Fotovoltaikoen arloan silizio karburo zeramikaren aplikazioa eta ikerketa - Vetek erdieroalea

Eguzki fotovoltaikoek zuzendutako energia eta ikatza bezalako energia iturri tradizionalen eskasia gero eta handiagoa da, azken urteotan azkar garatu baitira. 90eko hamarkadaz geroztik, munduko instalatutako ahalmen fotovoltaikoa 60 aldiz handitu da. Industria fotovoltaiko globala energia egituraren eraldaketaren atzealdean kendu da, eta industria eskala eta instalatutako gaitasunen hazkunde tasa behin eta berriz ezarri dira erregistro berriak. 2022an, instalatutako ahalmen fotovoltaiko globala 239gw iritsiko da, energia berriztagarrien ahalmen berri guztien 2/3 kontabilizatzea. 2023an, instalatutako ahalmen fotovoltaiko globala 411gw izango dela kalkulatzen da, urte arteko% 59ko hazkundea. Fotovoltaikoen hazkunde etengabea izan arren, fotovoltaikoek energia-sorrera globalaren% 4,5 besterik ez dute kontua, eta hazkunde bultzada sendoak 2024 arte iraungo du.

Silizio karburo zeramikaindar mekaniko ona, egonkortasun termikoa, tenperatura erresistentzia handia, oxidazioarekiko erresistentzia, shock termikoarekiko erresistentzia eta korrosio kimikoen erresistentzia handia izatea, eta oso erabiliak dira metalurgia, makineria, energia berria eta eraikuntzako materialak eta eraikuntzako materialak eta produktu kimikoak. Eremu fotovoltaikoan, batez ere, Topcon zelulak, lpcvd (presio baxuko lurrun kimikoen gordailua) difusioan erabiltzen da,Pecvd (plasma kimiko lurrunaren deposizioa)eta beste prozesu termikoko estekak. Kuartziazko material tradizionalekin, itsasontzien euskarriak, itsasontziak eta silikoki zeramikazko materialekin osatuta, egonkortasun termiko hobea da, ez da deformaziorik tenperatura altuetan eta 5 aldiz kuartzozko materialen artean, eta horrek nabarmen murriztu dezake mantentze-lanak eta abantailak eragindako energia galtzea.

Ⅰ Silizio karburo zeramikaren abantailak eremu fotovoltaikoan

Zelula-zelai fotovoltaikoko silizio karburoen zeramikazko produktu nagusiak, silizio karburo itsasontziak, silizio karburo-labeak, silizio karburo-palak, silizio karburoak, silizio karburoak babesteko hodiak eta abar, silizio karburoen euskarriak eta silizio karburuetako itsasontziak jatorrizko kuartzoko itsasontziak ordezkatzen dituzte. euskarriak eta itsasontziak. Abantailak eta garapen azkarrak direla eta, aukera ona bihurtu da zelula fotovoltaikoen ekoizpen prozesuan garraiolari materialetarako, eta merkatuaren eskaria gero eta gehiago erakartzen ari da industriaren arreta.

Erreakzioa lotutako silizio karburoa (RBSC) zeramika da zelula fotovoltaikoen arloan silizio karburo zeramika gehien erabiltzen direnak. Bere abantailak tenperatura sintering baxua, ekoizpen kostu baxua eta materialen dentsifikazioa dira. Bereziki, ia ez da erreakzioaren sinterizazio prozesuan ia bolumenik txikitu. Bereziki egokia da tamaina handiko eta konplexuak diren formako piezak prestatzeko. Hori dela eta, egokiena da, hala nola, itsasontzi txikiak, itsasontzi txikiak, kantiladako palak, labeak, labeak eta abar. Aldi berean, Bigarren mailako fasea β-sic-k sikoan dago, α-sic partikulekin hauts hutsan konbinatuta, eta gainerako poroak silizio askez betetzen jarraitzen dute, eta azkenik RBSC zeramikazko materialen dentsifikazioa lortzen da. Etxean eta atzerrian RBSC zeramikazko produktuen propietateak 1. taulan agertzen dira.

1. taula. Erreakzioaren errendimenduaren konparazioa SIC zeramikazko produktuak herrialde nagusietan

Eguzki-zelula fotovoltaikoen fabrikazio prozesuan, silizioko ogiak itsasontzi batean jartzen dira, eta itsasontzia itsasontzien titular batean jartzen da difusio, lpcvd eta beste prozesu termiko batzuetarako. Silicon Carbide Cantilever Paddle (ROD) gako kargatzeko osagai bat da, itsasontziaren euskarria silizioko ogiak berotzeko labeetatik ateratzeko eta ateratzeko. 1. irudian erakusten den moduan, Silicon Carbide Cantilever padelak (hagaxka) silizioaren ogitariaren eta labe hodiaren kontzentritasuna ziurtatu dezake, eta, horrela, difusioa eta pasibazioa uniformeagoa izan daiteke. Aldi berean, kutsadurarik gabeko eta ez da tenperatura altuetan deformatu, shock erresistentzia termiko ona eta karga ahalmen handia du eta zelula fotovoltaikoen arloan oso erabilia izan da zelula fotovoltaikoen arloan.

1. irudia Bateria kargatzeko gakoen diagrama eskematikoa

Tradizionaleankuartzo itsasontziaeta itsasontziaren titularra, lurreratze-difusio prozesu bigunean, siliziozko ogiak eta kuartzozko itsasontzien titularrak kuartzozko hodian jarri behar dira difusio labeetan. Zabalkunde prozesu bakoitzean, silizioko ogitoreekin betetako kuartzozko itsasontziaren euskarria silizio karburoaren padelean jartzen da. Silizio karburoa kuartzoko hodian sartzen da ondoren, pala automatikoki hondoratzen da kuartzozko itsasontzien titularra eta silikonazko wafer jaisteko, eta poliki-poliki jatorrira itzultzen da. Prozesu bakoitzaren ondoren, kuartzozko itsasontzien titularrak silizio karburoaren padeletik kendu behar dira. Maiz egindako eragiketa horrek kuartzozko itsasontzien laguntza denbora luzez higatzea eragingo du. Kuartzozko itsasontziak pitzadurak eta etenaldiak onartzen dituenean, kuartzozko itsasontzien laguntza osoa silizio karburoaren paleta eroriko da eta, ondoren, kuartzozko zatiak, silizioko ogiak eta silizio karburoak behean kaltetuko dira. Silizio karburo palak garestiak dira eta ezin dira konpondu. Istripu bat gertatu ondoren, ondasun galera handiak eragingo ditu.

LPCVD prozesuan, goian aipatutako estres termikoko arazoak ere gertatzen dira, baina LPCVD prozesuak silikonazko silizioaren bidez igarotzea eskatzen du, epe luzerako prozesuak silizio estaldura bat osatuko du itsasontziko euskarrian eta itsasontzian. Estalitako silizioaren eta kuartzoaren hedapen termikoen koefizienteen inkoherentziaren ondorioz, itsasontzien laguntza eta itsasontzia pitzatuko dira, eta bizitza oso murriztua izango da. Lepcvd prozesuan kuartzozko itsasontzi arrunten eta itsasontzien euskarriak normalean 2 eta 3 hilabete baino ez dira izaten. Hori dela eta, bereziki garrantzitsua da itsasontzien laguntza materiala hobetzea itsasontziaren laguntzaren indarra eta zerbitzua areagotzeko, horrelako istripuak ekiditeko.

Ⅱ Silizio karburo zeramikazko materialen garapenerako joera fotovoltaikoan

Shanghai erakusketa fotovoltaikotik, SNEC 2023 erakusketa fotovoltaikoan, Silicon Carbide itsasontzien euskarriak erabiltzen hasi dira, hala nola, Longi Green Energy Technology Co., Ltd., Ltd., Yida New Energy Technology Co., Ltd. eta beste enpresa fotovoltaiko berriak. Boroien hedapenerako erabilitako silizioko itsasontzien euskarriak, normalean 1000 ~ 1050 º-tan. Normalean, itsasontzien euskarrian izandako ezpurutasunak tenperatura altuan bolaterrak kutsatzeko errazak dira, eta, beraz, bateria-zelularen bihurketa-eraginkortasunari eragiten diote.

2. irudia LPCVD Silicon Carbide Itsasontzien laguntza eta boron hedapen silizioa karburo itsasontzien laguntza

Gaur egun, Boro Hedapenerako erabilitako itsasontzien laguntza araztu behar da. Lehenik eta behin, lehengaia silizio karburo hautsa azido garbituta eta araztua da. Litio-graduko silizio karburo hautsaren lehengaien garbitasuna% 99,5etik gorakoa izan behar da. Azido azidoa eta azido sulfurikoarekin garbitu ondoren, azido hidrofluorikoa, lehengaien garbitasuna% 99,9tik gorakoa izan daiteke. Aldi berean, itsasontzien laguntza prestatzean sartutako ezpurutasunak kontrolatu behar dira. Hori dela eta, boro hedapen itsasontziaren titularra gehienbat metalezko ezpurutasunak erabiltzea murrizteko. Grouting metodoa normalean bigarren mailako sinterizatzen da. Berriro sinatu ondoren, silizio karburo itsasontzien garbitasuna neurri batean hobetzen da.

Gainera, itsasontziaren titularraren sintering prozesuan, labe sinterizatzailea aldez aurretik araztu behar da eta labearen grafito bero eremua ere araztu behar da. Normalean, Boro Hedapenerako erabilitako silizio karburo itsasontzien garbitasuna 3n ingurukoa da.

Silizioko karburo itsasontziak etorkizun oparoa du. Silizioko karburo itsasontzia 3. irudian agertzen da. LPCVD prozesua edo boro hedapen prozesua edozein dela ere, kuartzozko itsasontziaren bizitza nahiko baxua da eta kuartzozko materialaren hedapen termikoa silizio karburoaren materialarekin bat dator. Hori dela eta, erraza da silizio karburo itsasontzian tenperatura altuan batzeko prozesuan desbideratzeak izatea, eta horrek itsasontzia astindu edo are gehiago eragiten du.

Silizio karburo itsasontziak moldaketa integratua eta prozesatzeko prozesuaren ibilbide orokorra hartzen ditu. Bere forma eta posizioaren tolerantzia baldintzak altuak dira eta hobeto koka da silizio karburo itsasontzien titularrarekin. Gainera, silizio karburoak indar handia du, eta gizakiaren talka eragindako itsasontziak kuartzoko itsasontzia baino askoz ere txikiagoa da. Hala ere, silizio karburo itsasontzien garbitasun eta prozesaketa zehaztasun handiak direla eta, oraindik ere lote txikiko egiaztapen fasean daude.

Silicon Carbide itsasontzia bateriaren zelularekin zuzeneko kontaktuan dagoenez, garbitasun handia izan behar du LPCVD prozesuan silizioaren ogitarteko kutsadura ekiditeko.

Silizio karburo itsasontzien zailtasun handiena mekanizazioan datza. Denok dakigunez, silizio karburo zeramika prozesatzeko zailak diren material gogorrak eta hauskorrak dira, eta itsasontziaren forma eta posizioaren tolerantzia baldintzak oso zorrotzak dira. Zaila da silizio karburo itsasontziak prozesatzea prozesatzeko teknologia tradizionalarekin. Gaur egun, silizio karburo itsasontzia diamante erreminta artezketa prozesatzen da gehienbat, eta gero leundua, ozpin eta bestelako tratamenduak egiten dira.

3. irudia Silikonazko karburo itsasontzia

Quartz labe hodiekin alderatuta, silizio karburo labeetako hodiek eroankortasun termiko ona dute, berogailu uniformea ​​eta egonkortasun termiko ona, eta haien bizimodua kuartzozko hodien 5 aldiz baino gehiago da. Labearen hodia labearen bero transferentziaren osagai nagusia da, zigilatze eta bero transferentzia uniformean egiten duen rola betetzen duena. Silizio karburo labeen hodien fabrikazio zailtasuna oso altua da, eta errendimendu tasa ere oso baxua da. Lehenik eta behin, labe hodiaren tamaina izugarria eta hormako lodiera normalean 5 eta 8 mm artean izaten da, oso erraza da, erortzeko prozesuan zehar deformatzea, kolapsatzea edo are gehiago.

Sinterning garaian, labe hodiaren tamaina izugarria dela eta, zaila da surtering prozesuan ez dela deformatuko. Siliziozko edukiaren uniformetasuna pobrea da, eta erraza da silikonizaziorik ez, kolapsoa, cracking, etab. Eta silikonazko karburuen labeen hodien ekoizpen zikloa oso luzea da eta labe bakarreko hodi baten ekoizpen zikloa 50 egun baino gehiagokoa da. Hori dela eta, silizio karburo labeetako hodiak ikerketa eta garapen egoeran daude oraindik eta oraindik ez dira masiboak ekoiztu.

Eremu fotovoltaikoan erabilitako silizio karburo zeramikazko materialen kostu nagusia, silizio handiko karburo hautsaren lehengaiak, purutasun handiko silizio polikristalina eta erreakzio sintering kostuak dira.

Silizio karburo hautsaren arazketa teknologiaren etengabeko garapenarekin batera, silizio karburo hautsaren garbitasunak bereizketa magnetikoaren, bilketa eta bestelako teknologien bidez handitzen jarraitzen du, eta garbitasun edukia% 1etik% 0,1era murrizten da. Silizio karburo hautsaren ekoizpen ahalmenaren etengabeko gehikuntzarekin, Silicon karburo hautsaren hautsaren kostua ere gutxitzen ari da.

2020ko bigarren seihilekoaz geroztik, Polysilicon enpresek segidan iragarri dituzte hedapenak. Gaur egun, 1725 milioi tona baino gehiago daude. 2023an 1,45 milioi tona baino gehiagokoa da. Polysilikon-en gehiegizko gehiegizkoa prezioen etengabeko beherakada ekarri du, eta horrek silizio karburoaren zeramikaren kostua murriztu du.

Erreakzioaren sinterizazioari dagokionez, erreakzioaren labeen tamaina ere handitzen ari da, eta labe bakarraren kargatzeko ahalmena ere handitzen ari da. Tamaina handiko erreakzioaren azken labeak 40 pieza baino gehiago kargatu ditzake aldi berean, lehendik dagoen erreakzioak labeen kargatzeko ahalmena baino askoz ere handiagoa da 4 eta 6 pieza. Hori dela eta, sintering kostua ere nabarmen jaitsiko da.

Osotasunean, silizio karburo zeramikazko materialak fotovoltaikoko materialak garbitasun handiagoa, ahalmen handiagoa, kargatzeko gaitasun handiagoa eta kostu txikiagoa garatzen ari dira batez ere.

Ⅲ Silizio karburo zeramikazko materialen esanahia eremu fotovoltaikoan

Gaur egun, etxeko fotovoltaikoan erabilitako kuartzozko kuartzoko harea behar da, batez ere, inportazioen menpe dago oraindik, eta are gehiago kontrolatzen dira atzerriko herrialdeetara esportatutako kuartzozko kuartzoko harearen kantitatea eta zehaztapenak. Purutasun handiko kuartzozko harea materialen hornidura estua ez da arindu eta industria fotovoltaikoaren garapena mugatu du. Aldi berean, kuartzozko materialen bizitza baxua dela eta, denbora-muga lortzeko kalte errazak direla eta, bateriaren teknologiaren garapena larriki mugatu da. Hori dela eta, garrantzi handia du nire herriarekiko atzerriko blokeo teknologikoak kentzeko, kuartzoko materialak silizio karburo zeramikazko materialekin ordezkatzeari buruzko ikerketa eginez.

Konparazio integralean, produktuen errendimendua edo erabilera kostua den ala ez, eguzki zelulen arloan silizio karburo zeramikazko materialak aplikatzea kuartzoko materialak baino abantaila handiagoa da. Industria fotovoltaikoan silizio karburo zeramikazko materialen aplikazioak laguntza handia du enpresa fotovoltaikoetarako material osagarrien inbertsio kostua murrizteko eta produktuen kalitatea eta lehiakortasuna hobetzeko. Etorkizunean, tamaina handiko eskala handiko aplikazioarekinSilikonaren karburo labe hodiak, purutasun handiko silizio karburuen eta itsasontzien euskarriak eta kostuak etengabe murriztea, zelula fotovoltaikoen arloan silizio karburo zeramikazko materialen aplikazioa funtsezko faktorea bihurtuko da energia-energia fotovoltaikoaren arloan industriaren eraginkortasuna hobetzeko eta energia berri fotovoltaikoaren garapenean eragin handia izango du.