[發明專利]一種晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法

有效

• 申請號: 201210369325.8
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN102898034A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 黃新明;尹長浩;周海萍;鐘根香
• 申請（專利權）人: 東海晶澳太陽能科技有限公司;南京工業大學
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 李海波

技術領域

本發明屬于太陽電池技術領域，具體涉及一種晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法。

背景技術

在晶體硅鑄錠生產中，氮化硅涂層起到隔絕硅熔體和熔融石英坩堝，從而起到阻止坩堝本體內的雜質向硅料中的擴散并污染硅料，同時保證硅錠與坩堝不發生粘連從而實現順利脫模的重要作用，因而在晶體硅鑄錠過程中氮化硅涂層必不可少。

對于晶體硅鑄錠而言，氮化硅涂層不同區域所處環境不同，如圖1所示，其中硅液線位置為固、液、氣三相交界區，此處硅熔體與氮化硅涂層的基體，熔融石英坩堝的反應相對最為強烈，同時此處的氮化硅涂層還受到硅液體波動的侵蝕，并且在硅晶體生長的過程中硅液線逐漸上升，對氮化硅涂層產生一定的物理沖擊，因而此處的氮化硅涂層最易剝落，失效。其中最重要的影響因素為硅熔體與熔融石英坩堝的反應程度，這一反應與此處氮化硅涂層的致密度存在相互影響的關系。

因而如何增強這一區域氮化硅涂層的致密度是解決粘堝問題的關鍵之一。

對于常規鑄錠通常采用的噴涂燒結法制備氮化硅涂層而言，其弊端實現而易見的：在噴涂操作過程中，相對一部分氮化硅粉隨排風一起流失，既造成氮化硅粉的浪費又造成環境的污染，而1100℃左右的燒結溫度需要大量電能及運行時間，因而亟待改善。

目前國內外已見通過在氮化硅漿料中引入粘結劑實現氮化硅涂層早期強度提高的相關研究報道，如R.Einhaus等人在氮化硅涂層中引入PVA作為成膜劑，以噴涂制備氮化硅涂層的實驗研究，但由于氮化硅涂層與硅熔體間非浸潤性的破壞，導致硅錠開裂，如圖2所示。

另據申請號為201110258563.7的專利中報道以聚乙烯醇、聚丙烯酸等作為粘結采用噴涂法制備免燒結氮化硅涂層的報道，但實驗證明該方法制備的氮化硅涂層強度較差，粘堝現象嚴重無法正常使用。

綜上所述，目前提高氮化硅涂層強度仍然是本領域一項重要課題，當前雖然已見通過引入粘結劑的方法來提高涂層成膜性能和早期強度的研究，但由于無法控制有機物對涂層非浸潤性的影響，目前仍然無法用于實際生產；而相關專利提及在噴涂過程中使用粘結劑的方法，由于沒有從根本上改善顆粒排列結構，無法從根本上提高氮化硅涂層的強度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法，該方法可以避免氮化硅涂層在噴涂過程中粉塵的產生，進一步提高氮化硅粉的有效利用率，降低氮化硅粉的用量，從而降低生產成本；同時由于避免粉塵的產生，增強了操作過程中的環境友好性，降低了對人體的傷害；制得的氮化硅涂層的致密度和非浸潤性強，不易粘堝，制成的硅錠好。

本發明的上述技術問題是通過如下技術方案來實現的：一種晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法，采用液相沉積的方法在坩堝內壁的易粘堝區域制得氮化硅涂層后，對該區域氮化硅涂層進行致密化和非浸潤性處理，并采用液相沉積的方法在坩堝內壁的其它區域制得氮化硅涂層，最后將氮化硅涂層進行低溫烘烤或免燒結處理，獲得晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層。

本發明所述坩堝內壁的易粘堝區域主要為坩堝的硅液線區域以及坩堝內部的棱、角區域。

本發明制得氮化硅涂層的方式為：直接將氮化硅漿料涂布在坩堝內壁的易粘堝區域或其它區域，通過氮化硅顆粒自動沉積，將氮化硅漿料涂布于坩堝的內壁，也稱之為液相沉積法。

相比較于現有技術中通常采用氣體噴霧的方式進行噴涂，本發明采用上述液相沉積的方式，可以更好的將氮化硅漿料涂布于坩堝的易粘堝區域，涂布的氮化硅涂層的孔隙率低，強度高。

通常來說，涂布氮化硅漿料的方式大體由以下幾種：刷涂、輥涂、噴涂以及澆注等，現有技術中大多采用氣體噴霧的方式進行噴涂，實際上，采用刷涂和輥涂的方式制得的氮化硅涂層的孔隙率要遠小于噴涂以及澆注的方式，相比較而言，刷涂的方法較輥涂的方法要好，輥涂的方法較噴涂的方法要好，噴涂又優于澆注的方式，采用刷涂的方式獲得的氮化硅涂層更加致密些，本發明對坩堝內壁的易粘堝區域的氮化硅涂層采用刷涂的方式，對于坩堝內壁的其它區域，對氮化硅涂層的要求不太高的地方，采用噴涂、輥涂以及澆注或者其中兩種相結合的方式。

本發明所述氮化硅漿料由氮化硅粉末、純水和粘結劑按重量份比為100:70~450:0.1~15配制而成。

本發明所述粘結劑為甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、聚乙烯醇和膠體二氧化硅中的一種或幾種。

本發明所述致密化處理為：在坩堝的易粘堝區域的氮化硅漿料的干燥過程中，通過攪動、振動或擠壓機械作用使坩堝易粘堝區域的氮化硅顆粒呈致密化排列，獲得致密化氮化硅涂層。