碳/碳复合材料:在光伏领域正逐步替代等静压石墨,处于风口趋势的初始状态

2021-08-30 92 技术交流

中国光伏产业经历过2007和2010年飞速发展,在2012年已经是产能过剩状态,更是加剧了行业洗牌。

 

2013年的太阳能光伏行业处于单晶硅和多晶硅同时发展的格局,当时晶硅光伏转换效率虽然没有单晶硅高,但是成本有很大的优势。单晶硅工艺采用的是直拉单晶硅工艺,成本高,但是光伏转换效率有优势。

 

直拉单晶硅炉内已经采用了大量碳素热场材料。这些碳素材料是其他材料无法替代的。以直拉单晶硅炉内的坩埚为例,高纯硅料要在1500℃左右熔融,需要用石英坩埚承载,但是石英坩埚高温强度太低,不足以承载200-300公斤的硅料,所以外边必须套一个石墨坩埚,作为承载部件。这里就完全发挥出碳材料的优势了,因为碳材料是唯一一种在高温下力学性能不降反升的材料。

 

2013年的直拉单晶硅炉坩埚直径只有24-28寸,装载硅料少,石墨材料可以完全承受这个载荷。石墨材料主要就是等静压石墨。

 

到了2021年,情况发生了翻天覆地的变化。2021年的直拉单晶硅炉坩埚直径达到了36寸,装载硅料更多了,一次可以装在700-800公斤硅料。要求碳素坩埚尺寸变大了、强度也要提高。这时候等静压石墨成本就急剧升高了,逐步被碳/碳复合材料代替

 

等静压石墨被碳/碳取代还有更重要的原因。因为等静压石墨是脆性材料,它的断裂是没有先兆的,所以,万一发生坩埚损坏,熔融的硅料会把炉底烧穿。而碳/碳复合材料,是碳纤维增强碳基体复合材料,不会发生脆断的事故,安全性大大提高

 

大尺寸等静压石墨成本升高,慢慢接近碳/碳复合材料成本,安全性又低,被取代就理所当然了。所以,目前直拉单晶硅炉内碳素结构材料,还剩加热器还在采用导电率高的石墨材料,其他的逐步被碳碳复合材料替代。

 

除了石墨方面的原因,碳/碳复合材料能够替代石墨材料另一个原因,就是碳/碳这几年技术飞速发展。单说市场价格,以前一公斤碳/碳复合材料市场价格在2000-3000元,现在已经降到1100-1200元每公斤了。极大地降低了太阳能光伏发电组件每瓦成本

 

2022年,中国太阳能光伏发电可以实现平价上网。太阳能发电能够脱离补贴,可持续发展之后,迎来的将会是指数级别的增长。单晶硅在与多晶硅竞争多年后,逐渐淘汰多晶硅的市场

 

作为生产单晶硅的直拉单晶硅工艺,已经成为主流。而碳/碳复合材料,是直拉单晶硅炉内的重要材料,而且是一种耗材,每1-2年就要更换的,将迎来更快速的发展。

 

碳/碳复合材料,是以碳纤维增强碳基体的材料,碳纤维用量逐年快速增长。目前的碳/碳复合材料处于供不应求状态,毛利率不低于60%,正是处于风口趋势的初始状态


转自 碳纤维研习社  苏格拉伟