未來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，意味著以太陽能光伏發(fā)電為主要推動力的新能源時代已經(jīng)來臨。目前全球光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊，而中國處于光伏產(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，那么先進(jìn)陶瓷材料在光伏領(lǐng)域中又會有哪些應(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期穩(wěn)定地工作，延長和提高產(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：

● 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，不會在溫差劇變時產(chǎn)生太大變形從而發(fā)生線路脫焊、內(nèi)應(yīng)力等問題，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，信號傳輸穩(wěn)定性強(qiáng)。

陶瓷金屬復(fù)合板材，降低太陽能發(fā)電成本

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

研發(fā)這種材料的價值在于：正常集中式太陽能發(fā)電廠通過使用鏡子或透鏡將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，將大量光線集中到一個小區(qū)域，從而產(chǎn)生熱量傳遞給熔鹽。然后將來自熔融鹽的熱量轉(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。為了使太陽能電力更便宜，渦輪發(fā)動機(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-金屬復(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，這項技術(shù)將允許可再生太陽能大規(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。

可用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)吸熱體的陶瓷材料塔式太陽能熱發(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)簡單且效率高的特點在太陽能發(fā)電上被大力推崇。吸熱器作為塔式太陽能熱發(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，所以其性能對熱發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運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。以下幾種陶瓷材料可被用作吸熱體材料：

太陽能熱發(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；劣勢在于工作溫度高但熱導(dǎo)率和太陽輻射吸收率低，自身顏色為白色使得其被用作吸熱體的同時必須要在表面上涂覆涂層，由此來增加太陽輻射吸水率。高溫使用過程中產(chǎn)品基體與涂層易產(chǎn)生開裂，再加上抗震性不好，使得實際使用受限。

● 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，但因為強(qiáng)度低，通常需要添加莫來石、氧化鋯等第二相來提高其強(qiáng)度。不過堇青石瓷吸熱體材料同氧化鋁陶瓷吸熱體問題相同，僅適用于中溫吸熱體材料。以合成莫來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)制備的莫來石-堇青石復(fù)相陶瓷，還可用作太陽能發(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，材料沒發(fā)生破壞。

氧化鋁在晶體硅太陽能電池中的應(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)散長度時，電池表面的復(fù)合速率對電池效率的影響就會更加明顯。硅材料中存在大量的雜質(zhì)、缺陷密度和表面態(tài)，它們會在禁帶間隙中引入多余的能級，成為少數(shù)載流子的復(fù)合中心，所以通過對晶體硅表面進(jìn)行鈍化降低硅材料表面活性，提高少數(shù)載流予的壽命，對提高電池效率意義重大。

晶體硅太陽能電池

目前高效率的實驗室太陽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于高溫過程具有敏感性，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)異的場效應(yīng)鈍化和化學(xué)鈍化特性，同時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）

在晶體硅太陽能電池中Al2O3鈍化可以通過原子層沉積的方法來改善太陽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)散太陽能電池(PERL)和鈍化發(fā)射極及鈍化背面太陽能電池(PERC)兩種結(jié)構(gòu)，是提高太陽能電池轉(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，氧化鋁鈍化薄膜會取得更大的進(jìn)展，并將在太陽電池工業(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個小時以上，是多晶硅生產(chǎn)過程中不可替代的關(guān)鍵耗材。

石英陶瓷坩堝

此外，面對高純度多晶硅原料供不應(yīng)求的局面，許多國家都根據(jù)多晶硅鑄錠原理開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。目前我國光伏行業(yè)已經(jīng)基本掌握了太陽能電池制造、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辛瓌訉夥檬⑻沾僧a(chǎn)品的巨大市場需求。

小 結(jié)

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

高導(dǎo)熱絕緣膜通過“導(dǎo)熱-絕緣-環(huán)境適應(yīng)”三位一體的特性，在變頻器中同時解決了散熱效率、電氣安全與工況適配三大核心問題，是實現(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)自動化等對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阻燃等級使用壽命周期長，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。