[發明專利]一種高純涂層式多晶硅坩堝

有效

• 申請號: 201510576913.2
• 申請日: 2015-09-12
• 公開（公告）號: CN105133007A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 鐘偉;陸文研
• 申請（專利權）人: 無錫舜陽新能源科技股份有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 江陰大田知識產權代理事務所(普通合伙) 32247
• 代理人: 楊新勇

技術領域

本發明涉及太陽能電池生產設備技術領域，具體涉及一種高純涂層式多晶硅坩堝。

背景技術

眾所周知，當今世界電力供應漸趨緊張，光伏技術的運用可以有效地緩解這一局面。光伏發電主要有單晶、多晶電池片技術，與單晶相比，多晶光伏具有能耗小、效率高等優點；同樣的時間內，耗用同樣的能源，多晶產出將是單晶的6～7倍，因而多晶近些年得到廣泛運用。

近年來，隨著太陽能發電技術的日益成熟，太陽能電池已在工業、農業和航天等諸多領域取得廣泛應用。目前，根據所用材料的不同，太陽能電池可分為：硅太陽能電池、化合物薄膜太陽能電池和聚合物多層修飾電極太陽能電池、有機太陽能電池和納米晶太陽能電池。其中，硅太陽能電池發展最為成熟，在應用中占主導地位。晶體硅太陽能電池又分為單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池。相對于單晶硅太陽能電池，多晶硅電池太陽能電池制備過程較為簡單，具有成本低能耗低等優點，因此多晶硅太陽能電池應用較為廣泛。

坩堝是多晶硅鑄錠生產的必需設備。目前，多晶硅生產主要是采用石英坩堝，這是因為二氧化硅來源豐富，純度高，而且價格低廉。使用石英坩堝生產多晶硅鑄錠雖然有助于降低生產成本，但是其存在的缺陷在于硅錠在冷卻時易出現開裂的問題。這主要是因為：熔融的硅可與其接觸的二氧化硅反應，形成一氧化硅和氧；其中，氧可污染硅，一氧化硅具有揮發性；并且其還可與爐內的石墨部件形成碳化硅和一氧化碳，生成的一氧化碳繼而可與熔融的硅反應，形成揮發性一氧化硅、碳化硅、金屬痕量物質或摻雜劑的碳化物、氧化物和碳，碳可污染硅。二氧化硅與熔融硅之間的上述反應促使硅黏附在坩堝上。但由于二氧化硅和硅這兩種材料之間的熱膨脹系數不一樣，導致硅錠在冷卻時易發生開裂。

為了避免硅錠在冷卻時發生開裂，通常需要在坩堝內表面施用保護涂層，由此可阻止二氧化硅和熔融硅發生反應，進而降低硅錠污染和開裂。該涂層必須足夠厚以阻止二氧化硅與熔融硅反應，并且必須保證該涂層的高純度以防止其內的有害雜質污染硅。

現有技術有采用化學氣相沉積法制備氮化硅涂層，例如專利號4741925的美國專利中公開了一種通過化學氣相沉積在1250℃下制備的坩堝用氮化硅涂層。又如專利號為WO2004053207A1的PCT專利公開了通過等離子噴涂氮化硅涂層。上述方法雖然能夠防止氮化硅涂層脫落或剝落的問題，但是此方法所需設備價格較為昂貴且操作復雜。

為了節約成本，現有技術主要是采用氮化硅作為坩堝涂層。目前太陽能行業使用較為普遍的方法主要是將氮化硅涂層在700～1450℃的高溫下受控煅燒周期下氧化，從而使氮化硅顆粒之間以及氮化硅顆粒與石英坩堝之間產生粘結。該方法的缺陷在于氮化硅涂層在熱噴涂過程中粉塵大，局部位置易有氣泡，并且煅燒溫度較高，能耗大。

另外目前，對于多晶硅熔融結晶所使用的坩堝，業內都采用高純石墨材料制作，自身制造成本較大；而且石墨坩堝結晶出的多晶硅鑄錠，其含雜量較高，硅錠的有效收得率非常低，以及存在使用效果不理想等缺陷，同時尚不能大規模生產應用，因此，多晶硅坩堝具有廣闊的市場前景。

現有技術中，通常會在坩堝的表面涂覆一層氮化硅涂層。但是致密的氮化硅材料必須在氮氣保護氛圍及高溫環境下液相燒結，且通常致密的氮化硅材料燒結后尺寸比燒結前收縮10％以上，所以石英坩堝表面涂覆的氮化硅層很難達到高致密的程度，無法滿足生產要求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，設計一種高純涂層式多晶硅坩堝，使其具有涂層覆蓋能力強，穩定性高，具有高隔離度，防止坩堝本體在制備多晶硅過程中參與反應的特點。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種高純涂層式多晶硅坩堝，包括坩堝本體，在所述坩堝本的表面均布有若干個凹坑或環形凹槽，在所述均布有若干個凹坑或環形凹槽的表面依次附著有第一氮化層、第二氧化層和第三氮化層；

所述第一氮化層通過刷涂方式，將乳漿狀的氮化硅涂覆于均布有若干個凹坑或環形凹槽的坩堝本的表面，所述第一氮化層的涂覆厚度范圍為2~20mm；

所述第二氧化層為粉末狀的氧化硅，通過噴射方式將粉末狀的氧化硅噴射于尚未凝結的乳漿狀的第一氮化層表面，所述第二氧化層在第一氮化層的表面形成顆粒狀；

所述第三氮化層為霧狀的氮化硅，通過噴涂方式將霧狀的氮化硅噴涂于第二氧化層的表面，直至所述第二氧化層的顆粒被覆蓋，所述第三氮化層形成光滑面。

其中優選的技術方案是，所述第一氮化層包括氮化硅、氫氧化鋇和粘接劑，所述氮化硅、氫氧化鋇和粘接劑加入去離子水攪拌形成乳漿狀后通過刷涂方式形成第一氮化層。