CN204825130U - 一种多晶铸锭用高效坩埚 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种多晶铸锭用高效坩埚，属于太阳能领域。其技术方案为：一种多晶铸锭用高效坩埚，它包括多晶铸锭用常规坩埚，其中，坩埚的内壁设置有氮化硅复合层，氮化硅复合层上表面阵列镶嵌有高纯形核颗粒。氮化硅复合层和坩埚之间设置有高纯硅层。本实用新型的有益效果为：通过对坩埚底部的特殊设计与处理，保证晶粒大小均匀且竖直生长，而不出现相互吞并和倾轧，减少位错密度，从而减少后期长晶过程中晶体缺陷的形成，提高硅片制成电池片后的光电转化效率。同时，坩埚底部无需保留固态籽晶，工艺难度较低，而且硅锭利用率可以提高5%左右，大幅度降低了高效多晶电池片的生产成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种坩埚，尤其涉及一种多晶铸锭用高效坩埚。
背景技术
在晶体硅太阳能电池中，由于多晶硅制造工艺较简单，且其制造成本较单晶硅低，因而多晶硅在整个光伏行业中占有80%份额。在多晶硅片制造过程中，多晶硅锭铸造时需使用坩埚作为容器。多晶铸锭采用的是定向凝固的方法，将硅料装入坩埚投炉后，通常包括加热、融化、长晶、退火、冷却等过程。硅料加热融化为液态后，通过工艺控制使其从底部开始形核长晶从而铸成多晶硅锭。
目前的多晶铸锭用坩埚内底多为水平结构，在硅晶体的形核过程中，熔融状态的硅料会在坩埚底部自发随机形核并生长，形成的晶核均匀性较差。在后期长晶过程中容易产生晶粒相互吞并和倾轧，形成较多的位错及其他缺陷。从而导致硅片晶粒分布不均匀，电池片光电转化效率普遍偏低，进而影响了多晶硅电池片的制造成本和产品品质。
随着光伏行业的不断发展，市场对电池片的品质要求也越来越严苛，高效率电池片（光电转换效率大于17.6%）的市场需求量也与日俱增。目前，高效多晶硅锭的生产主要有两种工艺。第一种是使用以石英砂为形核物质的高效坩埚配合全熔铸锭工艺，主要是通过高效坩埚底部的石英砂颗粒制造出凹凸起伏的形貌，引导硅晶体在此基础上诱导晶核优先生长均，保证晶粒大小均匀，而不出现相互吞并和倾轧，从而减少后期长晶过程中晶体缺陷的形成，提高硅片制成电池片后的光电转化效率。但是由于此种高效坩埚的形核物质为石英砂，与硅晶体的物理化学性能相差较大，所以此种工艺形核机理为异质形核，形核的几率和质量较低，使用此种工艺生产出的电池片光电转化效率一般为17.6-17.8%；第二种是使用底部水平结构的普通坩埚配合半熔铸锭工艺，主要是通过控制多晶硅铸锭环节加热阶段的温度，使底部硅料不完全熔化保留一定厚度的固态硅籽晶，在籽晶的基础上诱导已经熔化的硅液优先形核，提高多晶硅晶体的生长质量。由于硅籽晶与硅液为同种物质，此种工艺的形核机理为同质形核，形核的的几率和质量较高，使用此种工艺生产出的电池片光电转换效率一般可达17.8%以上。但是由于半熔工艺底部需要保留一定厚度的硅籽晶，对工艺控制的精度要求较高，工艺推广难度较大，而且生产出的多晶硅锭的利用率偏低，通常较全熔工艺生产的硅锭利用率低5%左右，所以导致生产成本偏高。
为了适应市场的要求，如何制造出质量更优异成本更低廉的多晶硅锭对铸锭用的石英坩埚提出了更为严格的要求。因此，开发出一种可以使全熔工艺取代半熔工艺，同时将转换效率提升到半熔工艺的水平的新型免喷涂高效坩埚对于生产出更高品质性价比更高的高效多晶硅电池片有着极大的推进作用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种多晶铸锭用新型高效免喷涂坩埚，通过对坩埚底部的特殊设计与处理，以同质形核或近似同质形核为机理引导硅晶体的均匀形核，并通过控制铸锭工艺，保证晶粒大小均匀且竖直生长，而不出现相互吞并和倾轧，减少位错密度，从而减少后期长晶过程中晶体缺陷的形成，提高硅片制成电池片后的光电转化效率。同时，坩埚底部无需保留固态籽晶，工艺实施难度较低，而且硅锭利用率可以提高5%左右，大幅度降低了高效多晶电池片的生产成本。
为实现上述发明目的，本实用新型是通过如下措施实现的：一种多晶铸锭用新型高效免喷涂坩埚，包括多晶铸锭用常规坩埚，其中，所述坩埚的内壁设置有氮化硅复合层，所述氮化硅复合层上表面阵列镶嵌有高纯形核颗粒。
其中，所述坩埚和所述氮化硅复合层之间啮合，啮合接触面设置有高纯硅层。啮合方式，使得氮化硅复合层进一步的提高结合强度，使得氮化硅复合层更加的牢固，结构更加稳定。
其中，侧壁面的所述氮化硅复合层和底面的所述氮化硅复合层的夹角为弧形夹角。弧形夹角设计，使得在后期多晶硅铸锭过程中能够减少夹角部位的物料损失，提高晶核的生长。
其中，所述氮化硅复合层的纯度为99.9%，厚度为1-5mm。
其中，所述高纯形核颗粒为单晶硅和多晶硅，所述高纯形核颗粒的粒径为5-15mm。
其中，所述高纯形核颗粒间距为1-4mm，高纯形核颗粒的分布密度为4-100/cm2。
其中，所述高纯形核颗粒位于所述氮化硅复合层上方的高度为5-10mm。
其中，所述氮化硅复合层由粒度为＜20μm、30-40μm、＞50μm其中的一种或两种颗粒，与高纯水以及有机胶混合而成。
所述高纯硅层由纯度为6N的高纯硅料、高纯水和有机胶混合而成。
本实用新型的有益效果为：本新型提高了晶核生长几率和质量，可以将多晶硅锭的利用率提高5%左右，从而进一步降低电池片的生产成本。由于氮化硅复合层和石英坩埚基体的结合性极强，很好地解决了高效坩埚在生产制作和使用过程中因热应力导致开裂和剥落的问题，基本杜绝了因氮化硅复合层和石英坩埚本体附合力不强导致的多晶硅铸锭环节硅锭粘埚和溢流现象，大大提高了多晶硅铸锭的安全性。再者，并且由于添加了高纯硅层，很好的阻止了杂质的进入；氮化硅复合层上的高纯高纯形核颗粒镶嵌更加牢固，所用形核物质的热膨胀系数与多晶硅料相同或相近，利于铸锭后坩埚的脱模，避免了因热膨胀系数差距过大导致高纯形核颗粒进入到硅锭中引发底部硅料报废。铸锭厂商使用本产品无需再进行喷涂操作，可以直接装载硅料投炉使用，使用更加简便。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图；
图2为本实用新型实施例2的结构示意图；
图3为本实用新型实施例3的结构示意图；
其中，附图标记为：1、坩埚；2、氮化硅复合层；3、高纯形核颗粒；4、弧形夹角；5、高纯硅层。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
实施例1
参见图1，本实用新型是一种多晶铸锭用高效坩埚，包括多晶铸锭用常规坩埚1，其中，坩埚1的内壁设置有氮化硅复合层2，氮化硅复合层2上表面阵列镶嵌有高纯形核颗粒3。
其中，如图1所示，坩埚1和氮化硅复合层2之间啮合，是齿状结合。
其中，侧壁面的氮化硅复合层2和底面的氮化硅复合层2的夹角为弧形夹角4。弧形夹角4设计，使得在后期多晶硅铸锭过程中能够减少夹角部位的物料损失，提高晶核的生长。
其中，氮化硅复合层2的纯度为99.9%，厚度为3mm。
其中，高纯形核颗粒3为硅料为主的硅料或者硅合金颗粒，高纯形核颗粒的粒径为8mm。
其中，高纯形核颗粒3间距为2mm，高纯形核颗粒3的分布密度为50/cm2。
其中，高纯形核颗粒3位于氮化硅复合层2上方的高度为7mm。
其中，氮化硅复合层2由粒度为14μm、35μm、55μm其中的三种颗粒，与高纯水以及有机胶混合而成。
实施例2
参见图2，啮合结构也可以如图2所示。
实施例3
参见图3，本实用新型是一种多晶铸锭用高效坩埚，包括多晶铸锭用常规坩埚1，其中，坩埚1的内壁设置有氮化硅复合层2，氮化硅复合层2上表面阵列镶嵌有高纯形核颗粒3。
其中，坩埚1和氮化硅复合层2之间啮合，啮合接触面设置有高纯硅层5。
其中，侧壁面的氮化硅复合层2和底面的氮化硅复合层2的夹角为弧形夹角4。弧形夹角4设计，使得在后期多晶硅铸锭过程中能够减少夹角部位的物料损失，提高晶核的生长。
其中，氮化硅复合层2的纯度为99.9%，厚度为2mm。
其中，高纯形核颗粒3为硅料为主的硅料或者硅合金颗粒，高纯形核颗粒的粒径为12mm。
其中，高纯形核颗粒3间距为2mm，高纯形核颗粒3的分布密度为10/cm2。
其中，高纯形核颗粒3位于氮化硅复合层2上方的高度为6mm。
其中，氮化硅复合层2由粒度为15μm、35μm、60μm其中的三种颗粒，与高纯水以及有机胶混合而成。
高纯硅层5由纯度为6N的高纯硅料、高纯水和有机胶混合而成。
本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种多晶铸锭用高效坩埚，包括多晶铸锭用常规坩埚，其特征在于，所述坩埚的内壁设置有氮化硅复合层，所述氮化硅复合层上阵列镶嵌有高纯形核颗粒；所述坩埚和所述氮化硅复合层之间啮合。
2.根据权利要求1所述的多晶铸锭用高效坩埚，其特征在于，所述坩埚和所述氮化硅复合层之间的啮合接触面设置有高纯硅层。
3.根据权利要求1所述的多晶铸锭用高效坩埚，其特征在于，侧壁面的所述氮化硅复合层和底面的所述氮化硅复合层的夹角为弧形夹角。
4.根据权利要求1所述的多晶铸锭用高效坩埚，其特征在于，所述氮化硅复合层的纯度为99.9%，厚度为1-5mm。
5.根据权利要求1所述的多晶铸锭用高效坩埚，其特征在于，所述高纯形核颗粒为单晶硅和多晶硅，所述高纯形核颗粒的粒径为5-15mm。
6.根据权利要求1所述的多晶铸锭用高效坩埚，其特征在于，所述高纯形核颗粒间距为1-4mm，高纯形核颗粒的分布密度为4-100/cm2。
7.根据权利要求1所述的多晶铸锭用高效坩埚，其特征在于，所述高纯形核颗粒位于所述氮化硅复合层上方的高度为5-10mm。
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| CN201520609645.5U CN204825130U (zh) | 2015-08-14 | 2015-08-14 | 一种多晶铸锭用高效坩埚 |
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| CN201520609645.5U Active CN204825130U (zh) | 2015-08-14 | 2015-08-14 | 一种多晶铸锭用高效坩埚 |
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| CN (1) | CN204825130U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109642341A (zh) * | 2016-05-18 | 2019-04-16 | 瑞科斯太阳能源私人有限公司 | 具有图案化突起结构层的硅锭生长坩埚 |
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- 2015-08-14 CN CN201520609645.5U patent/CN204825130U/zh active Active
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