiseen tai jopa murtumiseen.

Piharbidivene omaksuu integroidun muovaus- ja kokonaisprosessiprosessin reitin. Sen muodon ja sijaintitoleranssivaatimukset ovat korkeat, ja se tekee yhteistyötä paremmin piikarbidiveneen pidikkeen kanssa. Lisäksi piiharbidilla on suuri lujuus, ja ihmisen törmäyksen aiheuttama veneen murtuminen on paljon pienempi kuin kvartsivene. Piekarbidiveneiden korkean puhtauden ja prosessoinnin tarkkuusvaatimusten vuoksi ne ovat kuitenkin edelleen pienessä erän varmennusvaiheessa.

Koska piikarbidivene on suorassa kosketuksessa akkukennon kanssa, sen on oltava korkea puhtaus jopa LPCVD -prosessissa estämään piikiekon saastuminen.

Piharbidiveneiden suurin vaikeus on koneistuksessa. Kuten me kaikki tiedämme, piikarbidikeramiikka ovat tyypillisiä kovia ja hauraita materiaaleja, joita on vaikea käsitellä, ja veneen muoto- ja sijaintitoleranssivaatimukset ovat erittäin tiukat. Piharbidiveneitä on vaikea käsitellä perinteisen prosessointitekniikan kanssa. Tällä hetkellä piikarbidivene prosessoidaan enimmäkseen timanttityökalun hiomisella, ja sitten kiillotetaan, suolakurkku ja muut hoidot suoritetaan.

Kuva 3 PIIKORBIIDIVE

Verrattuna kvartsisäiliöputkiin, piikarbidiuuniputkilla on hyvä lämmönjohtavuus, tasainen lämmitys ja hyvä lämpöstabiilisuus, ja niiden elinikä on yli viisi kertaa kvartsiputkien elinaika. Uunin putki on uunin tärkein lämmönsiirtokomponentti, jolla on rooli tiivistyksessä ja tasaisen lämmönsiirron tasaisessa. Piiharbidiuuniputkien valmistusvaikeudet ovat erittäin korkeat ja myös saanto on erittäin alhainen. Ensinnäkin uuniputken valtavan koon ja seinämän paksuuden vuoksi yleensä välillä 5 - 8 mm, on erittäin helppo muodonmuutos, romahtaa tai jopa halkeamia tyhjän muodostumisprosessin aikana.

Sintrajen aikana uuniputken valtavan koon vuoksi on myös vaikea varmistaa, että se ei muodostu sintrausprosessin aikana. Piuspitoisuuden tasaisuus on heikko, ja paikallisen silikonaation, romahduksen, halkeilun jne. On helppo, ja piikarbidiuuniputkien tuotantosykli on erittäin pitkä, ja yhden uuniputken tuotantosykli ylittää 50 päivää. Siksi piikarbidiuuniputket ovat edelleen tutkimus- ja kehitystilassa, eikä niitä ole vielä tuotettu massatuotannossa.

Piilakerbidikerbidi-keraamisten materiaalien pääkustannukset, joita käytetään aurinkosähkökentässä

Piilarbidijauheen puhdistustekniikan jatkuvan kehityksen myötä piikarbidijauheen puhtaus kasvaa edelleen magneettisen erottelun, peittauksen ja muun tekniikan avulla, ja epäpuhtauspitoisuus laskee vähitellen 1%: sta 0,1%: iin. Piilikarbidijauheen tuotantokapasiteetin jatkuvan lisääntymisen myötä myös korkean puhtaan piidikarbidijauheen kustannukset vähenevät.

Vuoden 2020 jälkipuoliskolle lähtien Polysilicon -yritykset ovat peräkkäin ilmoittaneet laajennuksista. Polysilicon -tuotantoyhtiötä on tällä hetkellä yli 17, ja vuosituotannon arvioidaan ylittävän 1,45 miljoonaa tonnia vuonna 2023. Polysiliconin ylikapasiteetti on johtanut jatkuvaan hintojen laskuun, mikä puolestaan ​​on vähentänyt piilarbidikeramiikan kustannuksia.

Reaktio sintrauksen suhteen myös reaktion sintrausuunin koko kasvaa, ja myös yhden uunin lastauskapasiteetti kasvaa. Viimeisin suurikokoinen reaktio sintrausuuni voi ladata yli 40 kappaletta kerrallaan, mikä on paljon suurempi kuin olemassa oleva reaktion sintrausuunin kuormituskapasiteetti 4–6 kappaletta. Siksi myös sintrauskustannukset laskevat huomattavasti.

Kaiken kaikkiaan aurinkosähkökentän piikarbidikeraamiset materiaalit kehittyvät pääasiassa korkeampaan puhtauteen, voimakkaampaan kantokykyyn, suurempaan lastauskykyyn ja alhaisempiin kustannuksiin.

Ⅲ Piharbidikeraamisten materiaalien merkitys aurinkosähkökentällä

Tällä hetkellä kotimaisessa aurinkosähkökentässä käytetyissä kvartsimateriaaleissa vaadittava korkeapuhtauskvartsihiekka on edelleen pääasiassa tuonnista riippuvainen, kun taas ulkomaisista maista Kiinaan vietettyjen korkean puhkeamisen kvartsihiekan määrää ja eritelmiä hallitaan tiukasti. Korkean puhtaan kvartsihiekka-materiaalien tiukkaa tarjontaa ei ole lieventynyt, ja se on rajoittanut aurinkosähköteollisuuden kehitystä. Samanaikaisesti kvartsimateriaalien pienen käyttöiän ja seisokkien helpon vaurion vuoksi akkutekniikan kehitys on rajoitettu vakavasti. Siksi kotimaani on suuri merkitys päästä eroon ulkomaisista teknologisista estoista tekemällä tutkimusta kvartsimateriaalien asteittaisesta korvaamisesta piikarbidikeraamisilla materiaaleilla.

Kattavassa vertailussa riippumatta siitä, onko kyse tuotteiden suorituskyvystä vai käyttökustannuksista, piidarbidikeraamisten materiaalien käyttö aurinkokennojen alalla on edullisempaa kuin kvartsimateriaalit. Piiharbidikeraamisten materiaalien soveltamisella aurinkosähköteollisuudessa on suurta apua aurinkosähkön yrityksille apumateriaalien sijoituskustannusten vähentämiseksi ja tuotteiden laadun ja kilpailukyvyn parantamiseksi. Jatkossa suurikokoisen suuren mittakaavan soveltamisessaPilarbidiuuniputket, Piilakarbidiveneiden ja veneiden tuet ja kustannusten jatkuva vähentäminen, piidarbidikeraamisten materiaalien käytöstä aurinkosähkökennojen alalla tulee avaintekijä kevyen energian muuntamisen tehokkuuden parantamiseksi ja teollisuuden kustannusten vähentämisessä aurinkosähkövoiman tuotannon kentällä, ja sillä on tärkeä vaikutus valovoiman uuden energiantuotannon kehittämiseen.