CN103966664A - 一种多晶铸锭用异构涂层坩埚及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶铸锭用异构涂层坩埚及其制备方法，包括裸埚，在所述裸埚内底面依次涂覆有第一氮化硅涂层和形核涂层，所述形核涂层是由形核物以若干不连续的岛状体分布在第一氮化硅涂层上所构成，在所述裸埚的内壁上还涂覆有第二氮化硅涂层。本发明形核涂层是由形核物以若干岛状体形状分布在第一氮化硅涂层上所构成，岛状体和形核物能够引导晶体形核，与现有硅料自发随即形核生长相比，本发明能够形成均匀、大小适中的晶核，有利于晶体的后期生长质量，从而提升硅片转化效率，而且，形核涂层牢牢固定在坩埚上，使用后不易脱落，同时岛体状异型结构，有利于铸锭后坩埚的脱模，能够大大降低粘锅甚至裂锭的概率，使得后续硅锭尾料处理更加容易。

Description

一种多晶铸锭用异构涂层坩埚及其制备方法

技术领域

本发明属于光伏太阳能电池制造领域，特别涉及一种多晶铸锭用异构涂层坩埚，还涉及该多晶铸锭用异构涂层坩埚的制备方法，用于铸造多晶硅锭。

背景技术

目前，光伏太阳能电池制造行业中的多晶硅铸造分为无籽晶和有籽晶两种铸造方法，这两种方法各有其缺点。

传统的无籽晶铸造方法，在硅晶体的形核过程中，熔融状态的硅料自发随即形核生长，形成的晶核均匀性较差，导致后期晶体长晶过程中形成较多的位错及其他缺陷，硅片晶粒分布不均匀，其光电转化效率普遍偏低。

近几年发展起来的籽晶铸造方法，位错密度等晶体缺陷减少，电池转化效率得到大幅提升，然而，采用以细碎硅料为籽晶的半熔方法导致硅锭底部低少子寿命区域长度偏大，铸锭良率受较大影响，并且切断的尾料部分较难处理，从而使得制造成本居高不下。

最近，发展出来一种用石英砂颗粒预埋在坩埚底部作为籽晶，生产高效硅锭的方法，然而，其缺陷在于：由于坩埚底部往往使用较大的石英砂颗粒或者是颗粒细小的成片的石英砂层，很容易引起粘锅，进而产生硅锭开裂，从而严重影响硅锭产量。同时，脱落的石英砂颗粒容易镶嵌在硅锭底部，为后续尾料循环使用带来不便。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种能够提高硅锭质量、提升硅片转化效率、减少粘锅且降低制造成本的多晶铸锭用异构涂层坩埚。

本发明的第一个目的通过以下的技术措施来实现：一种多晶铸锭用异构涂层坩埚，包括裸埚，其特征在于：在所述裸埚内底面依次涂覆有第一氮化硅涂层和形核涂层，所述形核涂层是由形核物以若干不连续的岛状体分布在第一氮化硅涂层上所构成，在所述裸埚的内壁上还涂覆有第二氮化硅涂层。

本发明形核涂层是由形核物以若干岛状体形状分布在第一氮化硅涂层上所构成，岛状体和形核物能够引导晶体形核，与现有硅料自发随即形核生长相比，本发明能够形成均匀、大小适中的晶核，有利于晶体的后期生长质量，从而提升硅片转化效率，而且，形核涂层牢牢固定在坩埚上，使用后不易脱落，同时岛体状异型结构，有利于铸锭后坩埚的脱模，能够大大降低粘锅甚至裂锭的概率，使得后续硅锭尾料处理更加容易。

作为本发明的一种改进，在所述形核涂层的岛状体外表面上及各岛状体的间隙中还涂覆有第三氮化硅涂层。铸锭完成后，该第三氮化硅涂层可以确保形核涂层不会粘结在硅锭底部，方便后续尾料循环，同时提高了硅锭切片利用率。

本发明所述的形核物为硅粉、硅颗粒、石英砂、碳化硅或氮化硅中的一种或几种，所述石英砂、碳化硅和氮化硅的晶格结构与硅相同。其中，碳化硅或氮化硅为粉末或者颗粒形态，形核物还可以是其它与晶体硅晶格结构相近的物质。

作为本发明的优选方式，所述形核物的粒度为10～1000目，优选为50～300目。

作为本发明的推荐实施方式，所述岛状体横截面的形状为圆形、椭圆形或者矩形，也可以是其它较为圆滑的规则形状；所述岛状体的横截面的最大长度是1～50mm，厚度为0.1～10mm，优选为0.5～5mm，相邻的岛状体间隔1～20mm。

优选地，本发明所述的第一氮化硅涂层的厚度是50～300微米，优选为100～150微米。

本发明的第二个目的在于提供一种上述多晶铸锭用异构涂层坩埚的制备方法。

本发明的第二个目的通过以下的技术措施来实现：一种上述多晶铸锭用异构涂层坩埚的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

⑴制作裸埚；

⑵在裸埚内底面涂覆第一氮化硅涂层并烘干；

⑶在步骤⑵获得的坩埚的第一氮化硅涂层上制作形核涂层，即将形核物以若干不连续的岛状体设置在第一氮化硅涂层上构成形核涂层；

⑷在步骤⑶获得的坩埚的内壁上涂覆第二氮化硅涂层即得。

作为本发明的一种改进，在步骤⑶获得的坩埚的形核涂层的岛状体外表面上及各岛状体的间隙中涂覆第三氮化硅涂层。

作为本发明的一种实施方式，制作形核涂层包括以下步骤：

①将网状模板平置且紧贴在由步骤⑵获得的坩埚的第一氮化硅涂层上；

②将形核物涂覆在网状模板上，以使形核物填充在网状模板的网孔中；

③移除网状模板，形核物以若干不连续的岛状体设置在第一氮化硅涂层上，即得形核涂层。

作为本发明的优选实施方式，所述第三氮化硅涂层的厚度为20-200微米，优选为50-80微米。该第三氮化硅涂层的厚度适中，使熔融硅液能够穿透该第三氮化硅涂层而与形核涂层相接触，以便熔融硅液以形核物为籽晶形核长晶。所述模板的网丝直径为1～20mm，优选为3～10mm，网孔孔径为1～50mm，优选为5～20mm。

本发明所述第一、第二、第三氮化硅涂层及所述形核涂层以刷涂、滚涂或者喷涂方式进行涂覆，优选刷涂方式。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

⑴本发明形核涂层是由形核物以若干不连续岛状体分布在第一氮化硅涂层上所构成，岛状体和形核物能够引导晶体形核，形成均匀、大小适中的晶核，有利于晶体的后期生长质量，从而提升硅片转化效率，而且，形核涂层牢牢固定在坩埚上，使用后不易脱落，同时岛体状异型结构，利于铸锭后坩埚的脱模，能够大大降低粘锅甚至裂锭的概率，使得后续硅锭尾料处理更加容易。

⑵第一、第二氮化硅涂层有效地隔绝阻止了高温下熔融硅液与坩埚的接触反应，避免发生粘锅。

⑶本发明能够显著降低硅片内部缺陷，改善硅锭质量，提高其制成电池片后光电转化效率，同时显著提高了硅锭切片利用率，减少了粘锅的概率，降低了生产成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明制备工艺流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种多晶铸锭用异构涂层坩埚，包括裸埚1，在裸埚1内底面依次涂覆有第一氮化硅涂层2、形核涂层4和第三氮化硅涂层5，第一氮化硅涂层的厚度是50～300微米，优选为100～150微米。形核涂层4是由形核物以若干不连续的岛状体41分布在第一氮化硅涂层2上所构成，岛状体和形核物能够引导晶体形核，形成均匀、大小适中的晶核，有利于晶体的后期生长质量，提升硅片转化效率。在裸埚1的内壁上还涂覆有第二氮化硅涂层（图中未画出），第一、二氮化硅涂层可以有效隔绝熔融硅液与坩埚发生反应，避免发生粘锅。第三氮化硅涂层5涂覆在形核涂层4的岛状体41外表面上及各岛状体41的间隙42中，第三氮化硅涂层5的厚度为20-200微米，优选为50-80微米，该第三氮化硅涂层5的厚度适中，使熔融硅液能够穿透该第三氮化硅涂层而与形核涂层相接触，以便熔融硅液以形核物为籽晶形核长晶，而且，使得形核物不会粘结在硅锭底面上，方便后续硅锭尾料处理。

在本实施例中，形核物可以是硅粉、硅颗粒、石英砂、碳化硅或氮化硅中的一种或几种，其中，石英砂、碳化硅和氮化硅的晶格结构与硅的晶格结构相同。形核物还可以是其它与晶体硅晶格结构相近的物质。形核物的粒度为10～1000目，优选为50～300目。

形核涂层4的岛状体41横截面的形状为圆形、椭圆形或者矩形，也可以是其它较为圆滑的规则形状；岛状体的横截面的最大长度是1～50mm，厚度为0.1～10mm，优选为0.5～5mm，相邻的岛状体间隔1～20mm。

一种上述多晶铸锭用异构涂层坩埚的制备方法，参见图1，包括以下步骤：

⑴制作裸埚1；

⑵在裸埚1内底面涂覆第一氮化硅涂层2并烘干，具体采用刷涂方式，烘干温度是50～80摄氏度；

⑶在步骤⑵获得的坩埚的第一氮化硅涂层2上制作形核涂层4，即将形核物以若干不连续的岛状体41设置在第一氮化硅涂层2上构成形核涂层4，制作形核涂层4包括以下步骤：

①将一张尺寸略小于坩埚内底面的网状模板6平置且紧贴在由步骤⑵获得的坩埚的第一氮化硅涂层2上，模板的网丝61的直径为1～20mm，优选为3～10mm，网孔62孔径为1～50mm，优选为5～20mm；

②将形核物涂覆在网状模板6上，具体采用刷涂方式，以使形核物填充在网状模板6的网孔62中；

③移除网状模板6，形核物以若干不连续的岛状体41设置在第一氮化硅涂层2上，即得形核涂层4。

形核涂层4牢牢固定在坩埚上，使用后不易脱落，同时岛体状异型结构，利于铸锭后坩埚的脱模，能够大大降低粘锅甚至裂锭的概率，使得后续硅锭尾料处理更加容易。

⑷在步骤⑶获得的坩埚的形核涂层4的岛状体41外表面上及各岛状体41的间隙42中刷涂第三氮化硅涂层5，铸锭完成后，该第三氮化硅涂层5可以确保形核涂层不会粘结在硅锭底部，方便后续尾料循环，同时提高了硅锭切片利用率。在坩埚的内壁上还喷涂第二氮化硅涂层即得到多晶铸锭用异构涂层坩埚。

第一、第二、第三氮化硅涂层及形核涂层还可以采用滚涂、喷涂等方式进行涂覆，刷涂方式为优选方式。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多晶铸锭用异构涂层坩埚，包括裸埚，其特征在于：在所述裸埚内底面依次涂覆有第一氮化硅涂层和形核涂层，所述形核涂层是由形核物以若干不连续的岛状体分布在第一氮化硅涂层上所构成，在所述裸埚的内壁上还涂覆有第二氮化硅涂层。

2.根据权利要求1所述的多晶铸锭用异构涂层坩埚，其特征在于：在所述形核涂层的岛状体外表面上及各岛状体的间隙中还涂覆有第三氮化硅涂层。

3.根据权利要求2所述的多晶铸锭用异构涂层坩埚，其特征在于：所述形核物为硅粉、硅颗粒、石英砂、碳化硅或氮化硅中一种或几种，所述石英砂、碳化硅和氮化硅的晶格结构与硅相同；所述形核物的粒度为10～1000目，优选为50～300目。

4.根据权利要求3所述的多晶铸锭用异构涂层坩埚，其特征在于：所述岛状体横截面的形状为圆形、椭圆形或者矩形；所述岛状体的横截面的最大长度是1～50mm，厚度为0.1～10mm，优选0.5～5mm，相邻的岛状体间隔1～20mm。

5.根据权利要求1～4任一项所述的多晶铸锭用异构涂层坩埚，其特征在于：所述第一氮化硅涂层的厚度是50～300微米，优选为100～150微米。

6.一种权利要求1所述的多晶铸锭用异构涂层坩埚的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

⑴制作裸埚；

⑵在裸埚内底面涂覆第一氮化硅涂层并烘干；

⑶在步骤⑵获得的坩埚的第一氮化硅涂层上制作形核涂层，即将形核物以若干不连续的岛状体设置在第一氮化硅涂层上构成形核涂层；

⑷在步骤⑶获得的坩埚的内壁上涂覆第二氮化硅涂层即得。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：在步骤⑶获得的坩埚的形核涂层的岛状体外表面上及各岛状体的间隙中涂覆第三氮化硅涂层。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：制作形核涂层包括以下步骤：

①将网状模板平置且紧贴在由步骤⑵获得的坩埚的第一氮化硅涂层上；

②将形核物涂覆在网状模板上，以使形核物填充在网状模板的网孔中；

③移除网状模板，形核物以若干不连续的岛状体设置在第一氮化硅涂层上，即得形核涂层。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述第三氮化硅涂层的厚度为20-200微米，优选为50-80微米；所述模板的网丝直径为1～20mm，优选为3～10mm，网孔孔径为1～50mm，优选为5～20mm。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述第一、第二、第三氮化硅涂层及所述形核涂层以刷涂、滚涂或者喷涂方式进行涂覆。