[發(fā)明專(zhuān)利]石墨加熱器及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310564225.5
• 申請(qǐng)日: 2013-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103556222A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘家明;何廣川;陳艷濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 英利集團(tuán)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C30B29/06
• 分類(lèi)號(hào): C30B29/06;C30B15/14;C30B28/06
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;張永明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池制造領(lǐng)域，具體而言，涉及一種石墨加熱器及其制備方法。

背景技術(shù)

目前的光伏行業(yè)中，以硅基底制作的太陽(yáng)能電池片占所有光伏電池的99%以上，而硅基底的主要制備方法是多晶硅鑄錠和單晶棒拉制。在多晶硅鑄錠或單晶棒拉制的過(guò)程中，由于硅熔點(diǎn)較高（～1420℃），鑄錠爐和單晶爐內(nèi)的溫度需要升至1500℃，用以完成硅料熔化及再結(jié)晶過(guò)程。單就多晶鑄錠來(lái)說(shuō)，目前單個(gè)硅錠的重量一般大約為500kg，更有重達(dá)1噸的大尺寸硅錠。這些大尺寸硅錠的鑄造過(guò)程往往達(dá)到幾十個(gè)小時(shí)，而鑄錠爐內(nèi)的溫度需要一直保持在1300℃以上。為提供長(zhǎng)時(shí)間的高溫條件，常規(guī)的鑄錠爐和單晶爐爐內(nèi)的加熱部件均為石墨加熱器。但是，在使用石墨加熱器的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：

長(zhǎng)時(shí)間的高溫作用下，硅液中的雜質(zhì)、碳元素同鑄錠用的石英坩堝不斷地發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化硅氣體。這些一氧化硅氣體接觸到高溫的石墨加熱器時(shí)，進(jìn)一步會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生碳化硅和一氧化碳?xì)怏w。具體的反應(yīng)過(guò)程如下：

C(s)+SiO₂(s)→SiO(g)+CO(g)……①

SiO(g)+2C(s)→SiC(s)+CO(g)……②

上述反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)并沒(méi)有停止，一氧化碳會(huì)繼續(xù)和高溫硅液繼續(xù)反應(yīng)，形成一氧化硅和碳，反應(yīng)如下：

CO(g)+Si→SiO(g)+C……③

經(jīng)過(guò)上述的反應(yīng)過(guò)程，石墨加熱器中的碳元素會(huì)不斷地轉(zhuǎn)移至高溫硅液內(nèi)，而一氧化硅會(huì)繼續(xù)進(jìn)行上述反應(yīng)①和反應(yīng)②。這樣的高溫時(shí)間越長(zhǎng)，石墨加熱器表面越毛糙，被腐蝕越嚴(yán)重。同時(shí)，硅液中的碳元素越多，所鑄造的多晶硅錠或單晶棒內(nèi)碳含量偏多，這會(huì)直接導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種石墨加熱器及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中石墨加熱器在多晶硅鑄錠和單晶棒拉制的過(guò)程中被嚴(yán)重腐蝕的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種石墨加熱器，其包括石墨加熱器主體；隔離層，包覆在石墨加熱器主體的表面上，且隔離層材料的高溫穩(wěn)定性?xún)?yōu)于石墨。

進(jìn)一步地，隔離層的材料為溫度高于硅的沸點(diǎn)時(shí)不與含硅氣體和/或含碳?xì)怏w反應(yīng)的材料。

進(jìn)一步地，隔離層的材料為α-碳化硅。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種石墨加熱器的制備方法，其包括以下步驟：提供石墨加熱器主體；在石墨加熱器主體的表面上形成高溫穩(wěn)定性?xún)?yōu)于石墨的隔離層。

進(jìn)一步地，上述隔離層為α-碳化硅層。

進(jìn)一步地，石墨加熱器主體的裸露表面上形成所述隔離層的步驟包括：將石墨加熱器主體置于真空反應(yīng)器中，并將位于真空反應(yīng)器中的石墨加熱器主體的溫度升至≥2100℃；向真空反應(yīng)器中通入含硅氣體，使含硅氣體與石墨加熱器主體表面上的石墨反應(yīng)形成上述隔離層。

進(jìn)一步地，在通入含硅氣體前，真空反應(yīng)器的氣壓為0.1×10^－3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；通入含硅氣體后，真空反應(yīng)器的氣壓為0.2～5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

進(jìn)一步地，上述石墨加熱器主體的溫度升至2150±50℃，升溫速率為100～500℃/h；上述含硅氣體與石墨加熱器主體的反應(yīng)時(shí)間為0.2～10h。

進(jìn)一步地，上述升溫速率為250～350℃/h；上述反應(yīng)時(shí)間為2～4h。

進(jìn)一步地，含硅氣體為硅蒸氣或一氧化硅氣體。

應(yīng)用本發(fā)明石墨加熱器及其制備方法，通過(guò)在石墨加熱器本體的表面上包覆隔離層，能夠?qū)⑹訜崞鞅倔w與外界隔離開(kāi)來(lái)。通過(guò)使用高溫穩(wěn)定性?xún)?yōu)于石墨的材料作為隔離層材料，能夠避免石墨加熱器在多晶硅鑄錠和單晶棒拉制的過(guò)程中被腐蝕的問(wèn)題。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

術(shù)語(yǔ)“高溫穩(wěn)定性”是指物質(zhì)在高溫下不發(fā)生分解、不與其他物質(zhì)反應(yīng)的能力，在本發(fā)明中“隔離層材料的高溫穩(wěn)定性?xún)?yōu)于石墨”是一個(gè)相對(duì)概念，是指隔離層材料的上述能力由于石墨。

為了解決背景技術(shù)中所提出的多晶硅鑄錠和單晶棒拉制的過(guò)程中，石墨加熱器被嚴(yán)重腐蝕的問(wèn)題，本發(fā)明發(fā)明人提供了一種新型石墨加熱器。該石墨加熱器包括石墨加熱器主體和隔離層，該隔離層包覆在石墨加熱器主體的表面上，且隔離層材料的高溫穩(wěn)定性?xún)?yōu)于石墨。