專(zhuān)利名稱(chēng)：硅鑄錠用坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種坩堝，尤其涉及一種具有涂層結(jié)構(gòu)的硅鑄錠用坩堝。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能發(fā)電是人類(lèi)利用太陽(yáng)能的重要手段，而太陽(yáng)能電池則是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的主要裝置，太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率決定了太陽(yáng)能源的利用轉(zhuǎn)化率。近年來(lái)，世界太陽(yáng)能電池的產(chǎn)量和裝機(jī)容量每年都在以約30%的速度快速發(fā)展。2010年，全球累計(jì)裝機(jī)容量為25. 4GW，預(yù)計(jì)到2020年全球裝機(jī)容量將達(dá)到278GW。目前，太陽(yáng)能電池的種類(lèi)不斷增多，其中晶體硅太陽(yáng)能電池尤其是多晶硅太陽(yáng)能電池以較低的成本和較高的轉(zhuǎn)換效率，在未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，相對(duì)于傳統(tǒng)能源，多晶硅太陽(yáng)能發(fā)電成本相對(duì)較高，市場(chǎng)化率相對(duì)較低。從目前全球形勢(shì)及整個(gè)行業(yè)的發(fā)展來(lái)看，提高多晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率、降低光伏組件的發(fā)電成本是光伏產(chǎn)業(yè)的必然趨勢(shì)。太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率每提高1%，成本可降低7%。2011年末，市場(chǎng)上用多晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率約為16.8%，2012年將達(dá)到17%。高效率光伏組件越來(lái)越受市場(chǎng)的青睞，低于17%的光伏組件將逐漸被市場(chǎng)淘汰。發(fā)展高功率光伏組件的關(guān)鍵在于提升太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。目前，提升太陽(yáng)能電池效率的研究多集中在電池制作工藝的改良及高效電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，前者如 BSF 技術(shù),后者如三洋的 HIT(Heterojunction with intrinsic Thinlayer結(jié)構(gòu)，即在P型氫化非晶娃和η型氫化非晶娃與η型娃襯底之間增加一層非摻雜(本征)氫化非晶硅薄膜)結(jié)構(gòu)電池，盡管可以制作出效率高出一般商用化產(chǎn)品的電池，但因制程過(guò)于復(fù)雜、成本過(guò)高，而難以大規(guī)模推廣。如何以較低的成本制備出高效率的太陽(yáng)能電池成為行業(yè)研究的熱點(diǎn)。
除電池工藝因素外，多晶硅片的雜質(zhì)含量過(guò)高是限制多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率的主要因素之一。多晶硅片內(nèi)的雜質(zhì)來(lái)源一方面是原料中的引入，另一方面是定向凝固過(guò)程中的引入，后者占主要地位。硅的定向凝固在1400°C以上的高溫下進(jìn)行，因坩堝的金屬雜質(zhì)含量是硅錠中金屬雜質(zhì)含量的上萬(wàn)倍，過(guò)大的濃度差和本身金屬雜質(zhì)的活性較高，大量的金屬雜質(zhì)會(huì)通過(guò)固態(tài)擴(kuò)散的方式進(jìn)入鑄錠中，生產(chǎn)出的多晶硅片具有金屬雜質(zhì)高，少子壽命低等特點(diǎn)，使用此類(lèi)硅片制作的太陽(yáng)能電池性能?chē)?yán)重惡化。傳統(tǒng)的定向凝固工藝在鑄錠石英坩堝內(nèi)壁制備一層高純氮化硅涂層，避免坩堝與硅錠的直接接觸，利用氮化硅自擴(kuò)散系數(shù)小的特點(diǎn)，減少坩堝中雜質(zhì)向硅錠的擴(kuò)散。但是傳統(tǒng)涂層使用噴涂法制備屬疏松涂層，其雜質(zhì)隔離效果較差，與坩堝接觸的區(qū)域依然有較大的程度的污染。如何改善涂層，避免坩堝的雜質(zhì)向硅錠內(nèi)擴(kuò)散是獲得高質(zhì)量多晶硅片的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，有必要提供一種改進(jìn)的硅鑄錠用坩堝以解決上述問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種可顯著減少坩堝向硅錠中的雜質(zhì)擴(kuò)散量的硅鑄錠坩堝。為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型提供了一種硅鑄錠用坩堝，包括坩堝本體，所述坩堝本體設(shè)有用以容納鑄錠硅料的容置腔，所述坩堝還包括覆蓋在所述坩堝本體內(nèi)壁上的含鋁涂層。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述含鋁涂層為由純水、氮化硅粉體和鋁微粉制成的單層含鋁涂層。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述含鋁涂層包括覆蓋在所述坩堝本體內(nèi)壁上的由純水和氧化鋁微粉制成的氧化鋁涂層和覆蓋在所述氧化鋁涂層上的由純水和氮化硅粉體制成的氮化硅涂層。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述坩堝本體包括底壁和自底壁向上延伸的側(cè)壁，所述容置腔形成于底壁和側(cè)壁之間，所述含鋁涂層覆蓋所述底壁和側(cè)壁的內(nèi)壁。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型通過(guò)在坩堝本體內(nèi)壁上覆蓋含鋁涂層，并且因鐵在鋁中的溶解度比在硅中的溶解度高1000倍，因此鋁在鑄造多晶硅中可起到吸雜的作用，使得坩堝本體中的鐵優(yōu)先溶解在含鋁涂層中鋁原子中，從而大大減少坩堝本體向容置腔內(nèi)的硅錠中擴(kuò)散的鐵雜質(zhì)，進(jìn)而獲得雜質(zhì)含量較低的硅錠。

圖1是本實(shí)用新型硅鑄錠用坩堝第一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中坩堝的含鋁涂層的制備方法的流程圖。圖3是本實(shí)用新型硅鑄錠用坩堝 第二較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3中坩堝的含鋁涂層的制備方法的流程圖。
具體實(shí)施例以下將結(jié)合附圖所示的各實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施例并不限制本實(shí)用新型，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施例所做出的結(jié)構(gòu)、方法、算法或功能上的變換均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。請(qǐng)參照?qǐng)D1所示為本實(shí)用新型硅鑄錠用坩堝的第一較佳實(shí)施例。所述硅鑄錠用坩堝包括坩堝本體1，以及覆蓋在所述坩堝本體I內(nèi)壁上的由純水、氮化硅粉體21和鋁微粉22制成的含鋁涂層2。所述坩堝本體I設(shè)有底壁、自底壁向上延伸的側(cè)壁以及形成在所述底壁和側(cè)壁之間以容納鑄錠硅料3的容置腔。所述含鋁涂層2覆蓋所述底壁和側(cè)壁的內(nèi)壁。其中所述鋁微粉22的粒徑為O.1um至O. 3um。所述氮化硅粉體21的純度大于99. 9%。所述鋁微粉22的純度大于99. 99%。所述含鋁涂層2中所述鋁微粉22與氮化硅粉體21的比例為1:8至1:15。在本實(shí)施例中，所述坩堝本體I為高純石英坩堝。請(qǐng)結(jié)合圖1及圖2所示，本實(shí)用新型硅鑄錠用坩堝的含鋁涂層2的制備方法包括以下步驟SI，量取一定量純水，并將該純水置于一超聲水浴容器內(nèi)的燒杯中，同時(shí)調(diào)整水浴溫度為35°C至40°C ;其中所述純水的電阻率大于12ΜΩ ；S2，稱(chēng)取一定量的氮化硅粉體21和鋁微粉22并加入所述燒杯中，然后開(kāi)啟超聲水浴容器進(jìn)行攪拌；其中，稱(chēng)取的氮化硅粉體21與鋁微粉22的比例為1:8至1:15，所述氮化硅粉體21與步驟I中量取的純水的比例為1:4至1:5，所述鋁微粉的粒徑為0.1um至
0.3um ;此外，所述氮化硅粉體的純度大于99. 9%，所述鋁微粉的純度大于99. 99% ；S3，待攪拌30分鐘后將攪拌好的漿料噴涂至一坩堝本體I的內(nèi)壁上；S4，將噴涂完成的坩堝置于溫度為200°C的燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行烘干燒結(jié)。請(qǐng)參照?qǐng)D3所示為本實(shí)用新型硅鑄錠用坩堝的第二較佳實(shí)施例。其中所述硅鑄錠用坩堝也包括與第一較佳實(shí)施例中的坩堝本體I相同的坩堝本體I’ ；與第一實(shí)施例中不同是的所述含鋁涂層2’為兩層，其包括覆蓋在所述坩堝本體I’內(nèi)壁上的由純水和氧化鋁微粉制成的氧化鋁涂層21’和覆蓋在所述氧化鋁涂層21’上的由純水和氮化硅粉體制成的氮化硅涂層22’。所述坩堝內(nèi)部用以放置鑄錠硅料3’以制造硅錠。在本實(shí)施例中，所述氮化硅粉體的純度大于99. 9%，所述氧化鋁微粉的純度也大于99. 9%。所述氧化鋁涂層21’中氧化鋁微粉的粒徑為0.1um至0. 3um。所述氧化鋁微粉與氮化硅粉體的比例為1:2至1:3。請(qǐng)結(jié)合圖3及圖4所示，本實(shí)用新型硅鑄錠用坩堝的含鋁涂層2’(即所述氧化鋁涂層21’和氮化硅涂層22’)的制備方法包括以下步驟SI’，量取一定量純水，并將該純水置于一超聲水浴容器內(nèi)的燒杯中，同時(shí)調(diào)整水浴溫度為35°C至40°C ;其中所述純水的電阻率大于12ΜΩ ^cm ；S2’，稱(chēng)取一定量的氧化鋁微粉并加入所述燒杯中，然后開(kāi)啟超聲水浴容器進(jìn)行攪拌；其中所述氧化鋁微粉的純度大于99. 9%，粒徑為O.1um至O. 3um ;并且稱(chēng)取的所述氧化鋁微粉與純水的比例為1:4至1:5 ;S3’，待攪拌30分鐘后將攪拌好的氧化鋁漿料刷制在一內(nèi)壁溫度為40°C至45°C的坩堝本體的內(nèi)壁上，待氧化鋁漿料完全干燥后形成氧化鋁涂層21’ ；S4’，再量取一定量純水，并將該純水置于超聲水浴容器內(nèi)的燒杯中，同時(shí)調(diào)整水浴溫度為35°C至40°C ;同樣，所述純水的電阻率大于12ΜΩ ；S5’，稱(chēng)取一定量的氮化硅粉體并加入所述燒杯中，然后開(kāi)啟超聲水浴容器進(jìn)行攪拌；其中所述氮化硅粉體的純度大于99. 9%，稱(chēng)取的所述氮化硅粉體與純水的比例為1:4至1:5，稱(chēng)取的所述氧化鋁微粉與氮化硅粉體的比例為1:2至1:3 ;S6’，待攪拌30分鐘后將攪拌好的氮化硅漿料噴涂至S3’步驟形成的氧化鋁涂層21，上；S7’，將噴涂完成的坩堝置于溫度為200°C的燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行烘干燒結(jié)以形成覆蓋在氧化鋁涂層21’上的氮化硅涂層22’。綜上所述，本實(shí)用新型主要是通過(guò)在現(xiàn)有的氮化硅涂層內(nèi)添加鋁原子來(lái)形成含鋁涂層或者在坩堝本體I’內(nèi)部形成包括氧化鋁涂層21’和氮化硅涂層22’的含鋁涂層2’來(lái)代替目前廣泛使用的單層氮化硅涂層工藝；并且在本實(shí)用新型第一較佳實(shí)施例中，含有高純鋁微粉的氮化硅涂層，即所述含鋁涂層2中，鋁微粉22的粒徑為氮化硅粉體21粒徑的三分之一，可有效填充在氮化硅粉體21顆粒之間的縫隙內(nèi)，起到填隙粒子的作用，從而增加涂層2的密度，進(jìn)而增加雜質(zhì)的隔離效果；而本實(shí)用新型第二較佳實(shí)施例中的雙層涂層也可增加雜質(zhì)的隔離效果。另外，因鐵在鋁中的溶解度比在硅中的溶解度高1000倍，因此鋁在鑄造多晶硅中還起到吸雜的作用，使得坩堝本體或氮化硅中的鐵優(yōu)先溶解在添加的鋁原子或氧化鋁中，從而大大減少坩堝本體1、1’向硅錠內(nèi)擴(kuò)散的鐵雜質(zhì)，進(jìn)而獲得雜質(zhì)含量較低的硅錠。此外，本實(shí)用新型坩堝的含鋁涂層2、2’制備方法簡(jiǎn)單，不需引入其他設(shè)備，顯著降低硅錠內(nèi)的鐵金屬雜質(zhì)含量，從而提升多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而可較快推廣而為企業(yè)創(chuàng)造較大的利益。應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施例加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施例僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施例。上文所列出的一系列的詳細(xì)說(shuō)明僅僅是針對(duì)本實(shí)用新型的可行性實(shí)施例的具體說(shuō)明，它們并非用以限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡未脫離本實(shí)用新型技藝精神所作的等效實(shí)施例或變更均應(yīng)包含在本實(shí)用新型`的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種硅鑄錠用坩堝，包括坩堝本體，所述坩堝本體設(shè)有用以容納鑄錠硅料的容置腔，其特征在于所述坩堝還包括覆蓋在所述坩堝本體內(nèi)壁上的含鋁涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅鑄錠用坩堝，其特征在于所述含鋁涂層為由純水、氮化硅粉體和鋁微粉制成的單層含鋁涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅鑄錠用坩堝，其特征在于所述含鋁涂層包括覆蓋在所述坩堝本體內(nèi)壁上的由純水和氧化鋁微粉制成的氧化鋁涂層和覆蓋在所述氧化鋁涂層上的由純水和氮化硅粉體制成的氮化硅涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的硅鑄錠用坩堝，其特征在于所述坩堝本體包括底壁和自底壁向上延伸的側(cè)壁，所述容置腔形成于底壁和側(cè)壁之間，所述含鋁涂層覆蓋所述底壁和側(cè)壁的內(nèi)壁。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供一種硅鑄錠用坩堝，包括坩堝本體，所述坩堝本體設(shè)有用以容納鑄錠硅料的容置腔。所述坩堝還包括覆蓋在所述坩堝本體內(nèi)壁上的含鋁涂層。所述含鋁涂層中的鋁原子在鑄造多晶硅中可起到吸雜的作用，使得坩堝本體中的鐵優(yōu)先溶解于其中，從而大大減少坩堝本體向容置腔內(nèi)的硅錠中擴(kuò)散的鐵雜質(zhì)，進(jìn)而獲得雜質(zhì)含量較低的硅錠。
文檔編號(hào)C30B29/06GK202898597SQ20122055455
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者李飛龍, 許濤 申請(qǐng)人:阿特斯(中國(guó))投資有限公司, 阿特斯光伏電力(洛陽(yáng))有限公司