C/C復(fù)合材料在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展
碳/碳熱場材料是光伏單晶爐生產(chǎn)中所必需的耗材，主要產(chǎn)品形式為單晶拉制爐的坩堝、導(dǎo)流筒、保溫筒、加熱器等，在不同的部件，以等靜壓石墨為主流的石墨熱場材料，在2016年之前，能滿足拉制的要求。但隨后，碳/碳熱場最近扮演著愈加重要的角色，主要體現(xiàn)在：
從圖1中看以看出熱場大尺寸化的趨勢，而碳/碳復(fù)合材料為熱場大尺寸化提供了可能。大尺寸熱場部件產(chǎn)品對單晶硅棒的直徑大型化發(fā)展起到支撐作用；
碳/碳復(fù)合材料熱場部件較大程度提高拉晶熱場系統(tǒng)安全性，提升拉晶速率，顯著降低單晶拉制爐的運行功率，對節(jié)能降耗起到較大促進作用。相較于傳統(tǒng)石墨熱場，碳/碳熱場性能占優(yōu)，其穩(wěn)定性、耐沖擊性、抗震性以及綜合機械性能等均要好于石墨材料。并逐步滲透到原有市場。
碳/碳復(fù)合材料抗折強度可達150 MPa以上，隨著拉制爐投料量從2016年的300 kg提升至2020年的1900 kg，坩堝的尺寸也從2011年前后的16-20英寸提高到現(xiàn)在的32-36英寸，坩堝的承載強度要求更高，碳基復(fù)材更能勝任。碳/碳復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)低至30 W/(m·K)以下，這一特性使碳/碳復(fù)合材料導(dǎo)流筒更能加速硅棒生長，保溫筒能降低熱量損失，進而降低單晶爐運行功率，節(jié)省電費。
作為耗材，隨著光伏新增裝機增長，下游企業(yè)對熱場產(chǎn)品的需求也將持續(xù)增長。從2013年以來的數(shù)據(jù)看，隨容配比提升，全球光伏裝機從41GW提升至2023年的240GW，而硅片產(chǎn)量則從39GW提升至381.7GW。
根據(jù)相關(guān)機構(gòu)預(yù)測，結(jié)合碳/碳熱場發(fā)展趨勢，預(yù)計坩堝2025年滲透率達到100%；導(dǎo)流筒、保溫筒分別達到70%、66%；碳/碳加熱器低成本制備技術(shù)有待突破，2025年光伏用碳/碳熱場總需求將為17231噸，其中替換需求占比由2022年的59%提升至72%，需求結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向以存量替換為主導(dǎo)，可持續(xù)性較強。
據(jù)統(tǒng)計，2022年，P型單晶硅片與N型單晶硅片合計市場占比約97.5%，其中P型單晶硅片市占率為87.5%，N型單晶硅片市占率上升至10%，預(yù)計2023年全年N型單晶硅片的市占率將提升至30%，2025年或?qū)⒊^50%。關(guān)鍵耗材依賴進口的問題將制約行業(yè)發(fā)展，因此后續(xù)國產(chǎn)碳/碳熱場將進一步替代進口的等靜壓石墨產(chǎn)品，碳/碳熱場滲透率將繼續(xù)提升。
在原材料成本中，碳纖維預(yù)制體是最大的部分，占比達80%以上，自制預(yù)制體可降低成本，但技術(shù)壁壘較高。從碳/碳熱場的成本構(gòu)成來看，制造費用占比高達54%，主要包括反應(yīng)輔材、電力、折舊等。在制造費用中，折舊是最大的部分，占比約60%，龍頭公司與其他公司的主要差異來自折舊，降低折舊的方式是提高單位時間設(shè)備產(chǎn)出、自主研發(fā)與生產(chǎn)設(shè)備，而這些主要依托各公司的技術(shù)研發(fā)實力。另外，電力在制造費用中占比約為16%（不同工藝有所差別），主要降低方式是在低電價地區(qū)建廠。
此外，晶硅爐熱場用碳材料在硅蒸汽中易受到腐蝕。硅蒸汽主要通過材料的孔洞以及缺陷擴散進入材料內(nèi)部進行腐蝕,腐蝕造成材料表面產(chǎn)生大量的裂紋,并且會造成C/C復(fù)合材料以及硬質(zhì)碳氈材料內(nèi)部嚴重的破壞。需研究如何有效控制碳基體和碳纖維的剝離，以及碳纖維的縮頸,劈裂等問題。
碳/碳復(fù)合材料因具有比重輕、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐腐蝕、摩擦系數(shù)穩(wěn)定、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好等優(yōu)良性能，除了用來制造高溫?zé)釄霾考彩悄Σ敛考淖罴押蜻x材料，還可被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、航空航天以及剎車制動等領(lǐng)域。
