在多晶硅鑄錠用坩堝的內表面上形成涂層的方法技術

本發明專利技術涉及一種在多晶硅鑄錠用坩堝內表面上形成涂層的方法，特別是在無需高溫燒結的條件下在多晶硅鑄錠用坩堝內表面上形成涂層的方法。本發明專利技術還涉及包含使用所述方法制備的涂層的多晶硅鑄錠用坩堝。由于根據本發明專利技術所述的在多晶硅鑄錠用坩堝內表面上形成涂層的方法無需高溫燒結條件，所以可以節省大量的能源，并且使用根據本發明專利技術的坩堝制備的多晶硅鑄錠的有效重量比高于使用常規方法制備的坩堝制備的鑄錠，這使得生產成本降低，生產效率提高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種，特別是在無需高溫燒結的條件下。本專利技術還涉及包含使用該方法形成的涂層的多晶硅鑄錠用坩堝。
技術介紹
晶體硅太陽能電池的基礎材料為多晶硅片和單晶硅片，多晶硅片是把定向凝固法生產的多晶硅鑄錠切割成而成。多晶硅定向凝固法是把多晶硅原料熔化在石英坩堝中，并控制熔液的溫度梯度，使硅熔液自下而上進行凝固，得到晶粒向上生長的多晶硅錠。多晶硅鑄錠所用的石英坩堝的主要成分是二氧化硅，在鑄錠前，需要在石英坩堝內表面預先制備氮化硅涂層，其目的是為了防止硅熔液和石英坩堝反應。因為石英坩堝對多晶硅鑄錠的形成具有如下副作用1)硅熔液和石英坩堝中的二氧化硅反應可以生成一氧化硅和氧氣，氧氣熔解在硅熔液中造成氧含量增加；2) —氧化硅揮發出后，可以與鑄錠內的石墨部件反應，生成碳化硅和一氧化碳，一氧化碳反過來會和硅熔液反應，生成碳化硅等雜質；3)硅熔液和石英坩堝反應后，當硅熔液凝固后，硅固體會和石英坩堝粘結在一起， 由于硅和石英的熱膨脹系數不同，在硅固體冷卻過程中，很可能造成硅錠出現過大應力而造成硅錠出現開裂等情況。為了避免石英坩堝對多晶硅鑄錠的副作用，現有技術中一般是通過在石英坩堝上形成一層氮化硅涂層。該氮化硅涂層一般是通過如下步驟形成將氮化硅粉和純水混合成漿液后，采用壓力噴涂的方法來制備涂層，并有氧環境中燒結，一般情況下需要在900 1070°C的溫度下保溫2 4小時，以增加致密度。然而，現有技術中的氮化硅涂層仍存在一些問題1)氮化硅涂層都是通過高溫燒結形成的，這樣使得能源消耗比較高；2)氮化硅涂層一般采用噴涂的方法把氮化硅粉制備成涂層，涂層致密度較低，在使用前或使用過程中容易脫落；3)現有技術中的氮化硅涂層的厚度一般要求在200 300微米以上，且各處均勻，實際上，石英坩堝各處對涂層的要求并不一樣，特別是硅熔液液面位置的涂層的侵蝕比較嚴重，所以，涂層的厚度也需要一定的優化。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術的一個目的是提供一種。本專利技術的另一目的是提供包含使用上述方法形成的涂層的多晶硅鑄錠用坩堝。本專利技術的一個方面提供使用涂料組合物在多晶硅鑄錠用坩堝上形成涂層的方法，其包括如下步驟I)將坩堝在空氣中加熱并保溫在80_100°C，2)將涂料組合物通過涂刷或滾刷的方法涂布在坩堝的內表面上，使干燥后的涂層厚度為 200 μ m-1000 μ m ；3)在預先確定的硅熔液液面位置±50mm范圍內進一步涂布涂料組合物，使干燥后的涂層總厚度為在步驟2)中制備的涂層的干燥后厚度的I. I 2倍；4)使涂布后的坩堝在50 350°C干燥I 3小時；其中，所述涂料組合物包含10-60wt%氮化硅，和作為溶劑的水；所述硅熔液液面位置是指在多晶硅鑄錠用坩堝中的硅原料完全熔化后，硅熔液的自由液面所在的位置。所述多晶硅鑄錠用坩堝可以為，例如，石英坩堝。優選地,所述涂料組合物進一步包含O. 5% -50wt %,優選O. 5 % -30wt%的添加齊U，所述添加劑為選自Cl C4的醇，例如甲醇、乙醇、丙醇或丁醇；丙烯酸；聚乙烯醇(PVA)的一種或多種；當使用包含所述添加劑的涂料組合物之后，步驟4)中的干燥溫度可以進一步降低至50 150°C。·所述聚乙烯醇的重均分子量為20，000-220, 000，優選為120，000-170, 000。本專利技術的另一方面提供了包含使用上述方法形成的涂層的多晶硅鑄錠用坩堝。與現有技術相比，本專利技術的在多晶硅鑄錠用坩堝上形成涂層的方法具有如下優占-^ \\\ ·I)氮化硅涂層采用涂刷或滾刷的方法來制備，其制備的涂層表面粗糙度比噴涂的低，且更重要的是，通過本專利技術的方法制備的涂層致密度比較高；2)氮化硅漿料中可以適量加入所述添加劑，加入所述添加劑可以使在上述方法的步驟4)中的干燥溫度進一步降低，從而可以進一步節省能源；3)在硅熔液液面位置上下50mm范圍內進一步增加涂層的厚度，通常為正常厚度的I. I 2倍，如此是因為在硅熔液液面處，硅熔液對涂層的侵蝕比較嚴重；4)根據本專利技術的在多晶硅鑄錠用坩堝上形成氮化硅涂層的方法無需有氧高溫燒結，只需要在低溫干燥即可，例如在50 350°C烘干水分即可，這樣可節省大量的能源。附圖說明圖I為顯示包含常規涂層的多晶硅鑄錠用坩堝的示意圖。圖2為顯示包含使用根據本專利技術所述的方法形成的涂層的多晶硅鑄錠用坩堝的示意圖。具體實施例方式下面將以實施例的方式進一步說明本專利技術優選的實施方式，但本專利技術并不限于此。實施例I根據下面的步驟在石英坩堝的內表面上形成涂層，從而得到包含使用根據本專利技術所述的方法形成涂層的多晶硅鑄錠用坩堝I)稱取400g的氮化硅粉，向其中加入1600g純水，攪拌均勻分散后制備成涂料組合物；2)把石英坩堝放置在加熱裝置上，加熱到80°C并保溫；3)把在上述步驟I)中制備的涂料組合物用涂刷方法使其在石英坩堝內表面形成干燥后的厚度為300微米的涂層；在此之前，計算出硅熔液液面的位置，在涂刷時，需要在液面位置上下50毫米范圍內涂布多次，使在此處的涂層更厚，此處的干燥后的厚度為500微米；4)使涂布后的石英坩堝在200°C有氧環境中干燥2小時，冷卻備用。實施例2除了在步驟I)中加入20g的甲醇，在步驟4)中的干燥溫度為100°C之外，以與實施例I相同的步驟得到包含使用根據本專利技術所述的方法形成的涂層的多晶硅鑄錠用坩堝。實施例3除了在步驟I)中加入15g的丙烯酸，在步驟4)中的干燥溫度為100°C之外，以與實施例I相同的步驟得到包含使用根據本專利技術所述的方法形成的涂層的多晶硅鑄錠用坩·堝。實施例4除了在步驟I)中加入5g的聚乙烯醇(PVA)，在步驟4)中的干燥溫度為100°C之夕卜，以與實施例I相同的步驟得到包含使用根據本專利技術所述的方法形成的涂層的多晶硅鑄錠用坩堝。比較實施例II)稱取400g的氮化硅粉，向其中加入1600g純水，攪拌均勻分散后制備成涂料組合物；2)把石英坩堝放置在加熱裝置上，加熱到80°C并保溫；3)把在上述步驟I)中制備的涂料組合物通過壓力噴涂在坩堝的內表面上均勻地形成涂層，使得其干燥后的厚度為300微米；4)使涂布后的坩堝置于有氧環境中在1000°C下進行燒結4小時,冷卻后備用。如在下表I中所示，相對于高溫燒結的涂層，即使用比較實施例I所述的方法形成的涂層，根據本專利技術所述的方法形成的涂層由于其沒有采用高溫燒結，氧化硅表面的氧化層較薄，涂層氧含量較低，硅溶液中的氧含量降低，一氧化硅氣體的生成量減少，進而碳化硅等雜質生成的量也相應減少，從而提高了鑄錠的質量。同時，由于在本專利技術所述的方法中對涂層最脆弱的地方進行了加厚處理，使得根據本專利技術所述的方法形成的涂層成功起到了把硅熔液和坩堝分離的目的。與使用現有技術中的方法制備的多晶硅鑄錠坩堝相比，使用在本專利技術實施例I 4得到的多晶硅鑄錠用坩堝所生產的多晶硅鑄錠質量較優良，雜質長度(含有雜質的部分)降低，氧含量降低。多晶硅鑄錠的質量主要體現在錠的有效重量比，也即錠可用于后期工序的部分占多晶硅鑄錠投料量的百分比。因為多晶鑄錠可能包含以下幾種不可用的部分1)少子壽命較低部分、2)雜質部分、3)微晶部分、4)裂紋部分、5)廢棄層和6)邊皮，前四部分都非合格部分，后兩部分是固定去除部分，去這六項即為有效部分。而降低前四項即增加了有效重量。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在多晶硅鑄錠用坩堝的內表面上形成涂層的方法，該方法包括如下步驟：1)將坩堝在空氣中加熱并保溫在80？100℃，2)將涂料組合物通過涂刷或滾刷的方法涂布在坩堝的內表面上，使干燥后的涂層厚度為200μm？1000μm；3)在預先確定的硅熔液液面位置±50mm范圍內進一步涂布涂料組合物，使干燥后的涂層總厚度為在步驟2)中制備的涂層的干燥后厚度的1.1～2倍；4)使涂布后的坩堝在50～350℃干燥1～3小時；其中，所述涂料組合物包含：10？60wt％氮化硅，和作為溶劑的水；所述硅熔液液面位置是指在坩堝中的硅原料完全熔化后，硅熔液的自由液面所在的位置。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：孟濤，姚玖洪，
申請(專利權)人：鎮江仁德新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：