[發明專利]一種可重復利用的多晶硅鑄錠用石英陶瓷坩堝及其制備方法

無效

• 申請號: 201410361870.1
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104109903A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 張福軍;張伏嚴;楊艷紅
• 申請（專利權）人: 常熟華融太陽能新型材料有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及一種石英陶瓷坩堝,尤其涉及一種多晶硅鑄錠用的、上沿口可重復使用的石英陶瓷坩堝。

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背景技術

隨著常規能源危機問題日益突出，傳統的化石能源已經無法滿足現代化工業的發展需求。太陽能作為一種綠色可再生能源日益得到世界范圍內的廣泛重視。伴隨著太陽能發電技術的日益成熟，太陽能電池目前已在工業、農業、航天及日常生活等諸多領域取得廣泛的應用。

根據材料的不同太陽能電池主要分成兩類，即硅系太陽能電池和化合物半導體系太陽能電池。其中硅系太陽能電池約占其中的95%，占據主導地位。結晶系硅系太陽能電池又可分成單晶硅與多晶硅太陽能電池。相對于單晶硅太陽能電池，多晶硅的轉化效率及產量高，而且對原料要求相對較低，因此是產業化比率最高的材料。

多晶硅鑄錠工藝主要有定向凝固法和澆鑄法兩種方法。石英陶瓷坩堝具有導熱性差、抗熱震性好等諸多優點，廣泛的應用于多晶硅的鑄錠生產中。在多晶硅鑄錠過程中，由于石英坩堝在高溫下會發生析晶析出方石英晶體，在冷卻過程中，方石英發生相轉變(高溫相β方石英轉變為低溫相α方石英)，同時帶來約5.2%的體積膨脹，使得坩堝內部的內應力增加，與此同時在鑄錠過程中，硅液的比重為2.5，?硅晶體的比重2.33，硅料熔化后帶來大約9%的體積膨脹，綜合兩方面因素，多晶硅鑄錠完成后甚至鑄錠過程中，石英坩堝容易發生裂紋，成為多晶硅鑄錠過程中的一次性的消耗品，嚴重制約著多晶硅的生產成本及質量。

在鑄錠時,?為了抑制硅與石英陶瓷坩堝的反應,同時還可以起到脫模作用，行業內普遍在石英陶瓷坩堝內表面噴涂氮化硅涂層,這無疑又增加了多晶硅的生產成本。而且氮化硅涂層的質量及噴涂厚度等人為因素對硅錠的質量也有明顯的影響。

為了降低多晶硅的生產成本，硅裝載量逐漸增大，有的甚至略高于坩堝的高度，但是鑄錠完成后硅錠的高度明顯降低。經統計國內數家大型鑄錠廠如天合、昱輝、海潤、高佳、優創等，鑄錠完成后，對于G5和G6坩堝，鑄錠高度占坩堝高度的比例約為62%-78%，，也就是坩堝上沿口22%-38%的高度范圍在硅料溶化后不需要起到裝載作用。

目前在鑄錠行業內，常用的多晶硅鑄錠爐溫場大體可以分為兩種，一種是四周加熱，輔以頂面加熱；這種爐型的代表廠商是GT-Solar，國內的廠商則是精功科技、京運通、48所、無錫開日、上海漢虹等；一種是頂面和底面加熱，這種爐型的典型廠商為德國的ALD。目前廣泛采用的爐溫場為第一種，現就四周輔以頂面加熱爐溫場進行分析：坩堝熔煉硅主要依靠四周和頂部同時加熱，在結晶時，頂部加熱體保持硅液上部溫度，保溫體提升，由四周加熱體保持垂直溫度梯度。測溫則通過裝在爐頂的紅外測溫儀測量坩堝中央的硅液頂溫，通過熱電偶測量坩堝底部溫度。這種結構下，由于硅液溫度是靠頂部和四周加熱體同時保持，石英坩堝為熱的不良導體，因此，坩堝的中央和坩堝四周必然存在溫差。

為了解決現有技術中的問題，專利號為201120071418.3的專利公開了一種多晶硅鑄錠用石英坩堝加高裝置，呈規則方形結構，包括前后左右四個側壁，上下部敞開，前后左右四個側壁的下邊沿分別設有連接卡套，四個側壁的內表面涂有一層氮化硅涂層。該加高裝置可與目前業內的石英坩堝精確的配合，降低石英坩堝的高度，而不減少單次裝料量；或者直接于目前的石英坩堝上進行加高，使單次裝料量增加；可重復使用多次，減少鑄錠過程中石英坩堝的消耗，顯著降低多晶硅鑄錠的制造成本。

光伏行業競爭激烈，如何降低多晶硅的生產成本，同時不影響或者能夠提高鑄錠的質量，對石英坩堝提出了更多的要求與挑戰。因此，旨在研究上沿口可重復利用且具有較好的導熱性的石英坩堝對于降低多晶硅的生產成本同時提高硅錠的質量具有非常重要的實際意義。

發明內容

本發明所要解決的主要技術問題有:一,?多晶硅鑄錠用石英坩堝要求原料純度高、尺寸大，生產成本相對較高，鑄錠過程中，傳統石英坩堝為一次性的消耗品，鑄錠完成后即完全報廢傳統石英坩堝在鑄錠之前，整個內壁需要噴涂氮化硅涂層，工藝繁瑣，進一步增加了多晶硅的生產成本內壁氮化硅涂層的質量、厚度等均會影響到多晶硅鑄錠的質量；二，傳統多晶硅鑄錠用石英坩堝的整體導熱性能較差，長晶過程中垂直方向的溫度梯度很難控制。?

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：一種可重復利用的多晶硅鑄錠用石英陶瓷坩堝，包括坩堝本體，坩堝本體的上部設有上沿口，上沿口設置在石英坩堝本體上并可拆卸，上沿口為方形，與坩堝本體形狀尺寸相適應，坩堝上沿口可重復利用。