光伏行業(yè)的新熱場材料
本文主要概述了單晶硅爐熱場材料的發(fā)展概況，以及石墨熱場材料與C/C熱場材料的性能比較。并指出，隨著產(chǎn)量的提高和生產(chǎn)設(shè)備的大型化，C/C復(fù)合熱場材料將是今后光伏熱場材料的重點(diǎn)發(fā)展方向。
來源：《太陽能發(fā)電》雜志 ■ 2015/04 文：許鵬 戴開瑛 張治軍（作者單位：湖南南方搏云新材料有限責(zé)任公司）
摘要：本文主要概述了單晶硅爐熱場材料的發(fā)展概況，以及石墨熱場材料與C/C熱場材料的性能比較。并指出，隨著產(chǎn)量的提高和生產(chǎn)設(shè)備的大型化，C/C復(fù)合熱場材料將是今后光伏熱場材料的重點(diǎn)發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：光伏產(chǎn)業(yè)；熱場材料；C/C復(fù)合材料；石墨；單晶硅
1.單晶硅熱場材料的發(fā)展現(xiàn)狀
根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2020年可再生能源在全球能源消費(fèi)中的比例將達(dá)到30%，其中，光伏發(fā)電由于具有無污染、安全、長壽、維護(hù)簡單、資源永不枯竭和分布廣泛等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的新能源，有著不可估量的發(fā)展?jié)摿�。�?009年，我國多晶硅占全球總產(chǎn)能的25%左右，硅片占65%，太陽能電池占51%，組件占61%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2009年度，世界10強(qiáng)太陽能企業(yè)中我國占據(jù)4席。同時，我國從事太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的企業(yè)有580多家。在太陽能光伏產(chǎn)業(yè)中，硅系材料是最好的光電轉(zhuǎn)換材料之一，是當(dāng)今市場的主體，硅基（多晶硅、單晶硅）太陽能電池占80%以上。光伏產(chǎn)業(yè)的急劇發(fā)展直接帶動了關(guān)鍵配套熱場材料的迅猛發(fā)展。光伏行業(yè)的熱場材料主要包括高純度的碳石墨材料和C/C復(fù)合材料，以制取高純度和大尺寸單晶硅棒。
目前在硅材料的生產(chǎn)制造過程中大量使用石墨制品。其中，石墨制品在直拉單晶硅工藝中應(yīng)用尤為典型。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有工作狀態(tài)的單品爐超過2000臺左右。其中直拉單晶爐用以生產(chǎn)硅半導(dǎo)體器件所需的硅單晶材料以16寸熱場為主，直拉單晶爐用以生產(chǎn)太陽能電池用的硅單晶材料以18寸熱場為主。單晶爐熱場零部件除保溫氈以外，主要由高純度等靜壓石墨構(gòu)成，有20多個部件。隨著單晶尺寸的增大，對石墨的規(guī)格及特性的要求也越來越高。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，硅片的直徑也經(jīng)歷了從70年代的2寸到本世紀(jì)的12寸，甚至16寸的發(fā)展過程。相對于硅棒(片)的尺寸，工藝上要求熱場尺寸是其3倍。即，生產(chǎn)12寸的硅單品，就需要36寸(900mm)直徑的熱場部件。如上所述，現(xiàn)代工業(yè)對熱單晶爐場材料規(guī)格的要求有朝大尺寸發(fā)展的趨勢。目前國內(nèi)石墨廠家所擁有的等靜壓石墨生產(chǎn)設(shè)備尚不能滿足市場的這一需求。大規(guī)格石墨基本上依賴進(jìn)口。年進(jìn)口大規(guī)格等靜壓石墨總量應(yīng)該在1000噸以上，進(jìn)口石墨價格昂貴，供貨不及時，這將影響我國微電子工業(yè)的發(fā)展。
C/C復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、耐燒蝕性好、抗熱沖擊性好、損傷容限高、高溫強(qiáng)度高等突出特點(diǎn)，世界先進(jìn)國家競相開發(fā)，用作單晶硅爐用熱場材料。目前，國外C/C復(fù)合材料熱場產(chǎn)品已得到實(shí)際應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)商品化，國內(nèi)也有多家單位開展了這方面的研究。國外C/C復(fù)合材料熱場產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢為研制人直徑、高強(qiáng)度、長使用壽命的C/C復(fù)合材料熱場產(chǎn)品，以適應(yīng)單晶硅逐漸向大型方向發(fā)展的需要。C/C復(fù)合材料作為熱場材料用于單晶硅爐中，在德國、美國、俄羅斯、日本已經(jīng)開始研究和應(yīng)用，但是由于其造價較高，在國內(nèi)，C/C復(fù)合材料作為熱場材料發(fā)展緩慢，國內(nèi)許多公司已與單晶硅生產(chǎn)廠家合作，生產(chǎn)性能優(yōu)良的單晶硅拉制爐用C/C熱場材料。預(yù)計(jì)，C/C熱場材料將成為以后單晶硅拉制爐用的主要熱場材料。
作者：許鵬 戴開瑛 張治軍 來源：《太陽能發(fā)電》雜志 責(zé)任編輯：wutongyufg
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