Anwendungsperspektiven von SiC-Siliziumkarbidkeramiken im Photovoltaikbereich

Siliziumkarbid (SiC) ist ein wichtiges keramisches Hochleistungsmaterial. Aufgrund seiner guten Hochtemperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Hochtemperaturfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit und weiterer Eigenschaften bietet es breite Anwendungsperspektiven in Hightech-Bereichen wie Halbleitern, Kernenergie, Verteidigung und Raumfahrttechnik.

Statistiken zufolge wird die Marktgröße von Siliziumkarbidkeramiken im Jahr 2022 48,291 Milliarden Yuan erreichen. Unter Berücksichtigung des Branchenentwicklungsumfelds und der Marktdynamik wird für den globalen Markt für Siliziumkarbidkeramiken im Prognosezeitraum eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 6,37 % erwartet. Es wird prognostiziert, dass die Gesamtgröße des globalen Marktes für Siliziumkarbidkeramiken bis 2028 69,686 Milliarden Yuan erreichen wird. Im Folgenden werden die Anwendung und die Perspektiven von Siliziumkarbidkeramiken in den Bereichen Halbleiter und Photovoltaik kurz analysiert.

Anwendung von Siliziumkarbidkeramiken im Photovoltaikbereich
① Es handelt sich um ein wichtiges Trägermaterial im Herstellungsprozess von Photovoltaikzellen. Unter den strukturellen Siliziumkarbidkeramiken haben sich Bootstützen aus Siliziumkarbid in der Photovoltaikindustrie stark entwickelt und sind zu einer guten Wahl für wichtige Trägermaterialien im Herstellungsprozess von Photovoltaikzellen geworden. Ihre Marktnachfrage hat in der Branche zunehmend Aufmerksamkeit erlangt.

Derzeit werden üblicherweise Bootstützen, Bootskästen, Rohrverbindungen usw. aus Quarz verwendet. Sie sind jedoch durch die Quellen für hochreinen Quarzsand im In- und Ausland eingeschränkt, und die Produktionskapazität ist gering. Angebot und Nachfrage bei hochreinem Quarzsand sind angespannt, der Preis liegt seit Langem auf einem hohen Niveau und die Lebensdauer ist kurz. Im Vergleich zu Quarzmaterialien weisen Bootstützen, Bootskästen, Rohrverbindungen und andere Produkte aus Siliziumkarbidmaterialien eine gute thermische Stabilität auf, verformen sich bei hohen Temperaturen nicht und setzen keine schädlichen Schadstoffe frei. Als hervorragendes Alternativmaterial für Quarzprodukte kann die Lebensdauer mehr als 1 Jahr betragen, wodurch die Nutzungskosten sowie der durch Wartung und Reparatur verursachte Verlust an Produktionskapazität deutlich reduziert werden können. Der Kostenvorteil ist offensichtlich, und die Anwendungsperspektiven als Träger im Photovoltaikbereich sind breit.

② Es kann als Absorbermaterial eines Solarstromerzeugungssystems verwendet werden. Das Turm-Solarthermiekraftwerk wird aufgrund seines hohen Konzentrationsverhältnisses (200~1000kW/㎡), seiner hohen Temperatur im thermischen Kreislauf, seiner geringen Wärmeverluste, seines einfachen Systems und seines hohen Wirkungsgrads bei der Solarstromerzeugung sehr geschätzt. Als Kerngerät der Turm-Solarthermie muss der Absorber einer Strahlungsintensität standhalten, die 200- bis 300-mal stärker ist als natürliches Licht. Die Betriebstemperatur kann bis zu eintausend Grad Celsius betragen, weshalb seine Leistung für den stabilen Betrieb und den Wirkungsgrad des Solarthermiekraftwerks von großer Bedeutung ist. Die Betriebstemperatur herkömmlicher Absorber aus Metall ist begrenzt, wodurch keramische Absorbermaterialien zu einem neuen Forschungsschwerpunkt geworden sind. Als Absorbermaterialien werden häufig Aluminiumoxidkeramiken, Cordieritkeramiken und Siliziumkarbidkeramiken verwendet.

Siliziumkarbidkeramiken zeichnen sich durch hohe Festigkeit, große spezifische Oberfläche, Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, gute Wärmedämmung, Thermoschockbeständigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit aus und weisen bessere Hochtemperatureigenschaften auf als Absorbermaterialien aus Aluminiumoxid und Cordierit. Der aus gesintertem Siliziumkarbid hergestellte Absorber kann eine Austrittslufttemperatur von bis zu 1200℃ erreichen, ohne dass das Material beschädigt wird.

③ Die Photovoltaikindustrie entwickelt sich rasant, und die Marktgröße für keramische Siliziumkarbidmaterialien wächst kontinuierlich.

Derzeit steigt der Photovoltaik-Durchdringungsgrad in den wichtigsten Volkswirtschaften der Welt weiter an. Angetrieben durch die politischen Vorgaben der verschiedenen Länder und die Marktnachfrage ist die Photovoltaikstromerzeugung aufgrund des deutlichen Rückgangs der Stromkosten in der Photovoltaikindustrie zur wirtschaftlichsten Energieform der Welt geworden. Laut einer Prognose der IEA wird die installierte Photovoltaikleistung zwischen 2020 und 2030 bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 21 % auf nahezu 5 TW steigen, während der Anteil der Photovoltaik an der weltweit installierten Stromerzeugungskapazität von 9,5 % auf 33,2 % zunehmen wird. Im Jahr 2022 wird die weltweite Produktionskapazität für Photovoltaik um mehr als 70 % auf nahezu 450 GW steigen.

China stellt mehr als 95 % der neuen Kapazität der gesamten Lieferkette. In den Jahren 2023 und 2024 wird sich die weltweite Produktionskapazität für Photovoltaik voraussichtlich verdoppeln, wobei China erneut mehr als 90 % des Zuwachses stellen wird. Daten der China Photovoltaic Industry Association zufolge zeigte die Produktion von Photovoltaikzellen in meinem Land von 2012 bis 2022 einen anhaltenden Wachstumstrend mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 31,23 %. Ende Juni 2023 betrug die kumulierte installierte Photovoltaikleistung etwa 470 Millionen Kilowatt. Damit war sie in meinem Land bereits die zweitgrößte Stromquelle gemessen an der installierten Leistung, nur übertroffen von Kohlekraftwerken.

Die starke Nachfrage nach Endinstallationen treibt weiterhin das hohe Wachstum der Nachfrage nach Solarzellen an und fördert die steigende Nachfrage nach Ersatzteilen für Siliziumkarbid-Bootstützen und Bootskästen in der Photovoltaikindustrie. Schätzungen zufolge wird der Anteil struktureller Siliziumkarbidkeramiken, die in der Halbleiter- und Photovoltaikindustrie eingesetzt werden, bis 2025 62 % erreichen. Dabei wird der Anteil der in der Photovoltaikindustrie verwendeten strukturellen Siliziumkarbidkeramiken von 6 % im Jahr 2022 auf 26 % steigen und damit zum am schnellsten wachsenden Bereich werden.

Die hohe Stabilität und die mechanischen Eigenschaften von Siliziumkarbidkeramiken haben ihren Anwendungsbereich erweitert. Da die Anforderungen der in- und ausländischen Industrie an hochpräzise, hochverschleißfeste und hochzuverlässige mechanische oder elektronische Komponenten immer strenger werden, ist das Entwicklungspotenzial des Marktes für Produkte aus Siliziumkarbidkeramiken enorm.

Elektronische Geräte, Chips, MOSFETs usw. mit hoher Wärmeentwicklung müssen mit der Innenwand des Gehäuses der Hardware-Gussform in Kontakt stehen, um eine effektive Wärmeübertragung und Wärmeableitung zu ermöglichen. MOS-Transistoren übernehmen in elektronischen Schaltungen die Funktion von Verstärker- oder Schaltkreisen. Daher sind hohe Isolierung und hohe Wärmeleitfähigkeit die wichtigsten Parameter, die bei Wärmeableitungsmaterialien für MOS-Transistoren zu berücksichtigen sind. Der einzigartige Herstellungsprozess von Wärmedämmplatten aus Bornitrid gewährleistet eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine äußerst zuverlässige elektrische Isolierung des Materials. Diese Eigenschaft verleiht wärmeleitenden Isolierplatten einen einzigartigen Vorteil im Bereich der Montage von Leistungshalbleitern.