中國(guó)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(lèi)社會(huì)對(duì)“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(lèi)對(duì)太陽(yáng)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(guó)的累計(jì)太陽(yáng)能光伏裝機(jī)容量已經(jīng)超過(guò)250千兆瓦,，光伏發(fā)電累計(jì)達(dá)2663億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)約30%,，新增發(fā)電裝機(jī)規(guī)模7842萬(wàn)千瓦,，同比增長(zhǎng)154%。截至6月底,，光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模約4.7億千瓦,，已超過(guò)水電成為我國(guó)裝機(jī)規(guī)模第二大電源。
在光伏產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的同時(shí),，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(guò)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(guò)程中的擴(kuò)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(yáng)能光伏電池的制造過(guò)程中,，硅片放置在小舟上,，小舟放置于舟托上進(jìn)行擴(kuò)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(jìn)而使擴(kuò)散,、鈍化更均勻，同時(shí)在高溫下無(wú)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(kuò)散工藝流程中,，需要將硅片連同石英舟托一起放入擴(kuò)散爐內(nèi)的石英管中,。在每次擴(kuò)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(jìn)入石英管后,，槳自動(dòng)下沉放下石英舟托和硅片，然后慢慢運(yùn)行回原點(diǎn),，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(zhǎng)時(shí)間會(huì)造成石英舟托磨損,，一旦石英舟托出現(xiàn)裂紋斷裂，整個(gè)石英舟托就會(huì)從碳化硅槳上掉落下來(lái),，進(jìn)而砸壞下方的石英件,、硅片和碳化硅槳。碳化硅槳的價(jià)格昂貴且不可返修,，一旦出現(xiàn)事故就會(huì)造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失,。
在LPCVD環(huán)節(jié)，不僅會(huì)出現(xiàn)上述的熱應(yīng)力問(wèn)題,，由于LPCVD工藝要對(duì)硅片通硅烷氣體,，長(zhǎng)期的工藝還會(huì)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(kāi)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(gè)月,。因此,，改善舟托材料提高舟托強(qiáng)度及使用壽命從而避免此類(lèi)事故的發(fā)生顯得尤為重要。
總之,，在電池片生產(chǎn)過(guò)程中隨著工藝時(shí)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(guó)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(jī)清洗,、維護(hù)、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(jià)格長(zhǎng)期高位運(yùn)行的狀態(tài),，這顯然不利于生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)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(lái)代替部分石英部件——碳化硅陶瓷,。
碳化硅陶瓷具有良好的機(jī)械強(qiáng)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(jī)械,、新能源和建材化工等熱門(mén)領(lǐng)域。其性能也足以勝任光伏制造中TOPcon電池的擴(kuò)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(kuò)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(qiáng)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(shì)明顯，且原料來(lái)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(guò)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(kāi)始使用碳化硅舟托,。
碳化硅舟托市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè),，來(lái)源：頭豹
碳化硅小舟未來(lái)也很有發(fā)展前景。無(wú)論LPCVD過(guò)程還是硼擴(kuò)過(guò)程,，石英舟的壽命都相對(duì)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(guò)程中也容易出現(xiàn)偏差,，進(jìn)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(qiáng)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(diǎn),，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(wú)論是產(chǎn)品性能,，還是使用成本,，碳化硅陶瓷材料在太陽(yáng)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(shì),，碳化硅陶瓷材料應(yīng)用于光伏行業(yè)，對(duì)光伏企業(yè)減少輔材投資成本,，提高產(chǎn)品質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力有著巨大的幫助,。未來(lái)，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(huì)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(duì)光伏新能源發(fā)展有重要影響。
參考來(lái)源：
[1]李夢(mèng)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?fù)浼靶蕛?yōu)化研究
[3]頭豹詞條,、光伏研習(xí)社,、中國(guó)粉體網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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