Dispositivos de cuarzo en fabricación de células solares

En la línea de producción de células solares, hay un tipo de componentes aparentemente discretos pero cruciales: productos de cuarzo de alta pureza. No están directamente involucrados en la conversión fotoeléctrica, pero al igual que los guardias leales, se aseguran de que cada oblea de silicio "crece" de manera segura en alta temperatura, gases corrosivos y procesos complejos. Son estos dispositivos de cuarzo transparentes los que admiten el funcionamiento eficiente de la industria fotovoltaica moderna.

Ⅰ. Quartz: el "papel de apoyo dorado" en la fabricación de energía solar

El material central de las células solares es el silicio, y el procesamiento del silicio es inseparable a partir de la alta temperatura y el tratamiento químico. Los materiales ordinarios difícilmente pueden resistir tales entornos extremos, pero el cuarzo (principalmente compuesto de dióxido de silicio) puede hacerlo perfectamente debido a sus tres características principales:

A)Alta resistencia a la temperatura: El punto de fusión del cuarzo es tan alto como más de 1700 ℃, mientras que los procesos de difusión y recocido de células solares generalmente se llevan a cabo a 800-1200 ℃. Los dispositivos de cuarzo permanecen estables a altas temperaturas.

B)Alta pureza: La pureza del cuarzo de grado solar supera el 99.99%, lo que evita que las impurezas contaminen obleas de silicio y afecten la eficiencia de la batería.

DO)Inercia química: El cuarzo apenas reacciona con ácidos, álcalis y la mayoría de los gases, y puede usarse durante mucho tiempo incluso en gases de proceso altamente corrosivos (como cloro y fluoruro de hidrógeno).

Estas propiedades hacen que el cuarzo sea un material insustituible en la fabricación de células solares. Desde el apoyo de las obleas de silicio hasta la entrega de gases de proceso, los dispositivos de cuarzo se extienden a través de todo el proceso de producción.

Ⅱ. Cuarzo "equipo" en la línea de producción de células solares

En las fábricas fotovoltaicas, los productos de cuarzo tienen diferentes formas y funciones para garantizar la ejecución precisa de cada proceso. Los siguientes son varios productos de cuarzo clave para células solares:

1. Transportista de botes de madre

Función: El "transportador" de las obleas de silicio, con una gran cantidad de obleas de silicio durante la limpieza, difusión y otros procesos.

Características: Ganos diseñados por precisión aseguran un espacio constante entre las obleas de silicio para evitar la adhesión a altas temperaturas.

2. Barco de cuarzo

Función: Utilizado en hornos de difusión, PECVD (deposición de vapor químico mejorado en plasma) y otros equipos para transportar obleas de silicio para el procesamiento de alta temperatura.

Evolución: Los barcos de cuarzo tempranos eran diseños simples de placa plana, pero ahora han desarrollado estructuras optimizadas como formas onduladas y deflectores para mejorar la uniformidad del flujo de gas.

3. Bote largo

Tendencia de adaptación: A medida que aumenta el tamaño de las obleas de silicio (como las obleas de silicio grandes de 182 mm y 210 mm), la longitud del bote largo también aumenta para garantizar que las obleas de silicio se calienten uniformemente en el horno de alta temperatura.

4. Botella de cuarzo

Función: Almacenamiento y transporte de productos químicos líquidos o gaseosos de alta pureza, como el gas de fuente de silicio (Sih₄), Dopant (POCL₃), etc.

Requisitos clave: Sellado ultra alto para evitar la fuga de gas o la contaminación externa.

5. Tubo de horno de cuarzo

Componentes centrales: El "corazón" del horno de difusión y el horno de recocido, donde las obleas de silicio sufren dopaje o recocido de alta temperatura.

Desafío: Bajo altas temperaturas a largo plazo, los tubos del horno de cuarzo pueden sufrir devitrificación, lo que resulta en una disminución de la resistencia, por lo que se requiere un tratamiento especial para extender la vida.

6. Soldadura por tubo

Dificultades de proceso: La soldadura de cuarzo requiere llama de humillación de hidrógeno-oxígeno o soldadura por láser para garantizar que la soldadura esté libre de burbujas y grietas, de lo contrario puede romperse durante los ciclos de temperatura alta y baja.

7. Varatas para cuarzo

Función protectora: Envuelva el termopar o el sensor para permitirle trabajar de manera estable durante mucho tiempo en un entorno de gas corrosivo.

8. Por gorra

Sellado y aislamiento: Evite la pérdida de calor y el aislado del aire exterior ingrese al área de reacción de alta temperatura.

Ⅲ. Desafíos y futuro de los dispositivos de cuarzo

Aunque Quartz ocupa una posición importante en la fabricación fotovoltaica, también enfrenta algunos desafíos:

● Problemas de vida útil: Bajo temperaturas altas a largo plazo, el cuarzo cristalizará gradualmente, lo que resulta en una disminución de la resistencia, y generalmente debe reemplazarse después de 300-500 usos.

● Presión de costo: Los recursos de arena de cuarzo de alta pureza son limitados, y los precios han fluctuado en gran medida en los últimos años, lo que lleva a la industria a desarrollar productos de cuarzo o alternativas con una vida útil más larga.

● Adaptación de gran tamaño: A medida que aumenta el tamaño de las obleas de silicio, los botes de cuarzo, los tubos de horno y otros dispositivos también deben actualizarse en consecuencia, lo que pone más requisitos en el proceso de fabricación.

En el futuro, los dispositivos de cuarzo pueden desarrollarse en la dirección del compuesto (como los materiales compuestos de carburo de cuarzo-silicio) y los inteligentes (sensores integrados para monitorear el estado en tiempo real) para satisfacer mejor las necesidades de fabricación de las células solares de alta eficiencia.

Ⅳ. Conclusión

Aunque los dispositivos de cuarzo no están directamente involucrados en la generación de energía, son los "héroes detrás de escena" de la fabricación de células solares. Desde los barcos de cuarzo que llevan obleas de silicio a latubos de horno de cuarzoque protegen el proceso, aseguran la producción eficiente y estable de cada célula solar. Con el avance de la tecnología fotovoltaica, los productos de cuarzo también evolucionan constantemente, continuando salvaguardando el futuro de la energía limpia.