[發明專利]多晶硅錠鑄造用鑄模及其制造方法和多晶硅錠的鑄造方法

無效

• 申請號: 201210163672.5
• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN103225105A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 磯村敬一郎;山崎寬司;齊藤剛
• 申請（專利權）人: 日本精細陶瓷有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B28/06;C30B29/04;F27B14/10
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 蔣雅潔;孟桂超

技術領域

本發明涉及一種多晶硅錠鑄造用鑄模、多晶硅錠鑄造用鑄模的制造方法及多晶硅錠的鑄造方法。

背景技術

以往，在用于鑄造多晶硅錠(其用于稱為太陽能電池板的太陽能電池，且具有99.9999以上的純度)的有底多邊形筒狀鑄模(以下，稱為角槽)中，為了避免污染物混入熔融的多晶硅(以下，稱為熔融多晶硅)，通常使用由99.5％以上高純度的二氧化硅成型得到的二氧化硅角槽。

在這種二氧化硅角槽中，在升溫到多晶硅的熔融溫度即1400℃后再進行冷卻的工序中，由于二氧化硅發生四個階段的結晶形態的變化而導致體積變化，因此造成該二氧化硅角槽破碎。因此，用于鑄造多晶硅錠(其用于太陽能電池)的二氧化硅角槽的現狀是：由于只使用一次便丟棄，因此制造成本高漲，并且，破損的二氧化硅角槽由于很難回收從而需要作為工業廢棄物進行處理，因此費用也變得極大。

在使用只采用二氧化硅作為主材質來成型得到的二氧化硅角槽使多晶硅熔融凝固的情況下，熔融多晶硅會附著在二氧化硅角槽表面。已知一種旨在防止該現象的技術：而將氮化硅作為脫模劑涂覆在角槽表面(例如，專利文件1)，并在1000℃以上進行加熱并燒制。

現有技術文件

專利文件

專利文件1：日本特表2001-510434號公報

發明內容

然而，在上述現有技術中，存在以下問題：熔融多晶硅浸潤到二氧化硅角槽內部，結果造成二氧化硅角槽中所含有的0.5％左右的雜質熔出到熔融多晶硅中，致使經熔融凝固得到的多晶硅錠內含有各種金屬氧化物。

并且，還存在以下問題：在將采用上述技術得到的多晶硅錠用線鋸切成薄片時，當切割從氮化硅脫模劑與二氧化硅角槽處卷入的約數百微米尺寸的顆粒時，線鋸被切斷，需要半至一天的時間來復原。

如上所述，多晶硅中的雜質對稱為太陽能電池板的太陽能電池的重要性能(熱轉換效率或熱轉換速度)會有較大影響，因此防止該雜質的混入或降低雜質的濃度，對于生產廠家而言將成為一個很大的問題。

鑒于上述實際情況，本發明的技術問題是提供一種太陽能電池用的多晶硅錠鑄造用鑄模、多晶硅錠鑄造用鑄模的制造方法及多晶硅錠的鑄造方法，使得可以抑制來自鑄模主體的物質向熔融多晶硅移動，同時實現降低生產成本的目的，從而鑄造超高純度的太陽能電池用的多晶硅錠。

為了解決上述課題，本發明的發明人進行了深入討論，結果發現通過在與熔融的多晶硅接觸側的鑄模主體表面，設置氣孔率范圍為20％～30％、厚度為0.5mm以上的含有氮化硅的覆膜層，可以使得熔融多晶硅不會浸潤到背后的鑄模內部。即，本發明涉及的多晶硅錠鑄造用鑄模是一種以二氧化硅為主體主材質的多晶硅錠鑄造用鑄模，所述多晶硅錠鑄造用鑄模通過在與熔融的多晶硅接觸側的鑄模主體表面涂覆含有氮化硅的漿體并進行燒結，從而具有氣孔率范圍為20％～30％、厚度為0.5mm以上的覆膜層。

在這種情況下，氮化硅的純度范圍優選為99％～99.99％。通過使用具有這種純度的氮化硅，可以在鑄模主體表面形成能夠防止熔融多晶硅浸潤到鑄模內部的致密的覆膜層。另外，當氮化硅的純度不足99％時，將會造成氮化硅中所含有的金屬氧化物向熔融多晶硅中熔出，另外，當氮化硅的純度高于99.99％時，原料價格極高，在工業上是不現實的。

并且，在本發明涉及的多晶硅錠鑄造用鑄模中，二氧化硅，作為鑄模主體的主材質，其純度范圍可以設為70％～99％。即，通過在鑄模主體表面形成具有上述結構的覆膜層，使得構成鑄模主體的二氧化硅與熔融多晶硅之間實質上不接觸，從而可以抑制來自鑄模主體的物質向熔融多晶硅移動。因此，無需使用99.5％以上高純度、高價格的二氧化硅，而可以使用低純度、低價格的二氧化硅作為構成鑄模主體的主材質，可以實現降低多晶硅錠生產成本的目的。

并且，本發明涉及的多晶硅錠鑄造用鑄模的制造方法是一種以二氧化硅為主體主材質的多晶硅錠鑄造用鑄模的制造方法，包括：在與熔融的多晶硅接觸側的鑄模主體表面，涂覆含有氮化硅的漿體的工序；以及，對涂覆漿體后的鑄模主體進行燒結，形成氣孔率范圍為20％～30％、厚度為0.5mm以上的覆膜層的工序。

在這種情況下，氮化硅的純度優選范圍設為99％～99.99％。通過使用具有這種純度的氮化硅，可以在鑄模主體表面形成能夠防止熔融多晶硅浸潤到鑄模內部的致密的覆膜層。另外，當氮化硅的純度不足99％時，將會造成氮化硅中所含有的金屬氧化物向熔融多晶硅中熔出，另外，當氮化硅的純度高于99.99％時，原料價格極高，在工業上是不現實的。