[發(fā)明專利]多晶硅鑄錠用坩堝涂層的制備方法以及坩堝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310286498.8
• 申請(qǐng)日: 2013-07-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103396170A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李儀成;陳潔;程小理;昝武;李建帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 特變電工新疆新能源股份有限公司
• 主分類號(hào): C04B41/87
• 分類號(hào): C04B41/87
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 羅建民;鄧伯英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多晶硅鑄錠用坩堝涂層的制備方法以及坩堝。

背景技術(shù)

目前，多晶硅電池成本上的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)使其逐步取代了單晶硅電池在市場(chǎng)中的主導(dǎo)地位。在硅材料太陽(yáng)能電池行業(yè)中，多晶硅鑄錠已經(jīng)成為主體鑄錠技術(shù)。在多晶硅鑄錠過(guò)程中，為使硅錠順利脫模分離和防止高溫下液態(tài)硅與石英陶瓷制成的坩堝發(fā)生反應(yīng)，需在坩堝內(nèi)表面上制作涂層，并要求涂層為高純度，性質(zhì)穩(wěn)定，并與坩堝內(nèi)表面具有合適的結(jié)合強(qiáng)度。

長(zhǎng)期以來(lái)，多晶硅鑄錠用坩堝涂層的原材料主要采用晶態(tài)Si₃N₄粉，通常是將其直接加入去離子水中攪拌均勻后，再噴涂在坩堝內(nèi)表面，然后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)形成氮化硅涂層。為降低能耗成本，提高工作效率，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)一些坩堝噴涂后免燒結(jié)的涂層制備方法，主要是通過(guò)在氮化硅懸浮液中增添硅溶膠、聚乙烯醇等物質(zhì)，以起到快速固化和有效粘結(jié)的作用。但采用這些方法制作的涂層會(huì)相應(yīng)增加硅錠中碳氧金屬等雜質(zhì)的含量。例如，硅溶膠包含納米級(jí)別的二氧化硅顆粒，在鑄錠過(guò)程中會(huì)與硅熔體反應(yīng)而生成一氧化硅；而有機(jī)物質(zhì)在高溫下會(huì)發(fā)生分解或者揮發(fā)，整體上都降低了涂層致密性，易對(duì)硅錠造成一定程度的雜質(zhì)污染，從而影響硅錠的質(zhì)量。此外，噴涂后免燒結(jié)則意味著涂層結(jié)晶度低，相對(duì)于鑄錠加熱過(guò)程是不穩(wěn)定的，則對(duì)晶體的生長(zhǎng)會(huì)造成影響，特別是長(zhǎng)晶初期成核階段。

另外，雖然眾多光伏企業(yè)對(duì)傳統(tǒng)的涂層的制備方法進(jìn)行了改進(jìn)與優(yōu)化，但均未實(shí)際考慮氮化硅粉的分散性和粒徑分布均勻性，因氮化硅粉的顆粒小，粒徑為微米級(jí)別，在出廠包裝、長(zhǎng)途運(yùn)輸、長(zhǎng)期存放過(guò)程中會(huì)擠壓團(tuán)結(jié)甚至受潮，分散性嚴(yán)重降低，即使將氮化硅微粉緩慢傾倒入去離子水中，在液體中均易產(chǎn)生假性顆粒和團(tuán)積現(xiàn)象，從而造成攪拌不均勻而影響涂層效果的現(xiàn)象，進(jìn)而嚴(yán)重影響硅錠的質(zhì)量。再者，由于氮化硅粉的粒徑是在一定范圍內(nèi)波動(dòng)的，分布均勻性不好，顆粒比表面積小，吸附能力弱，易造成硅錠脫模后粘附一層白色的氮化硅涂層，導(dǎo)致邊角料回收成本的大大增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種多晶硅鑄錠用坩堝涂層的制備方法以及坩堝，通過(guò)該方法制成的坩堝涂層穩(wěn)定性好、能夠保障坩堝涂層的高致密度和合適的結(jié)合強(qiáng)度，從而能夠確保硅錠的脫模完整性和硅錠的質(zhì)量。

解決本發(fā)明技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該多晶硅鑄錠坩堝涂層制備方法，包括以下步驟：

1)準(zhǔn)備階段：稱取一定量的氮化硅粉；

2)預(yù)處理階段：對(duì)所述氮化硅粉進(jìn)行烘烤，再對(duì)烘烤后的氮化硅粉進(jìn)行篩濾；

3)噴涂階段：從篩濾后的氮化硅粉中取出確定量并將之加入去離子水中，攪拌均勻后得到氮化硅液體，將所述氮化硅液體噴涂在坩堝內(nèi)表面上；

4)燒結(jié)階段：對(duì)噴涂后的坩堝進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)完畢后在坩堝內(nèi)表面即形成多晶硅鑄錠用坩堝涂層。

步驟2)中，預(yù)處理階段包括烘烤和篩濾兩個(gè)步驟。為防止氮化硅粉因結(jié)塊或受潮等引起所形成的氮化硅液體攪拌不均勻而影響涂層效果問(wèn)題，對(duì)氮化硅粉采取了烘烤處理；對(duì)烘烤后的氮化硅粉進(jìn)行篩濾，不僅能杜絕成塊結(jié)團(tuán)的氮化硅粉的使用，而且也提高了氮化硅粒徑的分布均勻性。

優(yōu)選的是，步驟2)中，對(duì)氮化硅粉進(jìn)行烘烤具體是將氮化硅粉放入烘箱中，在60～90℃的溫度下對(duì)其進(jìn)行烘烤，烘烤時(shí)間為5～9hr。

優(yōu)選的是，步驟2)中，對(duì)烘烤后的氮化硅粉進(jìn)行篩濾具體是采用濾網(wǎng)對(duì)烘烤后的氮化硅粉進(jìn)行篩濾，濾網(wǎng)的目數(shù)為80～200。

優(yōu)選的是，篩濾所用濾網(wǎng)為尼龍材質(zhì)，從而不易引入金屬雜質(zhì)。

為降低β-Si₃N₄長(zhǎng)柱狀晶粒形狀對(duì)涂層結(jié)合強(qiáng)度的影響，避免氮化硅制成的坩堝涂層的剝落，優(yōu)選步驟1)中的氮化硅粉采用純度為99.5％以上的α-Si₃N₄粉。由于α-Si₃N₄粉的晶粒形狀呈針狀，這種針狀的晶粒形狀可有效保障坩堝涂層的結(jié)合強(qiáng)度。

優(yōu)選的是，步驟3)中，為降低水中金屬離子和其它離子基團(tuán)對(duì)氮化硅液體懸浮特性的影響，所述去離子水采用電阻率為10MΩ.cm以上的去離子水。

優(yōu)選的是，步驟3)具體包括：從篩濾后的氮化硅粉中取出確定量并將之緩慢傾倒于去離子水中，然后在常溫下先高速攪拌10～20min，再低速攪拌10～20min，以使得氮化硅粉在去離子水中均勻分布，攪拌均勻后即得到氮化硅液體，然后將所述氮化硅液體噴涂在坩堝內(nèi)表面上，噴涂厚度為80～200μm。