CN204530022U - 一种生产多晶硅的坩埚 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种生产多晶硅的坩埚，包括坩埚本体(1)、由碳化硅颗粒形成的第一颗粒层(2)，由硅粉形成的硅粉层(3)、由球形SiO2颗粒形成的第二颗粒层(4)和设置在第二颗粒层(4)之上的疏松的第一氮化硅涂层(51)以及设置在坩埚本体(1)的侧壁内表面的坚硬致密的第二氮化硅涂层(52)；碳化硅颗粒形成的第一颗粒层(2)设置在坩埚本体(1)的底部内表面，硅粉层(3)设置在所述第一颗粒层(2)之上，SiO2颗粒形成的第二颗粒层(4)设置在硅粉层(3)之上。本实用新型的生产多晶硅的坩埚不需要冷冲击，就能生产出底部红区短，晶粒尺寸小而均匀的高质量多晶硅锭。
Description
技术领域
本实用新型涉及多晶硅太阳能电池技术领域，特别涉及一种生产多晶硅的坩埚。
背景技术
近年来随着不可再生能源的日益枯竭，太阳能电池得到了快速的发展。由于铸造多晶硅的制备工艺相对简单，成本远低于单晶硅，多晶硅逐步取代直拉单晶硅在太阳能电池材料市场的主导地位，成为行业内最主要的光伏材料。但相对于直拉单晶硅而言，铸造多晶硅中的各种缺陷，如晶界、位错、微缺陷，和材料中的杂质碳和氧，使多晶硅太阳能电池的转换效率低于直拉单晶硅太阳能电池，成为了限制多晶硅太阳能电池发展的瓶颈。多晶硅片内在质量对最终的电池转换效率有直接影响，提高多晶硅片的内在质量是提高电池转换效率的重要手段。多晶硅片的内在质量取决于其切割成型之前的多晶硅锭的质量。因此，提高多晶硅铸锭技术，获得高质量的多晶硅锭成为各大公司的研究方向。
控制晶体初始形核的大小和晶粒方向是实现提高多晶硅锭质量的前提和基础。早期的常规多晶铸锭方法，初始的形核是随机的、自由的，并不是优化的晶粒和晶向，而且晶粒尺寸不一，局部缺陷密度高，“短板”效应使整个硅片的效率拉低。针对此缺点，近期行业里面普遍采用多种方法以实现初始形核时形成均匀的小晶粒。虽然行业里各大公司都有自己的方法以实现均匀的小晶粒，但思路基本是一致的，主要是使用底部具有粗糙石英砂颗粒的石英坩埚，并在长晶初级使用冷冲击增大形核量，从而得到均匀的具有一定尺寸大小的小晶粒。但目前市场上的石英坩埚基本采用石英砂经过破碎到一定粒径后，涂刷在坩埚底部制作高效涂层。这种经机械破碎的石英砂本身就存在形貌不一的缺陷，比较难实现均匀一致的形核点，且石英砂的纯度也比较难控制，有可能造成多晶硅锭底部红区过长。且用该类石英坩埚铸造高质量的多晶硅锭需要在成核阶段使用冷冲击，会对石英坩埚造成冲击，增大了漏硅的风险。并且，普通的硅粉层会在铸锭加热过程中熔化，不利于高质量硅锭的生产。因此急需一种生产多晶硅的高效坩埚来解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术中生产多晶硅的坩埚成核形貌不均匀、多晶硅锭底部红区过长，且用该类石英坩埚铸造高质量的多晶硅锭需要在成核阶段使用冷冲击，会对石英坩埚造成冲击，增大了漏硅的风险，并且普通的硅粉层会在铸锭加热过程中熔化，不利于高质量硅锭的生产的问题，提供了一种生产多晶硅的坩埚。
本实用新型的技术方案为：
一种生产多晶硅的坩埚，包括坩埚本体、由碳化硅颗粒形成的第一颗粒层、由硅粉形成的硅粉层、由球形SiO2颗粒形成的第二颗粒层和设置在第二颗粒层之上的疏松的第一氮化硅涂层以及设置在坩埚本体的侧壁内表面的坚硬致密的第二氮化硅涂层；
所述第一颗粒层设置在坩埚本体的底部内表面，所述硅粉层设置在所述第一颗粒层之上，所述SiO2颗粒形成的第二颗粒层设置在硅粉层之上。
本实用新型所述硅粉层中硅粉的粒径为50μm～100μm，优选所述硅粉的粒径为80μm。
本实用新型所述硅粉层的厚度为1mm～2mm，优选所述厚度为1.5mm。
本实用新型所述球形SiO2颗粒为采用本领域常规方法合成的球形SiO2颗粒。该球形SiO2颗粒具有形貌均匀，纯度高，粒径均一性强，化学稳定性高等特点。
本实用新型所述第一颗粒层的碳化硅颗粒的粒径为20目～70目，优选所述碳化硅颗粒的粒径为50目～60目。
本实用新型所述第二颗粒层的球形SiO2颗粒的粒径为20目～70目，优选所述球形SiO2颗粒的粒径为50目～60目。
本实用新型所述第二颗粒层的厚度为1mm～5mm，优选所述厚度为2.5mm。
本实用新型所述第一氮化硅涂层的厚度为0.2mm～0.3mm。
本实用新型所述第二氮化硅涂层的厚度为0.1mm～0.2mm。
本实用新型的第一氮化硅涂层和第二氮化硅涂层均由β相超过50％以上，D50值为2±0.3μm，且粒径分布为双峰分布的氮化硅粉组成。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型的生产多晶硅的坩埚，不需要冷冲击，就能生产出底部红区短，晶粒尺寸小而均匀的高质量多晶硅锭，由高质量多晶硅锭切割所得多晶硅片具有晶粒尺寸小而均匀，缺陷密度低，多晶硅片光电转化效率高等特点，且硅粉在长时间保持不融化。
附图说明
图1为本实用新型的生产多晶硅的坩埚的结构示意图，其中1为坩埚本体，2为第一颗粒层，3为硅粉层，4为第二颗粒层，51为第一氮化硅涂层，52为第二氮化硅涂层。
具体实施方式
本实用新型公开了一种生产多晶硅的坩埚，本领域技术人员可以借鉴本文内容，做出适当改进。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本实用新型的保护范围之内。
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
实施例1
如图1所示，生产多晶硅的坩埚，包括坩埚本体1、由碳化硅颗粒形成的第一颗粒层2、由硅粉形成的硅粉层3、由球形SiO2颗粒形成的第二颗粒层4和设置在第二颗粒层4之上的疏松的第一氮化硅涂层51以及设置在坩埚本体1的侧壁内表面的坚硬致密的第二氮化硅涂层52；
所述第一颗粒层2设置在坩埚本体1的底部内表面，所述硅粉层3设置在所述第一颗粒层2之上，所述SiO2颗粒形成的第二颗粒层4设置在硅粉层3之上。
其中硅粉层3中硅粉的粒径为50μm，厚度为1mm。第一颗粒层2的碳化硅颗粒的粒径为70目。第二颗粒层4的球形SiO2颗粒的粒径为70目，厚度为5mm。所述第一氮化硅涂层51的厚度为2mm，所述第二氮化硅涂层52的厚度为1mm。
实施例2
如图1所示，生产多晶硅的坩埚，包括坩埚本体1、由碳化硅颗粒形成的第一颗粒层2、由硅粉形成的硅粉层3、由球形SiO2颗粒形成的第二颗粒层4和设置在第二颗粒层4之上的疏松的第一氮化硅涂层51以及设置在坩埚本体1的侧壁内表面的坚硬致密的第二氮化硅涂层52；
所述第一颗粒层2设置在坩埚本体1的底部内表面，所述硅粉层3设置在所述第一颗粒层2之上，所述SiO2颗粒形成的第二颗粒层4设置在硅粉层3之上。
其中硅粉层3中硅粉的粒径为100μm，厚度为2mm。第一颗粒层2的碳化硅颗粒的粒径为20目。第二颗粒层4的球形SiO2颗粒的粒径为20目，厚度为1mm。所述第一氮化硅涂层51的厚度为3mm，所述第二氮化硅涂层52的厚度为2mm。
实施例3
如图1所示，生产多晶硅的坩埚，包括坩埚本体1、由碳化硅颗粒形成的第一颗粒层2、由硅粉形成的硅粉层3、由球形SiO2颗粒形成的第二颗粒层4和设置在第二颗粒层4之上的疏松的第一氮化硅涂层51以及设置在坩埚本体1的侧壁内表面的坚硬致密的第二氮化硅涂层52；
所述第一颗粒层2设置在坩埚本体1的底部内表面，所述硅粉层3设置在所述第一颗粒层2之上，所述SiO2颗粒形成的第二颗粒层4设置在硅粉层3之上。
其中硅粉层3中硅粉的粒径为80μm，厚度为1.5mm。第一颗粒层2的碳化硅颗粒的粒径为70目。第二颗粒层3的球形SiO2颗粒的粒径为70目，厚度为5mm。所述第一氮化硅涂层51的厚度为2mm，所述第二氮化硅涂层52的厚度为1mm。
实施例4
如图1所示，生产多晶硅的坩埚，包括坩埚本体1、由碳化硅颗粒形成的第一颗粒层2、由硅粉形成的硅粉层3、由球形SiO2颗粒形成的第二颗粒层4和设置在第二颗粒层4之上的疏松的第一氮化硅涂层51以及设置在坩埚本体1的侧壁内表面的坚硬致密的第二氮化硅涂层52；
所述第一颗粒层2设置在坩埚本体1的底部内表面，所述硅粉层3设置在所述第一颗粒层2之上，所述SiO2颗粒形成的第二颗粒层4设置在硅粉层3之上。
其中硅粉层2中硅粉粒径为80μm，厚度为1.5mm。第一颗粒层2的碳化硅颗粒的粒径为60目。第二颗粒层4的球形SiO2颗粒的粒径为60目，厚度为2.5mm。所述第一氮化硅涂层51的厚度为3mm，所述第二氮化硅涂层52的厚度为2mm。
以上实施例1～4中所述第一颗粒层2的碳化硅颗粒的粒径与第二颗粒层4的球形SiO2颗粒的粒径数值相等，在实际中，本领域技术人员有理由根据本实用新型权利要求中的保护范围将其调整为不同的数值。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干更改或变化，这些更改和变化也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种生产多晶硅的坩埚，其特征在于，包括坩埚本体(1)、由碳化硅颗粒形成的第一颗粒层(2)、由硅粉形成的硅粉层(3)、由球形SiO2颗粒形成的第二颗粒层(4)和设置在第二颗粒层(4)之上的疏松的第一氮化硅涂层(51)以及设置在坩埚本体(1)的侧壁内表面的坚硬致密的第二氮化硅涂层(52)；
所述第一颗粒层(2)设置在坩埚本体(1)的底部内表面，所述硅粉层(3)设置在所述第一颗粒层(2)之上，所述SiO2颗粒形成的第二颗粒层(4)设置在硅粉层(3)之上。
2.根据权利要求1所述的生产多晶硅的坩埚，其特征在于，所述硅粉层(3)中硅粉的粒径为50μm～100μm。
3.根据权利要求2所述的生产多晶硅的坩埚，其特征在于，所述硅粉层(3)中硅粉的粒径为80μm。
4.根据权利要求1所述的生产多晶硅的坩埚，其特征在于，所述硅粉层(3)的厚度为1mm～2mm。
5.根据权利要求4所述的生产多晶硅的坩埚，其特征在于，所述硅粉层(3)的厚度为1.5mm。
6.根据权利要求1所述的生产多晶硅的坩埚，其特征在于，所述第二颗粒层(4)的球形SiO2颗粒的粒径为20目～70目。
7.根据权利要求6所述的生产多晶硅的坩埚，其特征在于，所述第二颗粒层(4)的球形SiO2颗粒的粒径为50目～60目。
8.根据权利要求1所述的生产多晶硅的坩埚，其特征在于，所述第二颗粒层(4)的厚度为1mm～5mm。
9.根据权利要求1所述的生产多晶硅的坩埚，其特征在于，所述第一氮化硅涂层(51)的厚度为0.2mm～0.3mm。
10.根据权利要求1所述的生产多晶硅的坩埚，其特征在于，所述第二氮化硅涂层(52)的厚度为0.1mm～0.2mm。
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