一種多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝及其制備方法，包括裸堝，在所述裸堝內(nèi)底面依次涂覆有第一氮化硅涂層和形核涂層，所述形核涂層是由形核物以若干不連續(xù)的島狀體分布在第一氮化硅涂層上所構(gòu)成，在所述裸堝的內(nèi)壁上還涂覆有第二氮化硅涂層。本發(fā)明形核涂層是由形核物以若干島狀體形狀分布在第一氮化硅涂層上所構(gòu)成，島狀體和形核物能夠引導(dǎo)晶體形核，與現(xiàn)有硅料自發(fā)隨即形核生長(zhǎng)相比，本發(fā)明能夠形成均勻、大小適中的晶核，有利于晶體的后期生長(zhǎng)質(zhì)量，從而提升硅片轉(zhuǎn)化效率，而且，形核涂層牢牢固定在坩堝上，使用后不易脫落，同時(shí)島體狀異型結(jié)構(gòu)，有利于鑄錠后坩堝的脫模，能夠大大降低粘鍋甚至裂錠的概率，使得后續(xù)硅錠尾料處理更加容易。
【專利說(shuō)明】一種多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光伏太陽(yáng)能電池制造領(lǐng)域，特別涉及一種多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝，還涉及該多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝的制備方法，用于鑄造多晶硅錠。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，光伏太陽(yáng)能電池制造行業(yè)中的多晶硅鑄造分為無(wú)籽晶和有籽晶兩種鑄造方法，這兩種方法各有其缺點(diǎn)。
[0003]傳統(tǒng)的無(wú)籽晶鑄造方法，在硅晶體的形核過程中，熔融狀態(tài)的硅料自發(fā)隨即形核生長(zhǎng)，形成的晶核均勻性較差，導(dǎo)致后期晶體長(zhǎng)晶過程中形成較多的位錯(cuò)及其他缺陷，硅片晶粒分布不均勻，其光電轉(zhuǎn)化效率普遍偏低。
[0004]近幾年發(fā)展起來(lái)的籽晶鑄造方法，位錯(cuò)密度等晶體缺陷減少，電池轉(zhuǎn)化效率得到大幅提升，然而，采用以細(xì)碎硅料為籽晶的半熔方法導(dǎo)致硅錠底部低少子壽命區(qū)域長(zhǎng)度偏大，鑄錠良率受較大影響，并且切斷的尾料部分較難處理，從而使得制造成本居高不下。
[0005]最近，發(fā)展出來(lái)一種用石英砂顆粒預(yù)埋在坩堝底部作為籽晶，生產(chǎn)高效硅錠的方法，然而，其缺陷在于:由于坩堝底部往往使用較大的石英砂顆粒或者是顆粒細(xì)小的成片的石英砂層，很容易引起粘鍋，進(jìn)而產(chǎn)生硅錠開裂，從而嚴(yán)重影響硅錠產(chǎn)量。同時(shí)，脫落的石英砂顆粒容易鑲嵌在硅錠底部，為后續(xù)尾料循環(huán)使用帶來(lái)不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種能夠提高硅錠質(zhì)量、提升硅片轉(zhuǎn)化效率、減少粘鍋且降低制造成本的多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝。
[0007]本發(fā)明的第一個(gè)目的通過以下的技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn):一種多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝，包括裸堝，其特征在于:在所述裸堝內(nèi)底面依次涂覆有第一氮化硅涂層和形核涂層，所述形核涂層是由形核物以若干不連續(xù)的島狀體分布在第一氮化硅涂層上所構(gòu)成，在所述裸堝的內(nèi)壁上還涂覆有第二氮化硅涂層。
[0008]本發(fā)明形核涂層是由形核物以若干島狀體形狀分布在第一氮化硅涂層上所構(gòu)成，島狀體和形核物能夠引導(dǎo)晶體形核，與現(xiàn)有硅料自發(fā)隨即形核生長(zhǎng)相比，本發(fā)明能夠形成均勻、大小適中的晶核，有利于晶體的后期生長(zhǎng)質(zhì)量，從而提升硅片轉(zhuǎn)化效率，而且，形核涂層牢牢固定在坩堝上，使用后不易脫落，同時(shí)島體狀異型結(jié)構(gòu)，有利于鑄錠后坩堝的脫模，能夠大大降低粘鍋甚至裂錠的概率，使得后續(xù)硅錠尾料處理更加容易。 [0009]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在所述形核涂層的島狀體外表面上及各島狀體的間隙中還涂覆有第三氮化硅涂層。鑄錠完成后，該第三氮化硅涂層可以確保形核涂層不會(huì)粘結(jié)在硅錠底部，方便后續(xù)尾料循環(huán)，同時(shí)提高了硅錠切片利用率。
[0010]本發(fā)明所述的形核物為硅粉、硅顆粒、石英砂、碳化硅或氮化硅中的一種或幾種，所述石英砂、碳化硅和氮化硅的晶格結(jié)構(gòu)與硅相同。其中，碳化硅或氮化硅為粉末或者顆粒形態(tài)，形核物還可以是其它與晶體硅晶格結(jié)構(gòu)相近的物質(zhì)。[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式，所述形核物的粒度為10~1000目，優(yōu)選為50~300目。
[0012]作為本發(fā)明的推薦實(shí)施方式，所述島狀體橫截面的形狀為圓形、橢圓形或者矩形，也可以是其它較為圓滑的規(guī)則形狀；所述島狀體的橫截面的最大長(zhǎng)度是I~50_，厚度為
0.1~IOmm,優(yōu)選為0.5~5mm,相鄰的島狀體間隔I~20mm。
[0013]優(yōu)選地,本發(fā)明所述的第一氮化娃涂層的厚度是50~300微米,優(yōu)選為100~150微米。
[0014]本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種上述多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝的制備方法。
[0015]本發(fā)明的第二個(gè)目的通過以下的技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn):一種上述多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
[0016]⑴制作裸堝；
[0017]⑵在裸堝內(nèi)底面涂覆第一氮化硅涂層并烘干；
[0018]⑶在步驟⑵獲得的坩堝的第一氮化硅涂層上制作形核涂層，即將形核物以若干不連續(xù)的島狀體設(shè)置在第一氮化硅涂層上構(gòu)成形核涂層；
[0019]⑷在步驟⑶獲得的坩堝的內(nèi)壁上涂覆第二氮化硅涂層即得。
[0020]作為本發(fā)明的 一種改進(jìn)，在步驟⑶獲得的坩堝的形核涂層的島狀體外表面上及各島狀體的間隙中涂覆第三氮化硅涂層。
[0021]作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，制作形核涂層包括以下步驟:
[0022]①將網(wǎng)狀模板平置且緊貼在由步驟⑵獲得的坩堝的第一氮化硅涂層上；
[0023]②將形核物涂覆在網(wǎng)狀模板上，以使形核物填充在網(wǎng)狀模板的網(wǎng)孔中；
[0024]③移除網(wǎng)狀模板，形核物以若干不連續(xù)的島狀體設(shè)置在第一氮化硅涂層上，即得形核涂層。
[0025]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述第三氮化硅涂層的厚度為20-200微米，優(yōu)選為50-80微米。該第三氮化硅涂層的厚度適中，使熔融硅液能夠穿透該第三氮化硅涂層而與形核涂層相接觸，以便熔融硅液以形核物為籽晶形核長(zhǎng)晶。所述模板的網(wǎng)絲直徑為I~20mm，優(yōu)選為3~IOmm,網(wǎng)孔孔徑為I~50mm,優(yōu)選為5~20mm。
[0026]本發(fā)明所述第一、第二、第三氮化硅涂層及所述形核涂層以刷涂、滾涂或者噴涂方式進(jìn)行涂覆，優(yōu)選刷涂方式。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著的效果:
[0028]⑴本發(fā)明形核涂層是由形核物以若干不連續(xù)島狀體分布在第一氮化硅涂層上所構(gòu)成，島狀體和形核物能夠引導(dǎo)晶體形核，形成均勻、大小適中的晶核，有利于晶體的后期生長(zhǎng)質(zhì)量，從而提升硅片轉(zhuǎn)化效率，而且，形核涂層牢牢固定在坩堝上，使用后不易脫落，同時(shí)島體狀異型結(jié)構(gòu)，利于鑄錠后坩堝的脫模，能夠大大降低粘鍋甚至裂錠的概率，使得后續(xù)硅錠尾料處理更加容易。
[0029]⑵第一、第二氮化硅涂層有效地隔絕阻止了高溫下熔融硅液與坩堝的接觸反應(yīng)，避免發(fā)生粘鍋。
[0030]⑶本發(fā)明能夠顯著降低硅片內(nèi)部缺陷，改善硅錠質(zhì)量，提高其制成電池片后光電轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)顯著提高了硅錠切片利用率，減少了粘鍋的概率，降低了生產(chǎn)成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0032]圖1是本發(fā)明制備工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]如圖1所示，本發(fā)明一種多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝，包括裸堝1，在裸堝I內(nèi)底面依次涂覆有第一氮化硅涂層2、形核涂層4和第三氮化硅涂層5，第一氮化硅涂層的厚度是50~300微米，優(yōu)選為100~150微米。形核涂層4是由形核物以若干不連續(xù)的島狀體41分布在第一氮化硅涂層2上所構(gòu)成，島狀體和形核物能夠引導(dǎo)晶體形核，形成均勻、大小適中的晶核，有利于晶體的后期生長(zhǎng)質(zhì)量，提升硅片轉(zhuǎn)化效率。在裸堝I的內(nèi)壁上還涂覆有第二氮化硅涂層(圖中未畫出)，第一、二氮化硅涂層可以有效隔絕熔融硅液與坩堝發(fā)生反應(yīng)，避免發(fā)生粘鍋。第三氮化硅涂層5涂覆在形核涂層4的島狀體41外表面上及各島狀體41的間隙42中，第三氮化硅涂層5的厚度為20-200微米，優(yōu)選為50-80微米，該第三氮化硅涂層5的厚度適中，使熔融硅液能夠穿透該第三氮化硅涂層而與形核涂層相接觸，以便熔融硅液以形核物為籽晶形核長(zhǎng)晶，而且，使得形核物不會(huì)粘結(jié)在硅錠底面上，方便后續(xù)硅錠尾料處理。
[0034]在本實(shí)施例中，形核物可以是硅粉、硅顆粒、石英砂、碳化硅或氮化硅中的一種或幾種，其中，石英砂、碳化硅和氮化硅的晶格結(jié)構(gòu)與硅的晶格結(jié)構(gòu)相同。形核物還可以是其它與晶體硅晶格結(jié)構(gòu)相近的物質(zhì)。形核物的粒度為10~1000目，優(yōu)選為50~300目。
[0035]形核涂層4的島狀體41橫截面的形狀為圓形、橢圓形或者矩形，也可以是其它較為圓滑的規(guī)則形狀；島狀體的橫截面的最大長(zhǎng)度是I~50mm,厚度為0.1~IOmm,優(yōu)選為
0.5~5mm,相鄰的島狀體間隔I~20mm。
[0036]一種上述多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝的制備方法，參見圖1，包括以下步驟:
[0037]⑴制作裸堝I ;
[0038]⑵在裸堝I內(nèi)底面涂覆第一氮化硅涂層2并烘干，具體采用刷涂方式，烘干溫度是50~80攝氏度；
[0039]⑶在步驟⑵獲得的坩堝的第一氮化硅涂層2上制作形核涂層4，即將形核物以若干不連續(xù)的島狀體41設(shè)置在第一氮化硅涂層2上構(gòu)成形核涂層4，制作形核涂層4包括以下步驟:
[0040]①將一張尺寸略小于坩堝內(nèi)底面的網(wǎng)狀模板6平置且緊貼在由步驟⑵獲得的坩堝的第一氮化硅涂層2上，模板的網(wǎng)絲61的直徑為I~20mm，優(yōu)選為3~10mm，網(wǎng)孔62孔徑為I~50mm,優(yōu)選為5~20_ ；
[0041]②將形核物涂覆在網(wǎng)狀模板6上，具體采用刷涂方式，以使形核物填充在網(wǎng)狀模板6的網(wǎng)孔62中；
[0042]③移除網(wǎng)狀模板6，形核物以若干不連續(xù)的島狀體41設(shè)置在第一氮化硅涂層2上，即得形核涂層4。
[0043]形核涂層4牢牢固定在坩堝上，使用后不易脫落，同時(shí)島體狀異型結(jié)構(gòu)，利于鑄錠后坩堝的脫模，能 夠大大降低粘鍋甚至裂錠的概率，使得后續(xù)硅錠尾料處理更加容易。
[0044]⑷在步驟⑶獲得的坩堝的形核涂層4的島狀體41外表面上及各島狀體41的間隙42中刷涂第三氮化硅涂層5，鑄錠完成后，該第三氮化硅涂層5可以確保形核涂層不會(huì)粘結(jié)在硅錠底部，方便后續(xù)尾料循環(huán)，同時(shí)提高了硅錠切片利用率。在坩堝的內(nèi)壁上還噴涂第二氮化硅涂層即得到多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝。
[0045]第一、第二、第三氮化硅涂層及形核涂層還可以采用滾涂、噴涂等方式進(jìn)行涂覆，刷涂方式為優(yōu)選方式。
[0046] 本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝，包括裸堝，其特征在于:在所述裸堝內(nèi)底面依次涂覆有第一氮化硅涂層和形核涂層，所述形核涂層是由形核物以若干不連續(xù)的島狀體分布在第一氮化硅涂層上所構(gòu)成，在所述裸堝的內(nèi)壁上還涂覆有第二氮化硅涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝，其特征在于:在所述形核涂層的島狀體外表面上及各島狀體的間隙中還涂覆有第三氮化硅涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝，其特征在于:所述形核物為硅粉、硅顆粒、石英砂、碳化硅或氮化硅中一種或幾種，所述石英砂、碳化硅和氮化硅的晶格結(jié)構(gòu)與硅相同；所述形核物的粒度為10~1000目，優(yōu)選為50~300目。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝，其特征在于:所述島狀體橫截面的形狀為圓形、橢圓形或者矩形；所述島狀體的橫截面的最大長(zhǎng)度是I~50mm，厚度為0.1~IOmm,優(yōu)選0.5~5mm,相鄰的島狀體間隔I~20mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝，其特征在于:所述第一氮化硅涂層的厚度是50~300微米，優(yōu)選為100~150微米。
6.一種權(quán)利要求1所述的多晶鑄錠用異構(gòu)涂層坩堝的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)制作裸 堝； ⑵在裸堝內(nèi)底面涂覆第一氮化硅涂層并烘干； ⑶在步驟⑵獲得的坩堝的第一氮化硅涂層上制作形核涂層，即將形核物以若干不連續(xù)的島狀體設(shè)置在第一氮化硅涂層上構(gòu)成形核涂層； ⑷在步驟⑶獲得的坩堝的內(nèi)壁上涂覆第二氮化硅涂層即得。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:在步驟⑶獲得的坩堝的形核涂層的島狀體外表面上及各島狀體的間隙中涂覆第三氮化硅涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于:制作形核涂層包括以下步驟: ①將網(wǎng)狀模板平置且緊貼在由步驟⑵獲得的坩堝的第一氮化硅涂層上； ②將形核物涂覆在網(wǎng)狀模板上，以使形核物填充在網(wǎng)狀模板的網(wǎng)孔中； ③移除網(wǎng)狀模板，形核物以若干不連續(xù)的島狀體設(shè)置在第一氮化硅涂層上，即得形核涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于:所述第三氮化硅涂層的厚度為20-200微米，優(yōu)選為50-80微米；所述模板的網(wǎng)絲直徑為I~20mm，優(yōu)選為3~10mm，網(wǎng)孔孔徑為I~50mm,優(yōu)選為5~20mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于:所述第一、第二、第三氮化硅涂層及所述形核涂層以刷涂、滾涂或者噴涂方式進(jìn)行涂覆。
【文檔編號(hào)】C30B29/06GK103966664SQ201410143417
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】顏頡頏, 王建立, 張華利, 崔鵬, 高源 , 張欣 申請(qǐng)人:晶海洋半導(dǎo)體材料（東海）有限公司