태양광 분야에서 SiC 탄화규소 세라믹의 응용 전망

탄화규소(SiC)는 중요한 고급 세라믹 소재입니다. 우수한 내고온성, 내식성, 내마모성, 고온 기계적 특성, 내산화성 등의 특성으로 인해 반도체, 원자력, 국방 및 우주 기술과 같은 첨단 기술 분야에서 광범위한 응용 가능성을 지니고 있습니다.

통계에 따르면 탄화규소 세라믹 시장 규모는 2022년에 482억 9,100만 위안에 이를 것으로 전망됩니다. 산업 발전 환경과 시장 동향을 종합하면, 글로벌 탄화규소 세라믹 시장은 예측 기간 동안 연평균 성장률 6.37%로 성장할 것으로 예상되며, 2028년에는 전 세계 탄화규소 세라믹 시장 규모가 총 696억 8,600만 위안에 이를 것으로 예측됩니다. 다음에서는 반도체 및 태양광 분야에서 탄화규소 세라믹의 응용과 전망을 간략히 분석합니다.

태양광 분야에서의 탄화규소 세라믹 응용
① 태양광 전지 생산 공정의 핵심 운반 소재입니다. 탄화규소 구조 세라믹 가운데 탄화규소 보트 지지대는 태양광 산업에서 높은 성장세를 보이고 있으며, 태양광 전지 생산 공정의 핵심 운반 소재로서 좋은 선택지가 되었습니다. 이에 대한 시장 수요가 업계의 increasing attention을 받고 있습니다.

현재 일반적으로 석영으로 만든 보트 지지대, 보트 박스, 배관 부품 등을 사용하지만, 국내외 고순도 석영 모래 공급원에 제약이 있어 생산 능력이 제한적입니다. 고순도 석영 모래는 수요와 공급이 빠듯하고 가격도 장기간 높은 수준을 유지해 왔으며, 사용 수명도 짧습니다. 석영 소재와 비교하면 탄화규소 소재로 만든 보트 지지대, 보트 박스, 배관 부품 및 기타 제품은 열 안정성이 우수하고 고온에서 변형되지 않으며 유해한 침전 오염 물질이 발생하지 않습니다. 석영 제품의 우수한 대체 소재인 탄화규소 제품은 1년 이상의 사용 수명을 확보할 수 있어 사용 비용과 유지보수 및 수리로 인한 생산 능력 손실을 크게 줄일 수 있습니다. 비용 측면의 이점이 뚜렷하며, 태양광 분야의 운반 소재로서 응용 전망이 매우 밝습니다.

② 태양광 발전 시스템의 흡수체 소재로 사용할 수 있습니다. 타워형 태양열 발전 시스템은 높은 집광비(200~1000kW/㎡), 높은 열 사이클 온도, 낮은 열 손실, 간단한 시스템 구성 및 높은 효율 덕분에 태양광 발전 분야에서 높은 평가를 받고 있습니다. 타워형 태양열 발전의 핵심 장치인 흡수체는 자연광보다 200-300배 강한 복사 강도를 견뎌야 하며 작동 온도는 최대 1,000℃에 이를 수 있으므로, 그 성능은 열 발전 시스템의 안정적인 운전과 작업 효율에 매우 중요합니다. 기존 금속 소재 흡수체는 작동 온도에 한계가 있어 세라믹 흡수체 소재가 새로운 연구 분야로 부상하고 있습니다. 알루미나 세라믹, 코디어라이트 세라믹 및 탄화규소 세라믹이 흡수체 소재로 자주 사용됩니다.

이 가운데 탄화규소 세라믹은 높은 강도, 넓은 비표면적, 내식성, 내산화성, 우수한 단열성, 내열충격성 및 내고온성과 같은 뛰어난 특성을 지니며, 알루미나 및 코디어라이트 세라믹 흡수체 소재보다 고온 성능이 우수합니다. 소결 탄화규소로 만든 흡수체는 소재 손상 없이 흡수체의 출구 공기 온도를 최대 1200℃까지 높일 수 있습니다.

③ 태양광 산업은 빠르게 발전하고 있으며, 탄화규소 세라믹 소재의 시장 규모도 지속적으로 확대되고 있습니다.

현재 세계 주요 경제권에서 태양광 보급률은 계속 증가하고 있습니다. 각국의 정책적 지원과 시장 수요에 힘입어 태양광 산업의 전력 비용이 크게 하락하면서 태양광 발전은 세계에서 가장 경제적인 전력 에너지가 되었습니다. IEA의 전망에 따르면 2020년부터 2030년까지 태양광 발전 설비 용량은 연평균 성장률 21%로 증가해 약 5TW에 이를 것이며, 전 세계 발전 설비 용량에서 태양광 발전이 차지하는 비중은 9.5%에서 33.2%로 높아질 것입니다. 2022년 전 세계 태양광 제조 능력은 70% 이상 증가해 약 450GW에 이를 것으로 전망됩니다.

중국은 전체 공급망의 신규 생산 능력 중 95% 이상을 차지합니다. 2023년과 2024년에는 전 세계 태양광 제조 능력이 두 배로 증가할 것으로 예상되며, 중국은 증가분의 90% 이상을 다시 차지할 전망입니다. 중국 태양광산업협회 자료에 따르면 중국의 태양광 전지 생산량은 2012년부터 2022년까지 지속적인 성장세를 보였으며, 연평균 복합 성장률은 31.23%였습니다. 2023년 6월 말 기준 태양광 누적 설치 용량은 약 4억 7,000만kW로, 설치 용량 기준 중국에서 석탄화력 발전에 이어 두 번째로 큰 전력원이 되었습니다.

강력한 최종 설치 수요는 전지 수요의 고성장을 계속 견인하고 있으며, 태양광 산업에서 탄화규소 보트 지지대와 보트 박스 교체 수요의 증가를 촉진하고 있습니다. 2025년에는 반도체 및 태양광 산업에서 사용되는 탄화규소 구조 세라믹의 비중이 62%에 이를 것으로 추정되며, 이 가운데 태양광 산업에서 사용되는 탄화규소 구조 세라믹의 비중은 2022년 6%에서 26%로 증가해 가장 빠르게 성장하는 분야가 될 전망입니다.

탄화규소 세라믹의 높은 안정성과 기계적 특성은 그 응용 범위를 넓혀 왔습니다. 국내외 산업에서 고정밀, 고내마모성 및 고신뢰성을 갖춘 기계 부품이나 전자 부품에 대한 요구가 점점 엄격해짐에 따라 탄화규소 세라믹 제품의 시장 발전 잠재력은 매우 큽니다.

발열량이 큰 전자 장치, 칩, MOSFET 등은 효과적인 열 전달과 방열을 위해 하드웨어 주조 금형 셸의 내벽과 접촉해야 합니다. MOS 트랜지스터는 전자 회로에서 증폭 또는 스위칭 회로의 역할을 하므로, 높은 절연성과 높은 열전도성을 갖춘 소재가 MOS 트랜지스터 방열 소재에서 가장 먼저 고려해야 할 특성입니다. 질화붕소 단열 시트의 독특한 제조 공정은 소재에 높은 열전도성과 매우 안정적인 전기 절연성을 부여합니다. 이러한 특성으로 인해 고열전도 절연 시트는 전력 장치 조립 분야에서 독보적인 장점을 지닙니다.