Применение и исследования кремниевой карбидной керамики в области фотоэлектрической зоны - Vetek Semiconductor

С ростом нехватки традиционных источников энергии, таких как нефть и уголь, новые энергетические промышленности, возглавляемая солнечной фотоэлектрическими, быстро развивалась в последние годы. С 1990 -х годов мировой фотоэлектрической мощности увеличилась 60 раз. Глобальная фотоэлектрическая отрасль вылетела на фоне трансформации энергетической структуры, а масштаб отрасли и установленные темпы роста мощностей неоднократно устанавливали новые записи. В 2022 году глобальная установленная фотоэлектрическая мощность достигнет 239 ГВт, что составляет 2/3 всех новых мощностей возобновляемой энергии. По оценкам, в 2023 году глобальная фотоэлектрическая установленная мощность составит 411 ГВт, что годоважно увеличилось на 59%. Несмотря на постоянный рост фотоэлектрической формы, фотоэлектрическая карта по -прежнему составляет только 4,5% глобальной выработки электроэнергии, и его сильный импульс роста будет продолжаться до 2024 года.

Керамика из карбида кремнияиметь хорошую механическую прочность, термическую стабильность, высокотемпературную стойкость, устойчивость к окислению, устойчивость к тепловым ударам и химическая коррозионная стойкость и широко используются в горячих полях, таких как металлургия, механизм, новая энергия и строительные материалы и химические вещества. В фотоэлектрическом поле он в основном используется в диффузии клеток TopCon, LPCVD (химическое осаждение паров с низким давлением),PECVD (осаждение химического пары в плазме)и другие тепловые обработки. По сравнению с традиционными кварцевыми материалами, лодочные опоры, лодки и фитинги для труб, изготовленные из кремниевых карбид -керамических материалов, имеют более высокую прочность, лучшую тепловую стабильность, отсутствие деформации при высоких температурах и более чем в 5 раз больше, чем у кварцевых материалов, что может значительно снизить стоимость использования и потери энергии, вызванного обслуживанием и временем простоя, и имеют удивительные затраты.

Ⅰ Преимущества карбида кремния в фотоэлектрической области

The main products of silicon carbide ceramics in the photovoltaic cell field include silicon carbide boat supports, silicon carbide boats, silicon carbide furnace tubes, silicon carbide cantilever paddles, silicon carbide rods, silicon carbide protective tubes, etc. Among them, silicon carbide boat supports and silicon carbide boats replace the original quartz boat supports and лодки. Из -за их очевидных преимуществ и быстрого развития они стали хорошим выбором для ключевых материалов -носителей в производственном процессе фотоэлектрических ячеек, и их рыночный спрос все больше привлекает внимание промышленности.

Керамика с силиконовым карбидом с реакцией, связанная с кремниевым карбидом (RBSC), является наиболее широко используемой кремниевой карбидовой керамикой в ​​области фотоэлектрических клеток. Его преимуществами являются низкая температура спекания, низкая стоимость производства и высокая уплотнение материала. В частности, во время процесса спекания практически нет объемной усадки. Это особенно подходит для приготовления крупных и сложных структурных частей. Therefore, it is most suitable for the production of large-sized and complex products such as boat supports, small boats, cantilever paddles, furnace tubes, etc. The basic principle of the preparation of RBSC ceramics is: under the action of capillary force, reactive liquid silicon penetrates into the carbon-containing porous ceramic blank, reacts with the carbon source in the blank to generate secondary phase β-SiC, and at the same time, the Вторичная фаза β-SIC находится in situ в сочетании с частицами α-SIC в пустоте, а остальные поры продолжают заполняться свободным кремнием, и, наконец, уплотнение керамических материалов RBSC. Различные свойства керамических продуктов RBSC дома и за рубежом показаны в таблице 1.

Таблица 1 Сравнение эффективности реакции, спеченных керамических продуктов SIC в основных странах

В производственном процессе солнечных фотоэлектрических ячеек на лодке помещаются кремниевые пластины, а лодка помещается на лодку для диффузии, LPCVD и других тепловых процессов. Кремниевое карбид -кантри (стержень) - это компонент загрузки ключа для перемещения держателя лодки, несущего кремниевые пластины в и из нее из печи. Как показано на рисунке 1, кремниевое карбид кантилеров (стержень) может обеспечить концентричность кремниевой пластины и трубки печи, что делает диффузию и пассивацию более равномерной. В то же время он не имеет загрязнения и не деформируется при высоких температурах, обладает хорошей устойчивостью к тепловым ударам и большой нагрузке и широко используется в поле фотоэлектрических клеток.

Рисунок 1 Схематическая схема компонентов загрузки батареи ключа

В традиционномКварцевая лодкаи держатель лодки, в процессе диффузии мягкой посадки, кремниевая пластина и держатель кварцевой лодки должны быть помещены в кварцевую трубку в диффузионной печи. В каждом диффузионном процессе держатель кварцевого лодки, заполненный кремниевыми пластинами, помещается на карбид -карбид. После того, как кремниевое карбидовое лопасть попадает в кварцевую трубку, весло автоматически опускается, чтобы положить держатель кварцевого лодки и кремниевую пластину, а затем медленно возвращается к началу. После каждого процесса держатель кварцевого лодки должен быть удален из карбидного мастера. Такая частая операция приведет к тому, что поддержка кварцевых лодок изнашивается в течение длительного периода времени. После того, как кварцевая лодка будет взломана и разрывается, вся поддержка кварцевых лодок упадет с карбинга из кремния, а затем повредит частями кварца, кремниевые пластины и карбиды кремния внизу. Кремниевые карбидные весла стоят дорого и не могут быть отремонтированы. Как только авария произойдет, это приведет к огромным потерям имущества.

В процессе LPCVD возникают не только вышеупомянутые проблемы с тепловым напряжением, но и поскольку процесс LPCVD требует, чтобы кремниевый газ проходил через кремниевую пластину, долгосрочный процесс образовает кремниевое покрытие на поддержке лодки и лодке. Из -за несоответствия коэффициентов теплового расширения кремния и кварца покрытого покрытого, поддержка лодки и лодка будет взломать, а продолжительность жизни будет серьезно уменьшена. Срок службы обычных кварцевых лодок и поддержки лодок в процессе LPCVD обычно составляет всего 2-3 месяца. Следовательно, особенно важно улучшить материал поддержки лодок, чтобы увеличить прочность и срок службы поддержки лодок, чтобы избежать таких аварий.

Ⅱ Тенденция развития кремниевых карбидных керамических материалов в фотоэлектрическом поле

С 13 -й Шанхайской фотоэлектрической выставки SNEC 2023, многие фотоэлектрические компании в стране начали использовать поддержку карбида кремния, как показано на рисунке 2, таких как Longi Green Energy Technology Co., Ltd., Jinkosolar Co., Ltd., Yida New Energy Technology Co., Ltd. и другие ведущие компании. Кремниевые карбидные лодки, используемые для расширения бора, из -за высокой температуры расширения бора, обычно при 1000 ~ 1050 ℃, примеси в поддержке лодки легко улетучиваться при высокой температуре для загрязнения батареи, что влияет на эффективность конверсии батареи, поэтому существуют более высокие требования к чистоте лодочного опор.

Рисунок 2 LPCVD Силиконовый карбид.

В настоящее время необходимо очистить поддержку лодок для расширения бора. Во-первых, сырье кремниевого карбида порошка карбида промыта кислотой и очищен. Чистота литий-класса кремниевого карбида для карбида, необходимо превышать 99,5%. После промывки и очистки кислоты с помощью серной кислоты + гидрофлюорическая кислота чистота сырья может достигать 99,9%. В то же время примеси, введенные во время подготовки поддержки лодки, должны контролироваться. Следовательно, держатель лодки Boron Expansion в основном образуется путем затирания, чтобы уменьшить использование примесей металлов. Метод затирания обычно формируется вторичным спеканием. После повторного разжигания чистота держателя карбида кремния карбида в определенной степени улучшается.

Кроме того, во время процесса спекания держателя лодки спекающая печь должна быть очищена заранее, а также необходимо очистить поле графитового тепла в печи. Обычно чистота держателя карбида кремния карбида, используемого для расширения бора, составляет около 3n.

Кремниевая карбид -лодка имеет многообещающее будущее. Кремниевая карбид -лодка показана на рисунке 3. Независимо от процесса LPCVD или процесса расширения бора, срок службы кварцевой лодки относительно низок, а коэффициент термического расширения кварцевого материала не соответствует сроке карбида кремния. Следовательно, легко иметь отклонения в процессе сопоставления с кремниевой карбидовой лодкой при высокой температуре, что приводит к встряхиванию или даже разрыву лодки.

Кремниевая карбид -лодка принимает интегрированный маршрут формования и общего процесса обработки. Его требования к толерантности к положению высоки, и он лучше сотрудничает с держателем карбида из карбида кремния. Кроме того, кремниевый карбид обладает высокой прочностью, а поломка лодки, вызванное столкновением человека, намного меньше, чем у кварцевой лодки. Однако из -за высокой чистоты и точных требований к обработке кремниевых карбидных лодок они все еще находятся на стадии проверки малой партии.

Поскольку лодка из карбида кремния находится в прямом контакте с батареей, она должна иметь высокую чистоту даже в процессе LPCVD, чтобы предотвратить загрязнение кремниевой пластины.

Самая большая сложность карбидных лодок кремния заключается в обработке. Как мы все знаем, кремниевая карбид -керамика - это типичные твердые и хрупкие материалы, которые трудно обработать, а требования к толерантности к форме и положению лодки очень строги. Трудно обработать кремниевые карбидные лодки с традиционной технологией обработки. В настоящее время лодка из карбида кремния в основном обрабатывается измельчением бриллиантовых инструментов, а затем отполированная, маринованные и другие обработки выполняются.

Рисунок 3 Кремниевой карбид лодки

По сравнению с тюбиками кварцевой печи, трубки из карбида из карбида кремния имеют хорошую теплопроводность, равномерное нагрев и хорошую тепловую стабильность, а их срок службы более чем в 5 раз больше, чем у кварцевых трубок. Трубка печи является основным компонентом теплопередачи печи, которая играет роль в герметике и однородной теплопередаче. Сложность производства кремниевых карбидных пробирков очень высока, а скорость урожайности также очень низкая. Во -первых, из -за огромного размера пробирки печи и толщины стенки обычно от 5 до 8 мм, очень легко деформировать, рухнуть или даже трещиться во время процесса пустого образования.

Во время спекания, из -за огромного размера трубки печи, также трудно убедиться, что она не будет деформироваться в процессе спекания. Единообразие содержания кремния плохая, и легко иметь локальную несиликонизация, коллапс, растрескивание и т. Д., А производственный цикл силиконовых карбид-пробирков очень длинный, а производственный цикл одной печи превышает 50 дней. Следовательно, силиконовые карбидные печи по-прежнему находятся в исследовании и состоянии разработок и еще не были продуцированы.

Основная стоимость карбидных керамических материалов из кремниевых карбидов, используемых в фотоэлектрическом поле, составляет от сырья из карбида с высокой точкой, и затрат на силиконовый кремниевый кремниевый карбис, полицисталлический кремний и затраты на реакцию.

С непрерывным развитием технологии очистки порошка кремниевого карбида чистота порошка карбида кремния продолжает увеличиваться за счет магнитного разделения, маринованного марина и других технологий, а содержание примесей постепенно уменьшается с 1% до 0,1%. С непрерывным увеличением производственной производительности кремниевого карбида, стоимость карбида с высокой чистотой карбидом также снижается.

Со второй половины 2020 года компании Polysilicon последовательно объявили об расширении. В настоящее время существует более 17 внутренних компаний по производству полисиликонов, и в 2023 году годовой объем производства превышает 1,45 млн. Тонн. Средство наполнения Polysilicon привела к непрерывному снижению цен, что, в свою очередь, снизила стоимость карбидной керамики кремния.

С точки зрения реакционного спекания, размер спекающей печи также увеличивается, а нагрузочная способность одной печи также увеличивается. Последняя реакционная печь с реакцией крупного размера может загружать более 40 штук за раз, что намного больше, чем существующая способность нагрузки печи с реакцией от 4 до 6 штук. Поэтому стоимость спекания также значительно снизится.

В целом кремниевые карбидные керамические материалы в фотоэлектрическом поле в основном развиваются в направлении более высокой чистоты, более сильной пропускной способности, более высокой грузоподъемности и более низкой стоимости.

Ⅲ Значение карбид -керамических материалов кремния в фотоэлектрическом поле

В настоящее время кварцевый песок с высокой чистотой, необходимый для кварцевых материалов, используемых в внутреннем фотоэлектрическом поле, все еще в основном зависит от импорта, в то время как количество и спецификации кварцевого песка с высокой точкой прочткой, экспортируемых из зарубежных стран в Китай строго контролируются. Плотное снабжение кварцевых песчаных материалов с высокой чистотой не было облегчено и ограничило развитие фотоэлектрической промышленности. В то же время, из -за низкого срока службы кварцевых материалов и легкого урона, приводящего к простоям, разработка технологии батареи была серьезно ограничена. Таким образом, для моей страны важно избавиться от иностранных технологических блокад, проводя исследования постепенной замены кварцевых материалов на кремниевые керамические материалы из карбида.

В комплексном сравнении, будь то производительность продукта или стоимость использования, применение кремниевых карбид -керамических материалов в области солнечных элементов является более выгодным, чем кварцевые материалы. Применение керамических керамических материалов из карбида в фотоэлектрической промышленности оказывает большую помощь для фотоэлектрических компаний по снижению инвестиционных затрат на вспомогательные материалы и повысить качество и конкурентоспособность продукта. В будущем, с крупномасштабным применением большого размераКремниевые карбидные пробирки, Кремниевые карбидные лодки и поддержки с высокой точностью, и непрерывное снижение затрат, применение кремниевых карбид-керамических материалов в области фотоэлектрических клеток станет ключевым фактором в повышении эффективности преобразования световой энергии и снижения затрат в отрасли в области фотоэлектрической энергии и окажет важное влияние на разработку новой энергии.