光伏行業(yè)的新熱場(chǎng)材料
本文主要概述了單晶硅爐熱場(chǎng)材料的發(fā)展概況，以及石墨熱場(chǎng)材料與C/C熱場(chǎng)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(chǎng)材料將是今后光伏熱場(chǎng)材料的重點(diǎn)發(fā)展方向。
來(lái)源：《太陽(yáng)能發(fā)電》雜志 ■ 2015/04 文：許鵬 戴開(kāi)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(chǎng)材料的發(fā)展概況，以及石墨熱場(chǎng)材料與C/C熱場(chǎng)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(chǎng)材料將是今后光伏熱場(chǎng)材料的重點(diǎn)發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：光伏產(chǎn)業(yè)；熱場(chǎng)材料；C/C復(fù)合材料；石墨；單晶硅
1.單晶硅熱場(chǎng)材料的發(fā)展現(xiàn)狀
根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，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(wú)污染、安全、長(zhǎng)壽、維護(hù)簡(jiǎn)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ΑＴ?009年，我國(guó)多晶硅占全球總產(chǎn)能的25%左右，硅片占65%，太陽(yáng)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(yáng)能企業(yè)中我國(guó)占據(jù)4席。同時(shí)，我國(guó)從事太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的企業(yè)有580多家。在太陽(yáng)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(chǎng)的主體，硅基（多晶硅、單晶硅）太陽(yáng)能電池占80%以上。光伏產(chǎn)業(yè)的急劇發(fā)展直接帶動(dòng)了關(guān)鍵配套熱場(chǎng)材料的迅猛發(fā)展。光伏行業(yè)的熱場(chǎng)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(guò)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(guó)現(xiàn)有工作狀態(tài)的單品爐超過(guò)2000臺(tái)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(chǎng)為主，直拉單晶爐用以生產(chǎn)太陽(yáng)能電池用的硅單晶材料以18寸熱場(chǎng)為主。單晶爐熱場(chǎng)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(gè)部件。隨著單晶尺寸的增大，對(duì)石墨的規(guī)格及特性的要求也越來(lái)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(guò)程。相對(duì)于硅棒(片)的尺寸，工藝上要求熱場(chǎng)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(chǎng)部件。如上所述，現(xiàn)代工業(yè)對(duì)熱單晶爐場(chǎng)材料規(guī)格的要求有朝大尺寸發(fā)展的趨勢(shì)。目前國(guó)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(chǎng)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(jià)格昂貴，供貨不及時(shí)，這將影響我國(guó)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(guó)家競(jìng)相開(kāi)發(fā)，用作單晶硅爐用熱場(chǎng)材料。目前，國(guó)外C/C復(fù)合材料熱場(chǎng)產(chǎn)品已得到實(shí)際應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)商品化，國(guó)內(nèi)也有多家單位開(kāi)展了這方面的研究。國(guó)外C/C復(fù)合材料熱場(chǎng)產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)為研制人直徑、高強(qiáng)度、長(zhǎng)使用壽命的C/C復(fù)合材料熱場(chǎng)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(chǎng)材料用于單晶硅爐中，在德國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、日本已經(jīng)開(kāi)始研究和應(yīng)用，但是由于其造價(jià)較高，在國(guó)內(nèi)，C/C復(fù)合材料作為熱場(chǎng)材料發(fā)展緩慢，國(guó)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(chǎng)材料。預(yù)計(jì)，C/C熱場(chǎng)材料將成為以后單晶硅拉制爐用的主要熱場(chǎng)材料。
作者：許鵬 戴開(kāi)瑛 張治軍 來(lái)源：《太陽(yáng)能發(fā)電》雜志 責(zé)任編輯：wutongyufg
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