CN108301049A

CN108301049A - 一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法

Info

Publication number: CN108301049A
Application number: CN201810245421.9A
Authority: CN
Inventors: 刘明权; 路景刚; 黄振华
Original assignee: Zhenjiang Huantai Silicon Technology Co Ltd
Current assignee: Zhenjiang Huantai Silicon Technology Co Ltd
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2018-07-20

Abstract

本发明公开了一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法，涉及多晶硅铸锭领域，包括：在坩埚内由底往上30～50cm高度范围内均匀地预滚涂一层氮化硅涂层，在室温下静置30～40min；用珍珠棉泡沫将预滚涂的氮化硅涂层压密实后，放入烘干炉烘干1～2h，温度为70～80℃；将预滚涂并烘干后的坩埚放置在喷涂架上，将氮化硅溶液喷涂到坩埚内表面；喷涂完成后，将喷涂架温度上升到100℃烘干1h后取下，在室温条件下，静置12h以上。本发明通过预滚涂和改进喷涂工艺，提升了氮化硅涂层的致密性，减少了坩埚中氧对硅液的渗入，利用此涂层坩埚所制造的硅片，采用PERC电池技术，光衰由常规的2%以上降低到1%以内。

Description

一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及多晶硅铸锭技术领域，特别是涉及一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法。

背景技术

目前，多晶硅锭的制备方法主要是利用GT Solar提供的定向凝固系统进行制备，该方法通常包括加热、熔化、长晶、退火和冷却等步骤。在凝固长晶过程中，通过对顶部温度和侧边保温罩开度进行控制，使得熔融硅液在坩埚底部获得足够的过冷度凝固结晶。由于常规多晶铸锭，底部形核为随机自发形核，无法得到有效控制。针对常规铸锭方式产生的多晶硅锭存在形核无法控制、硅锭内部位错密度高、晶界多且无规则分布的问题，多晶技术人员基于控制形核的考虑推出了两种不同类型的多晶铸锭方式：其中一种为利用单晶引晶生长的原理、在坩埚底部铺设单晶板或块作为生长籽晶，控制形核形成类单晶硅片，其代表厂家如协鑫、凤凰光伏和昱辉等；另一种方式为在坩埚底部铺设碎硅料作为生长用籽晶，控制形核形成表面具有细小晶粒结构的高效多晶硅片，其典型产品如台湾中美矽晶的A4+硅片、赛维的M3硅片、协鑫的S2、S3硅片等。

上述两种方式通过不同的控制形核方式均有效提升了多晶硅锭的光电转换效率，类单晶硅片和细碎晶粒高效多晶硅片的光电转换效率均由普通硅片的16.8%～17.0%左右大幅提升到18.4%～18.6%之间，但也存在如下的问题：

随着高效电池技术的不断发展，低成本的高效PERC电池迎来了快速的增长，但同时由于工艺特性，PERC电池由于B-O复合对所产生的光衰现象显著提升，光衰超过2%以上，导致实际发电量大打折扣，因而如何研究出一种低氧硅片，对于光伏平价上网具有不同寻常的意义。

发明内容

本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法，主要从铸锭用坩埚氮化硅涂层制备方面角度进行了改进，实现了低氧硅片的制造。

为了解决以上技术问题，本发明提供包括以下步骤：

S1、首先利用滚涂的方法，在坩埚内由底往上30～50cm高度范围内均匀地预滚涂一层氮化硅涂层，滚涂完成后，在室温下静置30～40min；

S2、利用珍珠棉泡沫将预滚涂的氮化硅涂层压密实后，放入烘干炉烘干1～2h，烘干温度为70～80℃；

S3、将预滚涂并烘干后的坩埚放置在喷涂架上，利用手工或机器喷涂的方式将氮化硅溶液喷涂到坩埚内表面；

S4、氮化硅涂层喷涂完成后，将喷涂架温度上升到100℃烘干1h后取下，在室温条件下，静置12h以上。

技术效果：本发明通过预滚涂和改进喷涂工艺，提升了氮化硅涂层的致密性，减少了坩埚中氧对硅液的渗入，大锭尾氧降低2ppm以上，平均尾氧降低到7ppm以内，利用此涂层坩埚所制造的硅片，采用PERC电池技术，光衰由常规的2%以上降低到1%以内。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，步骤S1中使用的氮化硅涂料的配比为氮化硅：纯水：硅溶胶=2:2:1，其中氮化硅用量为150～200g。

前所述的一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法，氮化硅、纯水、硅溶胶放入塑料容器中搅拌均匀，搅拌时间20～30min,其中氮化硅的β相比例为60%～70%，D50值为2.1～2.3μm。

前所述的一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法，步骤S3中使用的氮化硅涂料的配比为氮化硅：纯水：硅溶胶=1:3:0.5，其中氮化硅用量为400～600g/埚。

前所述的一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法，步骤S3中氮化硅由两种粒径的氮化硅粉组成，其D50分别为2.1～2.3μm和2.7～3.0μm，按1:1比例搭配而成，氮化硅的β相比例为60%～70%。

前所述的一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法，步骤S3中，喷涂时，枪口距离坩埚内表面距离为10～15cm，喷涂压力为0.3～0.4MPa，喷涂温度为坩埚内表面温度即70～80℃，喷涂流量为100～120ml/20s，且每喷涂一圈间隔2～5min再进行下一圈喷涂。

本发明的有益效果是：

（1）本发明从增加涂层致密度角度出发，变常规的喷涂方式为滚涂+喷涂模式；

（2）本发明从涂层致密度影响因素出发，从喷涂距离、压力、温度、粒径搭配和排除水分时间角度出发，进行了优化改进；

（3）本发明中每喷涂一圈氮化硅间隔一段时间再进行下一圈喷涂，确保涂层中水分完全挥发。

具体实施方式

本实施例提供的一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法，针对目前采用四壁高纯坩埚，由于高纯层粘结力较差，通过疏松的氮化硅涂层结构，氧固相扩散到硅液中导致硅锭氧含量偏高，无法实现低氧硅片制造的问题，做出如下改善：

从增加涂层致密度角度出发，变常规的喷涂为滚涂+喷涂模式；

从涂层致密度影响因素出发，从喷涂距离、压力、温度、粒径搭配和排除水分时间角度出发，进行了优化改进。

低氧铸锭用氮化硅涂层的制备过程包括：氮化硅涂层预滚涂—压密实—烘干—喷涂—冷却等步骤，具体步骤如下：

（1）首先利用滚涂的方法，在坩埚内由底往上30～50cm高度范围内均匀地预滚涂一层氮化硅涂层，滚涂完成后，在室温下静置30～40min。氮化硅涂料的配比为氮化硅：纯水：硅溶胶=2:2:1，其中氮化硅用量为150～200g；氮化硅、纯水、硅溶胶放入塑料容器中搅拌均匀，搅拌时间20～30min,其中氮化硅的β相比例为60%～70%，D50值为2.1～2.3μm。

（2）利用珍珠棉泡沫将预滚涂的氮化硅涂层压密实后，放入烘干炉烘干1～2h，烘干温度为70～80℃。

（3）将预滚涂并烘干后的坩埚放置在喷涂架上，利用手工或机器喷涂的方式将氮化硅溶液喷涂到坩埚内表面，喷涂时，枪口距离坩埚内表面距离为10～15cm，喷涂压力为0.3～0.4MPa，喷涂温度为坩埚内表面温度即70～80℃，喷涂流量为100～120ml/20s，且每喷涂一圈间隔2～5min再进行下一圈喷涂。氮化硅涂料的配比为氮化硅：纯水：硅溶胶=1:3:0.5，其中氮化硅用量为400～600g/埚；氮化硅由两种粒径的氮化硅粉组成，其D50分别为2.1～2.3μm和2.7～3.0μm，按1:1比例搭配而成，氮化硅的β相比例为60%～70%。

（4）氮化硅涂层喷涂完成后，将喷涂架温度上升到100℃烘干1h后取下，在室温条件下，静置12h以上。

通过预滚涂和改进喷涂工艺，提升了氮化硅涂层的致密性,减少了坩埚中氧对硅液的渗入，大锭尾氧降低2ppm以上，平均尾氧降低到7ppm以内，利用此涂层坩埚所制造的硅片，采用PERC电池技术，光衰由常规的2%以上降低到1%以内。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中使用的氮化硅涂料的配比为氮化硅：纯水：硅溶胶=2:2:1，其中氮化硅用量为150～200g。

3.根据权利要求2所述的一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法，其特征在于：所述氮化硅、纯水、硅溶胶放入塑料容器中搅拌均匀，搅拌时间20～30min,其中氮化硅的β相比例为60%～70%，D50值为2.1～2.3μm。

4.根据权利要求1所述的一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中使用的氮化硅涂料的配比为氮化硅：纯水：硅溶胶=1:3:0.5，其中氮化硅用量为400～600g/埚。

5.根据权利要求4所述的一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中氮化硅由两种粒径的氮化硅粉组成，其D50分别为2.1～2.3μm和2.7～3.0μm，按1:1比例搭配而成，氮化硅的β相比例为60%～70%。

6.根据权利要求1所述的一种低氧铸锭用氮化硅涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，喷涂时，枪口距离坩埚内表面距离为10～15cm，喷涂压力为0.3～0.4MPa，喷涂温度为坩埚内表面温度即70～80℃，喷涂流量为100～120ml/20s，且每喷涂一圈间隔2～5min再进行下一圈喷涂。