أجهزة الكوارتز في تصنيع الخلايا الشمسية

في خط إنتاج الخلايا الشمسية ، هناك نوع من المكون غير واضح ولكنه حاسم - منتجات الكوارتز عالية النقاء. إنهم لا يشاركون بشكل مباشر في تحويل كهروضوئية ، ولكن مثل الحراس المخلصين ، فإنهم يضمنون أن كل رقاقة سيليكون "تنمو" بأمان في درجة حرارة عالية ، غازات تآكل وعمليات معقدة. هذه أجهزة الكوارتز الشفافة هي التي تدعم التشغيل الفعال لصناعة الكهروضوئية الحديثة.

ⅰ. الكوارتز: "دور الدعم الذهبي" في تصنيع الطاقة الشمسية

المادة الأساسية للخلايا الشمسية هي السيليكون ، ومعالجة السيليكون لا تنفصل عن ارتفاع درجة الحرارة والمعالجة الكيميائية. لا يمكن أن تصمد المواد العادية على مثل هذه البيئات القاسية ، لكن الكوارتز (يتكون أساسًا من ثاني أكسيد السيليكون) يمكن أن تفعل ذلك تمامًا بسبب خصائصه الرئيسية الثلاث:

أ)مقاومة ارتفاع درجة الحرارة: تكون نقطة انصهار الكوارتز مرتفعة تزيد عن 1700 ℃ ، في حين يتم إجراء عمليات الانتشار والصلصة للخلايا الشمسية عادة في 800-1200 ℃. لا تزال أجهزة الكوارتز مستقرة في درجات حرارة عالية.

ب)نقاء عالية: نقاء الكوارتز من الدرجة الشمسية يزيد عن 99.99 ٪ ، مما يمنع الشوائب من تلوث رقائق السيليكون والتأثير على كفاءة البطارية.

ج)القصص الكيميائية: بالكاد يتفاعل الكوارتز مع الأحماض والقلوية ومعظم الغازات ، ويمكن استخدامه لفترة طويلة حتى في غازات العملية الشديدة التآكل (مثل الفلوريد الكلور والهيدروجين).

هذه الخصائص تجعل الكوارتز مادة لا يمكن الاستغناء عنها في تصنيع الخلايا الشمسية. من دعم رقائق السيليكون إلى تسليم غازات العملية ، تعمل أجهزة الكوارتز عبر عملية الإنتاج بأكملها.

ⅱ. الكوارتز "فريق" على خط إنتاج الخلايا الشمسية

في المصانع الكهروضوئية ، تحتوي منتجات الكوارتز على أشكال ووظائف مختلفة لضمان التنفيذ الدقيق لكل عملية. فيما يلي العديد من منتجات الكوارتز الرئيسية للخلايا الشمسية:

1. حامل القارب الأم

وظيفة: "ناقل" رقائق السيليكون ، التي تحمل عددًا كبيرًا من رقائق السيليكون أثناء التنظيف والانتشار وغيرها من العمليات.

سمات: تضمن الأخاديد المصممة بدقة تباعد ثابت بين رقائق السيليكون لتجنب الالتصاق في درجات حرارة عالية.

2. قارب الكوارتز

وظيفة: المستخدمة في أفران الانتشار ، PECVD (ترسب البخار الكيميائي المحسن في البلازما) وغيرها من المعدات لحمل رقائق السيليكون للمعالجة عالية الحرارة.

تطور: كانت قوارب الكوارتز المبكرة تصاميم بسيطة من الألواح المسطحة ، ولكنها الآن طورت هياكل محسنة مثل الأشكال المتموجة والحوارب لتحسين توحيد تدفق الغاز.

3. قارب طويل

اتجاه التكيف: مع زيادة حجم رقائق السيليكون (مثل رقائق السيليكون الكبيرة 182 ملم و 210 مم) ، يزداد طول القارب الطويل أيضًا لضمان تسخين رقائق السيليكون بالتساوي في الفرن ذي درجة الحرارة العالية.

4. زجاجة الكوارتز

وظيفة: تخزين ونقل المواد الكيميائية السائلة أو الغازية العالية ، مثل غاز مصدر السيليكون (SIH₄) ، Dopant (PoCl₃) ، إلخ.

المتطلبات الرئيسية: الختم المرتفع للغاية لمنع تسرب الغاز أو التلوث الخارجي.

5. أنبوب فرن الكوارتز

المكونات الأساسية: "قلب" فرن الانتشار وفرن الصلب ، حيث يخضع رقائق السيليكون إلى تعاطي المنشطات أو الصلب عالية الحرارة.

تحدي: في ظل درجات الحرارة المرتفعة على المدى الطويل ، قد تخضع أنابيب أفران الكوارتز إلى انحراف ، مما يؤدي إلى انخفاض في القوة ، لذلك يلزم علاج خاص لتمديد الحياة.

6. لحام أنبوب

صعوبات العملية: يتطلب اللحام الكوارتز لهب الأكسجين أو تقنية لحام الليزر لضمان أن يكون اللحام خاليًا من الفقاعات والشقوق ، وإلا فقد ينكسر أثناء دورات درجات الحرارة العالية والمنخفضة.

7. أغماء الكوارتز

وظيفة الحماية: لف thermocouple أو المستشعر لتمكينه من العمل بشكل ثابت لفترة طويلة في بيئة غاز تآكل.

8. بواسطة CAP

الختم والعزل: منع فقدان الحرارة وعزل الهواء الخارجي عن دخول منطقة التفاعل عالية الحرارة.

ⅲ. تحديات ومستقبل أجهزة الكوارتز

على الرغم من أن الكوارتز يحتل موقعًا مهمًا في التصنيع الكهروضوئي ، إلا أنه يواجه أيضًا بعض التحديات:

● قضايا العمر: في ظل درجات الحرارة المرتفعة على المدى الطويل ، سوف يتبلور الكوارتز تدريجياً ، مما يؤدي إلى انخفاض في القوة ، وعادة ما يجب استبداله بعد 300-500 استخدامات.

● ضغط التكلفة.

● التكيف كبير الحجم: مع زيادة حجم رقائق السيليكون ، يجب أيضًا ترقية قوارب الكوارتز وأنابيب الفرن والأجهزة الأخرى وفقًا لذلك ، مما يضع متطلبات أعلى في عملية التصنيع.

في المستقبل ، قد تتطور أجهزة الكوارتز في اتجاه المركب (مثل المواد المركبة الكوارتز سيليكون كاربوسيد) وأجهزة ذكية (أجهزة استشعار متكاملة لمراقبة الحالة في الوقت الحقيقي) لتلبية احتياجات التصنيع للخلايا الشمسية عالية الكفاءة.

ⅳ. خاتمة

على الرغم من أن أجهزة الكوارتز لا تشارك بشكل مباشر في توليد الطاقة ، إلا أنها "الأبطال وراء الكواليس" لتصنيع الخلايا الشمسية. من قوارب الكوارتز التي تحمل رقائق السيليكون إلىأنابيب فرن الكوارتزالتي تحمي العملية ، فهي تضمن الإنتاج الفعال والمستقر لكل خلية شمسية. مع تقدم التكنولوجيا الكهروضوئية ، تتطور منتجات الكوارتز باستمرار ، وتستمر في حماية مستقبل الطاقة النظيفة.