未來(lái)隨著光伏逆變器順應(yīng)2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和目標(biāo)的提出，意味著以太陽(yáng)能光伏發(fā)電為主要推動(dòng)力的新能源時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。目前全球光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊，而中國(guó)處于光伏產(chǎn)能制造業(yè)的前端，形成了全球最完善的光伏產(chǎn)業(yè)鏈，占全球光伏供應(yīng)能力的80%以上。而光伏也是先進(jìn)陶瓷的一大應(yīng)用市場(chǎng)，那么先進(jìn)陶瓷材料在光伏領(lǐng)域中又會(huì)有哪些應(yīng)用呢？

陶瓷覆銅板，光伏逆變器的高效可靠選擇光伏逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心，而陶瓷覆銅板在光伏逆變器中發(fā)揮重要的作用。光伏逆變器的上游原材料主要為電子元器件（IGBT、電容、電阻、電抗器、PCB等）、結(jié)構(gòu)件（機(jī)柜、機(jī)箱等）和輔助材料，其中，IGBT是光伏逆變器的核心器件，對(duì)逆變器的物料成本、失效率、電能轉(zhuǎn)換效率起著決定性作用，占光伏逆變器價(jià)值量的15%至20%。

IGBT模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由底板、陶瓷絕緣基板、焊接材料和其他封裝材料組成。光伏逆變器要求穩(wěn)定的輸出頻率、較小的波形失真度、穩(wěn)定的輸出電壓/電流等。為了提高逆變電路的效率，保證逆變器在高溫戶外長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，延長(zhǎng)和提高產(chǎn)品的使用壽命，制造商采用目前較穩(wěn)定較可靠的陶瓷覆銅板。陶瓷覆銅板具有很大的優(yōu)勢(shì)：

● 陶瓷覆銅板具有更高的熱導(dǎo)率、散熱性能良好，能夠在戶外高低溫等惡劣環(huán)境下工作，以提高光伏系統(tǒng)的使用壽命；

● 陶瓷覆銅板具有良好的絕緣性和穩(wěn)定性，耐擊穿電壓高達(dá)20KV/mm，能夠瞬間承受高電流、高電壓的突變，以保證器件及系統(tǒng)的正常工作；

● 陶瓷覆銅板熱膨脹系數(shù)低，與芯片的熱膨脹系數(shù)接近，不會(huì)在溫差劇變時(shí)產(chǎn)生太大變形從而發(fā)生線路脫焊、內(nèi)應(yīng)力等問(wèn)題，保護(hù)好線路，防止短路；

● 陶瓷覆銅板介電常數(shù)低，介質(zhì)損耗小，信號(hào)傳輸穩(wěn)定性強(qiáng)。

陶瓷金屬?gòu)?fù)合板材，降低太陽(yáng)能發(fā)電成本

為了縮小太陽(yáng)能發(fā)電與化石燃料發(fā)電的成本競(jìng)爭(zhēng)，美國(guó)普渡大學(xué)開(kāi)發(fā)了一種新的材料和制造工藝，可以將太陽(yáng)能儲(chǔ)存為熱能，更有效地發(fā)電。這種材料叫陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料板材，由陶瓷碳化鋯和金屬鎢制成。

研發(fā)這種材料的價(jià)值在于：正常集中式太陽(yáng)能發(fā)電廠通過(guò)使用鏡子或透鏡將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，將大量光線集中到一個(gè)小區(qū)域，從而產(chǎn)生熱量傳遞給熔鹽。然后將來(lái)自熔融鹽的熱量轉(zhuǎn)移到“工作”流體，超臨界二氧化碳，其膨脹并用于旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)以產(chǎn)生電力。為了使太陽(yáng)能電力更便宜，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)就需要更多的熱量產(chǎn)生電力。

而將熱量從熱熔融鹽傳遞到工作流體的熱交換器，目前由不銹鋼或鎳基合金制成，這些合金在所需的較高溫度和超臨界二氧化碳的高壓下變得太軟。據(jù)悉，陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料板材可以定制成能夠成功承受生成所需的高溫，高壓超臨界二氧化碳電力比今天的換熱器更有效率，且成本更低。

隨著技術(shù)完善，最終，這項(xiàng)技術(shù)將允許可再生太陽(yáng)能大規(guī)模滲透到電網(wǎng)中，大量減少化學(xué)電力生產(chǎn)中的二氧化碳。

可用于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)吸熱體的陶瓷材料塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)因其具有聚光比高（200~1000kW/㎡）、熱力循環(huán)溫度高、熱損耗小、系統(tǒng)簡(jiǎn)單且效率高的特點(diǎn)在太陽(yáng)能發(fā)電上被大力推崇。吸熱器作為塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電的核心器件，需要承受比自然光強(qiáng)200-300倍的輻射強(qiáng)度，工作溫度可高達(dá)一千℃以上，所以其性能對(duì)熱發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和工作效率非常重要。傳統(tǒng)的金屬材料吸熱體工作溫度受限，使得瓷吸熱材料成為新的研究熱點(diǎn)。以下幾種陶瓷材料可被用作吸熱體材料：

太陽(yáng)能熱發(fā)電站吸熱塔

● 氧化鋁陶瓷：可承受1000℃以上的高溫，械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性高，且耐酸堿、導(dǎo)熱性能良好、絕緣強(qiáng)度、電阻率、耐磨損；劣勢(shì)在于工作溫度高但熱導(dǎo)率和太陽(yáng)輻射吸收率低，自身顏色為白色使得其被用作吸熱體的同時(shí)必須要在表面上涂覆涂層，由此來(lái)增加太陽(yáng)輻射吸水率。高溫使用過(guò)程中產(chǎn)品基體與涂層易產(chǎn)生開(kāi)裂，再加上抗震性不好，使得實(shí)際使用受限。

● 堇青石陶瓷：具有熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性好、且比表面積大等特點(diǎn)，但因?yàn)閺?qiáng)度低，通常需要添加莫來(lái)石、氧化鋯等第二相來(lái)提高其強(qiáng)度。不過(guò)堇青石瓷吸熱體材料同氧化鋁陶瓷吸熱體問(wèn)題相同，僅適用于中溫吸熱體材料。以合成莫來(lái)石和合成堇青石為原料，廢玻璃粉和鈦酸鋁為燒結(jié)助劑，采用常壓燒結(jié)制備的莫來(lái)石-堇青石復(fù)相陶瓷，還可用作太陽(yáng)能發(fā)電用的輸熱管道材料。

● 碳化硅陶瓷：具有高強(qiáng)度、比表面積大、抗腐蝕、抗氧化、良好的隔熱性、抗熱震性和耐高溫性等優(yōu)良特性，相較于氧化鋁和堇青石瓷吸熱體材料具有更好的高溫性能。采用燒結(jié)碳化硅制成的吸熱體可以使該吸熱器獲得高達(dá)1200℃的出口空氣溫度，材料沒(méi)發(fā)生破壞。

氧化鋁在晶體硅太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用當(dāng)今的晶體硅光伏產(chǎn)業(yè)正朝著更薄、更高效的電池片方向發(fā)展，而當(dāng)硅片的的厚度小于少數(shù)載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度時(shí)，電池表面的復(fù)合速率對(duì)電池效率的影響就會(huì)更加明顯。硅材料中存在大量的雜質(zhì)、缺陷密度和表面態(tài)，它們會(huì)在禁帶間隙中引入多余的能級(jí)，成為少數(shù)載流子的復(fù)合中心，所以通過(guò)對(duì)晶體硅表面進(jìn)行鈍化降低硅材料表面活性，提高少數(shù)載流予的壽命，對(duì)提高電池效率意義重大。

晶體硅太陽(yáng)能電池

目前高效率的實(shí)驗(yàn)室太陽(yáng)能電池晶體硅表面的鈍化工藝主要包括熱氧化SiO2、原子層沉積Al2O3，由于硅材料的體壽命對(duì)于高溫過(guò)程具有敏感性，從而限制了熱氧化SiO2鈍化工藝的應(yīng)用。原子層沉積Al2O3的沉積溫度低，且氧化鋁薄膜具有優(yōu)異的場(chǎng)效應(yīng)鈍化和化學(xué)鈍化特性，同時(shí)氧化鋁薄膜及其疊層具有良好的熱穩(wěn)定性，滿足絲網(wǎng)印刷和高溫?zé)Y(jié)的傳統(tǒng)工業(yè)太陽(yáng)電池工藝的要求。

原子層沉積Al203薄膜（圖源：蘇州復(fù)納電子）

在晶體硅太陽(yáng)能電池中Al2O3鈍化可以通過(guò)原子層沉積的方法來(lái)改善太陽(yáng)能電池的表面鈍化質(zhì)量，降低表面的復(fù)合速率，進(jìn)而提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。常用于發(fā)射極及背面局部擴(kuò)散太陽(yáng)能電池(PERL)和鈍化發(fā)射極及鈍化背面太陽(yáng)能電池(PERC)兩種結(jié)構(gòu)，是提高太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的絕佳幫手。隨著研究的深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步，氧化鋁鈍化薄膜會(huì)取得更大的進(jìn)展，并將在太陽(yáng)電池工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。

熔融石英陶瓷坩堝，光伏產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵耗材目前，太陽(yáng)能電池的主要材料有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜材料等，而石英陶瓷坩堝是用于生產(chǎn)多晶硅錠的容器，是多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中除多晶硅原料外消耗量最大的消耗品。其生產(chǎn)技術(shù)難度大、原料純度要求高、使用環(huán)境苛刻，要在1550℃的高溫下一次性連續(xù)工作50個(gè)小時(shí)以上，是多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中不可替代的關(guān)鍵耗材。

石英陶瓷坩堝

此外，面對(duì)高純度多晶硅原料供不應(yīng)求的局面，許多國(guó)家都根據(jù)多晶硅鑄錠原理開(kāi)展了多晶硅原料的熔煉提純工作，石英陶瓷坩堝在其中也發(fā)揮了同樣重要的作用。因此，石英陶瓷坩堝與多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)具有密不可分、相互依存的關(guān)系。目前我國(guó)光伏行業(yè)已經(jīng)基本掌握了太陽(yáng)能電池制造、多晶硅生產(chǎn)等關(guān)鍵工藝技術(shù)，依托“一帶一路”等建設(shè)引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖偬嵘?，有力拉動(dòng)對(duì)光伏用石英陶瓷產(chǎn)品的巨大市場(chǎng)需求。

小 結(jié)

從全球范圍來(lái)看，隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的進(jìn)行，未來(lái)電力結(jié)構(gòu)中可再生能源將承擔(dān)主要角色，各國(guó)政府仍將大力發(fā)展太陽(yáng)能光伏行業(yè)，太陽(yáng)能光伏行業(yè)仍將保持較快的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。我國(guó)作為全球光伏大國(guó)，是全球光伏市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?。因此，陶瓷在光伏領(lǐng)域中的市場(chǎng)具有廣闊的前景。

高導(dǎo)熱絕緣膜通過(guò)“導(dǎo)熱-絕緣-環(huán)境適應(yīng)”三位一體的特性，在變頻器中同時(shí)解決了散熱效率、電氣安全與工況適配三大核心問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化、高功率密度化的重要支撐材料，尤其適用于新能源、工業(yè)自動(dòng)化等對(duì)變頻器可靠性要求嚴(yán)苛的領(lǐng)域。

晟鵬技術(shù)（晟鵬科技）研發(fā)的耐高溫200C高導(dǎo)熱絕緣片具有絕緣耐電壓、抗撕裂壓力、韌性強(qiáng)、超薄等特性，垂直導(dǎo)熱系數(shù)3.5W和5W，耐擊穿電壓達(dá)到4KV以上，UL-V0阻燃等級(jí)使用壽命周期長(zhǎng)，滿足變頻家電（空調(diào)冰箱）、汽車電子、新能源電池、電力、交通等行業(yè)的需求,低熱阻高導(dǎo)熱氮化硼絕緣片可以快速地把功率器件產(chǎn)生的熱量傳遞到散熱器。