[實用新型]一種多晶硅鑄錠用坩堝

有效

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• 申請日: 2016-08-17
• 公開（公告）號: CN206204475U
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設計）人: 黎曉豐;翟傳鑫;張偉娜;李飛龍
• 申請（專利權）人: 蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司;阿特斯光伏電力（洛陽）有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙)32251
• 代理人: 陸金星

技術領域

本實用新型涉及一種多晶硅鑄錠用坩堝，涉及多晶硅生產設備，屬于太陽能光伏領域。

背景技術

太陽能發(fā)電是人類利用太陽能的重要手段，而太陽能電池是實現太陽能從光能轉化成電能的主要裝置，太陽能電池的光電轉換效率決定了太陽能源的利用轉化率。目前，晶體硅太陽能電池，尤其是多晶硅太陽能電池以較低的成本和較高的光電轉換效率，在未來一段時期內仍將占據主導地位。

然而，相比于單晶硅電池，多晶硅太陽能電池的轉換效率仍然偏低，晶界、位錯及晶粒內的微缺陷等被認為是降低鑄造多晶硅太陽電池轉換效率的主要原因。研究發(fā)現，氧是鑄造多晶硅中的主要雜質，對硅材料和器件的電學和機械性能均有影響，氧容易在晶界和位錯處產生沉淀，并呈現不同的電學性能，直接降低了電池片的轉換效率。因此，降低氧含量是多晶鑄錠領域面臨的重要課題之一。

現有技術中，在多晶硅鑄錠的制備過程中，石英陶瓷坩堝是其必備的容器，硅料在坩堝內熔化、晶體生長、退火冷卻，鑄成多晶硅錠。目前，多晶鑄錠主要采用在陶瓷石英坩堝內壁噴涂一層氮化硅涂層來阻擋硅液與坩堝反應，通過這種方式可以實現硅錠和坩堝脫離開來，防止硅液侵蝕坩堝。

然而，實際應用發(fā)現，上述氮化硅涂層比較疏松、雜質隔離效果較差，坩堝內的氧等雜質仍然較多的進入硅錠內，對硅錠性能產生影響。

因此，如何改善坩堝的氮化硅涂層，使其在防止硅液侵蝕坩堝的同時能起到更有效地隔離氧雜質，從而獲得高質量多晶硅片，顯然具有積極的現實意義。

發(fā)明內容

本實用新型的目的是提供一種多晶硅鑄錠用坩堝。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種多晶硅鑄錠用坩堝，坩堝的內壁上設有涂層結構，所述涂層結構從內到外包括至少2層氮化硅涂層，且各層氮化硅涂層層疊設置；內層氮化硅涂層的厚度為0.1~0.5 mm，其表面粗糙度為1~10微米；外層氮化硅涂層的厚度大于等于1 mm。

上文中，坩堝的內壁是指位于坩堝容器內的底面以及四周側面。

上文中，所述內層氮化硅涂層是指與坩堝內壁直接相接觸的一層，外層氮化硅涂層是指設于內層氮化硅涂層上的一層。

所述涂層結構從內到外包括至少2層氮化硅涂層，即涂層結構最少為2層，也可以是3層或多層結構。

優(yōu)選的，所述涂層結構從內到外包括2層氮化硅涂層。

優(yōu)選的，所述內層氮化硅涂層的厚度為0.1~0.3 mm，其表面粗糙度為4~8微米。

進一步優(yōu)選的，所述內層氮化硅涂層的厚度為0.1~0.2 mm，其表面粗糙度為4~6微米。

優(yōu)選的，所述外層氮化硅涂層至少填補內層氮化硅涂層的空隙。由于坩堝本體與涂層的熱膨脹系數不一樣，內層涂層越致密，涂層開裂的幾率就越大，外層氮化硅涂層能夠彌補致密涂層可能的開裂對粘堝的影響，因此外層氮化硅涂層至少填補最內層氮化硅涂層的空隙。而致密涂層開裂只是概率問題，并不一定會發(fā)生，為了生產的穩(wěn)定性，設置外層涂層會更好。

優(yōu)選的，所述外層氮化硅涂層的厚度為1~2 mm。所述外層氮化硅涂層的表面粗糙度為30~40微米。

發(fā)明人發(fā)現：鑄造多晶硅中的氧主要來源于石英坩堝，為隔絕石英坩堝與硅在高溫下的化學反應，避免坩堝與硅錠的直接接觸，因而在坩堝內壁上形成涂層結構，以有效地隔離氧雜質。上述技術方案中，如果僅僅是涂層厚度達到要求，不控制粗糙度的話，氣孔率較高，對氧的阻擋程度嚴重下降。本實用新型正是通過同時控制涂層的厚度和表面粗糙度得到致密性高的坩堝涂層。

發(fā)明人研究發(fā)現：氮化硅涂層的致密性與粘結劑的使用量有一定關系，粘結劑使用量較多時，涂層的致密性、硬度較大。當然，粘結劑使用量大就意味著涂層中的二氧化硅含量高。內層涂層如果粘結劑較少時，涂層的致密性較差，但是粘結劑較多時，即涂層中的二氧化硅較多時，涂層的氧含量會增多，對氧含量有影響。因此此處對內層氮化硅涂層中二氧化硅的含量進行了限定，使其在致密性和氧含量之間達到平衡。

上述技術方案中，以質量計，所述內層氮化硅涂層中二氧化硅的含量為8~11%。所述外層氮化硅涂層中二氧化硅的含量為5~8%。

上文中，所述二氧化硅為納米級的二氧化硅。

本實用新型的涂層結構可以采用如下制備方法，包括如下步驟：

（1）量取一定量的純水（去離子水）；

（2）量取一定量的氮化硅粉體和一定量的粘結劑加入純水中，然后開啟超聲并進行攪拌；

（3）將攪拌好的氮化硅漿料涂覆在室溫下的坩堝本體內壁上，待氮化硅漿料完全干燥后形成致密氮化硅涂層（即為內層氮化硅涂層）；