태양광 발전 부문: 더 높은 효율 향상을 위한 SiC

소개 태양 광 발전의 미래 효율을 높이는 SiC 전력화

전 세계적으로 재생 에너지원으로의 전환이 이루어지면서 태양광 발전(PV) 산업은 혁신의 최전선에 서게 되었습니다. 청정 에너지에 대한 수요가 증가함에 따라 태양광 발전의 효율성, 신뢰성, 비용 효율성을 향상시켜야 한다는 압박도 커지고 있습니다. 첨단 반도체 소재인 실리콘 카바이드(SiC)는 이러한 목표를 달성하는 데 핵심적인 요소로 급부상하고 있습니다. 이 소재는 전기적 특성과 열적 특성이 독특하게 결합되어 있어 최신 태양광 발전 시스템에서 널리 사용되는 고전력, 고온, 고주파 애플리케이션에 매우 적합합니다. 기존 실리콘(Si)과 달리 SiC는 뛰어난 성능 지표를 제공하여 상당한 효율성 향상과 시스템 수준의 이점으로 직접 연결됩니다. 이 블로그 게시물에서는 태양광 발전 부문을 혁신하는 데 있어 맞춤형 실리콘 카바이드 제품의 다각적인 역할을 살펴보고, 그 응용 분야와 장점, 그리고 이러한 중요한 첨단 소재를 조달할 때 고려해야 할 사항을 살펴봅니다.

반도체 제조부터 항공우주 및 전력 전자에 이르기까지 다양한 산업에서 극한의 조건을 견디면서 최적의 성능을 제공하는 소재에 대한 탐구는 끊임없이 계속되고 있습니다. 넓은 밴드갭, 높은 열전도율, 높은 항복 전기장과 같은 SiC의 고유한 특성은 특히 태양광 발전 설비의 전력 변환 단계에서 판도를 바꿀 수 있는 소재입니다. 태양 광 인버터 설계, 전력 밀도 및 전체 시스템 수명에 대한 SiC의 복잡성을 살펴봄으로써 차세대 태양 광 기술에서 필수 불가결한 구성 요소가되는 이유를 분명히 알 수 있습니다.

SiC의 중추적인 역할: 태양 광 발전 시스템의 응용 분야

실리콘 카바이드의 우수한 특성 덕분에 태양광 발전 시스템 내의 다양한 핵심 애플리케이션에 매우 다양하게 활용됩니다. 태양광 패널에서 생성된 직류 전력을 그리드 또는 로컬 부하에서 사용할 수 있는 교류 전력으로 변환하는 데 필수적인 전력 전자 장치에서 주로 사용됩니다.

주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

SiC 인버터: 태양광 인버터는 태양광 시스템의 핵심입니다. 스트링 및 중앙 인버터를 포함한 SiC 기반 인버터는 실리콘 기반 인버터보다 더 높은 스위칭 주파수와 온도에서 작동할 수 있습니다. 이는 곧
- 전력 밀도가 높아져 더 작고 가벼운 인버터 설계가 가능합니다.
- 변환 효율이 높아져 DC-AC 변환 중 에너지 손실을 최소화합니다.
- 냉각 요구 사항이 줄어들어 열 관리 시스템이 간소화되고 비용이 절감됩니다.
역률 보정(PFC) 부스트 컨버터: 태양광 인버터 내 PFC 회로의 SiC 다이오드 및 MOSFET은 효율을 개선하고 인덕터 및 커패시터와 같은 수동 부품의 크기를 줄입니다.
태양광 발전 컨버터(DC-DC): 대규모 태양광 발전소나 배터리 스토리지가 있는 시스템에서는 DC-DC 컨버터가 매우 중요합니다. SiC 부품은 이러한 컨버터의 효율성과 전력 처리 기능을 향상시켜 에너지 수확 및 저장을 최적화합니다.
고전압 애플리케이션: 저항 손실을 줄이기 위해 유틸리티 규모의 태양광 발전소에서 더 높은 DC 버스 전압(예: 1500V)을 사용하는 추세에 따라 SiC 디바이스는 더 높은 항복 전압과 더 낮은 누설 전류로 인해 더 나은 신뢰성과 성능을 제공합니다.
전원 모듈: 다이오드와 MOSFET을 통합한 맞춤형 SiC 전력 모듈은 태양광 인버터를 위한 작고 효율적이며 안정적인 솔루션을 제공하여 제조업체의 설계 및 조립을 간소화합니다. 이러한 모듈은 상당한 전력 수준과 열 스트레스를 처리하도록 설계되었습니다. 몇 가지를 살펴볼 수 있습니다 성공적인 애플리케이션 및 사례 연구 를 통해 SiC가 실제 시나리오에서 어떤 변화를 가져오는지 알아보세요.
무정전 전원 공급 장치(UPS): SiC는 또한 지속적인 전력 공급을 위해 태양광 설비와 결합하여 동일한 효율과 밀도 개선의 이점을 누리는 UPS 시스템에서도 사용되고 있습니다.

이러한 태양광 부품에 SiC를 채택하면 태양광 발전의 균등화 발전 비용(LCOE)이 낮아져 기존 에너지원에 비해 경쟁력이 높아집니다. 또한 SiC 부품의 향상된 신뢰성은 태양광 설비의 운영 수명을 연장하고 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.

왜 맞춤형 SiC인가? 태양광 에너지의 최고 성능 실현

맞춤형 실리콘 카바이드 부품은 단순한 업그레이드가 아니라 태양광 에너지 시스템에서 최고의 성능을 달성하는 방법의 근본적인 변화를 의미합니다. 표준 SiC 부품은 고유한 장점을 제공하지만, 태양광 발전 부문의 특정 애플리케이션 요구 사항에 맞게 조정하면 새로운 차원의 효율성, 내구성 및 시스템 최적화를 실현할 수 있습니다.

맞춤형 SiC 솔루션을 선택하면 다음과 같은 이점이 있습니다:

최적화된 열 관리: 태양광 인버터와 전력 변환기는 상당한 열을 발생시킵니다. 맞춤형 SiC 기판과 구성 요소는 특정 열 전도성 경로와 형상으로 설계하여 효율적인 열 방출을 보장할 수 있습니다. 이를 통해 과열을 방지하고 부품 수명을 연장하며 부피가 큰 냉각 시스템의 필요성을 줄여 더욱 컴팩트한 시스템 설계가 가능합니다.
전력 밀도 증가: 맞춤형 설계를 통해 엔지니어는 특정 태양광 애플리케이션의 전압, 전류 및 주파수 요구 사항에 정확하게 맞는 SiC 부품을 설계할 수 있습니다. 즉, 동일한 전력 등급에서 전력 전자 모듈을 더 작고 가볍게 만들 수 있으며, 이는 주거용 태양광 시스템, 태양광과 통합된 전기 자동차 충전 인프라, 심지어 유틸리티 규모의 농장에서 구조적 지원 비용을 절감하는 데 중요한 요소입니다.
향상된 내구성과 신뢰성: 태양광 설비는 25년 이상 안정적으로 작동해야 하며, 혹독한 환경 조건(극한의 온도, 습도, 먼지)에서도 안정적으로 작동해야 하는 경우가 많습니다. 맞춤형 SiC 부품은 이러한 스트레스 요인을 견딜 수 있도록 특수 보호 코팅, 최적화된 미세 구조 및 견고한 패키징으로 설계할 수 있으므로 표준 부품이나 기존 실리콘 장치에 비해 작동 수명이 길고 고장률이 감소합니다.
응용 분야별 성능: 다양한 태양광 애플리케이션(예: 마이크로 인버터, 중앙 인버터, 독립형 시스템)에는 고유한 작동 프로필이 있습니다. 맞춤형 SiC를 사용하면 스위칭 속도, 온 상태 저항(R_DS(on)), 고장 전압을 측정하여 특정 사용 사례에 맞는 태양광 패널 효율과 전체 시스템 수율을 극대화합니다.
향상된 시스템 통합: 맞춤형 모양의 SiC 기판, 방열판 또는 구조 부품을 사용하면 대형 태양광 모듈이나 전력 전자 어셈블리에 더 쉽고 효율적으로 통합할 수 있습니다. 이를 통해 조립 시간, 복잡성 및 잠재적 장애 지점을 줄일 수 있습니다.
시스템 수준에서의 비용 효율성: 맞춤형 SiC 부품은 표준 실리콘 부품보다 초기 단가가 높을 수 있지만, 효율 향상(발전량 증가), 냉각 비용 절감, 패시브 부품 소형화, 신뢰성 향상(유지보수 및 교체 비용 절감) 등 시스템 차원의 이점으로 인해 태양광 설비의 수명 기간 동안 총 소유 비용과 투자 수익률이 향상되는 경우가 많습니다.

커스터마이징을 통해 SiC 특성을 조정하는 기능은 태양 에너지 기술의 한계를 뛰어넘고자 하는 엔지니어와 조달 관리자에게 강력한 도구입니다. 이를 통해 재료 과학이 야심찬 에너지 생산 목표를 달성하는 데 직접적으로 기여하는 시스템 설계에 보다 총체적인 접근이 가능합니다.

등급 선택: 태양광 발전 부품용 SiC 재료

태양광 부품의 성능과 비용 효율성을 최적화하려면 적절한 등급의 실리콘 카바이드를 선택하는 것이 중요합니다. 제조 공정에 따라 다양한 특성을 가진 SiC 소재가 생산되므로 태양 에너지 에코시스템 내의 특정 애플리케이션에 적합합니다. 기술 구매자와 엔지니어는 이러한 차이점을 이해하는 것이 중요합니다.

일반적인 SiC 유형과 태양광 애플리케이션과의 관련성은 다음과 같습니다:

소결 탄화규소(SSC):
- 속성: 미세한 SiC 분말을 고온(보통 2000°C 이상)에서 소결하여 생산되는 SSC는 우수한 강도, 높은 경도, 탁월한 내마모성, 우수한 열충격 저항성을 나타냅니다. 매우 높은 온도에서도 강도를 유지합니다. 소결 첨가제 및 공정에 따라 고밀도(SSiC) 또는 다공성일 수 있습니다.
- 태양광 애플리케이션: 태양광 제조 장비의 구조 부품, 고성능 방열판, 높은 열전도율과 안정성이 요구되는 기판에 이상적입니다. 고밀도 SSiC는 연마성과 열 안정성으로 인해 집광형 태양광 발전(CSP) 시스템의 거울에 사용할 수 있습니다. 태양광 패널 습식 공정에서 연마성 슬러리를 처리하는 펌프의 부품.
A2: 여러 유형의 탄화규소가 AM에 사용되거나 개발되고 있습니다. 주요 예는 다음과 같습니다. *
- 속성: 다공성 탄소 프리폼에 용융 실리콘을 침투시켜 제조합니다. 실리콘은 일부 탄소와 반응하여 SiC를 형성하고 나머지 기공은 실리콘 금속으로 채워집니다. RBSC는 우수한 기계적 강도, 우수한 내마모성 및 내식성, 높은 열전도율을 제공합니다. 일반적으로 SSC보다 생산 비용이 저렴합니다. 그러나 유리 실리콘이 존재하기 때문에 최대 작동 온도가 약 1350°C로 제한됩니다.
- 태양광 애플리케이션: 열교환기 튜브, 폴리실리콘 생산의 버너 노즐(태양전지의 전구체), 태양광 패널 제조 기계의 내마모성 부품 등 크고 복잡한 모양의 부품에 자주 사용됩니다. 열전도율이 우수하여 열 스프레더에도 적합합니다.
질화물 결합 실리콘 카바이드(NBSC):
- 속성: SiC 입자는 실리콘 질화물(Si₃N₄) 상입니다. NBSC는 열충격 저항성이 우수하고 강도가 적당하며 용융 금속에 대한 내성이 우수합니다.
- 태양광 애플리케이션: 태양전지 재료 또는 고온 원자로의 부품을 처리하는 가마 가구와 같이 열 순환이 빈번한 애플리케이션에 사용됩니다.
화학 기상 증착(CVD) SiC:
- 속성: 내화학성이 뛰어나고 열적 특성이 뛰어난 고순도, 이론적으로 밀도가 매우 높은 SiC를 생산합니다. 코팅 또는 벌크 재료로 증착할 수 있습니다.
- 태양광 애플리케이션: 태양광 인버터에 들어가는 반도체 소자(MOSFET, SBD)용 고순도 SiC 웨이퍼에 사용됩니다. 또한 폴리실리콘 원자로의 흑연 부품 보호 코팅과 LED(III-V 태양전지를 통한 PV 기술 관련) 및 첨단 태양전지 제조를 위한 MOCVD 시스템에도 사용됩니다.
재결정화 실리콘 카바이드(RSiC):
- 속성: SiC 입자를 매우 높은 온도에서 소성하여 생산하므로 크게 수축하지 않고 결합합니다. 일반적으로 다공성이지만 열충격에 대한 저항성이 뛰어납니다.
- 태양광 애플리케이션: 가마 가구, 발열체 및 기타 태양전지 재료 제조에 사용되는 고온 애플리케이션.

SiC 등급의 선택은 온도, 기계적 스트레스, 화학적 환경, 열 전도성 요구 사항, 예산 등 운영 요구 사항을 면밀히 분석해야 합니다. 태양광 인버터 내의 전력 전자 장치의 경우, 고순도 단결정 SiC 웨이퍼(주로 물리적 증기 수송, PVT를 통해 성장한 다음 에피택셜 층에 CVD를 사용하여 처리)가 MOSFET 및 쇼트키 다이오드의 기반이 됩니다. 구조 또는 열 관리 구성 요소의 경우 SSC 또는 RBSC가 선호되는 경우가 많습니다.

다음은 주요 속성을 요약한 비교 표입니다:

SiC 등급	주요 속성	일반적인 태양광 발전 애플리케이션	상대적 비용
소결 SiC(SSiC)	고강도, 고경도, 우수한 열전도율, 고온 안정성.	방열판, 구조 부품, 거울(CSP), 반도체 공정 장비 부품.	높음
반응 결합 SiC(RBSC/SiSiC)	우수한 강도, 우수한 열전도율, 우수한 내마모성, 복잡한 모양이 가능합니다.	대형 구조 부품, 열교환기, 버너 노즐, 마모 부품.	중간
질화물 결합 SiC(NBSC)	우수한 열충격 저항성, 적당한 강도.	가마 가구, 열 순환용 부품.	중간
CVD SiC	초고순도, 이론적 밀도, 뛰어난 내화학성.	전력 장치용 SiC 웨이퍼, 보호 코팅.	매우 높음
재결정 실리콘 카바이드(RSiC)	뛰어난 열충격 저항성, 다공성.	가마 가구, 발열체.	중간-높음

특정 태양광 애플리케이션의 성능 요구 사항과 경제성 간의 균형을 맞추는 최적의 SiC 등급을 선택하려면 숙련된 기술 세라믹 공급업체와 상담하는 것이 중요합니다.

성공을 위한 설계: 태양광에서의 SiC 부품 통합

태양광 PV 시스템에서 이 첨단 소재의 잠재력을 최대한 활용하려면 효과적인 SiC 부품 설계와 통합이 무엇보다 중요합니다. SiC는 우수한 특성을 제공하지만 설계 단계에서 신중하게 고려해야 제조 가능성, 최적의 성능 및 장기적인 신뢰성을 보장할 수 있습니다. 이를 위해서는 태양광 시스템 설계자와 SiC 부품 제조업체 간의 협력적인 접근 방식이 필요합니다.

주요 설계 고려 사항은 다음과 같습니다:

제조 가능성 및 지오메트리 제한:
- SiC는 매우 단단한 소재이기 때문에 소결 또는 접합 후 가공하기가 어렵고 비용이 많이 듭니다. 가능한 한 그물 모양에 가까운 제조를 목표로 설계해야 합니다.
- 다양한 SiC 성형 공정(예: 프레싱, 슬립 캐스팅, 압출, 그린 바디용 사출 성형)의 기능을 고려합니다. 복잡한 형상을 구현할 수 있지만 비용과 리드 타임에 영향을 미칠 수 있습니다.
- 최소 벽 두께, 피처 크기 및 종횡비는 SiC 등급 및 제조 경로에 따라 달라지므로 SiC 공급업체와 논의해야 합니다.
태양 전지 통합 및 인버터 설계:
- SiC 전력 디바이스(MOSFET, 다이오드)의 경우 고주파에서 스위칭 성능에 영향을 줄 수 있는 기생 인덕턴스와 커패시턴스를 최소화하려면 패키지 설계가 매우 중요합니다.
- 열 인터페이스 재료(TIM)와 실장 기술은 인버터 설계 내에서 SiC 칩에서 방열판으로 효율적인 열 전달을 보장해야 합니다.
- PCB 또는 기판에 SiC 부품을 배치하면 전류 경로를 최적화하고 전자기 간섭(EMI)을 줄일 수 있습니다.
열 설계 및 관리:
- SiC는 더 높은 온도에서 작동하지만 수명과 성능을 위해서는 효과적인 열 관리가 여전히 중요합니다. 열 방출을 극대화하도록 SiC 구성 요소와 어셈블리를 설계하세요. 여기에는 통합 냉각 채널, 최적화된 히트 스프레더 형상 또는 히트 싱크에 직접 접착하는 방법이 포함될 수 있습니다.
- 열 순환 중 기계적 스트레스를 피하려면 SiC와 인접한 재료(예: 구리 베이스 플레이트, PCB) 간의 열팽창 계수(CTE) 불일치를 고려해야 합니다. 맞춤형 SiC 재료 구성은 때때로 맞춤형 CTE를 제공할 수 있습니다.
기계적 응력 포인트 및 취성:
- SiC는 세라믹이므로 본질적으로 깨지기 쉽습니다. 가능한 한 날카로운 모서리, 응력 집중 장치, 높은 인장 하중을 피해서 설계해야 합니다. 넉넉한 반경과 모따기를 권장합니다.
- SiC 부품의 균열이나 손상을 방지하기 위해 마운팅 메커니즘과 클램핑력을 신중하게 제어해야 합니다. 규정을 준수하는 인터레이어 또는 스프링이 장착된 고정 장치를 고려하세요.
전기적 고려 사항:
- 전력 전자 제품의 경우 SiC MOSFET의 게이트 드라이브 요구 사항은 실리콘 IGBT와 다르며 최적의 스위칭을 위해 신중한 설계가 필요합니다.
- 특히 1500V 태양광 시스템과 같은 고전압 애플리케이션에서는 아크를 방지하기 위해 연면거리와 이격 거리를 준수해야 합니다.
- 레이아웃, 차폐, 필터링을 통해 적절히 관리하지 않으면 SiC 디바이스의 빠른 스위칭 속도로 인해 더 많은 EMI가 발생할 수 있습니다.
가입 및 조립:
- 브레이징, 확산 본딩 또는 특수 접착제와 같은 다른 재료(금속, 기타 세라믹)에 SiC를 접합하는 기술은 설계 단계 초기에 고려해야 합니다. 접합 방법의 선택은 작동 온도와 환경에 따라 달라집니다.

성공적인 통합을 위해서는 제조 전에 성능을 예측하고 잠재적인 문제를 파악하기 위한 시뮬레이션 및 모델링(열, 기계, 전기)이 필요한 경우가 많습니다. SiC 부품 설계에 대한 설계 지원과 전문 지식을 제공하는 SiC 공급업체와 긴밀히 협력하면 이 프로세스를 크게 간소화하고 보다 견고하고 효율적인 태양광 발전 시스템을 구축할 수 있습니다.

정밀도가 중요합니다: 공차 및 SiC 태양광 부품의 마감 처리

까다로운 태양광 응용 분야에서 실리콘 카바이드 부품의 기능성과 신뢰성을 위해서는 필요한 치수 정확도, 표면 마감 및 엄격한 공차를 달성하는 것이 중요합니다. SiC의 극한의 경도를 고려할 때 가공 및 마감 공정은 전문화되어 있으며 부품의 최종 비용과 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 엔지니어와 조달 관리자는 달성 가능한 목표와 필요한 사항을 명확하게 이해해야 합니다.

달성 가능한 허용 오차:

SiC 부품의 달성 가능한 공차는 SiC 등급, 초기 성형 공정(예: 프레스, 주조), 소결 후 가공 정도 등 여러 요인에 따라 달라집니다.

소결된 공차: 소결 후 가공 없이 생산되는 부품은 일반적으로 크기와 복잡성에 따라 치수의 ±0.5%에서 ±2% 범위의 느슨한 공차를 갖습니다. 이는 일부 구조 요소나 가마 가구와 같이 높은 정밀도가 중요하지 않은 애플리케이션에 적합합니다.
가공된 공차: SiC 전력 반도체 기판, CSP의 광학 부품 또는 기계 어셈블리의 결합 부품과 같은 고정밀 애플리케이션의 경우 연삭 및 래핑이 사용됩니다. 이러한 공정을 통해 매우 엄격한 허용 오차를 달성할 수 있습니다:
- 치수 허용 오차: 최소 ±0.001mm(1µm) 또는 중요한 특징의 경우 더 엄격합니다.
- 평탄도 및 평행도: 상당한 표면적을 수 마이크로미터 이내로 제어할 수 있습니다.
- 각도 및 직각도: 또한 엄격하게 제어할 수 있습니다.

표면 마감 옵션:

SiC 부품의 표면 마감은 동적 애플리케이션에서 마찰 최소화, 열 전달을 위한 양호한 접촉 보장, 원하는 광학 특성 달성 등 다양한 이유로 매우 중요합니다.

소성/소결된 표면: 소결 부품의 표면 마감은 일반적으로 더 거칠며, SiC 등급과 성형 방법에 따라 Ra(평균 거칠기) 값은 일반적으로 1µm에서 10µm 사이입니다.
연삭된 표면: 다이아몬드 휠로 연마하면 표면 마감이 크게 향상되어 일반적으로 0.2µm ~ 0.8µm 범위의 Ra 값을 얻을 수 있습니다. 이는 많은 기계 및 열 응용 분야에 충분한 경우가 많습니다.
래핑 및 연마된 표면: SiC 웨이퍼의 에피택셜 성장을 위한 기판, 거울 또는 고성능 씰과 같이 매우 매끄러운 표면이 필요한 애플리케이션의 경우 래핑 및 연마 공정이 사용됩니다. 이를 통해 달성할 수 있습니다:
- Ra 값은 0.05µm(50nm)보다 훨씬 낮습니다.
- 반도체 웨이퍼의 경우, 화학 기계 연마(CMP)를 통해 앵스트롬 수준의 거칠기를 가진 '에피 준비' 표면을 구현할 수 있습니다.

정밀 엔지니어링 고려 사항:

비용 영향: 공차가 더 엄격하고 표면 마감이 더 미세하면 가공 시간 증가, 특수 장비 및 다이아몬드 공구 마모로 인해 항상 제조 비용이 높아집니다. 애플리케이션에서 진정으로 필요한 정밀도 수준만 지정하는 것이 중요합니다.
계측 및 검사: 엄격한 공차와 미세한 표면 마감을 확인하려면 3차원 측정기(CMM), 프로파일 측정기, 간섭계, 원자현미경(AFM) 등 정교한 계측 장비가 필요합니다. 공급업체가 적절한 검사 역량을 갖추고 있는지 확인하세요.
엣지 품질: SiC와 같이 깨지기 쉬운 소재의 경우 치핑이 발생할 수 있습니다. 에지 모따기 또는 래디우딩을 지정하면 이를 완화할 수 있습니다.
가공을 위한 설계: 가공이 필요한 경우 연삭 휠 및 기타 도구에 접근할 수 있는 기능을 설계합니다. 가능하면 깊고 좁은 슬롯이나 구멍은 피하세요.

설계 요구 사항, SiC 가공 능력, 비용 간의 상호 작용을 이해하는 것이 중요합니다. SiC 부품 공급업체의 정밀 엔지니어링 전문가와 조기에 상담하면 태양광 부품의 현실적이고 달성 가능한 사양을 정의하여 불필요한 지출 없이 최적의 성능을 보장하는 데 도움이 됩니다.

내구성 강화: 태양 광 기술 분야의 SiC 후처리 공정

실리콘 카바이드는 본질적으로 견고하지만, 특정 후처리 처리를 통해 태양광 기술이 직면하는 까다로운 환경에서 부품의 신뢰성과 장기적인 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 이러한 단계는 특정 애플리케이션의 요구 사항에 맞게 조정되며 기계적 특성, 내화학성 또는 표면 특성을 개선할 수 있습니다.

SiC 컴포넌트에 대한 일반적인 후처리 요구 사항은 다음과 같습니다:

SiC 그라인딩 및 래핑:
- 앞서 설명한 것처럼 연삭은 정확한 치수와 매끄러운 표면 마감을 달성하기 위한 주요 방법입니다. 연삭은 치수 정확도 외에도 초기 성형 단계에서 발생한 표면 결함이나 미세 균열을 제거하여 부품의 기계적 강도를 향상시킬 수 있습니다. 래핑은 씰링 애플리케이션이나 태양광 인버터 내 반도체 소자 제조에 사용되는 기판에 매우 평평하고 매끄러운 표면을 만듭니다.
연마:
- 집광형 태양광 발전(CSP) 시스템의 광학 미러 또는 SiC 웨이퍼의 고품질 에피택셜 층용 기판과 같이 극도로 낮은 표면 거칠기가 필요한 애플리케이션의 경우 연마(주로 화학적 기계 연마 또는 CMP)가 사용됩니다. 이를 통해 빛의 산란과 표면 결함을 최소화합니다.
모서리 처리 및 모따기:
- SiC의 취성으로 인해 날카로운 모서리는 취급, 조립 또는 작동 중에 부서지기 쉽습니다. 모서리의 모따기 또는 반경을 연마하면 응력 집중을 크게 줄이고 부품의 파손에 대한 저항력을 향상시킬 수 있습니다.
어닐링:
- 고온 어닐링은 제조 또는 공격적인 가공 중에 발생할 수 있는 내부 응력을 완화하는 데 사용할 수 있습니다. 이는 특히 열 순환에 노출되는 부품의 경우 재료의 인성과 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
SiC 코팅 및 표면 수정:
- 다공성 등급을 위한 씰링: 특정 환경에서 가스나 액체의 침투를 방지하기 위해 일부 SiC 등급(예: 다공성 RSiC 또는 일부 NBSC)은 밀봉이 필요할 수 있습니다. 이는 유리 기반 실란트 또는 기타 세라믹 코팅으로 달성할 수 있습니다.
- 보호 코팅: SiC 자체는 많은 화학 물질에 대한 내성이 뛰어나지만, 특수 코팅(예: CVD SiC, 다이아몬드와 유사한 탄소 또는 기타 내화성 물질)을 적용하여 극도로 부식성이 강한 환경에 대한 내성을 더욱 강화하거나 표면 전기적 특성을 변경할 수 있습니다. 예를 들어, 폴리실리콘 생산 원자로 내의 SiC 부품에 코팅을 사용할 수 있습니다.
- 기능성 코팅: 코팅은 또한 SiC 렌즈나 창문용 반사 방지 코팅이나 태양 연료 생산과 관련된 특정 화학 처리 애플리케이션을 위한 촉매 코팅과 같은 특정 기능을 부여할 수 있습니다.
청소:
- 특히 반도체 제조와 같은 고순도 환경에서 사용되는 부품(예: SiC 에칭 링, 챔버 부품)이나 광학 애플리케이션의 경우 철저한 세척 공정이 필수적입니다. 여기에는 초음파 세척, 화학적 에칭, 고순도 물 헹굼이 포함될 수 있습니다.

이러한 후처리 단계를 구현할지 여부는 태양광 애플리케이션의 특정 요구 사항, 선택한 SiC 등급 및 비용 편익 분석에 따라 결정됩니다. 예를 들어, SiC MOSFET 및 다이오드는 CMP 및 패시베이션 레이어를 포함한 광범위한 웨이퍼 수준 처리를 거치는 반면, 구조용 SiC 빔은 치수 연삭만 필요할 수 있습니다. 이러한 미묘한 차이를 이해하는 지식이 풍부한 SiC 공급업체와 협력하는 것이 태양광 시스템의 작동 수명 내에서 부품의 내구성과 성능을 극대화하기 위한 적절한 처리를 보장하는 데 중요합니다.

장애물 극복하기: 태양광 발전의 일반적인 SiC 과제 및 솔루션

수많은 장점에도 불구하고 태양광 PV 시스템에서 실리콘 카바이드를 채택하고 구현하는 데 어려움이 없는 것은 아닙니다. 이러한 장애물과 이를 극복하기 위한 전략을 이해하는 것은 효율성과 신뢰성 향상을 위해 SiC를 활용하고자 하는 엔지니어, 조달 관리자 및 제조업체에게 매우 중요합니다.

일반적인 과제:

SiC 취성 및 파단 인성:
- 도전: SiC는 세라믹 소재이며 대부분의 세라믹과 마찬가지로 부서지기 쉬운 파단 거동을 보입니다. 즉, 결함에 대한 내성이 낮고 특히 응력이 집중되는 경우 기계적 또는 열적 스트레스를 받으면 갑자기 파손될 수 있습니다.
- 해결책:
  - 설계 최적화: 날카로운 모서리를 피하고, 필렛과 모따기를 사용하며, 가능한 경우 인장 하중이 아닌 압축 하중을 고려하여 설계하세요.
  - 재료 등급 선택: 일부 SiC 등급(예: 강화 세라믹 또는 복합재, 일반적인 태양광 부품에는 흔하지 않지만)은 약간 향상된 파단 인성을 제공합니다. 보다 실질적으로는 고밀도, 결함 없는 등급을 선택하는 것이 도움이 될 수 있습니다.
  - 주의 깊은 취급 및 조립: 스트레스를 유발하지 않도록 SiC 부품의 취급, 장착 및 클램핑에 적절한 절차를 구현하세요.
  - 검증 시험: 중요한 구성 요소의 경우, 증명 테스트를 통해 중요하지 않은 결함이 있는 부품을 걸러낼 수 있습니다.
가공 복잡성 및 비용:
- 도전: SiC는 경도가 매우 높기 때문에 가공이 어렵고 비용이 많이 듭니다. 다이아몬드 툴링이 필요하고 재료 제거 속도가 느려 복잡한 부품의 경우 제조 비용이 높아지고 리드 타임이 길어질 수 있습니다.
- 해결책:
  - 그물에 가까운 모양 형성: 최종 치수에 최대한 근접한 부품을 생산하는 제조 공정을 활용하여 광범위한 가공의 필요성을 최소화합니다.
  - 제조에 최적화된 디자인(DFM): 가능한 경우 형상을 단순화하고 가공하기 쉬운 피처를 설계합니다.
  - 고급 가공 기술: 특정 기능을 위한 초음파 보조 연삭 또는 레이저 가공과 같은 옵션을 살펴볼 수 있지만 이 역시 비용이 많이 들 수 있습니다.
  - 대량 생산: 규모의 경제를 통해 단위당 가공 비용을 절감할 수 있습니다.