Tecnologia cerâmica de carboneto de silício e sua aplicação no campo fotovoltaico

I. Estrutura e propriedades do carboneto de silício

O carboneto de silício SiC contém silício e carbono. É um composto polimórfico típico, incluindo principalmente α-SiC (tipo estável em alta temperatura) e β-SiC (tipo estável em baixa temperatura). Existem mais de 200 polimorfos, entre os quais 3C-SiC de β-SiC e 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC e 15R-SiC de α-SiC são mais representativos.

Figura Estrutura polimórfica do SiC Quando a temperatura está abaixo de 1600 ℃, o SiC existe na forma de β-SiC, que pode ser feito a partir de uma simples mistura de silício e carbono a uma temperatura de cerca de 1450 ℃. Quando é superior a 1600 ℃, o β-SiC transforma-se lentamente em vários polimorfos de α-SiC. 4H-SiC é fácil de gerar em torno de 2.000 ℃; Os politipos 6H e 15R são fáceis de gerar em altas temperaturas acima de 2100°C; O 6H-SiC também pode permanecer muito estável em temperaturas acima de 2.200 ℃, por isso é mais comum em aplicações industriais. O carboneto de silício puro é um cristal incolor e transparente. O carboneto de silício industrial é incolor, amarelo claro, verde claro, verde escuro, azul claro, azul escuro e até preto, com o grau de transparência diminuindo por sua vez. A indústria de abrasivos divide o carboneto de silício em duas categorias de acordo com a cor: carboneto de silício preto e carboneto de silício verde. Os incolores a verdes escuros são classificados como carboneto de silício verde, e os azuis claros a pretos são classificados como carboneto de silício preto. Tanto o carboneto de silício preto quanto o carboneto de silício verde são cristais hexagonais α-SiC. Geralmente, a cerâmica de carboneto de silício usa pó de carboneto de silício verde como matéria-prima.

2. Processo de preparação de cerâmica de carboneto de silício

O material cerâmico de carboneto de silício é feito triturando, triturando e classificando matérias-primas de carboneto de silício para obter partículas de SiC com distribuição uniforme de tamanho de partícula e, em seguida, pressionando as partículas de SiC, aditivos de sinterização e adesivos temporários em uma placa verde e, em seguida, sinterizando em alta temperatura. Porém, devido às altas características de ligação covalente das ligações Si-C (~88%) e ao baixo coeficiente de difusão, um dos principais problemas no processo de preparação é a dificuldade de densificação da sinterização. Os métodos de preparação de cerâmica de carboneto de silício de alta densidade incluem sinterização de reação, sinterização sem pressão, sinterização à pressão atmosférica, sinterização por prensagem a quente, sinterização por recristalização, sinterização por prensagem isostática a quente, sinterização por plasma de faísca, etc.

Porém, as cerâmicas de carboneto de silício apresentam a desvantagem da baixa tenacidade à fratura, ou seja, maior fragilidade. Por esta razão, nos últimos anos, cerâmicas multifásicas baseadas em cerâmicas de carboneto de silício, como reforço de fibra (ou whisker), reforço de dispersão de partículas heterogêneas e materiais funcionais gradientes têm aparecido uma após a outra, melhorando a tenacidade e a resistência dos materiais monoméricos.

3. Aplicação de cerâmica de carboneto de silício no campo fotovoltaico

A cerâmica de carboneto de silício tem excelente resistência à corrosão, pode resistir à erosão de substâncias químicas, prolongar a vida útil e não liberar produtos químicos nocivos, o que atende aos requisitos de proteção ambiental. Ao mesmo tempo, os suportes para barcos de carboneto de silício também apresentam melhores vantagens de custo. Embora o preço dos materiais de carboneto de silício seja relativamente alto, sua durabilidade e estabilidade podem reduzir os custos operacionais e a frequência de substituição. No longo prazo, eles apresentam maiores benefícios econômicos e se tornaram os principais produtos no mercado de suporte para barcos fotovoltaicos.

Quando a cerâmica de carboneto de silício é usada como material de suporte chave no processo de produção de células fotovoltaicas, os suportes para barcos, caixas para barcos, acessórios para tubos e outros produtos fabricados têm boa estabilidade térmica, não são deformados em altas temperaturas e não possuem poluentes precipitados prejudiciais. Eles podem substituir os suportes para barcos de quartzo, caixas para barcos e acessórios para tubos comumente usados ​​​​atualmente e têm vantagens de custo significativas. Os suportes para barcos de carboneto de silício são feitos de carboneto de silício como material principal. Comparados com os suportes tradicionais para barcos de quartzo, os suportes para barcos de carboneto de silício têm melhor estabilidade térmica e podem manter a estabilidade em ambientes de alta temperatura. Os suportes para barcos de carboneto de silício funcionam bem em ambientes de alta temperatura e não são facilmente afetados pelo calor e não são deformados ou danificados. São adequados para processos de produção que requerem tratamento em alta temperatura, o que contribui para manter a estabilidade e consistência do processo de produção.

Vida útil: De acordo com a análise do relatório de dados: A vida útil da cerâmica de carboneto de silício é mais de 3 vezes maior que a dos suportes para barcos, caixas para barcos e acessórios para tubos feitos de materiais de quartzo, o que reduz bastante a frequência de substituição de consumíveis.