CN104711671A - 坩埚涂层结构、制备方法及坩埚 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种多晶硅铸锭用的坩埚涂层结构，该涂层结构包括涂敷于坩埚基底上的第一涂层及涂敷于第一涂层上的第二涂层；坩埚基底上涂敷有能够抑制坩埚本体中杂质向熔融硅液中扩散的第一涂层以及第二涂层，从而有效提高铸锭良率。第一涂层为硅晶体及氮化硅中的至少一种与石英砂的混合物，第二涂层的材料为氮化硅。其中，第一涂层的材料均为能够产生形核点的颗粒，这些颗粒能够有效引导硅晶体成核，从而提高多晶硅铸锭的生产质量，并提升多晶硅铸锭良率。此外，本发明还揭示了具有上述坩埚涂层结构的坩埚及上述坩埚涂层结构的制备方法。

Description

坩埚涂层结构、制备方法及坩埚

技术领域

本发明涉及坩埚及其制备方法，特别涉及一种多晶硅铸锭用的坩埚涂层结构、制备方法及坩埚。

背景技术

伴随着工业现代化水平的提升，以及人们日益对周边环境污染问题的重视，一些传统的能源正逐步被新兴的绿色能源所取代。在这些绿色能源中，太阳能电池以其无污染、可再生的优势已经逐渐在全球范围内得到迅速的发展。根据太阳能电池所用材料的不同，其可分为：晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、聚光太阳能电池等。其中，晶体硅太阳电池的发展最为成熟，目前已经占据市场的90％左右的份额。晶体硅太阳电池又分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池两种。其中，单晶硅电池由于其长晶成本较高，仅占据市场的18％左右的份额，明显低于多晶硅电池的市场份额。

传统的太阳能电池中所使用的多晶硅片，主要是以石英陶瓷坩埚为容器，在石英陶瓷坩埚中注入硅料进行高温熔融、长晶，从而得到多晶硅铸锭半成品。然后再对多晶硅铸锭以固定的尺寸开方、切片，最终加工得到多晶硅片成品。

传统的多晶硅铸锭用石英坩埚制造工艺，均采用湿法球磨制浆，由于研磨介质在生产过程中产生磨损，磨损的研磨介质磨料会导致石英坩埚本体中固有的杂质含量较高。石英坩埚在装入硅料之前需要在其内表面喷涂一层氮化硅涂层，来抑制硅与石英坩埚的反应。但是，氮化硅涂层并不能有效地抑制石英坩埚中杂质的扩散，多晶硅与石英坩埚的接触面上杂质含量较高，从而导致多晶硅片成品的黑边比例较大，并影响到下游太阳能电池的少子寿命等产品性能。

此外，传统的石英坩埚，在多晶硅铸锭长晶过程中，石英坩埚内表面无法提供形核点，熔融的硅晶随机形核并生长，从而导致最终所形成的晶核均匀性差，晶体中的位错密度高，多晶硅铸锭良率降低，并影响到下游太阳能电池的转化效率。

发明内容

基于此，有必要针对上述缺陷，提供一种能够提高多晶硅铸锭良率的多晶硅铸锭用坩埚涂层结构、制备方法及其具有上述涂层结构的坩埚。

一种坩埚涂层结构，包括涂敷于所述坩埚基底上的第一涂层及涂敷于所述第一涂层上的第二涂层；所述第一涂层的材料为硅晶体及氮化硅中的至少一种与石英砂的混合物，所述第二涂层的材料为氮化硅。

在其中一个实施例中，所述硅晶体的纯度不低于99.9999%，所述氮化硅的纯度不低于99.99%及所述石英砂的纯度不低于99.98%。

在其中一个实施例中，所述第一涂层的涂敷厚度为0.1-2.5mm，所述第二涂层的涂敷厚度为0.1-0.5mm。

一种涂敷有所述坩埚涂层结构的坩埚，所述坩埚为石英坩埚。

一种所述坩埚涂层结构的制备方法，包括如下步骤：

制备第一涂层：在所述坩埚的基底上制备第一涂层，所述第一涂层的材料为硅晶体及氮化硅中的至少一种与石英砂的混合物；

制备第二涂层：在所述第一涂层表面制备第二涂层，所述第二涂层的材料为氮化硅；及

高温烧结。

在其中一个实施例中，采用如下顺序的制备步骤：

第一步骤，制备第一涂层：在所述坩埚的基底上制备第一涂层，所述第一涂层的材料为硅晶体及氮化硅中的至少一种与石英砂的混合物；

第二步骤，制备第二涂层：在所述第一涂层表面制备第二涂层，所述第二涂层的材料为氮化硅；

第三步骤，高温烧结：将涂敷有所述第一涂层及所述第二涂层的坩埚进行高温烧结。

在其中一个实施例中，采用如下顺序的制备步骤：

第一步骤，制备第一涂层：在所述坩埚的基底上制备第一涂层，所述第一涂层的材料为硅晶体及氮化硅中的至少一种与石英砂的混合物；

第二步骤，高温烧结：将涂敷有所述第一涂层的坩埚进行高温烧结；

第三步骤，制备第二涂层：在所述第一涂层表面制备第二涂层，所述第二涂层的材料为氮化硅。在其中一个实施例中，所述制备第一涂层的步骤包括：在所述坩埚的基底上涂敷第一涂层浆料，干燥后形成所述第一涂层；

其中，所述第一涂层浆料包括以下成分：

原浆       25-50wt%，

粘结剂     35-55wt%，及

第一颗粒料 15-30wt%。

所述原浆包括75-84wt%且纯度不低于99.98%的石英砂，余量为纯度高于99.99%的纯水；

所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙二醇、硅烷偶联剂KH-560及硅溶胶中的至少一种；

所述第一颗粒料选自纯度不低于99.9999%的硅晶体及纯度不低于99.99%的氮化硅中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述第一涂层为复合涂层，包括涂敷于所述坩埚基底上的浆料涂层以及覆盖于所述浆料涂层上的颗粒料层；所述制备第一涂层的步骤包括：在所述坩埚的基底上涂敷第一涂层浆料以形成所述浆料涂层，在所述浆料涂层上覆盖第二颗粒料以形成所述颗粒料层，干燥后形成所述第一涂层；

其中，所述第一涂层浆料包括以下成分：

原浆       25-50wt%，

粘结剂     35-55wt%，及

第一颗粒料 15-30wt%。

所述原浆包括75-84wt%且纯度不低于99.98%的石英砂，余量为纯度高于99.99%的纯水；

所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙二醇、硅烷偶联剂KH-560及硅溶胶中的至少一种；

所述第一颗粒料选自纯度不低于99.9999%的硅晶体及纯度不低于99.99%的氮化硅中的至少一种；及

所述第二颗粒料选自纯度不低于99.9999%的硅晶体、纯度不低于99.98%的石英砂及纯度不低于99.99%的氮化硅中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述制备第二涂层的步骤包括在所述第一涂层的表面涂覆第二涂层浆料，干燥后形成所述第二涂层，其中，所使用的第二涂层浆料包括以下成分：

去离子水       60-75wt%，

硅溶胶         8-15wt%，及

氮化硅         15-25wt%。

在其中一个实施例中，在所述高温烧结的步骤中，所述高温烧结的温度为1000-1100℃，所述高温烧结的时间为1-4h。

上述多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构，在坩埚基底上涂敷有能够抑制坩埚本体中杂质向熔融硅液中扩散的第一涂层及第二涂层，从而有效地提高太阳能电池的少子寿命。此外，第一涂层为纯度不低于99.9999%的硅晶体及纯度不低于99.99%的氮化硅中的至少一种与纯度不低于99.98%的石英砂的混合物，这些材料均为能够产生形核点的颗粒，这些颗粒能够有效引导硅晶体成核，从而提高多晶硅铸锭的生产质量，并提升多晶硅铸锭良率。

附图说明

图1为一实施方式的多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构制备方法流程图；

图2为第一涂层为单层涂层时的制备方法流程图；

图3为第一涂层为复合涂层时的制备方法流程图；

图4为第二涂层的制备方法流程图；

图5为另一实施方式的多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构制备方法流程图；

图6为本发明使用实施方式1-8的多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构的石英坩埚与传统的石英坩埚的所制得的硅锭中存在开裂的比例的数据比较；

图7为本发明使用实施方式1-8的多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构的石英坩埚与传统的石英坩埚的所制得的硅锭粘埚率的数据比较；

图8为本发明使用实施方式1-8的多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构的石英坩埚与传统的石英坩埚的所制得的硅锭替位碳含量的数据比较；

图9为本发明使用实施方式1-8的多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构的石英坩埚与传统的石英坩埚的所制得的硅锭的间隙氧含量的数据比较；

图10为本发明使用实施方式1-8的多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构的石英坩埚与传统的石英坩埚的所制得的铸锭硅锭良率的数据比较；

图11为本发明使用实施方式1-8的多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构的石英坩埚与传统的石英坩埚的所制得的太阳能电池的少子寿命的数据比较；

图12为本发明使用实施方式1-8的多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构的石英坩埚与传统的石英坩埚的所制得的太阳能电池转换效率的数据比较。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

一种多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构，包括涂敷于坩埚基底上的第一涂层及涂敷于第一涂层上的第二涂层。上述坩埚上涂敷有第一涂层及第二涂层的涂层结构，能够抑制坩埚本体中杂质向熔融硅液中扩散并与熔融硅发生化学反应。从而降低多晶硅与坩埚的接触面上的杂质含量，减少多晶硅片成品的黑边比例。从而有效地提高下游太阳能电池的少子寿命。

为了能够更好的抑制坩埚本体中的杂质向熔融硅液中扩散，优选方案中，第一涂层的涂敷厚度为0.1-2.5mm，第二涂层的涂敷厚度为0.1-0.5mm。

进一步的，涂敷有上述多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构的坩埚为石英坩埚。

第一涂层的材料硅晶体及硅晶体及氮化硅中的至少一种与石英砂的混合物。这些材料能够有效引导硅晶体成核，从而提高多晶硅铸锭的生产质量，并提升多晶硅铸锭良率。第二涂层的材料为氮化硅。本实施方式中，硅晶体的纯度不低于99.9999%，氮化硅的纯度不低于99.99%，石英砂的纯度不低于99.98%。

请参图1，一实施方式的多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构的制备方法包括以下步骤：

步骤S110，制备第一涂层：在坩埚的基底上制备第一涂层。

第一涂层可以是单层涂层结构，也可以是复合涂层结构。根据第一涂层结构的不同，其制备方法略有不同。

请参图2，第一涂层为单层涂层结构的制备方法，其包括如下步骤：

步骤S111a：在坩埚的基底上涂敷第一涂层浆料；

步骤S112a：干燥后形成第一涂层。

上述制备步骤中，第一涂层浆料包括以下成分：

原浆       25-50wt%，

粘结剂     35-55wt%，及

第一颗粒料 15-30wt%。

其中，原浆包括75-84wt%且纯度不低于99.98%的石英砂，余量为纯度高于99.99%的纯水；粘结剂选自聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙二醇、硅烷偶联剂KH-560及硅溶胶中的至少一种；第一颗粒料选自纯度不低于99.9999%的硅晶体及纯度不低于99.99%的氮化硅中的至少一种。

请参图3，第一涂层为复合涂层结构的制备方法，其包括如下步骤：

步骤S111b：在坩埚的基底上涂敷第一涂层浆料以形成浆料涂层；

步骤S112b：在浆料涂层上覆盖第二颗粒料以形成颗粒料层；

步骤S113b：干燥后形成第一涂层。

上述制备步骤中，第一涂层浆料的成分配比与第一涂层为单层涂层结构中第一涂层浆料的成分配比相同。

覆盖在浆料涂层上的第二颗粒料选自纯度不低于99.9999%的硅晶体、纯度不低于99.98%的石英砂及纯度不低于99.99%的氮化硅中的至少一种。

步骤S120，制备第二涂层：在第一涂层表面制备第二涂层。

请参图4，第二涂层的制备方法，其包括如下步骤：

步骤S121：在第一涂层的表面涂覆第二涂层浆料；

步骤S122：干燥后形成第二涂层。

上述制备步骤中，第二涂层浆料包括以下成分：

去离子水       60-75wt%，

硅溶胶         8-15wt%，及

氮化硅         15-25wt%。

步骤S130，高温烧结：将涂敷有第一涂层及第二涂层的坩埚进行高温烧结。

其中，在第一涂层及第二涂层的制备步骤中，干燥的方法可以是自然晾干，也可以是烘干。优选方案中，自然晾干时间为4-12h，或可以选用在60-100℃温度下烘干0.5-2小时。在高温烧结步骤中，高温烧结的温度为1000-1100℃，高温烧结的时间为1-4h。

请参图5，另一实施方式的多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构制备方法包括以下步骤：

步骤S210，制备第一涂层：在坩埚的基底上制备第一涂层。

第一涂层可以是单层涂层结构，也可以是复合涂层结构。当第一涂层为单层涂层结构时，其制备步骤同附图2所述的制备步骤；当第一涂层为复合涂层结构时，其制备步骤同附图3所述的制备步骤。此外，上述制备步骤中所使用的第一涂层浆料及第二颗粒料的成分配比也与附图1所述的实施方式中第一涂层浆料及第二颗粒料的成分配比相同。

步骤S220，高温烧结：将涂敷有第一涂层的坩埚进行高温烧结。

步骤S230，制备第二涂层：在第一涂层表面制备第二涂层。其中，第二涂层的制备步骤同附图5所述的制备步骤；此外，上述制备步骤中所使用的第二涂层浆料的成分配比也与附图1所述的实施方式中第二涂层浆料的成分配比相同。

其中，在第一涂层及第二涂层的制备步骤中，干燥的方法可以是自然晾干，也可以是烘干。优选方案中，自然晾干时间为4-12h，或可以选用在60-100℃温度下烘干0.5-2h。在高温烧结步骤中，高温烧结的温度为1000-1100℃，高温烧结的时间为1-4h。

根据上述多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构制备步骤，选取了几种实施方式进行详细说明：

实施方式1

请参图1、图2及图4，本实施方式多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构的制备方法包括如下步骤：

1、在石英坩埚的基底上涂敷第一涂层浆料，自然晾干8小时，并形成第一涂层，第一涂层的厚度为0.1mm。其中，第一涂层浆料包括以下成分：

原浆                           30wt%，

硅溶胶                         55wt%，及

纯度不低于99.9999%的硅晶体     15wt%。

其中，原浆包括以下成分：

纯度不低于99.98%的石英砂       75wt%，及

纯度高于99.99%的纯水           25wt%。

2、在第一涂层表面上涂敷第二涂层浆料，自然晾干12h，并形成第二涂层，第二涂层的厚度为0.1mm。其中，第二涂层浆料包括以下成分：

去离子水      60wt%，

硅溶胶        15wt%，及

氮化硅        25wt%。

3、将涂敷有第一涂层及第二涂层的石英坩埚进行高温烧结，烧结温度1000℃，烧结时间4h。

实施方式2

请参图1、图2及图4，本实施方式多晶硅铸锭用石英坩埚的涂层结构的制备方法包括如下步骤：

1、在石英坩埚的基底上涂敷第一涂层浆料，自然晾干4h，并形成第一涂层，第一涂层的厚度为2.5mm。其中，第一涂层浆料包括以下成分：

原浆                             35wt%，

粘结剂                           35wt%，及

纯度不低于99.99%的氮化硅         30wt%。

其中，原浆包括以下成分：

纯度不低于99.98%的石英砂    84wt%，及

去离子水                    16wt%。

粘结剂为石家庄优士科公司所产高纯陶瓷粘结剂GH-1。

2、在第一涂层表面上涂敷第二涂层浆料，在60℃温度下烘干2h，并形成第二涂层，第二涂层的厚度为0.5mm。其中，第二涂层浆料包括以下成分：

去离子水         75wt%，

硅溶胶           8wt%，及

氮化硅           17wt%。

3、将涂敷有将涂敷有第一涂层及第二涂层的石英坩埚进行高温烧结，烧结温度1100℃，烧结时间2h。

实施方式3

请参图1、图2及图4，本实施方式多晶硅铸锭用石英坩埚的涂层结构的制备方法包括如下步骤：

1、在石英坩埚的基底上涂敷第一涂层浆料，自然晾干8h，并形成第一涂层，第一涂层的厚度为1.3mm。其中，第一涂层浆料包括以下成分：

原浆                             25wt%，

粘结剂                           45wt%，及

纯度不低于99.9999%的硅晶体       30wt%。

其中，原浆包括以下成分：

纯度不低于99.98%的石英砂 84wt%，及

去离子水                 16wt%。

粘结剂为石家庄优士科公司所产高纯陶瓷粘结剂GH-1。

2、在第一涂层表面上涂敷第二涂层浆料，在80℃温度下烘干1.5h，并形成第二涂层，第二涂层的厚度为0.3mm。其中，第二涂层中所使用的第二涂层浆料包括以下成分：

去离子水        70wt%，

硅溶胶          15wt%，及

氮化硅          15wt%。

3、将涂敷有将涂敷有第一涂层及第二涂层的石英坩埚进行高温烧结，烧结温度1050℃，烧结时间3h。

实施方式4

请参图1、图2及图4，本实施方式多晶硅铸锭用石英坩埚的涂层结构的制备方法包括如下步骤：

1、在石英坩埚的基底上涂敷第一涂层浆料，在100℃温度下烘干0.5h，并形成第一涂层，第一涂层的厚度为0.7mm。其中，第一涂层浆料包括以下成分：

原浆       50wt%，

粘结剂     35wt%，及

第一颗粒料 15wt%。

其中，原浆包括以下成分：

纯度不低于99.98%的石英砂       80wt%，及

去离子水                       20wt%。

粘结剂为石家庄优士科公司所产高纯陶瓷粘结剂GH-1。

第一颗粒料为纯度不低于99.9999%的硅晶体与纯度不低于99.99%的氮化硅的混合物。

2、在第一涂层表面上涂敷第二涂层浆料，自然晾干12h，并形成第二涂层，第二涂层的厚度为0.2mm。其中，第二涂层浆料包括以下成分：

去离子水       67wt%，

硅溶胶         8wt%，及

氮化硅         25wt%。

3、将涂敷有将涂敷有第一涂层及第二涂层的石英坩埚进行高温烧结，烧结温度1100℃，烧结时间3h。

实施方式5

请参图1、图2及图4，本实施方式多晶硅铸锭用石英坩埚的涂层结构的制备方法包括如下步骤：

1、在石英坩埚的基底上涂敷第一涂层浆料，在60℃温度下烘干1h，并形成第一涂层，第一涂层的厚度为2.0mm。其中，第一涂层浆料包括以下成分：

原浆                            40wt%，

粘结剂                         40wt%，及

纯度不低于99.99%的氮化硅       20wt%。

其中，原浆包括以下成分：

纯度不低于99.98%的石英砂       77wt%，及

去离子水                       23wt%。

粘结剂为石家庄优士科公司所产高纯陶瓷粘结剂GH-1。

2、在第一涂层表面上涂敷第二涂层浆料，自然晾干12h，并形成第二涂层，第二涂层的厚度为0.4mm。其中，第二涂层浆料包括以下成分：

去离子水       68wt%，

硅溶胶         12wt%，及

氮化硅         20wt%。

3、将涂敷有将涂敷有第一涂层及第二涂层的石英坩埚进行高温烧结，烧结温度1000℃，烧结时间3h。

实施方式6

请参图1、图3及图4，本实施方式多晶硅铸锭用石英坩埚的涂层结构的制备方法包括如下步骤：

1、在石英坩埚的基底上涂敷至少一层第一涂层浆料以形成浆料涂层，在浆料涂层上覆盖至少一层第二颗粒料以形成颗粒料层，在80℃温度下烘干1.5h，并形成具有复合涂层结构第一涂层，第一涂层的厚度为1.0mm。

其中，第一涂层浆料包括以下成分：

原浆       38wt%，

粘结剂     45wt%，及

第一颗粒料 17wt%。

其中，原浆包括以下成分：

纯度不低于99.98%的石英砂       80wt%，及

去离子水                       20wt%。

粘结剂为石家庄优士科公司所产高纯陶瓷粘结剂GH-1。

第一颗粒料为纯度不低于99.9999%的硅晶体及纯度不低于99.99%的氮化硅中的混合物。

第二颗粒料为纯度不低于99.9999%的硅晶体、纯度不低于99.98%的石英砂及纯度不低于99.99%的氮化硅中的混合物。

2、在第一涂层表面上涂敷第二涂层浆料，自然晾干8h，并形成第二涂层，第二涂层的厚度为0.3mm。其中，第二涂层浆料包括以下成分：

去离子水   68wt%，

硅溶胶     12wt%，及

氮化硅     20wt%。

3、将涂敷有将涂敷有第一涂层及第二涂层的石英坩埚进行高温烧结，烧结温度1050℃，烧结时间3h。

实施方式7

请参图2、图4及图5，本实施方式多晶硅铸锭用石英坩埚的涂层结构的制备方法包括如下步骤：

1、在石英坩埚的基底上涂敷第一涂层浆料，在80℃温度下烘干1.5h，并形成第一涂层，第一涂层的厚度为1.0mm。其中，第一涂层浆料包括以下成分：

原浆       38wt%，

粘结剂     45wt%，及

第一颗粒料 17wt%。

其中，原浆包括以下成分：

纯度不低于99.98%的石英砂        80wt%，及

去离子水                        20wt%。

粘结剂为石家庄优士科公司所产高纯陶瓷粘结剂GH-1。

第一颗粒料为纯度不低于99.9999%的硅晶体及纯度不低于99.99%的氮化硅中的混合物。

2、将涂敷有将涂敷有第一涂层的石英坩埚进行高温烧结，烧结温度1050℃，烧结时间3h。

3、在第一涂层表面上涂敷第二涂层浆料，自然晾干8h，并形成第二涂层，第二涂层的厚度为0.3mm。其中，第二涂层中所使用的第二涂层浆料包括以下成分：

去离子水   68wt%，

硅溶胶     12wt%，及

氮化硅     20wt%。

实施方式8

请参图3至图5，本实施方式多晶硅铸锭用石英坩埚的涂层结构的制备方法包括如下步骤：

1、在石英坩埚的基底上涂敷至少一层第一涂层浆料以形成浆料涂层，在浆料涂层上覆盖至少一层第二颗粒料以形成颗粒料层，80℃温度下烘干1.5h，并形成具有复合涂层结构的第一涂层，第一涂层的厚度为1.0mm。

其中，第一涂层浆料包括以下成分：

原浆       38wt%，

粘结剂     45wt%，及

第一颗粒料 17wt%。

其中，原浆包括以下成分：

纯度不低于99.98%的石英砂       80wt%，及

去离子水                       20wt%。

粘结剂为石家庄优士科公司所产高纯陶瓷粘结剂GH-1。

第一颗粒料为纯度不低于99.9999%的硅晶体及纯度不低于99.99%的氮化硅中的混合物；

第二颗粒料为纯度不低于99.9999%的硅晶体、纯度不低于99.98%的石英砂及纯度不低于99.99%的氮化硅中的混合物。

2、将涂敷有将涂敷有第一涂层的石英坩埚进行高温烧结，烧结温度1050℃，烧结时间3h。

3、在第一涂层表面上涂敷第二涂层浆料，自然晾干8h，并形成第二涂层，第二涂层的厚度为0.3mm。其中，第二涂层浆料包括以下成分：

去离子水       68wt%，

硅溶胶         12wt%，及

氮化硅         20wt%。

将实施方式1至8的使用多晶硅铸锭用坩埚的涂层结构制备的石英坩埚与使用传统涂层结构制备的石英坩埚在相同的测试条件下进行的多种性能测试试验，并得到下述试验例中所示的测试数据。选取两种由传统涂层结构制备的石英坩埚参与上述试验：传统石英坩埚1及传统石英坩埚2。其中，传统石英坩埚1是仅涂敷有氮化硅复合涂层，且免烧结的常规石英坩埚，其中，所涂敷的氮化硅复合涂层的厚度为0.3-0.5mm；而传统石英坩埚2是公开号为CN102826737A的专利所公开的一种用于生产高效多晶的石英陶瓷坩埚，该石英坩埚本体的内表面包含高纯石英陶瓷内层，使用这种石英坩埚能够降低石英陶瓷坩埚中的杂质含量。

试验例1

本试验例中，在相同测试条件下，得到本实施方式1-8所制得的石英坩埚、传统石英坩埚1及传统石英坩埚2进行附着力测试数据，其中，附着力的测试标准为GB/T9286-88：涂层附着力划格法测试的评定标准对石英坩埚的附着力进行测试，该测试共分为6个等级，其中，0级表示“切割边缘完全平滑，无一格脱落”，即为石英坩埚附着力最佳的状态，而5级表示“严重剥落”，即为石英坩埚附着力最差的状态。具体请参表1的测试结果。

表1

从上述测试结果中可以看出，使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚相比，其石英坩埚表面的涂层附着力明显增加。

试验例2

本试验例中，在相同测试条件下，通过使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚进行硅锭生产，并得到最终硅锭中存在开裂比例的测试数据。此开裂的测试比例通过数据统计的方式得到。具体请参图6的测试结果。从上述测试结果中可以看出，使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚相比，其所制得的硅锭中存在开裂的比例明显下降。

试验例3

本试验例中，在相同测试条件下，通过使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚进行硅锭生产，并得到最终硅锭的粘埚率测试数据，粘锅是指硅锭与坩埚本体发生粘连，即硅熔体与石英接触并发生反应而粘连在一起，粘埚率为发生粘埚的比率。具体请参图7的测试结果。从上述测试结果中可以看出，使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚相比，其所制得硅锭粘埚率明显下降。

从试验例1至试验例3中的测试结果中可以看出，采用本发明涂层制备的石英坩埚在实际的多晶硅铸锭生产过程中，克服了传统石英坩埚因涂层的粘附能力有限，高温时涂层皲裂产生缝隙从而导致熔融硅与石英坩埚本体接触发生反应而粘连在一起的缺陷。从而提高了硅锭的生产质量，并且也提高了石英坩埚的使用寿命。

试验例4

本试验例中，在相同测试条件下，通过使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚进行硅锭生产，采用傅里叶红外光谱仪(NICOLET6700)测试各多晶硅铸锭中的替位碳含量，得到最终硅锭替位碳相对含量测试数据。具体请参图8的测试结果。从上述测试结果中可以看出，使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚相比，其所制得的硅锭替位碳含量明显下降。

试验例5

本试验例中，在相同测试条件下，通过使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚进行硅锭生产，通过使用傅里叶红外光谱仪(NICOLET6700)测试各多晶硅铸锭中的间隙氧含量，并得到最终硅锭间隙氧相对含量测试数据。具体请参图9的测试结果。从上述测试结果中可以看出，使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚相比，其所制得的硅锭的间隙氧含量明显下降。

从试验例4至试验例5中的测试结果中可以看出，采用本发明涂层制备的石英坩埚在实际的多晶硅铸锭生产过程中，其石英坩埚的碳、氧含量相比明显减少，因此，在石英坩埚内表面使用上述经过特殊处理的双层涂层，能够抑制石英坩埚本体中杂质向熔融硅液中扩散，从而有效提高了整个硅锭的生产良率。

试验例6

本试验例中，在相同测试条件下，通过使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚进行硅锭生产，并将得到的最终的硅锭良率数据进行对比。具体请参图10的测试结果。

从上述测试结果中可以看出，使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚相比，其所制得的硅锭良率明显增加。尤其是使用实施方式6及实施方式8所制得的石英坩埚，其多晶硅铸锭良率最高，实施方式6及实施方式8较其它实施方式所不同的是，在第一涂层浆料均匀涂敷在石英坩埚内表面后，再将第二颗粒料涂敷在上述石英坩埚内表面上。使得在第一涂层上自带有更多能够形成硅晶成核点的颗粒物，在生产过程中能够有效的引导晶体成核，从而在提升了硅锭的生产品质。

试验例7

本试验例中，在相同测试条件下，通过使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚进行硅锭生产，采用少子寿命测试仪测试硅锭的少子寿命，并将最终硅锭的少子寿命的测试数据进行对比。具体请参图11的测试结果。从上述测试结果中可以看出，使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚相比，其所制得的太阳能电池的少子寿命明显增加。

试验例8

本试验例中，在相同测试条件下，通过使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚进行硅锭生产，并将最终硅锭生产出的太阳能电池，采用IV曲线测试系统测试太阳能电池的光电转换效率，并对太阳能电池的转换效率数据进行对比。具体请参图12的测试结果。从上述测试结果中可以看出，使用本实施方式1-8所制得的石英坩埚与使用传统涂层制备的石英坩埚相比，其所制得的太阳能电池的转换效率明显增加。

从试验例6至试验例8中的测试结果中可以看出，采用本发明涂层制备的石英坩埚在实际的多晶硅铸锭生产过程中，其所所制得的硅锭良率明显增加，下游太阳能电池的少子寿命明显增加且太阳能电池的转换效率明显增加。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种坩埚涂层结构，其特征在于，包括涂敷于所述坩埚基底上的第一涂层及涂敷于所述第一涂层上的第二涂层；所述第一涂层的材料为硅晶体及氮化硅中的至少一种与石英砂的混合物，所述第二涂层的材料为氮化硅。

2.根据权利要求1所述坩埚涂层结构，其特征在于，所述硅晶体的纯度不低于99.9999%，所述氮化硅的纯度不低于99.99%及所述石英砂的纯度不低于99.98%。

3.根据权利要求1所述坩埚涂层结构，其特征在于，所述第一涂层的涂敷厚度为0.1-2.5mm，所述第二涂层的涂敷厚度为0.1-0.5mm。

4.一种涂敷有权利要求1-3任一项所述坩埚涂层结构的坩埚，其特征在于，所述坩埚为石英坩埚。

5.一种权利要求1-3任一项所述坩埚涂层结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

制备第一涂层：在所述坩埚的基底上制备第一涂层，所述第一涂层的材料为硅晶体及氮化硅中的至少一种与石英砂的混合物；

制备第二涂层：在所述第一涂层表面制备第二涂层，所述第二涂层的材料为氮化硅；及

高温烧结。

6.根据权利要求5所述坩埚涂层结构的制备方法，其特征在于，采用如下顺序的制备步骤：

第一步骤，制备第一涂层：在所述坩埚的基底上制备第一涂层，所述第一涂层的材料为硅晶体及氮化硅中的至少一种与石英砂的混合物；

第二步骤，制备第二涂层：在所述第一涂层表面制备第二涂层，所述第二涂层的材料为氮化硅；

第三步骤，高温烧结：将涂敷有所述第一涂层及所述第二涂层的坩埚进行高温烧结。

7.根据权利要求5所述坩埚涂层结构的制备方法，其特征在于，采用如下顺序的制备步骤：

第一步骤，制备第一涂层：在所述坩埚的基底上制备第一涂层，所述第一涂层的材料为硅晶体及氮化硅中的至少一种与石英砂的混合物；

第二步骤，高温烧结：将涂敷有所述第一涂层的坩埚进行高温烧结；

第三步骤，制备第二涂层：在所述第一涂层表面制备第二涂层，所述第二涂层的材料为氮化硅。

8.根据权利要求5所述坩埚涂层结构的制备方法，其特征在于，所述制备第一涂层的步骤包括：在所述坩埚的基底上涂敷第一涂层浆料，干燥后形成所述第一涂层；

其中，所述第一涂层浆料包括以下成分：

原浆       25-50wt%，

粘结剂     35-55wt%，及

第一颗粒料   15-30wt%，

所述原浆包括75-84wt%且纯度不低于99.98%的石英砂，余量为纯度高于99.99%的纯水；

所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙二醇、硅烷偶联剂KH-560及硅溶胶中的至少一种；

所述第一颗粒料选自纯度不低于99.9999%的硅晶体及纯度不低于99.99%的氮化硅中的至少一种。

9.根据权利要求5所述坩埚涂层结构的制备方法，其特征在于，所述第一涂层为复合涂层，包括涂敷于所述坩埚基底上的浆料涂层以及覆盖于所述浆料涂层上的颗粒料层；

所述制备第一涂层的步骤包括：在所述坩埚的基底上涂敷第一涂层浆料以形成所述浆料涂层，在所述浆料涂层上覆盖第二颗粒料以形成所述颗粒料层，干燥后形成所述第一涂层；

其中，所述第一涂层浆料包括以下成分：

原浆       25-50wt%，

粘结剂     35-55wt%，及

第一颗粒料   15-30wt%，

所述原浆包括75-84wt%且纯度不低于99.98%的石英砂，余量为纯度高于99.99%的纯水；

所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙二醇、硅烷偶联剂KH-560及硅溶胶中的至少一种；

所述第一颗粒料选自纯度不低于99.9999%的硅晶体及纯度不低于99.99%的氮化硅中的至少一种；及

所述第二颗粒料选自纯度不低于99.9999%的硅晶体、纯度不低于99.98%的石英砂及纯度不低于99.99%的氮化硅中的至少一种。

10.根据权利要求5所述坩埚涂层结构的制备方法，其特征在于，所述制备第二涂层的步骤包括在所述第一涂层的表面涂覆第二涂层浆料，干燥后形成所述第二涂层，其中，所使用的第二涂层浆料包括以下成分：

去离子水       60-75wt%，

硅溶胶         8-15wt%，及

氮化硅         15-25wt%。

11.根据权利要求5所述坩埚涂层结构的制备方法，其特征在于，在所述高温烧结的步骤中，所述高温烧结的温度为1000-1100℃，所述高温烧结的时间为1-4h。