一種多晶鑄錠用高效坩堝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種坩禍，尤其涉及一種多晶鑄錠用高效坩禍。
【背景技術(shù)】
[0002]在晶體硅太陽(yáng)能電池中，由于多晶硅制造工藝較簡(jiǎn)單，且其制造成本較單晶硅低，因而多晶硅在整個(gè)光伏行業(yè)中占有80%份額。在多晶硅片制造過(guò)程中，多晶硅錠鑄造時(shí)需使用坩禍作為容器。多晶鑄錠采用的是定向凝固的方法，將硅料裝入坩禍投爐后，通常包括加熱、融化、長(zhǎng)晶、退火、冷卻等過(guò)程。硅料加熱融化為液態(tài)后，通過(guò)工藝控制使其從底部開始形核長(zhǎng)晶從而鑄成多晶硅錠。
[0003]目前的多晶鑄錠用坩禍內(nèi)底多為水平結(jié)構(gòu)，在硅晶體的形核過(guò)程中，熔融狀態(tài)的硅料會(huì)在坩禍底部自發(fā)隨機(jī)形核并生長(zhǎng)，形成的晶核均勻性較差。在后期長(zhǎng)晶過(guò)程中容易產(chǎn)生晶粒相互吞并和傾乳，形成較多的位錯(cuò)及其他缺陷。從而導(dǎo)致硅片晶粒分布不均勻，電池片光電轉(zhuǎn)化效率普遍偏低，進(jìn)而影響了多晶硅電池片的制造成本和產(chǎn)品品質(zhì)。
[0004]隨著光伏行業(yè)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)電池片的品質(zhì)要求也越來(lái)越嚴(yán)苛，高效率電池片(光電轉(zhuǎn)換效率大于17.6%)的市場(chǎng)需求量也與日倶增。目前，高效多晶硅錠的生產(chǎn)主要有兩種工藝。第一種是使用以石英砂為形核物質(zhì)的高效坩禍配合全熔鑄錠工藝，主要是通過(guò)高效坩禍底部的石英砂顆粒制造出凹凸起伏的形貌，引導(dǎo)硅晶體在此基礎(chǔ)上誘導(dǎo)晶核優(yōu)先生長(zhǎng)均，保證晶粒大小均勻，而不出現(xiàn)相互吞并和傾乳，從而減少后期長(zhǎng)晶過(guò)程中晶體缺陷的形成，提高硅片制成電池片后的光電轉(zhuǎn)化效率。但是由于此種高效坩禍的形核物質(zhì)為石英砂，與硅晶體的物理化學(xué)性能相差較大，所以此種工藝形核機(jī)理為異質(zhì)形核，形核的幾率和質(zhì)量較低，使用此種工藝生產(chǎn)出的電池片光電轉(zhuǎn)化效率一般為17.6-17.8% ;第二種是使用底部水平結(jié)構(gòu)的普通坩禍配合半熔鑄錠工藝，主要是通過(guò)控制多晶硅鑄錠環(huán)節(jié)加熱階段的溫度，使底部硅料不完全熔化保留一定厚度的固態(tài)硅籽晶，在籽晶的基礎(chǔ)上誘導(dǎo)已經(jīng)熔化的硅液優(yōu)先形核，提高多晶硅晶體的生長(zhǎng)質(zhì)量。由于硅籽晶與硅液為同種物質(zhì)，此種工藝的形核機(jī)理為同質(zhì)形核，形核的的幾率和質(zhì)量較高，使用此種工藝生產(chǎn)出的電池片光電轉(zhuǎn)換效率一般可達(dá)17.8%以上。但是由于半熔工藝底部需要保留一定厚度的硅籽晶，對(duì)工藝控制的精度要求較高，工藝推廣難度較大，而且生產(chǎn)出的多晶硅錠的利用率偏低，通常較全熔工藝生產(chǎn)的硅錠利用率低5%左右，所以導(dǎo)致生產(chǎn)成本偏高。
[0005]為了適應(yīng)市場(chǎng)的要求，如何制造出質(zhì)量更優(yōu)異成本更低廉的多晶硅錠對(duì)鑄錠用的石英坩禍提出了更為嚴(yán)格的要求。因此，開發(fā)出一種可以使全熔工藝取代半熔工藝，同時(shí)將轉(zhuǎn)換效率提升到半熔工藝的水平的新型免噴涂高效坩禍對(duì)于生產(chǎn)出更高品質(zhì)性價(jià)比更高的高效多晶硅電池片有著極大的推進(jìn)作用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種多晶鑄錠用新型高效免噴涂坩禍，通過(guò)對(duì)坩禍底部的特殊設(shè)計(jì)與處理，以同質(zhì)形核或近似同質(zhì)形核為機(jī)理引導(dǎo)硅晶體的均勻形核，并通過(guò)控制鑄錠工藝，保證晶粒大小均勻且豎直生長(zhǎng)，而不出現(xiàn)相互吞并和傾乳，減少位錯(cuò)密度，從而減少后期長(zhǎng)晶過(guò)程中晶體缺陷的形成，提高硅片制成電池片后的光電轉(zhuǎn)化效率。同時(shí)，坩禍底部無(wú)需保留固態(tài)籽晶，工藝實(shí)施難度較低，而且硅錠利用率可以提高5%左右，大幅度降低了高效多晶電池片的生產(chǎn)成本。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型是通過(guò)如下措施實(shí)現(xiàn)的:一種多晶鑄錠用新型高效免噴涂坩禍，包括多晶鑄錠用常規(guī)坩禍，其中，所述坩禍的內(nèi)壁設(shè)置有氮化硅復(fù)合層，所述氮化硅復(fù)合層上表面陣列鑲嵌有高純形核顆粒。
[0008]其中，所述坩禍和所述氮化硅復(fù)合層之間嚙合，嚙合接觸面設(shè)置有高純硅層。嚙合方式，使得氮化硅復(fù)合層進(jìn)一步的提高結(jié)合強(qiáng)度，使得氮化硅復(fù)合層更加的牢固，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。
[0009]其中，側(cè)壁面的所述氮化硅復(fù)合層和底面的所述氮化硅復(fù)合層的夾角為弧形夾角?；⌒螉A角設(shè)計(jì)，使得在后期多晶硅鑄錠過(guò)程中能夠減少夾角部位的物料損失，提高晶核的生長(zhǎng)。
[0010]其中，所述氮化硅復(fù)合層的純度為99.9%，厚度為l-5mm。
[0011]其中，所述高純形核顆粒為單晶娃和多晶娃，所述高純形核顆粒的粒徑為5-15_。
[0012]其中，所述高純形核顆粒間距為l_4mm，高純形核顆粒的分布密度為4-100/cm2。
[0013]其中，所述高純形核顆粒位于所述氮化娃復(fù)合層上方的高度為5-10mm。
[0014]其中，所述氮化娃復(fù)合層由粒度為< 20 μηι、30-40 μπκ > 50 μπι其中的一種或兩種顆粒，與高純水以及有機(jī)膠混合而成。
[0015]所述高純硅層由純度為6Ν的高純硅料、高純水和有機(jī)膠混合而成。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果為:本新型提高了晶核生長(zhǎng)幾率和質(zhì)量，可以將多晶硅錠的利用率提高5%左右，從而進(jìn)一步降低電池片的生產(chǎn)成本。由于氮化硅復(fù)合層和石英坩禍基體的結(jié)合性極強(qiáng)，很好地解決了高效坩禍在生產(chǎn)制作和使用過(guò)程中因熱應(yīng)力導(dǎo)致開裂和剝落的問(wèn)題，基本杜絕了因氮化硅復(fù)合層和石英坩禍本體附合力不強(qiáng)導(dǎo)致的多晶硅鑄錠環(huán)節(jié)硅錠粘禍和溢流現(xiàn)象，大大提高了多晶硅鑄錠的安全性。再者，并且由于添加了高純硅層，很好的阻止了雜質(zhì)的進(jìn)入；氮化硅復(fù)合層上的高純高純形核顆粒鑲嵌更加牢固，所用形核物質(zhì)的熱膨脹系數(shù)與多晶硅料相同或相近，利于鑄錠后坩禍的脫模，避免了因熱膨脹系數(shù)差距過(guò)大導(dǎo)致高純形核顆粒進(jìn)入到硅錠中引發(fā)底部硅料報(bào)廢。鑄錠廠商使用本產(chǎn)品無(wú)需再進(jìn)行噴涂操作，可以直接裝載硅料投爐使用，使用更加簡(jiǎn)便。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]其中，附圖標(biāo)記為:l、i甘禍；2、氮化硅復(fù)合層；3、高純形核顆粒；4、弧形夾角；5、高純硅層。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為能清楚說(shuō)明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】，對(duì)本方案進(jìn)行闡述。
[0022]實(shí)施例1
[0023]參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型是一種多晶鑄錠用高效坩禍，包括多晶鑄錠用常規(guī)坩禍1，其中，坩禍I的內(nèi)壁設(shè)置有氮化硅復(fù)合層2，氮化硅復(fù)合層2上表面陣列鑲嵌有高純形核顆粒3。
[0024]其中，如圖1所示，坩禍I和氮化硅復(fù)合層2之間嚙合，是齒狀結(jié)合。
[0025]其中，側(cè)壁面的氮化硅復(fù)合層2和底面的氮化硅復(fù)合層2的夾角為弧形夾角4?；⌒螉A角4設(shè)計(jì)，使得在后期多晶硅鑄錠過(guò)程中能夠減少夾角部位的物料損失，提高晶核的生長(zhǎng)。
[0026]其中，氮化硅復(fù)合層2的純度為99.9%，厚度為3mm。
[0027]其中，高純形核顆粒3為硅料為主的硅料或者硅合金顆粒，高純形核顆粒的粒徑為 8mm。
[0028]其中，高純形核顆粒3間距為2mm，高純形核顆粒3的分布密度為50/cm2。
[0029]其中，高純形核顆粒3位于氮化娃復(fù)合層2上方的高度為7_。
[0030]其中，氮化硅復(fù)合層2由粒度為14 μ m、35 μ m、55 μ m其中的三種顆粒，與高純水以及有機(jī)膠混合而成。
[0031]實(shí)施例2
[0032]參見(jiàn)圖2，嚙合結(jié)構(gòu)也可以如圖2所示。
[0033]實(shí)施例3
[0034]參見(jiàn)圖3，本實(shí)用新型是一種多晶鑄錠用高效坩禍，包括多晶鑄錠用常規(guī)坩禍1，其中，坩禍I的內(nèi)壁設(shè)置有氮化硅復(fù)合層2，氮化硅復(fù)合層2上表面陣列鑲嵌有高純形核顆粒3。
[0035]其中，坩禍I和氮化硅復(fù)合層2之間嚙合，嚙合接觸面設(shè)置有高純硅層5。
[0036]其中，側(cè)壁面的氮化硅復(fù)合層2和底面的氮化硅復(fù)合層2的夾角為弧形夾角4?；⌒螉A角4設(shè)計(jì)，使得在后期多晶硅鑄錠過(guò)程中能夠減少夾角部位的物料損失，提高晶核的生長(zhǎng)。
[0037]其中，氮化硅復(fù)合層2的純度為99.9%，厚度為2mm。
[0038]其中，高純形核顆粒3為硅料為主的硅料或者硅合金顆粒，高純形核顆粒的粒徑為 12mm0
[0039]其中，高純形核顆粒3間距為2mm，高純形核顆粒3的分布密度為10/cm2。
[0040]其中，高純形核顆粒3位于氮化娃復(fù)合層2上方的高度為6mm。
[0041]其中，氮化硅復(fù)合層2由粒度為15 μ m、35 μ m、60 μ m其中的三種顆粒，與高純水以及有機(jī)膠混合而成。
[0042]高純硅層5由純度為6N的高純硅料、高純水和有機(jī)膠混合而成。
[0043]本實(shí)用新型未經(jīng)描述的技術(shù)特征可以通過(guò)或采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述，當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多晶鑄錠用高效坩禍，包括多晶鑄錠用常規(guī)坩禍，其特征在于，所述坩禍的內(nèi)壁設(shè)置有氮化硅復(fù)合層，所述氮化硅復(fù)合層上陣列鑲嵌有高純形核顆粒；所述坩禍和所述氮化娃復(fù)合層之間嗤合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶鑄錠用高效坩禍，其特征在于，所述坩禍和所述氮化硅復(fù)合層之間的嚙合接觸面設(shè)置有高純硅層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶鑄錠用高效坩禍，其特征在于，側(cè)壁面的所述氮化硅復(fù)合層和底面的所述氮化硅復(fù)合層的夾角為弧形夾角。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶鑄錠用高效坩禍，其特征在于，所述氮化硅復(fù)合層的純度為99.9%，厚度為l_5mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶鑄錠用高效坩禍，其特征在于，所述高純形核顆粒為單晶娃和多晶娃，所述高純形核顆粒的粒徑為5-15_。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶鑄錠用高效坩禍，其特征在于，所述高純形核顆粒間距為1-4_，高純形核顆粒的分布密度為4-100/cm2。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶鑄錠用高效坩禍，其特征在于，所述高純形核顆粒位于所述氮化娃復(fù)合層上方的高度為5-10mm。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種多晶鑄錠用高效坩堝，屬于太陽(yáng)能領(lǐng)域。其技術(shù)方案為：一種多晶鑄錠用高效坩堝，它包括多晶鑄錠用常規(guī)坩堝，其中，坩堝的內(nèi)壁設(shè)置有氮化硅復(fù)合層，氮化硅復(fù)合層上表面陣列鑲嵌有高純形核顆粒。氮化硅復(fù)合層和坩堝之間設(shè)置有高純硅層。本實(shí)用新型的有益效果為：通過(guò)對(duì)坩堝底部的特殊設(shè)計(jì)與處理，保證晶粒大小均勻且豎直生長(zhǎng)，而不出現(xiàn)相互吞并和傾軋，減少位錯(cuò)密度，從而減少后期長(zhǎng)晶過(guò)程中晶體缺陷的形成，提高硅片制成電池片后的光電轉(zhuǎn)化效率。同時(shí)，坩堝底部無(wú)需保留固態(tài)籽晶，工藝難度較低，而且硅錠利用率可以提高5%左右，大幅度降低了高效多晶電池片的生產(chǎn)成本。
【IPC分類】C30B28/06, C30B29/06
【公開號(hào)】CN204825130
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520609645
【發(fā)明人】謝炎, 賓際云, 李江岑
【申請(qǐng)人】煙臺(tái)核晶陶瓷新材料有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年8月14日