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石英資源在光伏產業中的應用
時間:2022-09-15 瀏覽次數:

來源:中國礦業報

◎  張亮 劉磊

  新能源是指傳統能源之外的各種能量形式,如太陽能、水能、地熱能、風能、生物質能、核能等。新能源產業對于減少碳排放、緩解能源危機具有重要意義,是實現碳達峰碳中和目標的重要一環。

  太陽能光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應,而將光能直接轉變為電能的一種技術,具有安全可靠、綠色清潔、可再生、適用地區廣等優點,是新能源產業的重要發展方向,近年來發展迅速。

  石英是一種架狀結構氧化物礦物,具有硬度高、化學性能穩定、隔熱性好等優點,廣泛應用于建筑、機械、冶金、電子電器、新材料、新能源等行業,是一種重要的戰略性非金屬礦資源。石英資源在光伏發電領域應用廣泛,是光伏發電行業的關鍵基礎性原材料之一。

  太陽能光伏電板

  目前,光伏發電板主要結構組成為:層壓件(由上至下鋼化玻璃、EVA、電池片、背板)、鋁合金架、接線盒、硅膠(粘結各部件)。其中,在制造過程中使用石英資源為基礎原料的部件有鋼化玻璃、電池片、硅膠以及鋁合金,不同組件對石英砂要求各不相同,用量各不相同。

  鋼化玻璃層主要起保護作用,保護位于其下的電池片等內部結構,要求其透光率透明度好、能量轉化率高、自爆率低、強度高且薄。目前太陽能鋼化玻璃應用最為廣泛為低鐵超白玻璃,低鐵超白玻璃通常要求石英砂中主要元素SiO2≥99.30%,Fe2O3≤60ppm等,制作太陽能光伏玻璃所用石英資源多采用石英巖、石英砂巖、濱海石英砂等資源經選礦提純獲取。

  太陽能光伏發電板主要結構組成

  電池片是光伏發電的核心部件,主要有單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池以及多元化合物電池等,應用最為廣泛的為單晶硅電池和多晶硅電池。相較多晶硅電池,單晶硅電池具有光轉化率高(15%~21%,大多在18%左右)、使用壽命長優點,但制作成本高,受材料物理性能限制,要達到30%以上的轉化率的可能性較??;相較單晶硅電池,多晶硅電池光轉化效率低(12%~18.5%,大多在16%左右),與單晶硅電池相比,多晶硅電池光轉化效率低,使用壽命短,目前正在逐漸被單晶硅電池替代;非晶硅電池具有輕薄、質輕、柔性好等優勢,應用范圍非常廣泛,尤其適合用在光伏建筑一體化之中,但其光轉化效率偏低;多元化合物電池(如砷化鎵、硫化鎘電池等)光電轉化效率高,但是價格昂貴,多用于航空航天等重要領域,沒有規?;a業化的實用價值。制作光伏單晶硅、多晶硅通常利用金屬硅制作,受成本影響,制作多晶硅的金屬硅對石英原料要求較高,通常用SiO2>99.9%的石英砂經冶煉、提純制成,制作多晶硅所用石英資源可從優質石英巖、石英砂巖、脈石英等資源中獲取。在生產多晶硅、單晶硅過程中用到的坩堝、擴散管等材料為光伏級高純石英砂,通常要求石英砂SiO2≥99.99%雜質元素總含量應小于25ppm,其中K、Li、Na小于2.5ppm。目前,全球可以制作該類型高純石英砂的石英資源主要從花崗巖石英中制得(少部分從脈石英提?。?,該類資源主要集中在美國。我國石英股份、福東等公司生產石英坩堝所用石英原料基本從美國尤尼明進口。

  硅膠主要起密封作用,將各個組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處等部位進行密封。目前,硅膠多通過金屬硅制得,硅膠用金屬硅對石英資源要求相較多晶硅、單晶硅用金屬硅要低,通常石英砂品質SiO2>99.0%的石英資源可制得。

  鋁合金主要是在冶煉過程中加入少量金屬硅,增強性能。冶煉用硅金屬硅與硅膠類似,對石英砂的品質要求較低。

  (作者單位:中國地質調查局鄭州礦產綜合利用研究所)



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