專利名稱：一種多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝免燒結(jié)涂層制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能多晶硅鑄錠領(lǐng)域，涉及ー種多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝免燒結(jié)涂層制備方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)2011年8月份Solarbuzz報告，55%的終端用戶裝機總?cè)萘渴腔诙嗑Ч杵?，說明多晶硅太陽能電池已經(jīng)占據(jù)了光伏市場大半壁江山。與單晶硅片相比，盡管多晶硅片的電池轉(zhuǎn)換效率比較低，但其生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于單晶硅片，考慮到成本和效益，目前大部分終端用戶均會選擇成本較低的多晶硅太陽能電池。多晶硅片制造過程中很重要的一個環(huán)節(jié)就是多晶硅鑄錠。多晶硅鑄錠過程是將外觀不規(guī)則的多晶硅原料盛放于坩堝中，在多晶硅鑄錠爐中實現(xiàn)加熱、熔化、長晶、退火、冷卻 等步驟，最終生長成形狀規(guī)則、晶粒較大的多晶硅錠。多晶硅鑄錠使用的坩堝是高純ニ氧化硅陶瓷坩堝，而多晶硅鑄錠是在高溫下完成的，為防止在高溫下ニ氧化硅與多晶硅料發(fā)生反應(yīng)，引起多晶硅錠脫模困難、硅錠裂錠、氧含量増加等現(xiàn)象，人們一般在坩堝內(nèi)部涂覆ー層氮化硅涂層。氮化硅在高溫下(1900°C )性能穩(wěn)定、不與ニ氧化硅、硅發(fā)生反應(yīng)，從而有效隔離了熔融硅與陶瓷坩堝，提高多晶硅錠的脫模能力，防止ニ氧化硅中的氧通過反應(yīng)、擴散到多晶硅錠中，避免坩堝對硅錠的污染。當(dāng)前，多晶硅鑄錠用坩堝涂層一般采用噴涂方式制備，即氮化硅與水按照一定的比例配置成懸浮液，用噴槍將懸浮液噴涂到方形陶瓷坩堝內(nèi)壁上，然后將噴涂好的坩堝放入烘箱中進行長時間高溫?zé)Y(jié)。這種方法制備簡單，成本低。因此，被廣泛采用。該エ藝過程中長時間高溫?zé)Y(jié)是ー個必須的過程，未經(jīng)高溫?zé)Y(jié)的涂層，涂層容易脫落、起泡，從而使多晶硅錠出現(xiàn)粘堝、開裂現(xiàn)象。長時間高溫?zé)Y(jié)，一方面需要増加高溫?zé)Y(jié)設(shè)備；另一方面需要耗費大量的電能；再一方面還需要増加人工操作過程。從而使多晶硅鑄錠廠家的鑄錠成本大大增加。同時，即使經(jīng)過燒結(jié)的涂層粘附カ也較差，容易脫落、起泡，較容易造成硅錠粘堝、開裂現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝免燒結(jié)涂層制備方法，使用該方法形成的氮化硅涂層與坩堝內(nèi)壁粘附力強，脫落、起泡的幾率低，提聞了多晶娃鑄淀的成品率，降低了鑄淀成本，提聞了生廣效率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是ー種多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝免燒結(jié)涂層制備方法，其包括以下步驟
(I)懸濁液的配制
懸濁液是由以下材料制成的，按照重量百分比計算，15%_25%的氮化硅，70%-80%的去離子水和1%_5%的聚こ烯吡咯烷酮PVP ;將所述量的去離子水倒入攪拌器內(nèi)，再將所述量的氮化硅緩緩加入去離子水中，快速攪拌15分鐘后再慢速攪拌15分鐘，然后將所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于攪拌器內(nèi)進行攪拌，攪拌15-20分鐘使懸濁液均勻備用；
(2)涂層的制備
將坩堝放在旋轉(zhuǎn)加熱器上進行加熱，坩堝干燥后用上述所述懸濁液噴涂，噴涂時，坩堝溫度控制在50 90°C，噴槍與坩堝內(nèi)壁的噴涂距離控制在25-30cm之間，噴涂過程中隨時用點溫計測量坩堝內(nèi)涂層狀態(tài)；將噴涂完成后的坩堝常溫下晾干或者在旋轉(zhuǎn)加熱器上在70— 100°C的溫度下保溫O. 5-2小時。有益效果
由于本發(fā)明的涂層增添了聚こ烯吡咯烷酮PVP粘結(jié)劑，從而增強了氮化硅涂層的附著力，噴涂過程中粉塵明顯減少，増加了氮化硅的有效利用率，實現(xiàn)了坩堝涂層的免燒結(jié)，從 而大大降低了生產(chǎn)及設(shè)備成本；涂層脫落、起泡的幾率明顯降低，提高了多晶硅鑄錠的成品率，提高了生產(chǎn)效率。從我們所做的多次實驗表明，使用本發(fā)明制備的坩堝涂層在制備過程中不易脫落、爆皮、起泡，卸錠時方便坩堝的脫落。本發(fā)明涂層的制備原材料和制備方法是根據(jù)涂層性能要求，經(jīng)過查閱大量文獻和做了大量的對比試驗得出的。在選擇添加材料上，必須遵守兩個原則1、與氮化硅溶液混合后，能夠提高氮化硅噴涂涂層的粘附能力；2、能夠在高溫分解，從而不影響硅錠的純度。 根據(jù)大量文獻的查閱比較，選用了聚こ烯醇PVA、聚こ烯醇縮丁醛PVB、聚こ烯吡咯烷酮PVP三種材料做實驗性能對比。經(jīng)實驗表明，PVA在室溫下不溶于水，在60-90°C的條件下，邊加熱邊攪拌，可與水完全溶解，水溫越高則溶解度越大，但幾乎不溶于有機溶劑；PVA加熱到100°C左右時，外觀逐漸發(fā)生變化，部分醇解的PVA在190°C左右開始熔化，200°C時發(fā)生分解；由于在室溫下，PVA不能夠與水很好配合，故不適合作為添加材料使用。PVB可以與ー些熱固型樹脂產(chǎn)生架橋反應(yīng)以提升耐化學(xué)藥品性及涂膜硬度等性能，并具有優(yōu)異的涂膜性、透明性、弾性、韌性、耐強堿、耐油性、可撓性與低溫耐沖擊性等性能，可配成多種粘合劑；·ΡνΒ不溶于水，與酒精可以在室溫下完全溶解，PVB、純凈水與酒精混合后，溶液變成乳白色并有大量的PVB重新析出，燒杯器壁上形成ー層薄膜；由于PVB與水互溶性很差，故不能作為添加材料使用。PVP是ー種具有粘度高、無毒環(huán)保等特點的固體膠；多組實驗證實攪拌前PVB漂浮在純凈水表面，攪拌后PVB與水完全溶解，高溫下，能夠分解為氣體，在鑄錠過程中被機械泵抽走，避免了對硅錠的污染，很適合作為添加材料使用。進ー步對其性能進行實驗
使用本發(fā)明的方法對坩堝涂覆涂層與使用傳統(tǒng)方法對坩堝涂覆涂層的性能和成本對比實驗
圖I是使用本發(fā)明方法噴涂后的掩膜板，圖2是使用傳統(tǒng)方法噴涂后的掩膜板，可以看出使用本發(fā)明方法形成的涂層，氮化硅幾乎沒有脫落，附著力明顯增強。表I是使用本發(fā)明方法形成涂層的坩堝II和使用傳統(tǒng)方法形成涂層的坩堝I的成本情況對照表，從表I可以看出使用本發(fā)明方法形成涂層的每個坩堝約節(jié)電330°左右。表I
I噴涂時長(min) I烘烤溫度CC) I烘烤時長(h) I所用設(shè)備I電能消耗
坩堝I 50-60_2°95_32_120kw電烘箱、旋轉(zhuǎn)加熱器330°
Jt禍 II |θ-60[70-10010.5-2ijg轉(zhuǎn)加熱器を-18。


圖I是使用本發(fā)明方法噴涂后的掩膜板；
圖2是使用傳統(tǒng)方法噴涂后的掩膜板。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本明做進ー步的描述。實施例1，多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝免·燒結(jié)涂層的制備
(O懸濁液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比計算，15%的氮化硅，80%的去離子水和5%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。將所述量的去離子水倒入攪拌器內(nèi)，再將所述量的氮化硅緩緩加入去離子水中，快速攪拌15分鐘后再慢速攪拌15分鐘，然后將所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于攪拌器內(nèi)進行攪拌，攪拌20分鐘使懸濁液均勻備用。(2)涂層的制備將坩堝放在旋轉(zhuǎn)加熱器上進行加熱，坩堝干燥后用上述所述懸濁液噴涂。噴涂時，坩堝溫度控制在50°C，以免涂層脫落或起泡，噴槍與坩堝內(nèi)壁的噴涂距離控制在25cm之間，噴涂過程中盡力保持噴槍與噴涂面垂直，以Z字型走向或單向進行噴涂。噴涂過程中隨時用點溫計測量坩堝內(nèi)涂層狀態(tài)，如有水分未干區(qū)域，不可噴涂，可以稍等幾秒鐘，然后再操作；如果溫度過高，可停止加熱，待溫度降下后再噴。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有較多粉末沉積到坩堝腳部時，可用氣槍小心吹出。將噴涂完成后的坩堝常溫下晾干或者在旋轉(zhuǎn)加熱器上在70°C的溫度下保溫I小時。涂層附著力牢固，無氣泡、爆皮現(xiàn)象，卸錠時方便坩堝的脫落，免去了坩堝燒結(jié)過程,節(jié)約了鑄錠成本。實施例2，多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝免燒結(jié)涂層的制備
(I)懸濁液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比計算，18%的氮化硅，79. 5%的去離子水和2. 5%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。將所述量的去離子水倒入攪拌器內(nèi)，再將所述量的氮化硅緩緩加入去離子水中，快速攪拌15分鐘后再慢速攪拌15分鐘，然后將所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于攪拌器內(nèi)進行攪拌，攪拌15分鐘使懸濁液均勻備用。(2)涂層的制備將坩堝放在旋轉(zhuǎn)加熱器上進行加熱，坩堝干燥后用上述所述懸濁液噴涂。噴涂時，坩堝溫度控制在60°C，噴槍與坩堝內(nèi)壁的噴涂距離控制在30cm之間，噴涂過程中盡力保持噴槍與噴涂面垂直，以Z字型走向或單向進行噴涂。噴涂過程中隨時用點溫計測量坩堝內(nèi)涂層狀態(tài)。將噴涂完成后的坩堝常溫下晾干或者在旋轉(zhuǎn)加熱器上在80°C的溫度下保溫I. 5小時。實施例3，多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝免燒結(jié)涂層的制備
(I)懸濁液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比計算，20%的氮化硅，78%的去離子水和2%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。將所述量的去離子水倒入攪拌器內(nèi)，再將所述量的氮化硅緩緩加入去離子水中，快速攪拌15分鐘后再慢速攪拌15分鐘，然后將所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于攪拌器內(nèi)進行攪拌，攪拌16分鐘使懸濁液均勻備用。(2)涂層的制備將坩堝放在旋轉(zhuǎn)加熱器上進行加熱，坩堝干燥后用上述所述懸濁液噴涂。噴涂時，坩堝溫度控制在70°C，噴槍與坩堝內(nèi)壁的噴涂距離控制在28cm，噴涂過程中盡力保持噴槍與噴涂面垂直，以Z字型走向或單向進行噴涂。噴涂過程中隨時用點溫計測量坩堝內(nèi)涂層狀態(tài)。將噴涂完成后的坩堝常溫下晾干或者在旋轉(zhuǎn)加熱器上在90°C的溫度下保溫1. 3小時。實施例4，多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝免燒結(jié)涂層的制備
(I)懸濁液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比計算，23%的氮化硅，75. 3%的去離子水和I. 7%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。將所述量的去離子水倒入攪拌器內(nèi)，再將所述量的氮化硅緩緩加入去離子水中，快速攪拌15分鐘后再慢速攪拌15分鐘，然后將所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于攪拌 器內(nèi)進行攪拌，攪拌18分鐘使懸濁液均勻備用。(2)涂層的制備將坩堝放在旋轉(zhuǎn)加熱器上進行加熱，坩堝干燥后用上述所述懸濁液噴涂。噴涂時，坩堝溫度控制在80°C，噴槍與坩堝內(nèi)壁的噴涂距離控制在29cm，噴涂過程中盡力保持噴槍與噴涂面垂直，以Z字型走向或單向進行噴涂。噴涂過程中隨時用點溫計測量坩堝內(nèi)涂層狀態(tài)。將噴涂完成后的坩堝常溫下晾干或者在旋轉(zhuǎn)加熱器上在100°C的溫度下保溫O. 5小吋。實施例5，多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝免燒結(jié)涂層的制備
(I)懸濁液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比計算，25%的氮化硅，74%的去離子水和1%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。將所述量的去離子水倒入攪拌器內(nèi)，再將所述量的氮化硅緩緩加入去離子水中，快速攪拌15分鐘后再慢速攪拌15分鐘，然后將所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于攪拌器內(nèi)進行攪拌，攪拌17分鐘使懸濁液均勻備用。(2)涂層的制備將坩堝放在旋轉(zhuǎn)加熱器上進行加熱，坩堝干燥后用上述所述懸濁液噴涂。噴涂時，坩堝溫度控制在90°C，噴槍與坩堝內(nèi)壁的噴涂距離控制在27cm，噴涂過程中盡力保持噴槍與噴涂面垂直，以Z字型走向或單向進行噴涂。噴涂過程中隨時用點溫計測量坩堝內(nèi)涂層狀態(tài)。將噴涂完成后的坩堝常溫下晾干或者在旋轉(zhuǎn)加熱器上在75°C的溫度下保溫1. 2小時。實施例6，多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝免燒結(jié)涂層的制備
(I)懸濁液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比計算，25%的氮化硅，70%的去離子水和5%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。將所述量的去離子水倒入攪拌器內(nèi)，再將所述量的氮化硅緩緩加入去離子水中，快速攪拌15分鐘后再慢速攪拌15分鐘，然后將所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于攪拌器內(nèi)進行攪拌，攪拌19分鐘使懸濁液均勻備用。(2)涂層的制備將坩堝放在旋轉(zhuǎn)加熱器上進行加熱，坩堝干燥后用上述所述懸濁液噴涂。噴涂時，坩堝溫度控制在75°C，噴槍與坩堝內(nèi)壁的噴涂距離控制在26cm，噴涂過程中盡力保持噴槍與噴涂面垂直，以Z字型走向或單向進行噴涂。噴涂過程中隨時用點溫計測量坩堝內(nèi)涂層狀態(tài)。將噴涂完成后的坩堝常溫下晾干或者在旋轉(zhuǎn)加熱器上在85°C的溫度下保溫2小時。實施例7，多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝免燒結(jié)涂層的制備
(I)懸濁液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比計算，24%的氮化硅，72%的去離子水和4%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。將所述量的去離子水倒入攪拌器內(nèi)，再將所述量的氮化硅緩緩加入去離子水中，快速攪拌15分鐘后再慢速攪拌15分鐘，然后將所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于攪拌器內(nèi)進行攪拌，攪拌20分鐘使懸濁液均勻備用。(2)涂層的制備將坩堝放在旋轉(zhuǎn)加熱器上進行加熱，坩堝干燥后用上述所述懸濁液噴涂。噴涂時，坩堝溫度控制在65°C，噴槍與坩堝內(nèi)壁的噴涂距離控制在26. 5cm,噴涂過程中盡力保持噴槍與噴涂面垂直，以Z字型走向或單向進行噴涂。噴涂過程中隨時用點溫計測量坩堝內(nèi)涂層狀態(tài)。將噴涂完成后的坩堝常溫下晾干或者在旋轉(zhuǎn)加熱器上在95°c的溫度下保溫O. 8小時。實施例8，多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝免燒結(jié)涂層的制備
(I)懸濁液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比計算，22%的氮化硅，75%的去離子水和3%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。將所述量的去離子水倒入攪拌器內(nèi)，再將所述量的氮化硅緩緩加入去離子水中，快速攪拌15分鐘后再慢速攪拌15分鐘，然后將所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于攪拌器內(nèi)進行攪拌，攪拌16分鐘使懸濁液均勻備用。(2)涂層的制備將坩堝放在旋轉(zhuǎn)加熱器上進行加熱，坩堝干燥后用上述所述懸濁液噴涂。噴涂時，坩堝溫度控制在85°C，噴槍與坩堝內(nèi)壁的噴涂距離控制在27. 5cm,噴涂過程中盡力保持噴槍與噴涂面垂直，以Z字型走向或單向進行噴涂。噴涂過程中 隨時用點溫計測量坩堝內(nèi)涂層狀態(tài)。將噴涂完成后的坩堝常溫下晾干或者在旋轉(zhuǎn)加熱器上在88°C的溫度下保溫I. 8小時。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝免燒結(jié)涂層制備方法，其特征在于其包括以下步驟 (1)懸濁液的配制 懸濁液是由以下材料制成的，按照重量百分比計算，15%-25%的氮化硅，70%-80%的去離子水和1%_5%的聚乙烯吡咯烷酮PVP ;將所述量的去離子水倒入攪拌器內(nèi)，再將所述量的氮化硅緩緩加入去離子水中，快速攪拌15分鐘后再慢速攪拌15分鐘，然后將所述量的聚乙烯吡咯烷酮PVP置于攪拌器內(nèi)進行攪拌，攪拌15-20分鐘使懸濁液均勻備用； (2)涂層的制備 將坩堝放在旋轉(zhuǎn)加熱器上進行加熱，坩堝干燥后用上述所述懸濁液噴涂，噴涂時，坩堝溫度控制在50 90°C，噴槍與坩堝內(nèi)壁的噴涂距離控制在25-30cm之間，噴涂過程中隨時用點溫計測量坩堝內(nèi)涂層狀態(tài)；將噴涂完成后的坩堝常溫下晾干或者在旋轉(zhuǎn)加熱器上在70— 100°C的溫度下保溫O. 5-2小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多晶硅鑄錠用陶瓷坩堝免燒結(jié)涂層制備方法，(1)懸濁液的配制懸濁液是由15%-25%的氮化硅，70%-80%的去離子水和1%-5%的聚乙烯吡咯烷酮PVP制成的；將去離子水倒入攪拌器內(nèi)，再將氮化硅緩緩加入去離子水中，攪拌后，再將聚乙烯吡咯烷酮PVP置于攪拌器內(nèi)進行攪拌，攪拌15-20分鐘使懸濁液均勻。(2)涂層的制備將攪拌好的懸濁液噴涂到坩堝內(nèi)壁上，將噴涂完成后的坩堝常溫下晾干或者在旋轉(zhuǎn)加熱器上在70—100℃的溫度下保溫0.5-2小時。使用該方法形成的氮化硅涂層與坩堝內(nèi)壁粘附力強，脫落、起泡的幾率低，提高了多晶硅鑄錠的成品率，降低了鑄錠成本，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號C04B41/85GK102850086SQ201210350069
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者劉曉兵, 吳紅霞, 賈嬌嬌, 金浩 申請人:光為綠色新能源股份有限公司