本實用新型涉及一種多晶硅鑄錠用坩堝，涉及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備，屬于太陽能光伏領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

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(xiàn)太陽能從光能轉(zhuǎn)化成電能的主要裝置，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率決定了太陽能源的利用轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率，在未來一段時期內(nèi)仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。

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

現(xiàn)有技術(shù)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(nèi)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(nèi)壁噴涂一層氮化硅涂層來阻擋硅液與坩堝反應(yīng)，通過這種方式可以實現(xiàn)硅錠和坩堝脫離開來，防止硅液侵蝕坩堝。

然而，實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，上述氮化硅涂層比較疏松、雜質(zhì)隔離效果較差，坩堝內(nèi)的氧等雜質(zhì)仍然較多的進入硅錠內(nèi)，對硅錠性能產(chǎn)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(zhì)，從而獲得高質(zhì)量多晶硅片，顯然具有積極的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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(shù)方案是：一種多晶硅鑄錠用坩堝，坩堝的內(nèi)壁上設(shè)有涂層結(jié)構(gòu)，所述涂層結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外包括至少2層氮化硅涂層，且各層氮化硅涂層層疊設(shè)置；內(nèi)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(nèi)壁是指位于坩堝容器內(nèi)的底面以及四周側(cè)面。

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

所述涂層結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外包括至少2層氮化硅涂層，即涂層結(jié)構(gòu)最少為2層，也可以是3層或多層結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述涂層結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外包括2層氮化硅涂層。

優(yōu)選的，所述內(nèi)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(nèi)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(nèi)層氮化硅涂層的空隙。由于坩堝本體與涂層的熱膨脹系數(shù)不一樣，內(nèi)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(nèi)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(chǎn)的穩(wěn)定性，設(shè)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(xiàn)：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(xué)反應(yīng)，避免坩堝與硅錠的直接接觸，因而在坩堝內(nèi)壁上形成涂層結(jié)構(gòu)，以有效地隔離氧雜質(zhì)。上述技術(shù)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(yán)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(xiàn)：氮化硅涂層的致密性與粘結(jié)劑的使用量有一定關(guān)系，粘結(jié)劑使用量較多時，涂層的致密性、硬度較大。當(dāng)然，粘結(jié)劑使用量大就意味著涂層中的二氧化硅含量高。內(nèi)層涂層如果粘結(jié)劑較少時，涂層的致密性較差，但是粘結(jié)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(nèi)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(shù)方案中，以質(zhì)量計，所述內(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)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(nèi)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(nèi)層氮化硅涂層）；

（4）再量取一定量的純水；

（5）再次量取一定量的氮化硅粉體和一定量的上述粘結(jié)劑加入純水中，開啟超聲水浴容器進行攪拌；

（6）將攪拌好的氮化硅漿料涂至前述氮化硅涂層上；

（7）將噴涂完畢的坩堝烘干即可制成低氧鑄錠坩堝。

本實用新型中，外層氮化硅涂層優(yōu)選采用噴涂的方式，而內(nèi)層氮化硅涂層采用輥涂、流延或刷涂的方式，這是因為使用噴涂與輥涂、流延、刷涂的得到的涂層致密性不一樣；如果只考慮方法，涂層致密性由大到小的是：流延法>刷涂法>輥涂法。這里優(yōu)選刷涂法。

上述技術(shù)方案中，超聲的作用是為了防止氮化硅粉體團聚，攪拌是為了使體系更好地分散，防止發(fā)生沉降。

上述粘結(jié)劑優(yōu)選自硅溶膠，也可選硅溶膠與聚乙烯醇（PVA）的混合液。

優(yōu)選的，所述氮化硅的粒徑為0.05~3微米。所述制備內(nèi)層氮化硅涂層的漿料中的氮化硅粉、純水、粘結(jié)劑的比例為（1.5~3）：（7~9）：1。所述噴涂的氮化硅涂層（即外層氮化硅涂層）的漿料中的氮化硅粉、純水、粘結(jié)劑的比例為（2~3）：（7~9）：1。

由于上述技術(shù)方案運用，本實用新型具有下列優(yōu)點：

1、本實用新型設(shè)計了一種多晶硅鑄錠用坩堝，在坩堝的內(nèi)壁上設(shè)有涂層結(jié)構(gòu)，該涂層結(jié)構(gòu)中，與坩堝內(nèi)壁直接相接觸的內(nèi)層氮化硅涂層的致密性較大，可以有效地隔離氧雜質(zhì)，同時在內(nèi)層氮化硅涂層上設(shè)置外層氮化硅涂層，由于外層氮化硅涂層的厚度較大，可以防止硅液侵蝕坩堝，從而同時實現(xiàn)了防止硅液侵蝕坩堝和隔離氧雜質(zhì)，可以獲得高質(zhì)量多晶硅片，顯然具有積極的現(xiàn)實意義；

2、實驗證明，應(yīng)用本實用新型的坩堝之后，能夠降低硅錠中氧含量20%~50%，取得了顯著的效果；

3、本實用新型的制備效率高，適合大規(guī)模生產(chǎn)，適于推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是使用本實用新型之后的多晶硅錠表面的白斑情況圖。

圖3是使用對比例一的普通坩堝之后的多晶硅錠表面的白斑情況圖。

其中：1、坩堝本體；2、內(nèi)層氮化硅涂層；3、外層氮化硅涂層；4、鑄錠硅料。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本實用新型作進一步描述：

實施例一

參見附圖1~2所示，一種多晶硅鑄錠用坩堝，坩堝的內(nèi)壁上設(shè)有涂層結(jié)構(gòu)，所述涂層結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外包括2層氮化硅涂層，且各層氮化硅涂層層疊設(shè)置；內(nèi)層氮化硅涂層的厚度為0.1 mm，其表面粗糙度為6~8微米；外層氮化硅涂層的厚度為1 mm，其表面粗糙度為30~35微米。

以質(zhì)量計，所述內(nèi)層氮化硅涂層中二氧化硅的含量為8~11%。以質(zhì)量計，所述外層氮化硅涂層中二氧化硅的含量為5~8%。

圖1中，多晶硅鑄錠用坩堝包括坩堝本體1、覆蓋在所述坩堝內(nèi)壁上的內(nèi)層氮化硅涂層2和覆蓋于內(nèi)層氮化硅涂層上的外層氮化硅涂層3；所述坩堝內(nèi)部用以放置鑄錠硅料4以制造硅錠。

在本申請中，所述坩堝本體為高純石英坩堝，并且所述坩堝本體設(shè)有底壁以及自底壁向上延伸的側(cè)壁，所述致密的內(nèi)層氮化硅涂層覆蓋所述底壁和側(cè)壁的內(nèi)壁面上；其中所述氮化硅粉體的純度大于99.9%，粒徑為0.05~3微米。所述制備內(nèi)層氮化硅漿料中的氮化硅粉、純水、粘結(jié)劑的比例為（1.5~3）：（7~9）：1。所述噴涂的氮化硅漿料中的氮化硅粉、純水、粘結(jié)劑的比例為（2~3）：（7~9）：1。

上述涂層結(jié)構(gòu)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(jié)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(nèi)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(nèi)層氮化硅涂層）；

（4）再量取一定量的純水；

（5）再次量取一定量的氮化硅粉體和一定量的上述粘結(jié)劑加入純水中，開啟超聲水浴容器進行攪拌；

（6）將攪拌好的氮化硅漿料涂至前述氮化硅涂層上；

（7）將噴涂完畢的坩堝烘干即可制成低氧鑄錠坩堝。

如附圖2，鑄錠使用本實施例的坩堝之后，硅錠側(cè)面因氧含量高而導(dǎo)致的白斑明顯降低，甚至消失。經(jīng)過檢測，使用此方法，硅錠中的氧含量可降低20%~40%左右。

對比例一

一種多晶硅鑄錠用坩堝，坩堝的內(nèi)壁上設(shè)有一層氮化硅涂層，該涂層是采用噴涂的方式制備的，其厚度為1 mm，其表面粗糙度為30~40微米。

鑄錠使用本對比例的坩堝之后，硅錠側(cè)面因氧含量高而導(dǎo)致的白斑非常明顯，參見圖3所示。