隨著全球對可再生能源需求不斷增加，光伏產業正在迅速發展并逐漸成為全球能源結構的重要組成部分。多晶硅作為光伏電池的主要原材料，在多晶硅的生產中，氮化硅陶瓷發揮了重要的作用。

1、光伏脫模劑用氮化硅粉體

氮化硅是目前多晶硅鑄錠生產中普遍使用的涂層材料。在多晶硅鑄錠生產（包括準單晶鑄錠）過程中，為了防止硅熔液與石英坩堝發生反應而相互黏合，即所謂的粘堝，坩堝內壁通常需要預先制備一層氮化硅涂層作為脫模劑。目前，常規多晶硅鑄錠生產中通常采用噴涂法在坩堝內壁制作氮化硅涂層。

圖 石英坩堝噴涂氮化硅層涂，來源：Kurt Fuchs / Fraunhofer IISB

氮化硅耐高溫性能和化學穩定性好，致密性好，是強共價鍵化合物，其自擴散系數低，抗雜質擴散和防水汽滲透能力強，同時具有良好的抗氧化、抗腐蝕和耐摩擦等性能，并且不與熔融Si發生反應，非常符合提純多晶硅過程中坩堝涂層的要求。

圖 ?光伏級氮化硅粉，來源：河北高富

作為涂層材料，氮化硅與熔融Si要具有優異的可脫離性和優異的抗侵蝕性，純度高，涂層與坩堝壁之間的結合強度高，高溫性能好，與Si熔液不粘連，α相含量高，粒度分布窄。光伏脫模劑用氮化硅粉主要廠家有:日本UBE、德國H.C.Starck、ALZChem、煙臺同立、青島瓷興、新疆晶碩、河北高富等。

2、多晶硅還原爐用氮化硅制品

業界生產多晶硅的方法有多種，其中比較常見的是氫還原法，也稱西門子法，目前應用的比較廣泛的為改良西門子法，改良西門子法將高純的氫氣和高純度的硅的反應物（多為硅鹵化物）作為原料，按一定比例通入到反應容器內（即多晶硅還原爐），在高溫高壓的環境下，氫氣還原硅的反應物，從而形成多晶硅，形成的多晶硅會沉積在硅芯上。隨著化學反應的繼續，沉積在硅芯上的多晶硅越來越多，逐漸將硅芯全部覆蓋，變成一根外部包裹著多晶硅的棒狀體，俗稱硅棒。

圖 太陽能用氮化硅陶瓷制品，來源：中材高新氮化物

氮化硅陶瓷制品主要應用于多晶硅還原爐中，多晶硅還原爐是提煉多晶硅棒的專用設備，多晶硅還原爐用氮化硅制品按照用途分為氮化硅絕緣環（套筒）、氮化硅尾氣罩、氮化硅噴嘴等。氮化硅陶瓷具有良好的耐腐蝕、抗熱沖擊性能以及優良的高溫力學性能和電絕緣性等特性，廣泛應用于高溫、腐蝕、大載荷等苛刻環境下。氮化硅陶瓷使用壽命更長，比石英陶瓷同類產品壽命高 10 倍，氧化鋁材料產品壽命長 5 倍以上，減少意外停爐損失，提高綜合效益。

①氮化硅絕緣環

多晶硅還原爐的啟動方法都是采用8000～10000伏的高電壓將硅芯擊穿啟動，為保證安全生產，必須對其電極做好相應的絕緣措施。另外多晶硅生產過程是一個高溫的氣相沉積過程，電極的絕緣元件所處熱場溫度梯度大，再加上生產和出料過程中倒棒沖擊絕緣元件的影響，這都要求絕緣元件要有良好的機械強度，絕緣強度，抗電擊穿能力和優良的耐熱驟變性及化學穩定性，才能達到絕緣和保護電極的效果。

圖 氮化硅絕緣環，來源：中材高新氮化物

氮化硅陶瓷環絕緣性好、韌性高、耐高溫和抗震性好，能滿足多晶硅還原爐的環境使用要求，提高工作效率，使用壽命是氧化鋁絕緣環的10倍以上。

圖 氮化硅制品在多晶硅還原爐的應用，來源：中材高新氮化物

氮化硅絕緣環（套筒）不會與氫氣、氯化氫、氯化硅等氣體反應，穩定性好，能起到隔熱、防腐、耐高溫效果，既可以有效防止剝落的碳氈等導電材料將電極與底盤接通，造成短路現象，又可以將電極體與還原爐內的高溫隔離，從而避免還原爐發生氫氣泄漏甚至爆炸等安全事故。

②氮化硅尾氣罩

多晶硅還原爐尾氣孔絕大多數在多晶硅還原爐底盤上，一般底盤上有若干個尾氣孔，同時在生產多晶硅過程中，爐內也經常出現硅棒倒棒問題，掉下的小硅塊很容易進入到尾氣孔，堵塞尾氣孔，導致循環反應無法正常進行，為了避免這個問題發生，因此一般在尾氣孔上安裝一個尾氣罩裝置。

圖 氮化硅尾氣罩，來源：新疆晶碩

氮化硅尾氣罩具有耐高溫、耐腐蝕、無污染，抗熱沖擊性能強，機械強度高，操作方便，絕緣程度高，不受還原氣氛影響，性能穩定、使用壽命長等性能，應用于光伏產業，可有效防止硅渣、硅塊進入尾氣管道。

③氮化硅噴嘴

多晶硅還原爐的氣體通過噴嘴的噴腔向上噴入到爐筒內。氮化硅材質的進氣噴嘴具有優良的耐磨性能，能夠規避氣體發生偏流，還能夠規避雜質進入到爐筒內。

多晶硅還原爐用氮化硅制品相關國內企業有中材高新氮化物、新疆晶碩、衡陽凱新、上海泛聯、泰晟新材料等。

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