未來隨著光伏逆變器順應2030年碳達峰、2060年碳中和目標的提出，意味著以太陽能光伏發電為主要推動力的新能源時代已經來臨。目前全球光伏產業發展前景廣闊，而中國處于光伏產能制造業的前端，形成了全球最完善的光伏產業鏈，占全球光伏供應能力的80%以上。而光伏也是先進陶瓷的一大應用市場，那么先進陶瓷材料在光伏領域中又會有哪些應用呢？

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電系統的核心，而陶瓷覆銅板在光伏逆變器中發揮重要的作用。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）、結構件（機柜、機箱等）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模塊內部結構主要由底板、陶瓷絕緣基板、焊接材料和其他封裝材料組成。光伏逆變器要求穩定的輸出頻率、較小的波形失真度、穩定的輸出電壓/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定地工作，延長和提高產品的使用壽命，制造商采用目前較穩定較可靠的陶瓷覆銅板。陶瓷覆銅板具有很大的優勢：

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

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

● 陶瓷覆銅板熱膨脹系數低，與芯片的熱膨脹系數接近，不會在溫差劇變時產生太大變形從而發生線路脫焊、內應力等問題，保護好線路，防止短路；

● 陶瓷覆銅板介電常數低，介質損耗小，信號傳輸穩定性強。

陶瓷金屬復合板材，降低太陽能發電成本

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

研發這種材料的價值在于：正常集中式太陽能發電廠通過使用鏡子或透鏡將太陽能轉化為電能，將大量光線集中到一個小區域，從而產生熱量傳遞給熔鹽。然后將來自熔融鹽的熱量轉移到“工作”流體，超臨界二氧化碳，其膨脹并用于旋轉渦輪機以產生電力。為了使太陽能電力更便宜，渦輪發動機就需要更多的熱量產生電力。

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。據悉，陶瓷-金屬復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。

隨著技術完善，最終，這項技術將允許可再生太陽能大規模滲透到電網中，大量減少化學電力生產中的二氧化碳。

可用于太陽能發電系統吸熱體的陶瓷材料塔式太陽能熱發電系統因其具有聚光比高（200~1000kW/㎡）、熱力循環溫度高、熱損耗小、系統簡單且效率高的特點在太陽能發電上被大力推崇。吸熱器作為塔式太陽能熱發電的核心器件，需要承受比自然光強200-300倍的輻射強度，工作溫度可高達一千℃以上，所以其性能對熱發電系統的穩定運行和工作效率非常重要。傳統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：

太陽能熱發電站吸熱塔

● 氧化鋁陶瓷：可承受1000℃以上的高溫，械強度和化學穩定性高，且耐酸堿、導熱性能良好、絕緣強度、電阻率、耐磨損；劣勢在于工作溫度高但熱導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。高溫使用過程中產品基體與涂層易產生開裂，再加上抗震性不好，使得實際使用受限。

● 堇青石陶瓷：具有熱膨脹系數低、抗熱震性好、且比表面積大等特點，但因為強度低，通常需要添加莫來石、氧化鋯等第二相來提高其強度。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助劑，采用常壓燒結制備的莫來石-堇青石復相陶瓷，還可用作太陽能發電用的輸熱管道材料。

● 碳化硅陶瓷：具有高強度、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。采用燒結碳化硅制成的吸熱體可以使該吸熱器獲得高達1200℃的出口空氣溫度，材料沒發生破壞。

氧化鋁在晶體硅太陽能電池中的應用當今的晶體硅光伏產業正朝著更薄、更高效的電池片方向發展，而當硅片的的厚度小于少數載流子的擴散長度時，電池表面的復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、缺陷密度和表面態，它們會在禁帶間隙中引入多余的能級，成為少數載流子的復合中心，所以通過對晶體硅表面進行鈍化降低硅材料表面活性，提高少數載流予的壽命，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鈍化工藝的應用。原子層沉積Al2O3的沉積溫度低，且氧化鋁薄膜具有優異的場效應鈍化和化學鈍化特性，同時氧化鋁薄膜及其疊層具有良好的熱穩定性，滿足絲網印刷和高溫燒結的傳統工業太陽電池工藝的要求。

原子層沉積Al203薄膜（圖源：蘇州復納電子）

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量，降低表面的復合速率，進而提高太陽能電池的轉換效率。常用于發射極及背面局部擴散太陽能電池(PERL)和鈍化發射極及鈍化背面太陽能電池(PERC)兩種結構，是提高太陽能電池轉換效率的絕佳幫手。隨著研究的深入和技術的不斷進步，氧化鋁鈍化薄膜會取得更大的進展，并將在太陽電池工業生產中得到廣泛的應用。

熔融石英陶瓷坩堝，光伏產業的關鍵耗材目前，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多晶硅錠的容器，是多晶硅生產過程中除多晶硅原料外消耗量最大的消耗品。其生產技術難度大、原料純度要求高、使用環境苛刻，要在1550℃的高溫下一次性連續工作50個小時以上，是多晶硅生產過程中不可替代的關鍵耗材。

石英陶瓷坩堝

此外，面對高純度多晶硅原料供不應求的局面，許多國家都根據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揮了同樣重要的作用。因此，石英陶瓷坩堝與多晶硅光伏產業具有密不可分、相互依存的關系。目前我國光伏行業已經基本掌握了太陽能電池制造、多晶硅生產等關鍵工藝技術，依托“一帶一路”等建設引導產業規模快速提升，有力拉動對光伏用石英陶瓷產品的巨大市場需求。

小 結

從全球范圍來看，隨著可持續發展戰略的進行，未來電力結構中可再生能源將承擔主要角色，各國政府仍將大力發展太陽能光伏行業，太陽能光伏行業仍將保持較快的增長態勢。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，陶瓷在光伏領域中的市場具有廣闊的前景。

高導熱絕緣膜通過“導熱-絕緣-環境適應”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，是實現設備小型化、高功率密度化的重要支撐材料，尤其適用于新能源、工業自動化等對變頻器可靠性要求嚴苛的領域。

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