一種石英坩堝及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石英坩堝及其制造方法，在普通石英坩堝本體內(nèi)表面涂覆一層高純石英砂涂層，在普通石英坩堝本體與多晶硅錠晶體之間起一定屏蔽作用，降低普通石英坩堝本體中的金屬雜質(zhì)向多晶鑄錠晶體擴(kuò)散的速度，進(jìn)而達(dá)到降低多晶鑄錠晶體中金屬雜質(zhì)含量，從而提高非平衡少數(shù)載流子壽命的目的?；诒景l(fā)明制作出來合格的多晶硅錠晶體中底面和側(cè)面不合格的部分明顯降低，提高了使用率，降低生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種石英坩堝及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能硅片領(lǐng)域，特別是用于盛裝多晶硅錠用的的石英坩堝及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]晶體硅太陽能電池是在晶體硅片的基材上，通過制作PN結(jié)等一系列工藝而成的新型發(fā)電材料，其中晶體硅片是太陽能電池的基礎(chǔ)材料。按照晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，晶體硅片分為多晶硅片和單晶硅片，它們分別是由多晶硅錠晶體和單晶硅錠晶體切割而成。
[0003]其中多晶硅錠晶體是在多晶鑄錠爐中進(jìn)行燒制后形成的:具體是將多晶硅原料裝入內(nèi)表面涂有氮化硅粉脫模劑的石英坩堝內(nèi)，然后將石英坩堝置于多晶鑄錠爐內(nèi)，通過加熱、熔化、長(zhǎng)晶、退火和冷卻等一系列過程得到符合要求的多晶硅錠晶體。
[0004]現(xiàn)階段，提高多晶硅電池的電池轉(zhuǎn)換效率是行業(yè)內(nèi)主要的研發(fā)方向之一，多晶硅片的內(nèi)在質(zhì)量對(duì)最終電池的轉(zhuǎn)換效率有直接影響。在多晶硅錠晶體中，金屬雜質(zhì)是非平衡少數(shù)載流子的重合中心，尤其是鐵和鋁等是非平衡少數(shù)載流子的強(qiáng)重合中心，可以降低非平衡少數(shù)載流子的壽命，反映到以其作為基體制作成的太陽能電池上則是太陽能轉(zhuǎn)換成電能的轉(zhuǎn)換效率偏低。
[0005]金屬雜質(zhì)的形成是由于多晶硅錠晶體的制造工藝導(dǎo)致的，多晶硅片的內(nèi)在質(zhì)量取決于其切割成型之前的多晶硅錠晶體的質(zhì)量。多晶鑄錠晶體中非平衡少數(shù)載流子壽命偏低部分按原因可以分為兩個(gè)區(qū)域:一種是由于多晶硅錠晶體的熔化和長(zhǎng)晶過程都是在石英坩堝內(nèi)進(jìn)行，而石英坩堝的純度相對(duì)于多晶硅錠晶體的硅料比較低，石英坩堝中的金屬雜質(zhì)在聞溫下向多晶娃淀晶體`的娃料擴(kuò)散造成石英樹禍與多晶娃淀晶體表面接觸的部分有比較多的金屬雜質(zhì)富積區(qū)域；另一種是由于多晶硅錠晶體的硅料中的金屬雜質(zhì)通過分凝效應(yīng)聚集在最后凝固的一部分而形成的金屬雜質(zhì)富積區(qū)域。針對(duì)第一種原因形成的金屬雜質(zhì)富積區(qū)域具體現(xiàn)在:1)在多晶硅錠晶體底部和石英坩堝底面接觸的部分有比較高的金屬雜質(zhì)富積區(qū)。針對(duì)這一部分，可以通過檢測(cè)非平衡少數(shù)載流子壽命實(shí)際值把不合格部分去除。2)在多晶硅錠側(cè)面與石英坩堝側(cè)面接觸的部分也有比較高的金屬雜質(zhì)富積區(qū)，針對(duì)這一部分，行業(yè)里常規(guī)的做法是多晶硅錠晶體成型后去掉其側(cè)面一定厚度的邊皮，但是該方法還是會(huì)將一部分金屬雜質(zhì)留在合格的多晶硅錠晶體中，造成最終的晶體硅片出現(xiàn)“黑邊”現(xiàn)象，在PL檢測(cè)時(shí)發(fā)暗，也即這一部分的轉(zhuǎn)換效率偏低。上述兩種去除方法都沒有從本質(zhì)上減少金屬雜質(zhì)富積區(qū)域，而僅僅是產(chǎn)生了金屬雜質(zhì)富積區(qū)域后人為地后期補(bǔ)救措施，減少了多晶鑄錠晶體有效部分的使用率，進(jìn)而影響多晶硅片制造的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]要解決的技術(shù)問題:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種石英坩堝及其制造方法，解決利用現(xiàn)有工業(yè)化生產(chǎn)的普通石英坩堝直接制作多晶硅錠晶體時(shí)會(huì)在多晶硅錠晶體和石英坩堝接觸的表面形成金屬雜質(zhì)富積區(qū)域的技術(shù)問題。[0007]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]—種石英坩堝，包括普通石英坩堝本體，所述普通石英坩堝本體的內(nèi)表面涂有石英砂純度大于99.99%且鐵濃度低于3PPM的高純石英砂涂層。
[0009]一種石英坩堝的制造方法，包括順次執(zhí)行的以下步驟:
[0010]步驟1:在石英砂純度大于99.99%、鐵濃度低于3PPM且粒徑為300-600目的熔融態(tài)高純石英砂中加入其3~5倍重量的純水進(jìn)行充分?jǐn)嚢栊纬蓾{液，攪拌時(shí)間大于24小時(shí)，且注意保持清潔不帶入雜質(zhì)；
[0011]步驟2:將步驟I中攪拌好的漿液靜置2-10分鐘，待石英砂沉淀分層后，倒去上層清液，留下石英砂的濃稠漿液；
[0012]步驟3:向步驟2中的石英砂濃稠漿液中倒入石英砂的濃稠漿液體積1-3倍的電子級(jí)硅溶膠，充分?jǐn)嚢?0-60分鐘；
[0013]步驟4:用涂刷、滾刷或噴霧的方式將步驟3中得到的漿液均勻涂抹在普通石英坩堝本體的內(nèi)表面上，厚度為0.1-0.5毫米；
[0014]步驟5:將步驟4中制作完畢后的石英坩堝放入燒結(jié)爐中，設(shè)定溫度為200-300攝氏度，燒結(jié)I~3小時(shí)；
[0015]步驟6:檢查燒結(jié)后的高純石英砂涂層，若無龜裂、氣泡等異常則為合格品。
[0016]作為優(yōu)選的，在本發(fā)明中，所述步驟4中漿液的涂抹厚度為0.15毫米。實(shí)驗(yàn)證明，厚度為0.15毫米時(shí)，既滿足 了完全隔離金屬雜質(zhì)的目的，又不會(huì)因涂層太厚而導(dǎo)致高純石英砂涂層在使用過程中脫落。
[0017]有益效果:
[0018]本發(fā)明制作的石英坩堝，在普通石英坩堝本體內(nèi)表面涂覆一層高純石英砂涂層，在普通石英坩堝本體與多晶硅錠晶體之間起一定屏蔽作用，降低普通石英坩堝本體中的金屬雜質(zhì)向多晶鑄錠晶體擴(kuò)散的速度，進(jìn)而達(dá)到降低多晶鑄錠晶體中金屬雜質(zhì)含量，從而提高非平衡少數(shù)載流子壽命的目的。
[0019]具體的，一方面，在多晶硅錠晶體底部的非平衡少數(shù)載流子壽命偏低部分會(huì)明顯降低，制造出來的單個(gè)多晶硅錠晶體可以減少不合格長(zhǎng)度為IOmm左右，也即可為每個(gè)多晶硅錠晶體增加14KG的可使用部分，對(duì)于每塊重量為500KG的多晶硅錠晶體來說，也即提高了 2.8%的可使用率。
[0020]另一方面，多晶硅錠晶體側(cè)面的非平衡少數(shù)載流子壽命較低部分也明顯降低，可以明顯提高多晶硅錠晶體側(cè)面的晶體質(zhì)量，降低最終晶體硅片上的“黑邊”比例，提高整體的轉(zhuǎn)換效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的石英坩堝制造的多晶硅錠晶體中非平衡少數(shù)載流子壽命測(cè)試曲線.[0022]圖2為普通石英坩堝制造的多晶硅錠晶體中非平衡少數(shù)載流子壽命測(cè)試曲線?！揪唧w實(shí)施方式】
[0023]取傳統(tǒng)工業(yè)化生產(chǎn)的普通石英坩堝作為制造本發(fā)明的普通石英坩堝本體，在其內(nèi)表面涂有石英砂純度大于99.99%且鐵濃度低于3PPM的高純石英砂涂層。
[0024]具體制造步驟為:順序執(zhí)行以下步驟制造本發(fā)明的石英坩堝:
[0025]步驟1:在石英砂純度大于99.99%、鐵濃度低于3PPM且粒徑為300-600目的熔融態(tài)高純石英砂中加入其4倍重量的純水進(jìn)行充分?jǐn)嚢栊纬蓾{液，攪拌時(shí)間大于24小時(shí)，且注意保持清潔不帶入雜質(zhì)，否則會(huì)影響燒結(jié)完后高純石英砂涂層的質(zhì)量。
[0026]步驟2:將步驟I中攪拌好的漿液靜置8分鐘，待石英砂沉淀分層后，倒去上層清液，留下石英砂的濃稠漿液。
[0027]步驟3:向步驟2中的石英砂濃稠漿液中倒入石英砂的濃稠漿液體積1-3倍的電子級(jí)硅溶膠，充分?jǐn)嚢?5分鐘；該步驟可將1-3倍的電子級(jí)硅溶膠與石英砂濃稠漿液充分融合，使得后期涂抹時(shí)可以緊密細(xì)致地粘附至石英坩堝本體的內(nèi)表面。
[0028]步驟4:用涂刷、滾刷或噴霧的方式將步驟3中得到的漿液均勻涂抹在石英坩堝本體的內(nèi)表面上，厚度為0.15毫米。實(shí)驗(yàn)證明，厚度為0.15毫米時(shí)，既滿足了完全隔離金屬雜質(zhì)的目的，又不會(huì)因涂層太厚而導(dǎo)致高純石英砂涂層在使用過程中脫落。
[0029]步驟5:將步驟4中制作完畢后的石英坩堝放入燒結(jié)爐中，設(shè)定溫度為250攝氏度，燒結(jié)2.5小時(shí)；
[0030] 步驟6:檢查燒結(jié)后的高純石英砂涂層，若無龜裂、氣泡等異常則為合格品。
[0031]燒結(jié)完成后合格的石英坩堝和傳統(tǒng)工業(yè)化生產(chǎn)的石英坩堝使用方法一樣，沒有區(qū)別。
[0032]取本發(fā)明的石英坩堝和普通石英坩堝分別制造多晶硅錠晶體，并測(cè)試這兩種是石英坩堝制造出來的多晶硅錠晶體中的底部非平衡少數(shù)載流子的壽命，分別得到如圖1和圖2所示的曲線，圖中曲線的左邊是表示多晶硅錠晶體的底部非平衡少數(shù)載流子的壽命情況。
[0033]對(duì)于非平衡少數(shù)載流子的壽命低于3微秒的多晶硅錠晶體部分判定為不合格，縱軸的3微秒對(duì)應(yīng)的曲線左邊的橫軸數(shù)值的絕對(duì)值越大表示多晶硅錠晶體的底部的合格部分越多。圖1中3微秒對(duì)應(yīng)的曲線左邊的點(diǎn)為-120mm，圖2中3微秒對(duì)應(yīng)的曲線左邊的點(diǎn)為-108_?？梢姳景l(fā)明的石英坩堝制造出來的多晶硅錠晶體相對(duì)于普通石英坩堝制造出來的多晶娃淀晶體的底部可以增加12mm的合格部分。
[0034]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種石英坩堝，其特征在于:包括普通石英坩堝本體，所述普通石英坩堝本體的內(nèi)表面涂有石英砂純度大于99.99%且鐵濃度低于3PPM的高純石英砂涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石英坩堝的制造方法，其特征在于:包括順次執(zhí)行的以下步驟: 步驟1:在石英砂純度大于99.99%、鐵濃度低于3PPM且粒徑為300-600目的熔融態(tài)高純石英砂中加入其3~5倍重量的純水進(jìn)行充分?jǐn)嚢栊纬蓾{液，攪拌時(shí)間大于24小時(shí)，且注意保持清潔不帶入雜質(zhì)； 步驟2:將步驟I中攪拌好的漿液靜置2-10分鐘，待石英砂沉淀分層后，倒去上層清液，留下石英砂的濃稠漿液； 步驟3:向步驟2中的石英砂濃稠漿液中倒入石英砂的濃稠漿液體積1-3倍的電子級(jí)硅溶膠，充分?jǐn)嚢?0-60分鐘； 步驟4:用涂刷、滾刷或噴霧的方式將步驟3中得到的漿液均勻涂抹在普通石英坩堝本體的內(nèi)表面上，厚度為0.1-0.5毫米； 步驟5:將步驟4中制作完畢后 的石英坩堝放入燒結(jié)爐中，設(shè)定溫度為200-300攝氏度，燒結(jié)I~3小時(shí)； 步驟6:檢查燒結(jié)后的高純石英砂涂層，若無龜裂、氣泡等異常則為合格品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種石英坩堝的制造方法，其特征在于:所述步驟4中漿液的涂抹厚度為0.15毫米。
【文檔編號(hào)】C30B28/04GK103484935SQ201310421585
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】孟濤, 姚玖洪, 路景剛, 余剛 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江榮德新能源科技有限公司