碳化硅陶瓷在光伏领域的应用与研究

 2025-03-10 | 阅读次数:1117

随着太阳能光伏行业的发展,扩散炉、LPCVD炉是太阳能电池片生产的主要设备,其中舟、舟托、炉管、悬臂桨为其核心部件,直接影响着太阳能电池片的有效性能。

传统的舟和舟托为石英材质,寿命较低,导致电池成本居高不下。碳化硅陶瓷具有优越良好的机械强度、热稳定性、耐高温性、抗氧化性、抗热震性及耐化学腐蚀性,采用碳化硅陶瓷舟、舟托,能够有效避免其磨损及断裂,提高工艺的稳定性并延长使用寿命。

碳化硅陶瓷材料在光伏领域未来的主要向着纯度更高、承载能力更强、装片量更高、成本更低的趋势发展。


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领域和优势





碳化硅陶瓷在光伏电池领域应用的主要产品有碳化硅舟托、碳化硅小舟、碳化硅炉管、碳化硅悬臂桨、碳化硅杆、碳化硅保护管等等。其中,碳化硅舟托、碳化硅小舟是取代原有的石英舟托、小舟,由于优势明显,发展迅速,已成为光伏电池片生产工艺过程中关键载具材料方面的良好选择。

反应烧结碳化硅陶瓷是光伏电池领域应用广泛的碳化硅陶瓷,其优势是烧结温度低、生产成本低、材料致密化程度较高,特别是反应烧结过程中几乎不产生体积收缩,特别适合大尺寸复杂形状结构件的制备,因此适合于生产舟托、小舟、悬臂桨、炉管等大尺寸复杂产品。


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在太阳能光伏电池的制造过程中,硅片放置在小舟上,小舟放置于舟托上进行扩散、LPCVD等热制程,而碳化硅悬臂桨(杆)是将承载硅片的舟托移入和移出加热炉的关键装载部件,如下图所示。碳化硅悬臂桨(杆)能够保证硅片与炉管的同心度,进而使扩散、钝化更均匀,同时在高温下无污染、不变形。


目前普遍使用的石英舟托、小舟、管件等受制于国内外高纯石英砂矿源限制,且普通的石英舟、舟托在LPCVD工序寿命通常只有3-4个月。因此,改善舟托材料提高舟托强度及使用寿命从而避免此类事故的发生显得尤为重要。

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发展趋势





目前已有多家光伏企业开始使用碳化硅舟托。LPCVD用碳化硅舟托通常是单舟托,每个舟托可以放置10-12个小舟,长度也从1900mm向2700mm发展,承载要求也从50kg逐步向80kg发展。

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用于硼扩的碳化硅舟托,由于硼扩的使用温度高,在高温下舟托里的杂质容易挥发出来对电池片造成污染,进而影响电池片的转换效率,因此对舟托材料的纯度有更高的要求。

碳化硅小舟未来很有发展前景,碳化硅小舟如下图所示。因为碳化硅小舟直接与电池片接触,因此即使在LPCVD工序,也要有很高的纯度,以防止污染硅片。碳化硅舟的难点在于机加工。碳化硅陶瓷是典型的硬脆型难加工材料,而小舟的形位公差要求非常严格。

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综合来看,碳化硅陶瓷材料在光伏领域未来的主要向着纯度更高、承载能力更强、装片量更高、成本更低的趋势发展。


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应用意义







碳化硅陶瓷舟托、小舟、管件制品强度更高,热稳定性更好,且寿命更高,可显著降低使用成本及维修停线造成的常能损失,成本优势明显。无论是产品性能和使用成本,碳化硅陶瓷材料在太阳能电池领域的应用都比石英材料更具有优势,对光伏企业减少辅材投资成本,提高产品质量和竞争力有着巨大的帮助。


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