CN107119317A - 一种多晶铸锭坩埚及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光伏技术领域，具体涉及多晶铸锭坩埚。本发明提供一种多晶铸锭坩埚及其制作方法，包括矩形的坩埚本体，坩埚本体的内壁设有复合涂层，坩埚套装在石墨壳体内，石墨壳体的内壁中设有连通U型的第一腔道，石墨壳体的侧壁设有与第一腔道连通的若干个圆环形的第二腔道，石墨壳体的底壁设有与第一腔道底部连通一字型的第三腔道和第四通道，第四通道相邻成对设置，其中任意一个第一腔道设有封闭的开口，开口设置在石墨壳体侧壁的顶部，开口上设有密封堵塞。本发明能增加高纯层的致密性、能通过钡抑制坩埚中的氧向硅锭的渗透，实现降氧、降碳、抑制杂质渗透，消除侧面红区减少底部红区的作用，能减少电池衰减、提升电池转换效率。
Description
技术领域
本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种多晶铸锭坩埚及其制作方法。
背景技术
目前，多晶太阳能电池是光伏发电的主要发电方式，普通多晶坩埚的纯度一般不超过99.9％，而硅料的纯度在99.9999％以上，纯度的差异必然导致坩埚内的杂质往硅锭里面渗透，使硅锭的品质降低，电池的转换效率受很大的影响。为了提升坩埚的纯度，人们在坩埚内表面涂刷一层高纯石英来减少杂质往硅锭里渗透，但这种高纯坩埚存在几个不利因素：
1、涂刷上的高纯层致密性较差，增加了石英与硅液的接触面，虽然减少了其它杂质，但增加了硅与石英反应的几率，是的硅锭中氧的含量偏高，加速了电池片衰减；
2、高纯层涂刷过程中需要加入硅溶胶和有机粘结剂，铸锭过程中会进一步增加硅锭的氧含量及碳含量；
3、涂覆的高纯石英层和坩埚本体结合力较弱，铸锭过程中高纯层容易剥落熔入硅锭中，增加了硅锭的氧含量、杂质含量和硬质点，会导致容易粘坩埚和增加出现漏硅的风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供的一种多晶铸锭坩埚及其制作方法，用该坩埚和制作方法能增加高纯层的致密性、能通过钡抑制坩埚中的氧向硅锭的渗透，从而实现降氧、降碳、抑制杂质渗透，消除侧面红区减少底部红区的作用，最终能减少电池衰减、提升电池转换效率。
为解决上述问题，本发明提供一种多晶铸锭坩埚，包括矩形的坩埚本体，所述坩埚本体的内壁设有复合涂层，所述坩埚本体套装在石墨壳体内，所述复合涂层厚度范围为0.2～2.5mm。
优选的技术方案，所述复合涂层的厚度为0.2、0.4、0.8、1.0、1.5、1.8、2.0、2.2、2.4或2.5mm。
优选的技术方案，所述石墨壳体的内壁中设有若干个相互连通U型的第一腔道，所述石墨壳体的侧壁设有与第一腔道连通的若干个圆环形的第二腔道，所述石墨壳体的底壁设有与第一腔道底部连通一字型的第三腔道和第四通道，所述第四通道相邻成对设置，其中任意一个所述第一腔道设有封闭的开口，所述开口设置在石墨壳体侧壁的顶部，所述开口上设有密封堵塞。
优选的技术方案，所述坩埚本体的侧壁上的复合涂层内设有固定部。
优选的技术方案，所述固定部的横截面为燕尾形状。
优选的技术方案，所述固定部为环绕坩埚本体侧壁上的燕尾结构。
优选的技术方案，所述固定部为侧壁设置的若干个点状的梯形结构。
本发明还提供一种多晶铸锭坩埚制作方法，所述制作方法包括以下步骤：
步骤1、先对坩埚生坯本体进行烘干，烘干温度范围为450℃～550℃，烘干时间在60～90分钟，再对坩埚生坯内表面进行烘干，烘干温度范围为500℃～550℃，烘干时间在30～60分钟；
步骤2、对纯石英用钡进行表面处理，其中对钡进行表面处理步骤包括将石英砂浸泡在浓度为10～300g/L的氢氧化钡溶液中，浸泡5～100分钟；；
步骤3、将步骤2用钡处理过的纯石英，通过电弧喷涂、等离子喷涂或火焰喷涂的高温喷涂方式将步骤1中得到的坩埚本体内表面复合一层涂层，复合涂层厚度在0.2～2.5mm得到复合涂层坩埚本体；
步骤4、对步骤3中得到的复合涂层坩埚本体进行高温烧结，高温烧结的温度为1050～1200℃，保温时间为100～500分钟，得到多晶铸锭坩埚。
优选的技术方案，所述步骤2中对钡进行表面处理步骤包括将石英砂浸泡在浓度为50、120、180、240、或260g/L的氢氧化钡溶液中，浸泡20、25、30、60、65、70、80或85分钟。
优选的技术方案，所述步骤2还包括在取出浸泡后的石英砂在温度40～120℃的条件下，真空干燥时间为80～240分钟。
本发明提供的一种多晶铸锭坩埚及其制作方法，对高纯石英砂进行表面处理，采用电弧喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂等喷涂方式在坩埚内表面，能取得以下技术效果：
1生坯坩埚喷涂后需要高温烧结后使用，成品坩埚喷涂后能直接使用的技术效果该方法制造的坩埚能达到提高涂覆高纯层的致密性和取得硅锭的氧含量达到使用要求；
2、高纯层中能减少其它杂质的扩散，防止硅液仍然会对坩埚的侵蚀，在导致硅锭中氧含量增加，钡的加入能有效抑制氧的扩散，对降氧有明显的效果；
3、增加高纯层和坩埚本体的结合力，克服了出现高纯层剥落的情况，对硅锭的品质和坩埚的安全性有很大提高；
4、能彻底消除硅锭侧面红区，底部红区能降低到10～20mm，铸锭良率提升约6％，氧含量从约12ppm降到6ppm以内。
附图说明
图1是本发明所述多晶铸锭坩埚的立体结构图：
图2是本发明所述多晶铸锭坩埚的实施例1的结构剖视图；
图3是本发明所述多晶铸锭坩埚的实施例2的结构剖视图；
图4是本发明所述的石墨壳体的结构剖视图。
附图标记
图中：10-坩埚本体，11-复合涂层，12-侧壁，13-底板，14-垫板，15-固定部，20-石墨壳体，21-开口，22-第二腔道，23-第一腔道，24-外侧壁，25-内壁，26-第三腔道，27-第四腔道。
具体实施方式
下文参照附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
实施例1
如图1-4所示，本发明提供的一种多晶铸锭坩埚，包括矩形的坩埚本体10，所述坩埚本体10的内壁设有复合涂层11，所述坩埚本体10套装在石墨壳体20内，所述复合涂层11厚度范围为0.2～2.5mm，优选的，所述复合涂层11的厚度为0.2、0.4、0.8、1.0、1.5、1.8、2.0、2.2、2.4或2.5mm，所述石墨壳体20的内壁中设有若干个相互连通U型的第一腔道23，所述石墨壳体20的侧壁设有与第一腔道23连通的若干个圆环形的第二腔道22，所述石墨壳体20的底壁设有与第一腔道23底部连通一字型的第三腔道26和第四通道27，所述第四通道27相邻成对设置，用于均匀的受热，石墨壳体20的内壁25和外壁24可以均匀受热，其中在任意一个所述第一腔道23设有封闭的开口21，在受热时能使所述开口21设置在石墨壳体20侧壁的顶部导热，所述开口21上设有密封堵塞，用于密封和热气体的导流和环流。
本发明还提供了一种多晶铸锭坩埚的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、先对坩埚生坯本体进行烘干，本实施例的坩埚生坯本体为矩形结构，烘干温度范围为450℃～550℃，烘干时间在60～90分钟，再对坩埚生坯内表面进行烘干，烘干温度范围为500℃～550℃，烘干时间在30～60分钟，根据坩埚生坯本体的壁厚度和直径的大小，选择烘干温度，优选为400℃、450℃，500℃、550℃；
步骤2、对纯石英用钡进行表面处理，其中对钡进行表面处理步骤包括将石英砂浸泡在浓度为10～300g/L的氢氧化钡溶液中，浸泡5～100分钟；其中优选的方案是，所述步骤2中对钡进行表面处理步骤包括将石英砂浸泡在浓度为50、120、180、240、或260g/L的氢氧化钡溶液中，浸泡20、25、30、60、65、70、80或85分钟；
步骤3、将步骤2用钡处理过的纯石英，通过电弧喷涂、等离子喷涂或火焰喷涂的高温喷涂方式将步骤1中得到的坩埚本体内表面复合一层涂层，复合涂层厚度在0.2～2.5mm得到复合涂层的坩埚本体；其中复合涂层中的加入粘结剂，粘结剂可以选用石英砂。
步骤4、对步骤3中得到的复合涂层的坩埚本体进行高温烧结，高温烧结的温度为1050～1200℃，保温时间为100～500分钟，得到多晶铸锭坩埚。
其中的优选方案，所述步骤2中对钡进行表面处理步骤包括将石英砂浸泡在浓度为10～300g/L的氢氧化钡溶液中，浸泡5～100分钟，其中所述步骤还包括在取出浸泡后的石英砂在温度40～120℃的条件下，真空干燥时间为80～240分钟。
实施例2
如图1-4所示，本实施例在实施例1的基础上进行了进一步改进，其他结构相同，区别在于：本实施例中提供的多晶铸锭坩埚，所述坩埚本体10的侧壁12上的复合涂层11内设有固定部15，优选的所述固定部15的横截面为燕尾形状，或者所述固定部15为环绕坩埚本体10侧壁上的燕尾结构，所述固定部15为侧壁12设置的若干个点状的梯形结构。在石墨壳体20内，从开口21处注入液体导热物后，用耐火材料制成的密封塞密封开口21，给从石墨壳体20的底部加热时，当液体导热物在第一腔道23、第二腔道27和第三腔道26内，形成上下位的温度差，形成环流，进行热量的传输使石墨壳体20内受热均匀。优选的方案还有，本实施例中在所述坩埚本体10内侧的侧壁设有与复合涂层11，侧壁上设置的若干个梯形结构，梯形结构均匀分布在坩埚本体10侧壁上，用来增加复合涂层11与坩埚本体10的粘结强度，防止复合涂层11的脱落和分离。
上面结合附图对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下做出各种变化。
Claims (10)
1.一种多晶铸锭坩埚，其特征在于，包括矩形的坩埚本体(10)，所述坩埚本体(10)的内壁设有复合涂层(11)，所述坩埚本体(10)套装在石墨壳体(20)内，所述复合涂层(11)厚度范围为0.2～2.5mm。
2.根据权利要求1所述多晶铸锭坩埚，其特征在于，所述复合涂层(11)的厚度为0.2、0.4、0.8、1.0、1.5、1.8、2.0、2.2、2.4或2.5mm。
3.根据权利要求1所述多晶铸锭坩埚，其特征在于，所述石墨壳体(20)的内壁中设有若干个相互连通U型的第一腔道(23)，所述石墨壳体(20)的侧壁设有与第一腔道(23)连通的若干个圆环形的第二腔道(22)，所述石墨壳体(20)的底壁设有与第一腔道(23)底部连通一字型的第三腔道(26)和第四通道(27)，所述第四通道(27)相邻成对设置，其中任意一个所述第一腔道(23)设有封闭的开口(21)，所述开口(21)设置在石墨壳体(20)侧壁的顶部，所述开口(21)上设有密封堵塞。
4.根据权利要求1所述多晶铸锭坩埚，其特征在于，所述坩埚本体(10)的侧壁(12)上的复合涂层(11)内设有固定部(15)。
5.根据权利要求4所述多晶铸锭坩埚，其特征在于，所述固定部(15)的横截面为燕尾形状。
6.根据权利要求4所述多晶铸锭坩埚，其特征在于，所述固定部(15)为环绕坩埚本体(10)侧壁上的燕尾结构。
7.根据权利要求5所述多晶铸锭坩埚，其特征在于，所述固定部(15)为侧壁(12)设置的若干个点状的梯形结构。
8.根据权利要求1-7任一所述多晶铸锭坩埚的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：
步骤1、先对坩埚生坯本体进行烘干，本实施例的坩埚生坯本体为矩形结构，烘干温度范围为450℃～550℃，烘干时间在60～90分钟，再对坩埚生坯内表面进行烘干，烘干温度范围为500℃～550℃，烘干时间在30～60分钟，根据坩埚生坯本体的壁厚度和直径的大小，选择烘干的温度为400℃、450℃，500℃、550℃；
步骤2、对纯石英用钡进行表面处理，其中对钡进行表面处理步骤包括将石英砂浸泡在浓度为10～300g/L的氢氧化钡溶液中，浸泡5～100分钟；
步骤3、将步骤2用钡处理过的纯石英，通过电弧喷涂、等离子喷涂或火焰喷涂的高温喷涂方式将步骤1中得到的坩埚本体内表面复合一层涂层，复合涂层厚度在0.2～2.5mm得到复合涂层的坩埚本体；其中复合涂层中的加入粘结剂，粘结剂选用石英砂。
步骤4、对步骤3中得到的复合涂层的坩埚本体进行高温烧结，高温烧结的温度为1050～1200℃，保温时间为100～500分钟，得到多晶铸锭坩埚。
9.根据权利要求8所述多晶铸锭坩埚的制作方法，其特征在于，所述其中对钡进行表面处理步骤包括将石英砂浸泡在浓度为50、120、180、240、或260g/L的氢氧化钡溶液中，浸泡时间为20、25、30、60、65、70、80或85分钟。
10.根据权利要求9所述多晶铸锭坩埚的制作方法，其特征在于，其中所述步骤2还包括在取出浸泡后的石英砂在温度40～120℃的条件下，真空干燥时间为80～240分钟。
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| US20030159648A1 (en) * | 2001-11-15 | 2003-08-28 | Fritz Schwertfeger | Method for the production of a silica glass crucible with crystalline regions from a porous silica glass green body |
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-
2017
- 2017-03-17 CN CN201710161609.0A patent/CN107119317A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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| Title |
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| 戚桓瑜主编: "《光伏材料制备与加工》", 30 April 2015, 西北工业大学出版社 * |
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