光伏行业的新热场材料
本文主要概述了单晶硅炉热场材料的发展概况，以及石墨热场材料与C/C热场材料的性能比较。并指出，随着产量的提高和生产设备的大型化，C/C复合热场材料将是今后光伏热场材料的重点发展方向。
来源：《太阳能发电》杂志 ■ 2015/04 文：许鹏 戴开瑛 张治军（作者单位：湖南南方搏云新材料有限责任公司）
摘要：本文主要概述了单晶硅炉热场材料的发展概况，以及石墨热场材料与C/C热场材料的性能比较。并指出，随着产量的提高和生产设备的大型化，C/C复合热场材料将是今后光伏热场材料的重点发展方向。
关键词：光伏产业；热场材料；C/C复合材料；石墨；单晶硅
1.单晶硅热场材料的发展现状
根据国际能源机构预测，到2020年可再生能源在全球能源消费中的比例将达到30%，其中，光伏发电由于具有无污染、安全、长寿、维护简单、资源永不枯竭和分布广泛等优点，被认为是21世纪最重要的新能源，有着不可估量的发展潜力。在2009年，我国多晶硅占全球总产能的25%左右，硅片占65%，太阳能电池占51%，组件占61%。据统计，在2009年度，世界10强太阳能企业中我国占据4席。同时，我国从事太阳能光伏产业的企业有580多家。在太阳能光伏产业中，硅系材料是最好的光电转换材料之一，是当今市场的主体，硅基（多晶硅、单晶硅）太阳能电池占80%以上。光伏产业的急剧发展直接带动了关键配套热场材料的迅猛发展。光伏行业的热场材料主要包括高纯度的碳石墨材料和C/C复合材料，以制取高纯度和大尺寸单晶硅棒。
目前在硅材料的生产制造过程中大量使用石墨制品。其中，石墨制品在直拉单晶硅工艺中应用尤为典型。据不完全统计，我国现有工作状态的单品炉超过2000台左右。其中直拉单晶炉用以生产硅半导体器件所需的硅单晶材料以16寸热场为主，直拉单晶炉用以生产太阳能电池用的硅单晶材料以18寸热场为主。单晶炉热场零部件除保温毡以外，主要由高纯度等静压石墨构成，有20多个部件。随着单晶尺寸的增大，对石墨的规格及特性的要求也越来越高。随着半导体技术的进步，硅片的直径也经历了从70年代的2寸到本世纪的12寸，甚至16寸的发展过程。相对于硅棒(片)的尺寸，工艺上要求热场尺寸是其3倍。即，生产12寸的硅单品，就需要36寸(900mm)直径的热场部件。如上所述，现代工业对热单晶炉场材料规格的要求有朝大尺寸发展的趋势。目前国内石墨厂家所拥有的等静压石墨生产设备尚不能满足市场的这一需求。大规格石墨基本上依赖进口。年进口大规格等静压石墨总量应该在1000吨以上，进口石墨价格昂贵，供货不及时，这将影响我国微电子工业的发展。
C/C复合材料具有质量轻、耐烧蚀性好、抗热冲击性好、损伤容限高、高温强度高等突出特点，世界先进国家竞相开发，用作单晶硅炉用热场材料。目前，国外C/C复合材料热场产品已得到实际应用并实现商品化，国内也有多家单位开展了这方面的研究。国外C/C复合材料热场产品技术发展趋势为研制人直径、高强度、长使用寿命的C/C复合材料热场产品，以适应单晶硅逐渐向大型方向发展的需要。C/C复合材料作为热场材料用于单晶硅炉中，在德国、美国、俄罗斯、日本已经开始研究和应用，但是由于其造价较高，在国内，C/C复合材料作为热场材料发展缓慢，国内许多公司已与单晶硅生产厂家合作，生产性能优良的单晶硅拉制炉用C/C热场材料。预计，C/C热场材料将成为以后单晶硅拉制炉用的主要热场材料。
作者：许鹏 戴开瑛 张治军 来源：《太阳能发电》杂志 责任编辑：wutongyufg
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