Применение карбида кремния в фотоэлектрической промышленности

С ростом мирового спроса на энергию ископаемая энергия, в основном нефть, уголь и природный газ, в конечном итоге будет исчерпана. Кроме того, ископаемая энергия также будет вызывать серьезное загрязнение окружающей среды во время использования. Чтобы решить вышеуказанные проблемы, внимание людей привлекли возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия, энергия ветра, гидроэнергетика и ядерная энергия.

Основным способом использования солнечной энергии является фотоэлектрическая генерация. По сравнению с другими технологиями генерации энергии фотоэлектрическая генерация имеет такие преимущества, как экологичность и безвредность для окружающей среды, наличие достаточных ресурсов солнечной энергии, безопасность и надежность в процессе генерации энергии, а также простота установки и транспортировки оборудования для генерации энергии. Можно предвидеть, что широкомасштабное продвижение фотоэлектрической генерации окажет положительное влияние на управление энергетическими и экологическими кризисами.

Согласно принципу фотоэлектрической генерации энергии, когда солнечный свет падает на фотоэлектрические компоненты (например, солнечные панели), фотоны взаимодействуют с электронами в фотоэлектрических материалах, заставляя электроны выходить из материалов и образовывать фототок, который является постоянным током. Поскольку большая часть электрооборудования питается от переменного тока, постоянный ток, генерируемый фотоэлектрической решеткой, не может использоваться напрямую, и необходимо преобразовать постоянный ток в переменный ток для достижения фотоэлектрической генерации электроэнергии, подключенной к сети.

Ключевым устройством для достижения вышеуказанной цели является инвертор, поэтому фотоэлектрический инвертор, подключенный к сети, является ядром технологии фотоэлектрической генерации электроэнергии, а эффективность работы инвертора в значительной степени определяет эффективность использования солнечной энергии.

Силовые устройства являются основными компонентами фотоэлектрических инверторов, подключенных к сети. В настоящее время различные полупроводниковые приборы, используемые в электротехнической промышленности, в основном основаны на кремниевых (Si) материалах и разработаны достаточно зрело. Si — это полупроводниковый материал, который широко используется в различных электронных лампах и интегральных схемах. Поскольку использование силовых полупроводниковых приборов становится все более разнообразным, использование кремниевых приборов ограничивается в некоторых приложениях с высокими требованиями к производительности и суровыми рабочими условиями. Это требует разработки полупроводниковых приборов с лучшими характеристиками. В результате появились широкозонные полупроводниковые приборы, такие как карбид кремния (SiC).

По сравнению с устройствами на основе кремния, устройства из карбида кремния демонстрируют ряд замечательных превосходных свойств:

(1) Высокая напряженность электрического поля пробоя: напряженность электрического поля пробоя SiC примерно в 10 раз больше, чем у Si, что позволяет устройствам SiC иметь более высокое блокирующее напряжение и работать в условиях более высокого электрического поля, что помогает повысить плотность мощности.

(2) Широкая запрещенная зона: SiC имеет более низкую собственную концентрацию носителей при комнатной температуре, что приведет к более низкому сопротивлению во включенном состоянии.

(3) Высокая скорость дрейфа насыщения: SiC имеет более высокую скорость дрейфа насыщения электронов, что помогает ему быстрее достигать устойчивого состояния во время процесса переключения и снижает потери энергии во время процесса переключения.

(4) Высокая теплопроводность: SiC имеет более высокую теплопроводность, что значительно повышает плотность мощности, еще больше упрощает конструкцию системы отвода тепла и эффективно продлевает срок службы устройства.

Короче говоря, силовые устройства на основе карбида кремния обеспечивают требуемые характеристики низкого обратного восстановления и быстрого переключения для достижения «высокой эффективности преобразования» и «низкого энергопотребления» фотоэлектрических инверторов, что имеет решающее значение для повышения плотности мощности фотоэлектрических инверторов и дальнейшего снижения стоимости за киловатт-час.