CN103693858A - 一种带有氮化硅涂层的石英坩埚的制备方法及一种多晶硅铸锭的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有氮化硅涂层的石英坩埚的制备方法，该方法将氮化硅浆料喷涂于石英坩埚内的底部和侧壁，然后进行烘干，得到带有氮化硅涂层的石英坩埚。本发明提供了一种多晶硅铸锭的方法，该方法向上述制备方法得到的带有氮化硅涂层的石英坩埚装填多晶硅料，依次经过熔化、长晶和退火，得到多晶硅锭。本发明采用带有氮化硅涂层的石英坩埚进行多晶硅铸锭，能提高多晶硅的品质。同时，本发明仅对石英坩埚做喷涂氮化硅浆料、烘干等简单的预处理，无需烧结即可得到带有氮化硅涂层的坩埚或者即可按照正常铸锭工艺投炉运行，操作简便，耗能较低、耗时较少、设备损耗较少，提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种带有氮化硅涂层的石英坩埚的制备方法及一种多晶硅铸锭的方法

技术领域

本发明涉及太阳能多晶硅技术领域，特别涉及一种带有氮化硅涂层的石英坩埚的制备方法及一种多晶硅铸锭的方法。 

背景技术

随着全球范围内煤炭和石油等不可再生能源的供应等频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，而作为一种可再生的新能源，太阳能越来越受到人们的关注，开发太阳能资源已成为寻求经济发展的新动力之一。近年来，利用太阳能的太阳能电池产业飞速发展，从而带动对多晶硅锭或硅片的需求也大大增加，因此，对多晶硅锭或硅片生产的相关研究具有重要意义。 

传统方法进行多晶硅铸锭时直接采用的是石英坩埚，在硅料熔化、长晶的过程中，硅熔体和石英坩埚长时间地接触，会产生粘滞作用；而且由于多晶硅和石英坩埚的热膨胀系数不同，在硅锭冷却时，很有可能造成硅锭或坩埚的破裂而影响生产和应用。同时，硅熔体和石英坩埚会发生反应，从而造成石英坩埚的腐蚀，也使得硅锭中氧浓度升高，导致影响多晶硅的品质，不利于其应用，如影响太阳能电池的转化效率等。 

为了解决上述技术问题，目前进行多晶硅铸锭的方法具体包括以下步骤：首先在石英坩埚的底部和侧壁喷涂氮化硅浆料，然后将喷涂浆料的坩埚在1050℃左右烧结，烧结完成后，向烧结好的坩埚内装填多晶硅料，再依次经过熔化、长晶和退火，出炉后得到多晶硅锭。上述方法对石英坩埚喷涂氮化硅浆料并烧结，形成氮化硅涂层，能够阻止硅熔体和石英坩埚直接接触，从而避免产生粘滞作用、石英坩埚被腐蚀以及硅锭中氧浓度升高等问题。但是，上述方法将坩埚喷涂好后需要进行烧结，消耗大量电能、时间和设备，并且占用烧结炉的空间，生产效率低、生产成本高。 

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种带有氮化硅涂层的石英坩埚的制备方法及一种多晶硅铸锭的方法，本发明提供的方法能生产品质较好的多晶硅，而且节能省时省设备，利于生产。 

本发明提供一种带有氮化硅涂层的石英坩埚的制备方法，包括以下步骤： 

将氮化硅浆料喷涂于石英坩埚内的底部和侧壁，然后进行烘干，得到带有氮化硅涂层的石英坩埚。 

优选的，所述氮化硅浆料由氮化硅粉和水混合制成，所述氮化硅粉的质量与所述水的体积之比为（370~450）g：（1000~1800）mL。 

优选的，在氮化硅粉和水混合时，所述混合在搅拌的条件下进行，所述混合的时间不低于10分钟。 

优选的，在将氮化硅浆料喷涂于石英坩埚内的底部和侧壁之前，还包括将所述石英坩埚进行加热，所述加热的温度为40℃~80℃。 

优选的，所述喷涂的温度为40℃~80℃。 

优选的，所述烘干的温度为40℃~80℃，所述烘干的时间为0.5h~1.0h。 

与现有技术相比，本发明对石英坩埚做喷涂氮化硅浆料、烘干等简单的预处理，无需烧结即可得到带有氮化硅涂层的石英坩埚，操作简便，耗能较低、耗时较少、设备损耗较少，提高了生产效率，具有可观的经济效益。 

进一步的，在本发明中，喷涂石英坩埚的氮化硅浆料仅由氮化硅粉和水混合而成，不但使得所形成的氮化硅涂层不含有其他化学添加剂，碳、氧等杂质的污染较少，也可提高多晶硅的品质，而且成本较低，适于推广。 

本发明提供一种多晶硅铸锭的方法，包括以下步骤： 

a）将氮化硅浆料喷涂于石英坩埚内的底部和侧壁，然后进行烘干，得到带有氮化硅涂层的石英坩埚； 

b）向所述步骤a）得到的带有氮化硅涂层的石英坩埚装填多晶硅 料，依次经过熔化、长晶和退火，得到多晶硅锭。 

优选的，在所述步骤b）向所述步骤a）得到的带有氮化硅涂层的石英坩埚装填多晶硅料之前，在所述带有氮化硅涂层的石英坩埚内的底部和侧壁放置循环料或废硅片。 

优选的，在所述带有氮化硅涂层的石英坩埚内的底部和侧壁放置循环料时，所述循环料的间隙为3mm~5mm。 

优选的，所述步骤b）中所述熔化的温度为1400℃~1600℃。 

与现有技术相比，本发明将氮化硅浆料喷涂于石英坩埚内的底部和侧壁，烘干后得到带有氮化硅涂层的石英坩埚，然后向其中装填多晶硅料，再依次经过熔化、长晶和退火，得到多晶硅锭。本发明采用带有氮化硅涂层的石英坩埚进行多晶硅铸锭，能提高多晶硅的品质，同时，本发明对石英坩埚做喷涂氮化硅浆料、烘干等简单的预处理，无需烧结即可按照正常铸锭工艺投炉运行，操作简便，耗能较低、耗时较少、设备损耗较少，提高了生产效率，具有可观的经济效益。 

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。 

本发明提供了一种带有氮化硅涂层的石英坩埚的制备方法，包括以下步骤： 

将氮化硅浆料喷涂于石英坩埚内的底部和侧壁，然后进行烘干，得到带有氮化硅涂层的石英坩埚。 

本发明在石英坩埚的底部和侧壁喷涂氮化硅浆料，喷涂完毕后进行烘干，得到带有氮化硅涂层的石英坩埚。 

在本发明中，所述氮化硅浆料优选由氮化硅粉和水混合制成，无需添加其他化学添加剂如有机粘结剂，能减少碳、氧等杂质的含量，对提高多晶硅的品质起到较好作用。 

本发明采用本领域所用氮化硅粉，平均粒径（D50）为0.5μm~1.5μm，纯度≥99.99%。所述氮化硅粉的质量与所述水的体积之比优选 为（370~450）g：（1000~1800）mL，更优选为（390~420）g：（1200~1600）mL。本发明优选将所述氮化硅粉和所述水在搅拌的条件下进行混合，优选中速搅拌不低于10分钟，得到合适的氮化硅浆料。 

本发明优选将石英坩埚进行加热，然后再将所述氮化硅浆料喷涂在其内的底部和侧壁上，经烘干，得到带有氮化硅涂层的石英坩埚。本发明采用烘干而无需烧结即得带有氮化硅涂层的石英坩埚，能节约能源、节省时间和设备，从而提高工效、降低成本。 

本发明对所述石英坩埚的尺寸没有特殊限制，本发明优选选取长为880mm、宽为880mm、高为420mm的石英坩埚进行加热，坩埚的尺寸较为合适。所述加热的温度优选为40℃~80℃，更优选为65℃~75℃。 

在本发明中，温度越低，喷涂的速度越慢，以便在坩埚内部形成均一的涂层，所述喷涂的温度优选为40℃~80℃，更优选为65℃~75℃；所述喷涂的时间优选为20min~90min，更优选为30min~60min。 

喷涂完毕后，本发明将喷涂后的石英坩埚进行烘干，使水分完全挥发出来，所述烘干的温度优选为40℃~80℃，更优选为65℃~75℃；所述烘干的时间优选为0.5h~1.0h，更优选为40min~50min。所述烘干可以在坩埚旋转台上进行，也可以在坩埚烘箱中进行。 

本发明提供了一种多晶硅铸锭的方法，包括以下步骤： 

a）将氮化硅浆料喷涂于石英坩埚内的底部和侧壁，烘干后得到带有氮化硅涂层的石英坩埚； 

b）向所述步骤a）得到的带有氮化硅涂层的石英坩埚装填多晶硅料，依次经过熔化、长晶和退火，得到多晶硅锭。 

本发明将喷涂氮化硅浆料的石英坩埚烘干，得到带有氮化硅涂层的石英坩埚，然后采用其进行多晶硅铸锭，不但能显著提高多晶硅的品质，而且能降低能源和时间等的消耗，利于工业化生产。 

本发明在石英坩埚的底部和侧壁喷涂氮化硅浆料，喷涂完毕后进行烘干，得到带有氮化硅涂层的石英坩埚。 

在本发明中，所述氮化硅浆料优选由氮化硅粉和水混合制成，无 需添加其他化学添加剂如有机粘结剂，能减少碳、氧等杂质的含量，对提高多晶硅的品质起到较好作用。 

本发明采用本领域所用氮化硅粉，平均粒径（D50）为0.5μm~1.5μm，纯度≥99.99%。所述氮化硅粉的质量与所述水的体积之比优选为（370~450）g：（1000~1800）mL，更优选为（390~420）g：（1200~1600）mL。本发明优选将所述氮化硅粉和所述水在搅拌的条件下进行混合，优选中速搅拌不低于10分钟，得到合适的氮化硅浆料。 

本发明优选将石英坩埚进行加热，然后再将所述氮化硅浆料喷涂在其内的底部和侧壁上，经烘干，得到带有氮化硅涂层的石英坩埚。本发明采用烘干而无需烧结即得带有氮化硅涂层的石英坩埚，能节约能源、节省时间和设备，从而提高工效、降低成本。 

本发明对所述石英坩埚的尺寸没有特殊限制，本发明优选选取长为880mm、宽为880mm、高为420mm的石英坩埚进行加热，坩埚的尺寸较为合适。所述加热的温度优选为40℃~80℃，更优选为65℃~75℃。 

在本发明中，温度越低，喷涂的速度越慢，以便在坩埚内部形成均一的涂层，所述喷涂的温度优选为40℃~80℃，更优选为65℃~75℃；所述喷涂的时间优选为20min~90min，更优选为30min~60min。 

喷涂完毕后，本发明将喷涂后的石英坩埚进行烘干，使水分完全挥发出来，所述烘干的温度优选为40℃~80℃，更优选为65℃~75℃；所述烘干的时间优选为0.5h~1.0h，更优选为40min~50min。所述烘干可以在坩埚旋转台上进行，也可以在坩埚烘箱中进行。 

得到带有氮化硅涂层的坩埚后，本发明向其中装填多晶硅料，然后依次进行熔化、长晶和退火，得到多晶硅锭。 

为了装料时对涂层进行保护，使其不被破坏，本发明优选在装填多晶硅料之前，将循环料或废硅片放置于所述带有氮化硅涂层的石英坩埚内的底部和侧壁。其中，所述循环料为可再次铸锭的边体料、头料、中料和尾料的一种或多种；放置时，所述循环料的间隙优选为3mm~5mm。所述废硅片为外观不合格的成品硅片。 

在本发明中，所述熔化、所述长晶和所述退火为本领域技术人员熟知的技术手段，采用常用的铸锭工艺即可，本发明对其没有特殊限制，如所述熔化的温度为1400℃~1600℃。 

冷却出炉后，所述多晶硅锭外观正常，没有出现粘埚、缺角的现象，而且其碳、氧的含量正常，品质较好。 

在本发明中，仅对石英坩埚做喷涂氮化硅浆料、烘干等简单的预处理无需烧结，即可按照正常铸锭工艺投炉运行，使得本发明的方法操作简便，耗能、耗时和设备耗损较少，从而提高了生产效率，降低了生产成本。 

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的带有氮化硅涂层的石英坩埚的制备方法及多晶硅铸锭的方法进行具体地描述。 

实施例1 

选取长为880mm、宽为880mm、高为420mm的石英坩埚，将其置于坩埚旋转台上进行加热，所述加热的温度为80℃，得到加热的石英坩埚；用量杯量取1500mL水并开始搅拌，再称取400g氮化硅粉并缓慢地加入上述正在搅拌的水中，中速搅拌10分钟，得到氮化硅浆料，在温度为80℃的条件下将其喷涂于上述加热的石英坩埚内的底部和侧壁，30min后喷涂完毕，继续在坩埚旋转台上于80℃进行烘干，0.5h后得到带有氮化硅涂层的石英坩埚。 

在所述带有氮化硅涂层的石英坩埚内的底部和侧壁放置循环料，所述循环料的间隙为3mm，然后向上述坩埚装填多晶硅料，置于多晶炉中进行熔化，再经过长晶和退火，出炉后得到多晶硅锭。 

多晶硅锭出炉后外观正常，没有出现粘坩埚、缺角的现象，而且其碳、氧的含量正常。 

实施例2 

选取长为880mm、宽为880mm、高为420mm的石英坩埚，将其置于坩埚旋转台上进行加热，所述加热的温度为60℃，得到加热的石英坩埚；用量杯量取1200mL水并开始搅拌，再称取380g氮化硅粉并 缓慢地加入上述正在搅拌的水中，中速搅拌10分钟，得到氮化硅浆料，在温度为60℃的条件下将其喷涂于上述加热的石英坩埚内的底部和侧壁，50min后喷涂完毕，继续在坩埚旋转台上于60℃进行烘干，50min后得到带有氮化硅涂层的石英坩埚。 

在所述带有氮化硅涂层的石英坩埚内的底部和侧壁放置循环料，所述循环料的间隙为4mm，然后向上述坩埚装填多晶硅料，置于多晶炉中进行熔化，再经过长晶和退火，出炉后得到多晶硅锭。 

多晶硅锭出炉后外观正常，没有出现粘坩埚、缺角的现象，而且其碳、氧的含量正常。 

实施例3 

选取长为880mm、宽为880mm、高为420mm的石英坩埚，将其置于坩埚旋转台上进行加热，所述加热的温度为40℃，得到加热的石英坩埚；用量杯量取1800mL水并开始搅拌，再称取450g氮化硅粉并缓慢地加入上述正在搅拌的水中，中速搅拌10分钟，得到氮化硅浆料，在温度为40℃的条件下将其喷涂于上述加热的石英坩埚内的底部和侧壁，1h后喷涂完毕，继续在坩埚旋转台上于40℃进行烘干，1h后得到带有氮化硅涂层的石英坩埚。 

在所述带有氮化硅涂层的石英坩埚内的底部和侧壁放置循环料，所述循环料的间隙为5mm，然后向上述坩埚装填多晶硅料，置于多晶炉中进行熔化，再经过长晶和退火，出炉后得到多晶硅锭。 

多晶硅锭出炉后外观正常，没有出现粘坩埚、缺角的现象，而且其碳、氧的含量正常。 

由以上实施例可知，本发明采用带有氮化硅涂层的石英坩埚进行多晶硅铸锭，提高了多晶硅的品质。同时，本发明对石英坩埚做喷涂氮化硅浆料、烘干等简单的预处理，无需烧结即可按照正常铸锭工艺投炉运行，操作简便，具有耗能较低、耗时较少、设备损耗较少等优点。 

另外，本发明采用的喷涂石英坩埚的氮化硅浆料仅由氮化硅粉和水混合而成，使得所形成的氮化硅涂层不含有其他化学添加剂，碳、 氧等杂质的污染较少，利于提高多晶硅的品质。 

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种带有氮化硅涂层的石英坩埚的制备方法，包括以下步骤：

将氮化硅浆料喷涂于石英坩埚内的底部和侧壁，然后进行烘干，得到带有氮化硅涂层的石英坩埚。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮化硅浆料由氮化硅粉和水混合制成，所述氮化硅粉的质量与所述水的体积之比为（370~450）g：（1000~1800）mL。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在氮化硅粉和水混合时，所述混合在搅拌的条件下进行，所述混合的时间不低于10分钟。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在将氮化硅浆料喷涂于石英坩埚内的底部和侧壁之前，还包括将所述石英坩埚进行加热，所述加热的温度为40℃~80℃。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述喷涂的温度为40℃~80℃。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为40℃~80℃，所述烘干的时间为0.5h~1.0h。

7.一种多晶硅铸锭的方法，包括以下步骤：

a）将氮化硅浆料喷涂于石英坩埚内的底部和侧壁，然后进行烘干，得到带有氮化硅涂层的石英坩埚；

b）向所述步骤a）得到的带有氮化硅涂层的石英坩埚装填多晶硅料，依次经过熔化、长晶和退火，得到多晶硅锭。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步骤b）向所述步骤a）得到的带有氮化硅涂层的石英坩埚装填多晶硅料之前，在所述带有氮化硅涂层的石英坩埚内的底部和侧壁放置循环料或废硅片。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述带有氮化硅涂层的石英坩埚内的底部和侧壁放置循环料时，所述循环料的间隙为3mm~5mm。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b）中所述熔化的温度为1400℃~1600℃。