Перспективы применения керамики на основе карбида кремния Sic в области фотоэлектричества

Карбид кремния (SiC) является важным керамическим материалом высокого класса. Благодаря своей высокой термостойкости, коррозионной стойкости, износостойкости, механическим свойствам при высоких температурах, стойкости к окислению и другим характеристикам он имеет широкие перспективы применения в таких высокотехнологичных областях, как полупроводники, ядерная энергетика, национальная оборона и космические технологии.

Согласно статистическим данным, объем рынка керамики из карбида кремния достигнет 48,291 млрд юаней в 2022 году. В сочетании с условиями развития отрасли и динамикой рынка ожидается, что мировой рынок керамики из карбида кремния будет расти с годовым темпом прироста 6,37% в течение прогнозируемого периода, и прогнозируется, что общий объем мирового рынка керамики из карбида кремния достигнет 69,686 млрд юаней к 2028 году. Далее будет кратко проанализировано применение и перспективы керамики из карбида кремния в полупроводниковой и фотоэлектрической областях.

Применение керамики на основе карбида кремния в области фотоэлектричества
① Это ключевой материал-носитель в процессе производства фотоэлектрических ячеек. Среди структурной керамики из карбида кремния, опоры лодочек из карбида кремния получили большое распространение в фотоэлектрической промышленности и стали хорошим выбором для ключевых материалов-носителей в процессе производства фотоэлектрических ячеек. Его рыночный спрос привлек все большее внимание со стороны отрасли.

В настоящее время опоры для лодок, ящики для лодок, фитинги для труб и т. д., изготовленные из кварца, широко используются, но они ограничены внутренними и международными источниками кварцевого песка высокой чистоты, а производственные мощности невелики. Существует ограниченный спрос и предложение на кварцевый песок высокой чистоты, а цена держится на высоком уровне в течение длительного времени, а срок службы короткий. По сравнению с кварцевыми материалами опоры для лодок, ящики для лодок, фитинги для труб и другие изделия, изготовленные из материалов из карбида кремния, обладают хорошей термической стабильностью, не деформируются при высокой температуре и не содержат вредных осажденных загрязняющих веществ. Как отличный альтернативный материал для кварцевых изделий, срок службы может достигать более 1 года, что может значительно снизить стоимость использования и потерю производственных мощностей, вызванных обслуживанием и ремонтом. Преимущество в стоимости очевидно, и перспективы его применения в качестве носителя в области фотоэлектричества широки.

② Может использоваться в качестве поглощающего материала в системе солнечной генерации электроэнергии. Система солнечной тепловой генерации электроэнергии на базе башни высоко ценится в солнечной генерации электроэнергии из-за ее высокого коэффициента концентрации (200 ~ 1000 кВт / м2), высокой температуры теплового цикла, низких тепловых потерь, простой системы и высокой эффективности. Как основное устройство солнечной тепловой генерации электроэнергии на базе башни, поглотитель должен выдерживать интенсивность излучения в 200-300 раз сильнее естественного света, а рабочая температура может достигать тысячи градусов по Цельсию, поэтому его производительность очень важна для стабильной работы и эффективности работы системы тепловой генерации электроэнергии. Рабочая температура традиционных поглотителей из металлических материалов ограничена, что делает керамические поглощающие материалы новой горячей точкой исследований. Керамика из оксида алюминия, керамика из кордиерита и керамика из карбида кремния часто используются в качестве поглощающих материалов.

Среди них керамика из карбида кремния обладает превосходными характеристиками, такими как высокая прочность, большая удельная площадь поверхности, коррозионная стойкость, стойкость к окислению, хорошая теплоизоляция, стойкость к тепловому удару и высокая термостойкость, а также имеет лучшие высокотемпературные характеристики, чем керамические абсорберы из оксида алюминия и кордиерита. Абсорбер из спеченного карбида кремния может обеспечить абсорберу температуру выходного воздуха до 1200℃ без повреждения материала.

③ Фотоэлектрическая промышленность развивается быстрыми темпами, и рынок керамических материалов на основе карбида кремния постоянно растет.

В настоящее время уровень проникновения фотоэлектричества в основных экономиках мира продолжает расти. Благодаря политическим указаниям различных стран и рыночному спросу, поскольку стоимость электроэнергии в фотоэлектрической промышленности значительно снизилась, фотоэлектрическая генерация энергии стала самой экономичной электроэнергией в мире. Согласно прогнозу МЭА, установленная мощность фотоэлектрической энергии увеличится почти до 5 ТВт при среднегодовом темпе роста 21% в период с 2020 по 2030 год, а доля фотоэлектрической энергии в мировой установленной мощности увеличится с 9,5% до 33,2%. В 2022 году мировые мощности производства фотоэлектрической энергии увеличатся более чем на 70%, достигнув почти 450 ГВт.

На Китай приходится более 95% новых мощностей всей цепочки поставок. Ожидается, что в 2023 и 2024 годах мировые мощности по производству фотоэлектрических систем удвоятся, причем на Китай снова придется более 90% прироста; по данным Ассоциации фотоэлектрической промышленности Китая, производство фотоэлектрических элементов в моей стране демонстрировало устойчивую тенденцию роста с 2012 по 2022 год со среднегодовым темпом роста в 31,23%. К концу июня 2023 года совокупная установленная мощность фотоэлектрических систем составила около 470 миллионов киловатт, что уже является вторым по величине источником энергии в моей стране с точки зрения установленной мощности, уступая только угольной энергетике.

Высокий спрос на установку терминалов продолжает стимулировать высокий рост спроса на ячейки и способствует увеличению спроса на кронштейны для лодок из карбида кремния и замену лодочных коробок в фотоэлектрической промышленности. Предполагается, что к 2025 году доля карбидокремниевой структурной керамики, используемой в полупроводниковой и фотоэлектрической промышленности, достигнет 62%, из которых доля карбидокремниевой структурной керамики, используемой в фотоэлектрической промышленности, увеличится с 6% в 2022 году до 26%, став самой быстрорастущей областью.

Высокая стабильность и механические свойства керамики из карбида кремния расширили сферу ее применения. Поскольку требования отечественной и зарубежной промышленности к высокоточным, износостойким и высоконадежным механическим компонентам или электронным компонентам становятся все более жесткими, потенциал развития рынка изделий из керамики из карбида кремния огромен.

Электронные устройства, чипы, МОП-транзисторы и т. д. с огромным тепловыделением должны контактировать с внутренней стенкой оболочки литейной формы для эффективного достижения теплопередачи и рассеивания тепла. МОП-трубки играют роль усилительных или коммутационных цепей в электронных схемах, поэтому материалы с высокой изоляцией и высокой теплопроводностью являются первыми параметрами, которые следует учитывать при выборе материалов для рассеивания тепла МОП-трубок. Уникальный процесс производства теплоизоляционных листов из нитрида бора гарантирует, что материал имеет высокую теплопроводность и чрезвычайно надежную электроизоляцию. Эта особенность дает изоляционным листам с высокой теплопроводностью уникальное преимущество в области сборки силовых устройств.