CN212223147U - 一种多晶硅铸锭用新型高纯涂层坩埚 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多晶硅铸锭用新型高纯涂层坩埚，包括坩埚本体，所述坩埚本体内侧底部上表面依次为高纯石英粗糙层、中间氮化硅层、高纯涂层，所述高纯涂层上部为外层氮化硅层，所述高纯石英粗糙层、中间氮化硅层、高纯涂层及外层氮化硅层通过烧结致密化为层状结构；本实用新型的有益效果是：通过多层隔离，分别对坩埚和石英涂层杂质进行抑制隔离，可进一步降低坩埚底部杂质向多晶硅锭中扩散，提高多晶硅转换效率；提供的多晶硅锭，硅锭靠坩埚底部区域低少子区域短；桶盖和高纯浆料存放桶紧固时，利用密封垫增加密封效果，防止存放于高纯浆料存放桶的高纯浆料污染和表层固化。

Description

一种多晶硅铸锭用新型高纯涂层坩埚

技术领域

本实用新型属于高纯涂层技术领域，具体涉及一种多晶硅铸锭用新型高纯涂层坩埚。

背景技术

多晶硅太阳能电池是光伏发电的主要方式，通常用到的多晶硅铸锭坩埚纯度为99.9％的熔融石英坩埚(金属杂质含量约1500-2000ppmw)作为容器，并在坩埚内侧附着一层高纯石英涂层(Si含量99.995％)，然后在所述坩埚内设置熔融状态的高纯硅料(Si含量99.9999％，金属杂质含量小于1ppm)，控制所述坩埚内的温度沿垂直与所述坩埚底部向上的方向逐渐上升形成温度梯度，使所述熔融状态的硅料开始结晶，待全部结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。在铸锭时，行业内普遍在石英陶瓷坩埚内表面喷涂高纯的氮化硅，抑制硅与石英陶瓷坩埚或石英涂层的反应，同时起到了脱模作用，但是此氮化硅层并不能有效的抑制石英陶瓷坩埚和石英涂层中金属等杂质元素的扩散，杂质比较容易和硅晶体缺陷或一些其它杂质在交互作用下发生反应形成一种复合体或者沉淀夹杂，这种情况会严重影响到多晶硅中少数载流子的寿命，进而影响多晶硅组件转换效率。因此，寻求一种有效降低杂质的新型高纯涂层尤为重要。

为了对坩埚和石英涂层杂质进行抑制隔离，进一步降低坩埚底部杂质向多晶硅锭中扩散，提高多晶硅转换效率，为此我们提出一种多晶硅铸锭用新型高纯涂层。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多晶硅铸锭用新型高纯涂层坩埚，对坩埚和石英涂层杂质进行抑制隔离，进一步降低坩埚底部杂质向多晶硅锭中扩散，提高多晶硅转换效率。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种多晶硅铸锭用新型高纯涂层坩埚，包括坩埚本体，所述坩埚本体内侧底部上表面依次为高纯石英粗糙层、中间氮化硅层、高纯涂层，所述高纯涂层上部为外层氮化硅层，所述高纯石英粗糙层、中间氮化硅层、高纯涂层及外层氮化硅层通过烧结致密化为层状结构。

所述坩埚本体内侧底部上表面与所述高纯石英粗糙层之间通过高纯浆料粘结为一体。

优选的，所述高纯石英粗糙层与所述高纯涂层之间涂有氮化硅浆液，所述高纯石英粗糙层与所述高纯涂层通过中间氮化硅层粘结为一体。

优选的，所述外层氮化硅层与高纯涂层粘结为一体。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)通过多层隔离，分别对坩埚和石英涂层杂质进行抑制隔离，可进一步降低坩埚底部杂质向多晶硅锭中扩散，提高多晶硅转换效率；

(2)提供的多晶硅锭，硅锭靠坩埚底部区域低少子区域短；

(3)桶盖和高纯浆料存放桶紧固时，利用密封垫增加密封效果，防止存放于高纯浆料存放桶的高纯浆料污染和表层固化。

附图说明

图1为本实用新型的多晶硅铸锭用涂层坩埚结构示意图；

图2为本实用新型的高纯涂层制备结构示意图；

图中：1、坩埚本体；2、外层氮化硅层；3、高纯涂层；4、中间氮化硅层； 5、高纯石英粗糙层；6、石英砂；7、粘结剂存储袋；8、水；9、硅溶胶存储瓶； 10、球磨机；11、外螺纹；12、密封垫；13、桶盖；14、内螺纹；15、高纯浆料存放桶。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1和图2，本实用新型提供一种技术方案：一种多晶硅铸锭用新型高纯涂层坩埚，包括坩埚本体1，坩埚本体1内侧底部上表面依次为高纯石英粗糙层5、中间氮化硅层4、高纯涂层3，高纯涂层3上部为外层氮化硅层2，高纯石英粗糙层5、中间氮化硅层4、高纯涂层3及外层氮化硅层2通过烧结致密化为层状结构。

本实施例中，优选的，坩埚本体1内侧底部上表面与高纯石英粗糙层5之间通过高纯浆料粘结为一体。

本实施例中，优选的，高纯石英粗糙层5与高纯涂层3之间涂有氮化硅浆液，高纯石英粗糙层5与高纯涂层3通过中间氮化硅层4粘结为一体，并通过高纯石英粗糙层5的粗糙度增大与高纯涂层3的接触面积，从而增强结合性。

本实施例中，优选的，高纯浆料为在高纯石英砂的高纯水浊液中加入硅溶胶、粘结剂混匀。

本实施例中，优选的，高纯石英砂：高纯水：硅溶胶：粘结剂＝60:23:12:5。

本实施例中，优选的，外层氮化硅层2与高纯涂层3粘结为一体。

本实施例中，优选的，氮化硅浆液为氮化硅粉按比例加入水、硅溶胶、粘结剂混合均匀，得到氮化硅浆液。

本实施例中，优选的，氮化硅粉粒径在1～3μm，硅溶胶加入量为氮化硅粉量的5％，粘结剂加入量为氮化硅粉量的20％，得到的氮化硅浆液固相为37％；中间氮化硅层4厚度为0.05～0.1mm，外层氮化硅层2厚度为0.15～0.25mm。

多晶硅铸锭用新型高纯涂层，包括高纯涂层3和存放密封机构，存放密封机构包括密封垫12、桶盖13、内螺纹14和高纯浆料存放桶15，构成高纯涂层3的浆料置于高纯浆料存放桶15内，高纯浆料存放桶15的顶壁设置有外螺纹 11，桶盖13的内壁开设有和外螺纹11螺纹旋合的内螺纹14，桶盖13的内部固定有密封垫12，有助于在桶盖13和高纯浆料存放桶15紧固时，利用密封垫12 增加密封效果，防止存放于高纯浆料存放桶15的高纯浆料污染和表层固化。

本实施例中，优选的，高纯浆料存放桶15上转动设置有提手，该提手为“U”型结构，使得通过提手将高纯浆料存放桶15提起更便利。

本实施例中，优选的，高纯涂层3制备方法如下：

步骤一：浆料制备：取高纯石英砂6按照一定颗粒级配加入水8中，并加入硅溶胶、粘结剂，将其混合料置于球磨机10内进行球磨得到高纯浆料；

步骤二：浆料涂刷：常温下，将高纯浆料存放桶15内的高纯浆料均匀涂刷于涂刷区域；

步骤三：干燥：待高纯层固化后进行微波干燥，使其充分固化。

本实施例中，优选的，硅溶胶存放于硅溶胶存储瓶9内，粘结剂存放于粘结剂存储袋7内。

本实施例中，优选的，高纯石英砂6颗粒级配为：D50(4.5μm)：D50(26 μm)：D50(50μm)＝7:3:4，硅溶胶加入量为高纯石英浆料固相的2％，粘结剂加入量为高纯石英浆料固相的1％；高纯石英涂层厚度为0.6-0.8mm。

在坩埚本体1的内底部设置多层杂质阻隔层，如图1所示，高纯石英粗糙层5，中间氮化硅层4，高纯涂层3，外层氮化硅层2。

高纯石英粗糙层5制备工艺如下：

步骤一：料浆制备：取高纯石英砂6加入定量高纯水8进行球磨，然后按比例加入硅溶胶、粘结剂得到高纯浆料；

步骤二：浆料涂刷：常温下，将上述高纯浆料均匀涂刷于坩埚本体1的内底部；

步骤三：粗糙度制备：在上述高纯层涂刷完成后，立即喷涂一层高纯石英砂6；

步骤四：干燥：待高纯层固化后进行微波干燥，使其充分固化。

球磨浆料固相为75％，粒径为2-8μm；球磨浆料与硅溶胶混合质量比为： 12:5；喷涂用高纯石英砂6粒径为250-350μm。

中间氮化硅层4制备工艺如下：

步骤一：料浆制备：取氮化硅粉按比例加入水、硅溶胶、粘结剂得到氮化硅浆液；

步骤二：浆料涂刷：常温下，将氮化硅浆液涂刷于高纯石英粗糙层5上。

氮化硅粉粒径在1-3μm，硅溶胶加入量为氮化硅粉量的5％，粘结剂加入量为氮化硅粉量的20％，得到的氮化硅浆液固相为37％；氮化硅层厚度为 0.05-0.1mm。

外层氮化硅层2制备工艺如下：

步骤一：料浆制备：取氮化硅粉按比例加入水、硅溶胶、粘结剂得到氮化硅浆液；

步骤二：浆料涂刷：常温下，将氮化硅浆液涂刷于高纯涂层3上；

步骤三：干燥：待高纯涂层3固化后进行微波干燥，使其充分固化。

氮化硅粉粒径在1-3μm，硅溶胶加入量为氮化硅粉量的5％，粘结剂加入量为氮化硅粉量的20％，得到的氮化硅浆液固相为37％；氮化硅层厚度为 0.15-0.25mm。

上述步骤完成后，需进行烧结，使其致密化，烧结温度1100-1200℃。

目前现有降低硅锭底部杂质及红区缺陷方式为坩埚内表面涂覆单层高纯涂层和氮化硅层，本实用新型通过在熔融硅和坩埚之间引入多层杂质隔离层，从而更有效阻隔底部高纯涂层及坩埚中杂质的扩散，降低硅锭中或硅锭底部的杂质含量，降低底部由于杂质富集导致的红区缺陷，提高硅片质量和产量。

当坩埚底部设置双层氮化硅时，其阻隔原理为：由于氮化硅层与硅溶液的不浸润性，因此硅溶液无法进入高纯层和坩埚表面，硅锭制备过程中只有硅蒸汽首先进入高纯层与高纯层接触反应：Si+SiO₂生成2SiO，部分SiO不溶于硅熔体，形成气膜挡在硅熔体与氮化硅之间，阻碍了硅熔体与高纯涂层的进一步接触，降低高纯层杂质向硅熔体的扩散；石英陶瓷坩埚纯度与高纯石英涂层纯度相比，坩埚纯度低于高纯涂层1-2个数量级，在坩埚与高纯涂层之间设置一层氮化硅，阻碍坩埚杂质向高纯涂层扩散。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种多晶硅铸锭用新型高纯涂层坩埚，包括坩埚本体(1)，其特征在于：所述坩埚本体(1)内侧底部上表面依次为高纯石英粗糙层(5)、中间氮化硅层(4)、高纯涂层(3)，所述高纯涂层(3)上部为外层氮化硅层(2)，所述高纯石英粗糙层(5)、中间氮化硅层(4)、高纯涂层(3)及外层氮化硅层(2)通过烧结致密化为层状结构。

2.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭用新型高纯涂层坩埚，其特征在于：所述坩埚本体(1)内侧底部上表面与所述高纯石英粗糙层(5)之间通过高纯浆料粘结为一体。

3.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭用新型高纯涂层坩埚，其特征在于：所述高纯石英粗糙层(5)与所述高纯涂层(3)之间涂有氮化硅浆液，所述高纯石英粗糙层(5)与所述高纯涂层(3)通过中间氮化硅层(4)粘结为一体。

4.如权利要求1所述的一种多晶硅铸锭用新型高纯涂层坩埚，其特征在于：所述外层氮化硅层(2)与高纯涂层(3)粘结为一体。

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