光伏行業的新熱場材料
本文主要概述了單晶硅爐熱場材料的發展概況，以及石墨熱場材料與C/C熱場材料的性能比較。并指出，隨著產量的提高和生產設備的大型化，C/C復合熱場材料將是今后光伏熱場材料的重點發展方向。
來源：《太陽能發電》雜志 ■ 2015/04 文：許鵬 戴開瑛 張治軍（作者單位：湖南南方搏云新材料有限責任公司）
摘要：本文主要概述了單晶硅爐熱場材料的發展概況，以及石墨熱場材料與C/C熱場材料的性能比較。并指出，隨著產量的提高和生產設備的大型化，C/C復合熱場材料將是今后光伏熱場材料的重點發展方向。
關鍵詞：光伏產業；熱場材料；C/C復合材料；石墨；單晶硅
1.單晶硅熱場材料的發展現狀
根據國際能源機構預測，到2020年可再生能源在全球能源消費中的比例將達到30%，其中，光伏發電由于具有無污染、安全、長壽、維護簡單、資源永不枯竭和分布廣泛等優點，被認為是21世紀最重要的新能源，有著不可估量的發展潛力。在2009年，我國多晶硅占全球總產能的25%左右，硅片占65%，太陽能電池占51%，組件占61%。據統計，在2009年度，世界10強太陽能企業中我國占據4席。同時，我國從事太陽能光伏產業的企業有580多家。在太陽能光伏產業中，硅系材料是最好的光電轉換材料之一，是當今市場的主體，硅基（多晶硅、單晶硅）太陽能電池占80%以上。光伏產業的急劇發展直接帶動了關鍵配套熱場材料的迅猛發展。光伏行業的熱場材料主要包括高純度的碳石墨材料和C/C復合材料，以制取高純度和大尺寸單晶硅棒。
目前在硅材料的生產制造過程中大量使用石墨制品。其中，石墨制品在直拉單晶硅工藝中應用尤為典型。據不完全統計，我國現有工作狀態的單品爐超過2000臺左右。其中直拉單晶爐用以生產硅半導體器件所需的硅單晶材料以16寸熱場為主，直拉單晶爐用以生產太陽能電池用的硅單晶材料以18寸熱場為主。單晶爐熱場零部件除保溫氈以外，主要由高純度等靜壓石墨構成，有20多個部件。隨著單晶尺寸的增大，對石墨的規格及特性的要求也越來越高。隨著半導體技術的進步，硅片的直徑也經歷了從70年代的2寸到本世紀的12寸，甚至16寸的發展過程。相對于硅棒(片)的尺寸，工藝上要求熱場尺寸是其3倍。即，生產12寸的硅單品，就需要36寸(900mm)直徑的熱場部件。如上所述，現代工業對熱單晶爐場材料規格的要求有朝大尺寸發展的趨勢。目前國內石墨廠家所擁有的等靜壓石墨生產設備尚不能滿足市場的這一需求。大規格石墨基本上依賴進口。年進口大規格等靜壓石墨總量應該在1000噸以上，進口石墨價格昂貴，供貨不及時，這將影響我國微電子工業的發展。
C/C復合材料具有質量輕、耐燒蝕性好、抗熱沖擊性好、損傷容限高、高溫強度高等突出特點，世界先進國家競相開發，用作單晶硅爐用熱場材料。目前，國外C/C復合材料熱場產品已得到實際應用并實現商品化，國內也有多家單位開展了這方面的研究。國外C/C復合材料熱場產品技術發展趨勢為研制人直徑、高強度、長使用壽命的C/C復合材料熱場產品，以適應單晶硅逐漸向大型方向發展的需要。C/C復合材料作為熱場材料用于單晶硅爐中，在德國、美國、俄羅斯、日本已經開始研究和應用，但是由于其造價較高，在國內，C/C復合材料作為熱場材料發展緩慢，國內許多公司已與單晶硅生產廠家合作，生產性能優良的單晶硅拉制爐用C/C熱場材料。預計，C/C熱場材料將成為以后單晶硅拉制爐用的主要熱場材料。
作者：許鵬 戴開瑛 張治軍 來源：《太陽能發電》雜志 責任編輯：wutongyufg
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