中國粉體網(wǎng)訊  隨著當(dāng)今世界的不斷發(fā)展，不可再生能源日益枯竭,，人類社會對“風(fēng)光水核”為代表的可再生能源的高效利用日漸緊迫。相較于其它可再生能源,，人類對太陽能的利用技術(shù)最為成熟,，安全可靠。其中,，以高純硅為基板的光伏電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展極為迅猛,。截至2023年底，我國的累計太陽能光伏裝機容量已經(jīng)超過250千兆瓦,，光伏發(fā)電累計達2663億千瓦時,，同比增長約30%，新增發(fā)電裝機規(guī)模7842萬千瓦,，同比增長154%,。截至6月底,，光伏發(fā)電累計裝機規(guī)模約4.7億千瓦，已超過水電成為我國裝機規(guī)模第二大電源,。

在光伏產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的同時,，與之配套的新材料產(chǎn)業(yè)也在迅速發(fā)展，其中石英坩堝,、石英舟,、石英瓶等石英部件便在其列，在光伏制造過程中扮演著重要角色,，如石英坩堝在硅棒,、硅錠生產(chǎn)中用于盛裝熔融硅；石英舟,、管,、瓶、清洗槽等在電池片生產(chǎn)過程中的擴散,、清洗等工藝環(huán)節(jié)中起到承載功能等,，保障了硅材料的純凈度和質(zhì)量。

光伏制造用石英部件的主要應(yīng)用

01.某些環(huán)節(jié),，石英部件未必“最香”

在太陽能光伏電池的制造過程中,，硅片放置在小舟上，小舟放置于舟托上進行擴散,、LPCVD等熱制程,，而碳化硅懸臂槳（桿）是將承載硅片的舟托移入和移出加熱爐的關(guān)鍵裝載部件。如下圖所示,，碳化硅懸臂槳（桿）能夠保證硅片與爐管的同心度,，進而使擴散、鈍化更均勻,，同時在高溫下無污染,、不變形，具有良好的抗熱震穩(wěn)定性,、載重量大,，已被廣泛應(yīng)用于光伏電池領(lǐng)域。

電池關(guān)鍵裝載部件示意圖

傳統(tǒng)的石英舟和舟托,，在軟著陸擴散工藝流程中,，需要將硅片連同石英舟托一起放入擴散爐內(nèi)的石英管中。在每次擴散工藝中,，將裝滿硅片的石英舟托放到碳化硅槳上,，碳化硅槳進入石英管后，槳自動下沉放下石英舟托和硅片,，然后慢慢運行回原點,，每次工藝結(jié)束后,，都需要將石英舟托從碳化硅槳上取下。如此頻繁的操作,，長時間會造成石英舟托磨損,，一旦石英舟托出現(xiàn)裂紋斷裂，整個石英舟托就會從碳化硅槳上掉落下來,，進而砸壞下方的石英件,、硅片和碳化硅槳。碳化硅槳的價格昂貴且不可返修,，一旦出現(xiàn)事故就會造成巨大的財產(chǎn)損失,。

在LPCVD環(huán)節(jié)，不僅會出現(xiàn)上述的熱應(yīng)力問題,，由于LPCVD工藝要對硅片通硅烷氣體,，長期的工藝還會讓舟托和小舟表現(xiàn)形成硅涂層，由于涂層硅和石英熱膨脹系數(shù)不一致,，導(dǎo)致舟托和小舟開裂,，壽命嚴(yán)重降低。普通的石英舟,、舟托在LPCVD工序壽命通常只有2～3個月,。因此，改善舟托材料提高舟托強度及使用壽命從而避免此類事故的發(fā)生顯得尤為重要,。

總之,，在電池片生產(chǎn)過程中隨著工藝時間及次數(shù)的增加，石英舟等部件容易發(fā)生隱裂甚至斷裂,，國內(nèi)當(dāng)前主流量產(chǎn)線石英舟和石英管壽命約3-6月,，需定期停機清洗、維護,、更換石英載具,。而且，石英部件所用原料高純度石英砂目前處于供需緊張,，價格長期高位運行的狀態(tài),，這顯然不利于生產(chǎn)效率與經(jīng)濟效益的提高。

02.碳化硅陶瓷“露臉”

現(xiàn)在,，人們想到了一種性能更好的材料來代替部分石英部件——碳化硅陶瓷。

碳化硅陶瓷具有良好的機械強度,、熱穩(wěn)定性,、耐高溫性、抗氧化性,、抗熱震性及耐化學(xué)腐蝕性,，被廣泛應(yīng)用于冶金,、機械、新能源和建材化工等熱門領(lǐng)域,。其性能也足以勝任光伏制造中TOPcon電池的擴散,、LPCVD（低壓化學(xué)氣相沉積）、PECVD（等離子化學(xué)氣相沉積）等熱制程環(huán)節(jié),。

LPCVD碳化硅舟托與硼擴用碳化硅舟托

相比于傳統(tǒng)的石英材料,，碳化硅陶瓷材料制作的舟托、小舟,、管件制品強度更高,，熱穩(wěn)定性更好，高溫使用不變形,，且壽命是石英材質(zhì)的5倍以上,，可顯著降低使用成本及維修停線造成的常能損失，成本優(yōu)勢明顯,，且原料來源廣泛,。

其中，反應(yīng)燒結(jié)碳化硅（Reaction Bonded Silicon Carbide,，RBSC）燒結(jié)溫度低,、生產(chǎn)成本低、材料致密化程度較高,，特別是反應(yīng)燒結(jié)過程中幾乎不發(fā)生體積收縮現(xiàn)象,，特別適合大尺寸復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件的制備，因此最適合于生產(chǎn)舟托,、小舟,、懸臂槳、爐管等大尺寸復(fù)雜產(chǎn)品,。

據(jù)了解,，如隆基綠能科技股份有限公司、晶科能源股份有限公司,、一道新能源科技股份有限公司等光伏龍頭企業(yè)已開始使用碳化硅舟托,。

碳化硅舟托市場規(guī)模及預(yù)測，來源：頭豹

碳化硅小舟未來也很有發(fā)展前景,。無論LPCVD過程還是硼擴過程,，石英舟的壽命都相對較低，且石英材料的熱膨脹系數(shù)和碳化硅材料不一致,，因此在高溫下和碳化硅舟托的配合過程中也容易出現(xiàn)偏差,，進而導(dǎo)致晃舟甚至碎舟的情況。碳化硅小舟采用一體成型,，整體加工的工藝路線,，其形位公差要求高,，和碳化硅舟托配合更好，且碳化硅強度高,，因人為碰撞導(dǎo)致的小舟碎裂情況要比石英舟少很多,。

碳化硅舟

爐管是爐膛的主要傳熱部件，起到密封,、傳熱均勻的效果,。碳化硅爐管相較于石英爐管具有導(dǎo)熱性好，受熱均勻,，熱穩(wěn)定性好的特點,，壽命是石英管的5倍以上。但是,，碳化硅爐管制造難度非常高,，成品率也非常低，目前仍處于研發(fā)狀態(tài),，還未批量生產(chǎn),。

小結(jié)

綜合比較而言，無論是產(chǎn)品性能,，還是使用成本,，碳化硅陶瓷材料在太陽能電池領(lǐng)域的某些環(huán)節(jié)都比石英材料更具有優(yōu)勢，碳化硅陶瓷材料應(yīng)用于光伏行業(yè),，對光伏企業(yè)減少輔材投資成本,，提高產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力有著巨大的幫助。未來,，隨著大尺寸碳化硅爐管,，高純碳化硅舟、舟托的大量應(yīng)用及成本的不斷降低,，碳化硅陶瓷材料在光伏電池領(lǐng)域的應(yīng)用將會成為光伏發(fā)電領(lǐng)域提高光能轉(zhuǎn)化效率,，降低行業(yè)成本的關(guān)鍵因素，對光伏新能源發(fā)展有重要影響,。

參考來源：

[1]李夢飛等.碳化硅陶瓷在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用與研究

[2]馬文杰.光伏直流微電網(wǎng)碳化硅高壓變換器拓撲及效率優(yōu)化研究

[3]頭豹詞條,、光伏研習(xí)社、中國粉體網(wǎng)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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