Perspectivas de aplicación de la cerámica de carburo de silicio SiC en el campo fotovoltaico

El carburo de silicio (SiC) es un importante material cerámico de alta gama. Debido a su buena resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste, propiedades mecánicas a altas temperaturas, resistencia a la oxidación y otras características, tiene amplias perspectivas de aplicación en campos de alta tecnología como semiconductores, energía nuclear, defensa nacional y tecnología espacial.

Según las estadísticas, el tamaño del mercado de cerámica de carburo de silicio alcanzará los 48.291 millones de yuanes en 2022. Combinado con el entorno de desarrollo de la industria y la dinámica del mercado, se espera que el mercado mundial de cerámica de carburo de silicio crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta del 6,37% durante el período de pronóstico, y se predice que el tamaño total del mercado mundial de cerámica de carburo de silicio alcanzará los 69.686 millones de yuanes para 2028. A continuación, se analizará brevemente la aplicación y las perspectivas de la cerámica de carburo de silicio en los campos de semiconductores y fotovoltaicos.

Aplicación de cerámica de carburo de silicio en el campo fotovoltaico
① Es un material de soporte clave en el proceso de producción de células fotovoltaicas. Entre las cerámicas estructurales de carburo de silicio, los soportes de carburo de silicio han desarrollado una gran prosperidad en la industria fotovoltaica y se han convertido en una buena opción para los materiales de soporte clave en el proceso de producción de células fotovoltaicas. Su demanda en el mercado ha atraído cada vez más la atención de la industria.

En la actualidad, los soportes para embarcaciones, las cajas para embarcaciones, los accesorios para tuberías, etc. hechos de cuarzo se utilizan comúnmente, pero están restringidos por las fuentes nacionales e internacionales de arena de cuarzo de alta pureza, y la capacidad de producción es pequeña. Existe una oferta y una demanda limitadas de arena de cuarzo de alta pureza, y el precio ha estado funcionando a un nivel alto durante mucho tiempo, y la vida útil es corta. En comparación con los materiales de cuarzo, los soportes para embarcaciones, las cajas para embarcaciones, los accesorios para tuberías y otros productos hechos de materiales de carburo de silicio tienen una buena estabilidad térmica, no se deforman a alta temperatura y no precipitan contaminantes dañinos. Como excelente material alternativo para productos de cuarzo, la vida útil puede alcanzar más de 1 año, lo que puede reducir significativamente el costo de uso y la pérdida de capacidad de producción causada por el mantenimiento y la reparación. La ventaja de costo es obvia y su perspectiva de aplicación como portador en el campo fotovoltaico es amplia.

② Se puede utilizar como material absorbente del sistema de generación de energía solar. El sistema de generación de energía solar térmica de torre es muy elogiado en la generación de energía solar debido a su alta relación de concentración (200 ~ 1000 kW / ㎡), alta temperatura del ciclo térmico, baja pérdida de calor, sistema simple y alta eficiencia. Como dispositivo central de la generación de energía solar térmica de torre, el absorbedor debe soportar una intensidad de radiación 200-300 veces más fuerte que la luz natural, y la temperatura de funcionamiento puede ser tan alta como mil grados Celsius, por lo que su rendimiento es muy importante para el funcionamiento estable y la eficiencia de trabajo del sistema de generación de energía térmica. La temperatura de funcionamiento de los absorbedores de material metálico tradicionales es limitada, lo que convierte a los materiales absorbentes cerámicos en un nuevo foco de investigación. La cerámica de alúmina, la cerámica de cordierita y la cerámica de carburo de silicio se utilizan a menudo como materiales absorbentes.

Entre ellos, la cerámica de carburo de silicio tiene excelentes características como alta resistencia, gran área de superficie específica, resistencia a la corrosión, resistencia a la oxidación, buen aislamiento térmico, resistencia al choque térmico y resistencia a altas temperaturas, y tiene un mejor rendimiento a altas temperaturas que los materiales absorbentes de cerámica de alúmina y cordierita. El absorbente hecho de carburo de silicio sinterizado puede hacer que el absorbente obtenga una temperatura del aire de salida de hasta 1200 ℃ sin dañar el material.

③ La industria fotovoltaica se está desarrollando rápidamente y existe un tamaño de mercado en continuo crecimiento para los materiales cerámicos de carburo de silicio.

En la actualidad, la tasa de penetración de la energía fotovoltaica en las principales economías del mundo sigue aumentando. Impulsada por la orientación política de varios países y la demanda del mercado, a medida que el costo de la electricidad en la industria fotovoltaica ha disminuido significativamente, la generación de energía fotovoltaica se ha convertido en la energía eléctrica más económica del mundo. Según el pronóstico de la AIE, la capacidad instalada de energía fotovoltaica aumentará a casi 5 TW a una CAGR del 21% entre 2020 y 2030, y la proporción de energía fotovoltaica en la potencia instalada mundial aumentará del 9,5% al ​​33,2%. En 2022, la capacidad de fabricación fotovoltaica mundial aumentará en más del 70%, alcanzando casi 450 GW.

China representa más del 95% de la nueva capacidad de toda la cadena de suministro. En 2023 y 2024, se espera que la capacidad de fabricación fotovoltaica mundial se duplique, y China volverá a representar más del 90% del aumento; según datos de la Asociación de la Industria Fotovoltaica de China, la producción de células fotovoltaicas de mi país mostró una tendencia de crecimiento sostenido de 2012 a 2022, con una tasa de crecimiento compuesta anual promedio del 31,23%. A fines de junio de 2023, la capacidad instalada acumulada de energía fotovoltaica era de aproximadamente 470 millones de kilovatios, lo que ya es la segunda fuente de energía más grande de mi país en términos de capacidad instalada, solo superada por la energía a carbón.

La fuerte demanda de instalación de terminales sigue impulsando el alto crecimiento de la demanda de células y promueve el aumento de la demanda de soportes para barcos de carburo de silicio y reemplazos de cajas de barcos en la industria fotovoltaica. Se estima que para 2025, la proporción de cerámica estructural de carburo de silicio utilizada en las industrias de semiconductores y fotovoltaica alcanzará el 62%, de los cuales la proporción de cerámica estructural de carburo de silicio utilizada en la industria fotovoltaica aumentará del 6% en 2022 al 26%, convirtiéndose en el área de más rápido crecimiento.

La alta estabilidad y las propiedades mecánicas de la cerámica de carburo de silicio han ampliado su ámbito de aplicación. A medida que las industrias nacionales y extranjeras exigen cada vez más componentes mecánicos o electrónicos de alta precisión, alta resistencia al desgaste y alta fiabilidad, el potencial de desarrollo del mercado de los productos cerámicos de carburo de silicio es enorme.

Los dispositivos electrónicos, chips, MOSFET, etc. con una gran generación de calor deben estar en contacto con la pared interna de la carcasa del molde de fundición de hardware para lograr una transferencia de calor efectiva y disipar el calor. Los tubos MOS desempeñan el papel de circuitos de amplificación o conmutación en circuitos electrónicos, por lo que los materiales de alto aislamiento y alta conductividad térmica son los primeros parámetros a considerar para los materiales de disipación de calor de los tubos MOS. El proceso de fabricación exclusivo de las láminas de aislamiento térmico de nitruro de boro garantiza que el material tenga una alta conductividad térmica y un aislamiento eléctrico extremadamente confiable. Esta característica le da a las láminas de aislamiento de alta conductividad térmica una ventaja única en el campo del ensamblaje de dispositivos de potencia.