氮化硅陶瓷在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟛粩嘣黾?，光伏產(chǎn)業(yè)正在迅速發(fā)展并逐漸成為全球能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。多晶硅作為光伏電池的主要原材料，在多晶硅的生產(chǎn)中，氮化硅陶瓷發(fā)揮了重要的作用。

1、光伏脫模劑用氮化硅粉體

氮化硅是目前多晶硅鑄錠生產(chǎn)中普遍使用的涂層材料。在多晶硅鑄錠生產(chǎn)（包括準(zhǔn)單晶鑄錠）過(guò)程中，為了防止硅熔液與石英坩堝發(fā)生反應(yīng)而相互黏合，即所謂的粘堝，坩堝內(nèi)壁通常需要預(yù)先制備一層氮化硅涂層作為脫模劑。目前，常規(guī)多晶硅鑄錠生產(chǎn)中通常采用噴涂法在坩堝內(nèi)壁制作氮化硅涂層。

圖 石英坩堝噴涂氮化硅層涂，來(lái)源：Kurt Fuchs / Fraunhofer IISB

氮化硅耐高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性好，致密性好，是強(qiáng)共價(jià)鍵化合物，其自擴(kuò)散系數(shù)低，抗雜質(zhì)擴(kuò)散和防水汽滲透能力強(qiáng)，同時(shí)具有良好的抗氧化、抗腐蝕和耐摩擦等性能，并且不與熔融Si發(fā)生反應(yīng)，非常符合提純多晶硅過(guò)程中坩堝涂層的要求。

圖 ?光伏級(jí)氮化硅粉，來(lái)源：河北高富

作為涂層材料，氮化硅與熔融Si要具有優(yōu)異的可脫離性和優(yōu)異的抗侵蝕性，純度高，涂層與坩堝壁之間的結(jié)合強(qiáng)度高，高溫性能好，與Si熔液不粘連，α相含量高，粒度分布窄。光伏脫模劑用氮化硅粉主要廠家有:日本UBE、德國(guó)H.C.Starck、ALZChem、煙臺(tái)同立、青島瓷興、新疆晶碩、河北高富等。

2、多晶硅還原爐用氮化硅制品

業(yè)界生產(chǎn)多晶硅的方法有多種，其中比較常見(jiàn)的是氫還原法，也稱西門子法，目前應(yīng)用的比較廣泛的為改良西門子法，改良西門子法將高純的氫氣和高純度的硅的反應(yīng)物（多為硅鹵化物）作為原料，按一定比例通入到反應(yīng)容器內(nèi)（即多晶硅還原爐），在高溫高壓的環(huán)境下，氫氣還原硅的反應(yīng)物，從而形成多晶硅，形成的多晶硅會(huì)沉積在硅芯上。隨著化學(xué)反應(yīng)的繼續(xù)，沉積在硅芯上的多晶硅越來(lái)越多，逐漸將硅芯全部覆蓋，變成一根外部包裹著多晶硅的棒狀體，俗稱硅棒。

圖 太陽(yáng)能用氮化硅陶瓷制品，來(lái)源：中材高新氮化物

氮化硅陶瓷制品主要應(yīng)用于多晶硅還原爐中，多晶硅還原爐是提煉多晶硅棒的專用設(shè)備，多晶硅還原爐用氮化硅制品按照用途分為氮化硅絕緣環(huán)（套筒）、氮化硅尾氣罩、氮化硅噴嘴等。氮化硅陶瓷具有良好的耐腐蝕、抗熱沖擊性能以及優(yōu)良的高溫力學(xué)性能和電絕緣性等特性，廣泛應(yīng)用于高溫、腐蝕、大載荷等苛刻環(huán)境下。氮化硅陶瓷使用壽命更長(zhǎng)，比石英陶瓷同類產(chǎn)品壽命高 10 倍，氧化鋁材料產(chǎn)品壽命長(zhǎng) 5 倍以上，減少意外停爐損失，提高綜合效益。

①氮化硅絕緣環(huán)

多晶硅還原爐的啟動(dòng)方法都是采用8000～10000伏的高電壓將硅芯擊穿啟動(dòng)，為保證安全生產(chǎn)，必須對(duì)其電極做好相應(yīng)的絕緣措施。另外多晶硅生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)高溫的氣相沉積過(guò)程，電極的絕緣元件所處熱場(chǎng)溫度梯度大，再加上生產(chǎn)和出料過(guò)程中倒棒沖擊絕緣元件的影響，這都要求絕緣元件要有良好的機(jī)械強(qiáng)度，絕緣強(qiáng)度，抗電擊穿能力和優(yōu)良的耐熱驟變性及化學(xué)穩(wěn)定性，才能達(dá)到絕緣和保護(hù)電極的效果。

圖 氮化硅絕緣環(huán)，來(lái)源：中材高新氮化物

氮化硅陶瓷環(huán)絕緣性好、韌性高、耐高溫和抗震性好，能滿足多晶硅還原爐的環(huán)境使用要求，提高工作效率，使用壽命是氧化鋁絕緣環(huán)的10倍以上。

圖 氮化硅制品在多晶硅還原爐的應(yīng)用，來(lái)源：中材高新氮化物

氮化硅絕緣環(huán)（套筒）不會(huì)與氫氣、氯化氫、氯化硅等氣體反應(yīng)，穩(wěn)定性好，能起到隔熱、防腐、耐高溫效果，既可以有效防止剝落的碳?xì)值葘?dǎo)電材料將電極與底盤接通，造成短路現(xiàn)象，又可以將電極體與還原爐內(nèi)的高溫隔離，從而避免還原爐發(fā)生氫氣泄漏甚至爆炸等安全事故。

②氮化硅尾氣罩

多晶硅還原爐尾氣孔絕大多數(shù)在多晶硅還原爐底盤上，一般底盤上有若干個(gè)尾氣孔，同時(shí)在生產(chǎn)多晶硅過(guò)程中，爐內(nèi)也經(jīng)常出現(xiàn)硅棒倒棒問(wèn)題，掉下的小硅塊很容易進(jìn)入到尾氣孔，堵塞尾氣孔，導(dǎo)致循環(huán)反應(yīng)無(wú)法正常進(jìn)行，為了避免這個(gè)問(wèn)題發(fā)生，因此一般在尾氣孔上安裝一個(gè)尾氣罩裝置。

圖 氮化硅尾氣罩，來(lái)源：新疆晶碩

氮化硅尾氣罩具有耐高溫、耐腐蝕、無(wú)污染，抗熱沖擊性能強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度高，操作方便，絕緣程度高，不受還原氣氛影響，性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)等性能，應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)，可有效防止硅渣、硅塊進(jìn)入尾氣管道。

③氮化硅噴嘴

多晶硅還原爐的氣體通過(guò)噴嘴的噴腔向上噴入到爐筒內(nèi)。氮化硅材質(zhì)的進(jìn)氣噴嘴具有優(yōu)良的耐磨性能，能夠規(guī)避氣體發(fā)生偏流，還能夠規(guī)避雜質(zhì)進(jìn)入到爐筒內(nèi)。

多晶硅還原爐用氮化硅制品相關(guān)國(guó)內(nèi)企業(yè)有中材高新氮化物、新疆晶碩、衡陽(yáng)凱新、上海泛聯(lián)、泰晟新材料等。

8月28-30日，康柏陶瓷、茜恩陶瓷、寧夏北瓷、國(guó)泰陶瓷、賽瑞特、湖南國(guó)瓷、金銳陶瓷、艾森達(dá)、泰斗高科、軍瓷電子、遼寧輕科院、宜興國(guó)泰陶瓷、珠海思加等精密陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)將參加艾邦第六屆精密陶瓷暨IGBT產(chǎn)業(yè)鏈展覽會(huì)，地址：深圳國(guó)際會(huì)展中心7號(hào)館，歡迎各位行業(yè)朋友蒞臨參觀交流！

2024年8月28日-30日??

深圳國(guó)際會(huì)展中心7號(hào)館（寶安新館）

論壇?新能源與光伏用陶瓷論壇
序號(hào)	暫定議題	擬邀請(qǐng)企業(yè)
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2	陶瓷組件提高光伏效率	擬邀請(qǐng)?zhí)沾善髽I(yè)
3	氮化硅陶瓷軸承球在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用	擬邀請(qǐng)?zhí)沾善髽I(yè)?
4	陶瓷涂層隔膜對(duì)鋰離子電池性能影響?	擬邀請(qǐng)?zhí)沾筛裟て髽I(yè)
5	精密陶瓷在固體氧化物燃料電池（SOFC）的應(yīng)用	擬邀請(qǐng)?zhí)沾善髽I(yè)
6	高性能MLCC助力新能源發(fā)展	擬邀請(qǐng)MLCC企業(yè)
7	高性能碳/陶制動(dòng)盤技術(shù)整體解決方案	擬邀請(qǐng)?zhí)?陶企業(yè)
8	金剛石微粉在光伏新能源領(lǐng)域的應(yīng)用	擬邀請(qǐng)金剛石微粉企業(yè)
9	碳化硅陶瓷在光伏太陽(yáng)能領(lǐng)域的應(yīng)用前景	擬邀請(qǐng)?zhí)沾善髽I(yè)
10	氮化硅陶瓷在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用	擬邀請(qǐng)氮化硅企業(yè)
11	新能源汽車用先進(jìn)陶瓷繼電器產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)	擬邀請(qǐng)?zhí)沾善髽I(yè)

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