فناوری سرامیک کاربید سیلیکون و کاربرد آن در زمینه فتوولتائیک

I. ساختار و خواص کاربید سیلیکون

کاربید سیلیکون SiC حاوی سیلیکون و کربن است. این یک ترکیب چندشکلی معمولی است که عمدتاً شامل α-SiC (نوع پایدار در دمای بالا) و β-SiC (نوع پایدار در دمای پایین) است. بیش از 200 پلی مورف وجود دارد که در میان آنها 3C-SiC β-SiC و 2H-SiC، 4H-SiC، 6H-SiC و 15R-SiC α-SiC معرف بیشتری هستند.

شکل ساختار چند شکلی SiC هنگامی که دما زیر 1600 درجه سانتیگراد است، SiC به شکل β-SiC وجود دارد که می تواند از مخلوط ساده سیلیکون و کربن در دمای حدود 1450 درجه سانتیگراد ساخته شود. هنگامی که دمای آن بالاتر از 1600 درجه سانتیگراد است، β-SiC به آرامی به چند شکل های مختلف α-SiC تبدیل می شود. تولید 4H-SiC در حدود 2000 درجه سانتیگراد آسان است. پلی‌تیپ‌های 6H و 15R در دماهای بالای 2100 درجه سانتیگراد به راحتی تولید می‌شوند. 6H-SiC همچنین می تواند در دمای بالای 2200 درجه سانتیگراد بسیار پایدار بماند، بنابراین در کاربردهای صنعتی رایج تر است. کاربید سیلیکون خالص یک کریستال بی رنگ و شفاف است. کاربید سیلیکون صنعتی بی رنگ، زرد روشن، سبز روشن، سبز تیره، آبی روشن، آبی تیره و حتی سیاه است که به نوبه خود درجه شفافیت آن کاهش می یابد. صنعت ساینده کاربید سیلیکون را بر اساس رنگ به دو دسته تقسیم می کند: کاربید سیلیکون سیاه و کاربید سیلیکون سبز. انواع بی رنگ تا سبز تیره به عنوان کاربید سیلیکون سبز و انواع آبی روشن تا سیاه به عنوان کاربید سیلیکون سیاه طبقه بندی می شوند. هر دو کاربید سیلیکون سیاه و کاربید سیلیکون سبز بلورهای شش ضلعی α-SiC هستند. به طور کلی، سرامیک های کاربید سیلیکون از پودر کاربید سیلیکون سبز به عنوان مواد اولیه استفاده می کنند.

2. فرآیند آماده سازی سرامیک کاربید سیلیکون

مواد سرامیکی کاربید سیلیکون با خرد کردن، آسیاب کردن و دانه بندی مواد اولیه کاربید سیلیکون برای به دست آوردن ذرات SiC با توزیع اندازه ذرات یکنواخت، و سپس فشار دادن ذرات SiC، تف جوشی افزودنی ها و چسب های موقت به یک سفید سبز، و سپس تف جوشی در دمای بالا ساخته می شود. با این حال، به دلیل ویژگی‌های پیوند کووالانسی بالای پیوندهای Si-C (~88٪) و ضریب انتشار پایین، یکی از مشکلات اصلی در فرآیند آماده‌سازی، دشواری چگالش تف جوشی است. روش های تهیه سرامیک های کاربید سیلیکون با چگالی بالا شامل تف جوشی واکنشی، تف جوشی بدون فشار، تف جوشی تحت فشار اتمسفر، تف جوشی پرس گرم، تف جوشی با تبلور مجدد، زینترینگ پرس ایزواستاتیک داغ، تف جوشی پلاسمای جرقه ای و غیره است.

با این حال، سرامیک های کاربید سیلیکون دارای ضعف چقرمگی شکست کم، یعنی شکنندگی بیشتر هستند. به همین دلیل، در سال‌های اخیر، سرامیک‌های چند فازی مبتنی بر سرامیک‌های کاربید سیلیکون، مانند تقویت‌کننده فیبر (یا ویسکر)، تقویت‌کننده پراکندگی ناهمگن ذرات و مواد عملکردی گرادیان، یکی پس از دیگری ظاهر شده‌اند که چقرمگی و استحکام مواد مونومر را بهبود می‌بخشد.

3. کاربرد سرامیک کاربید سیلیکون در زمینه فتوولتائیک

سرامیک های کاربید سیلیکون دارای مقاومت در برابر خوردگی عالی هستند، می توانند در برابر فرسایش مواد شیمیایی مقاومت کنند، عمر مفید را افزایش دهند و مواد شیمیایی مضر را آزاد نکنند، که الزامات حفاظت از محیط زیست را برآورده می کند. در عین حال، تکیه گاه های قایق کاربید سیلیکون نیز مزایای هزینه بهتری دارند. اگرچه قیمت خود مواد کاربید سیلیکون نسبتاً بالا است، اما دوام و پایداری آنها می تواند هزینه های عملیاتی و دفعات تعویض را کاهش دهد. در دراز مدت، آنها مزایای اقتصادی بالاتری دارند و به محصولات اصلی در بازار پشتیبانی قایق های فتوولتائیک تبدیل شده اند.

هنگامی که از سرامیک های کاربید سیلیکون به عنوان مواد حامل کلیدی در فرآیند تولید سلول های فتوولتائیک استفاده می شود، تکیه گاه های قایق، جعبه های قایق، اتصالات لوله و سایر محصولات ساخته شده پایداری حرارتی خوبی دارند، در دماهای بالا تغییر شکل نمی دهند و آلاینده های مضر رسوبی ندارند. آن‌ها می‌توانند پایه‌های متداول قایق کوارتز، جعبه‌های قایق و اتصالات لوله را جایگزین کنند و دارای مزایای هزینه قابل توجهی باشند. پایه های قایق کاربید سیلیکون از کاربید سیلیکون به عنوان ماده اصلی ساخته شده است. در مقایسه با تکیه گاه های قایق کوارتز سنتی، پایه های قایق کاربید سیلیکون پایداری حرارتی بهتری دارند و می توانند ثبات را در محیط های با دمای بالا حفظ کنند. تکیه گاه های قایق کاربید سیلیکون در محیط های با دمای بالا عملکرد خوبی دارند و به راحتی تحت تأثیر گرما قرار نمی گیرند و تغییر شکل نمی دهند یا آسیب نمی بینند. آنها برای فرآیندهای تولیدی که نیاز به عملیات حرارتی بالا دارند، مناسب هستند که برای حفظ ثبات و ثبات فرآیند تولید مفید است.

عمر مفید: بر اساس تجزیه و تحلیل گزارش داده ها: عمر مفید سرامیک های کاربید سیلیکون بیش از 3 برابر پایه های قایق، جعبه های قایق و اتصالات لوله ساخته شده از مواد کوارتز است که دفعات تعویض مواد مصرفی را به شدت کاهش می دهد.