硅鑄錠用坩堝及其涂層制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種硅鑄錠用坩堝及其涂層制備方法。所述坩堝包括坩堝本體以及覆蓋在所述坩堝本體內(nèi)表面上的由純水、氮化硅粉體和鋁微粉制成的含鋁涂層。所述制備方法包括以下步驟：S1，量取一定量純水，并將該純水置于一超聲水浴容器內(nèi)的燒杯中，同時(shí)調(diào)整水浴溫度為35℃至40℃；S2，稱取一定量的氮化硅粉體和鋁微粉并加入所述燒杯中，然后開啟超聲水浴容器進(jìn)行攪拌；S3，待攪拌30分鐘后將攪拌好的漿料噴涂至一坩堝本體的內(nèi)表面上；S4，將噴涂完成的坩堝置于溫度為200℃的燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行烘干燒結(jié)。本發(fā)明含鋁涂層中的鋁原子填充在氮化硅粉體顆粒之間的縫隙內(nèi)以增加涂層的密度，同時(shí)該鋁原子還可吸雜，進(jìn)而有效顯著減少坩堝向硅錠中的雜質(zhì)擴(kuò)散量。
【專利說明】硅鑄錠用坩堝及其涂層制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種坩堝，尤其涉及一種具有涂層結(jié)構(gòu)的硅鑄錠用坩堝及其涂層制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能發(fā)電是人類利用太陽能的重要手段，而太陽能電池則是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的主要裝置，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。近年來，世界太陽能電池的產(chǎn)量和裝機(jī)容量每年都在以約30%的速度快速發(fā)展。2010年，全球累計(jì)裝機(jī)容量為25.4GW，預(yù)計(jì)到2020年全球裝機(jī)容量將達(dá)到278GW。
[0003]目前，太陽能電池的種類不斷增多，其中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轉(zhuǎn)換效率，在未來一段時(shí)期內(nèi)仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，相對(duì)于傳統(tǒng)能源，多晶硅太陽能發(fā)電成本相對(duì)較高，市場(chǎng)化率相對(duì)較低。從目前全球形勢(shì)及整個(gè)行業(yè)的發(fā)展來看，提高多晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率、降低光伏組件的發(fā)電成本是光伏產(chǎn)業(yè)的必然趨勢(shì)。太陽能電池轉(zhuǎn)換效率每提高1%，成本可降低7%。2011年末，市場(chǎng)上用多晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率約為16.8%，2012年將達(dá)到17%。高效率光伏組件越來越受市場(chǎng)的青睞，低于17%的光伏組件將逐漸被市場(chǎng)淘汰。發(fā)展高功率光伏組件的關(guān)鍵在于提升太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0004]目前，提升太陽能電池效率的研究多集中在電池制作工藝的改良及高效電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，前者如 BSF 技術(shù),后者如三洋的 HIT(Heterojunction with intrinsic Thinlayer結(jié)構(gòu)，即在P型氫化非晶娃和η型氫化非晶娃與η型娃襯底之間增加一層非摻雜(本征)氫化非晶硅薄膜)結(jié)構(gòu)電池，盡管可以制作出效率高出一般商用化產(chǎn)品的電池，但因制程過于復(fù)雜、成本過高，而難以大規(guī)模推廣。如何以較低的成本制備出高效率的太陽能電池成為行業(yè)研究的熱點(diǎn)。`
[0005]除電池工藝因素外，多晶硅片的雜質(zhì)含量過高是限制多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率的主要因素之一。多晶硅片內(nèi)的雜質(zhì)來源一方面是原料中的引入，另一方面是定向凝固過程中的引入，后者占主要地位。硅的定向凝固在1400°C以上的高溫下進(jìn)行，因坩堝的金屬雜質(zhì)含量是硅錠中金屬雜質(zhì)含量的上萬倍，過大的濃度差和本身金屬雜質(zhì)的活性較高，大量的金屬雜質(zhì)會(huì)通過固態(tài)擴(kuò)散的方式進(jìn)入鑄錠中，生產(chǎn)出的多晶硅片具有金屬雜質(zhì)高，少子壽命低等特點(diǎn)，使用此類硅片制作的太陽能電池性能嚴(yán)重惡化。傳統(tǒng)的定向凝固工藝在鑄錠石英坩堝內(nèi)壁制備一層高純氮化硅涂層，避免坩堝與硅錠的直接接觸，利用氮化硅自擴(kuò)散系數(shù)小的特點(diǎn)，減少坩堝中雜質(zhì)向硅錠的擴(kuò)散。但是傳統(tǒng)涂層使用噴涂法制備屬疏松涂層，其雜質(zhì)隔離效果較差，與坩堝接觸的區(qū)域依然有較大的程度的污染。如何改善涂層，避免坩堝的雜質(zhì)向硅錠內(nèi)擴(kuò)散是獲得高質(zhì)量多晶硅片的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0006]因此，有必要提供一種改進(jìn)的硅鑄錠用坩堝及其涂層制備方法以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種可顯著減少坩堝向硅錠中的雜質(zhì)擴(kuò)散量的硅鑄錠坩堝及其涂層制備方法。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種硅鑄錠用坩堝，包括坩堝本體，所述坩堝還包括覆蓋在所述坩堝本體內(nèi)表面上的由純水、氮化硅粉體和鋁微粉制成的含鋁涂層。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述含鋁涂層中所述鋁微粉與氮化硅粉體的比例為1:8 至 1:15。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鋁微粉的粒徑為0.1um至0.3um。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氮化硅粉體的純度大于99.9%。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鋁微粉的純度大于99.99%。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種硅鑄錠用坩堝涂層的制備方法，所述制備方法包括以下步驟:
Si，量取一定量純水，并將該純水置于一超聲水浴容器內(nèi)的燒杯中，同時(shí)調(diào)整水浴溫度為 35°C至 40°C ；
S2，稱取一定量的氮化硅粉體和鋁微粉并加入所述燒杯中，然后開啟超聲水浴容器進(jìn)行攪拌；
S3，待攪拌30分鐘后將攪拌好的漿料噴涂至一坩堝本體的內(nèi)表面上；
S4，將噴涂完成的坩堝置于溫度為200°C的燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行烘干燒結(jié)。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述SI步驟中的純水的電阻率大于12ΜΩ Ym。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述稱取的鋁微粉與氮化硅粉體的比例為1:8至1:15。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氮化硅粉體與SI步驟中量取的純水的比例為1:4至 1: 5。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鋁微粉的粒徑為0.1um至0.3um。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氮化硅粉體的純度大于99.9%，所述鋁微粉的純度大于 99.99%ο
[0019]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過在現(xiàn)有的氮化硅內(nèi)添加鋁來代替目前廣泛使用的單層氮化硅涂層工藝，使得鋁微粉填充在氮化硅粉體顆粒之間的縫隙內(nèi)，從而增加涂層的密度，進(jìn)而增加雜質(zhì)的隔離效果。另外，因鐵在鋁中的溶解度比在硅中的溶解度高1000倍，因此鋁在鑄造多晶硅中還起到吸雜的作用，使得坩堝本體或氮化硅中的鐵優(yōu)先溶解在添加的鋁原子中，從而大大減少坩堝本體向坩堝內(nèi)的硅錠中擴(kuò)散的鐵雜質(zhì)，進(jìn)而獲得雜質(zhì)含量較低的硅錠。此外，本發(fā)明坩堝的含鋁涂層制備方法簡(jiǎn)單，且顯著降低硅錠內(nèi)的鐵金屬雜質(zhì)含量，從而提升多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而可較快推廣而為企業(yè)創(chuàng)造較大的利益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明硅鑄錠用坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明硅鑄錠用坩堝涂 層的制備方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下將結(jié)合附圖所示的各實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、算法或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0022]請(qǐng)參照?qǐng)D1所示為本發(fā)明硅鑄錠用坩堝的一【具體實(shí)施方式】。所述硅鑄錠用坩堝包括坩堝本體1，以及覆蓋在所述坩堝本體I內(nèi)表面上的由純水、氮化硅粉體21和鋁微粉22制成的含鋁涂層2。所述坩堝本體I設(shè)有底壁以及自底壁向上延伸的側(cè)壁，所述含鋁涂層2覆蓋所述底壁和側(cè)壁的內(nèi)表面。其中所述鋁微粉22的粒徑為0.1um至0.3um。所述氮化硅粉體21的純度大于99.9%。所述鋁微粉22的純度大于99.99%。所述含鋁涂層2中所述鋁微粉22與氮化硅粉體21的比例為1:8至1:15。所述坩堝內(nèi)部裝有鑄錠硅料3。在本發(fā)明中，所述坩堝本體I為高純石英坩堝。
[0023]請(qǐng)結(jié)合圖1及圖2所示，本發(fā)明硅鑄錠用坩堝涂層(即所述含鋁涂層2)的制備方法包括以下步驟:
Si，量取一定量純水，并將該純水置于一超聲水浴容器內(nèi)的燒杯中，同時(shí)調(diào)整水浴溫度為35°C至40°C ;其中所述純水的電阻率大于12ΜΩ ；
S2，稱取一定量的氮化硅粉體21和鋁微粉22并加入所述燒杯中，然后開啟超聲水浴容器進(jìn)行攪拌；其中，稱取的鋁微粉22與氮化硅粉體21的比例為1:8至1:15，所述氮化硅粉體21與步驟I中量取的純水的比例為1:4至1:5，所述鋁微粉的粒徑為0.1um至0.3um;此外，所述氮化硅粉體的純度大于99.9%，所述鋁微粉的純度大于99.99% ；
S3，待攪拌30分鐘后將攪拌好的漿料噴涂至一坩堝本體I的內(nèi)表面上；
S4，將噴涂完成 的坩堝置于溫度為200°C的燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行烘干燒結(jié)。
[0024]下面再結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述含鋁涂層2的制備方法進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0025]實(shí)施例一
首先，使用量筒量取電阻率大于12ΜΩ._的純水2200ml，并將該純水置于超聲水浴容器內(nèi)的燒杯中，同時(shí)調(diào)整水浴溫度為35°C ;其次，使用精度為0.01g的電子天平稱取純度在99.99%以上的超純鋁微粉45g和高純氮化硅粉體500g，并將該鋁微粉和氮化硅粉體緩慢加入上述燒杯中，然后開啟超聲水浴容器進(jìn)行攪拌；然后，待攪拌30分鐘后，使用噴涂的方法將攪拌好的氮化硅漿料噴涂至一坩堝本體的內(nèi)表面上；最后將噴涂完成的坩堝放置入溫度為200°C的燒結(jié)爐內(nèi)，烘干表面的水分和吸附物，進(jìn)而使得燒結(jié)完成后的坩堝本體內(nèi)壁上生成用于鑄錠多晶硅生產(chǎn)的涂層。
[0026]實(shí)施例二
首先，使用量筒量取電阻率大于12ΜΩ 的純水2400ml，并將該純水置于超聲水浴容器內(nèi)的燒杯中，同時(shí)調(diào)整水浴溫度為35°C ;其次，使用精度為0.01g的電子天平稱取純度在99.99%以上的超純鋁微粉60g和高純氮化硅粉體500g，并將該鋁微粉和氮化硅粉體緩慢加入上述燒杯中，然后開啟超聲水浴容器進(jìn)行攪拌；然后，待攪拌30分鐘后，使用噴涂的方法將攪拌好的氮化硅漿料噴涂至一坩堝本體的內(nèi)表面上；最后將噴涂完成的坩堝放置入溫度為200°C的燒結(jié)爐內(nèi)，烘干表面的水分和吸附物，進(jìn)而使得燒結(jié)完成后的坩堝本體內(nèi)壁上生成用于鑄錠多晶硅生產(chǎn)的涂層。
[0027]綜上所述，本發(fā)明主要是通過在現(xiàn)有的氮化硅內(nèi)添加鋁來代替目前廣泛使用的單層氮化硅涂層工藝，并且在本發(fā)明中，含有高純鋁微粉的氮化硅涂層，即所述含鋁涂層2中，鋁微粉22的粒徑為氮化硅粉體21粒徑的三分之一，可有效填充在氮化硅粉體21顆粒之間的縫隙內(nèi)，起到填隙粒子的作用，從而增加涂層2的密度，進(jìn)而增加雜質(zhì)的隔離效果。另外，因鐵在鋁中的溶解度比在硅中的溶解度高1000倍，因此鋁在鑄造多晶硅中還起到吸雜的作用，使得坩堝本體或氮化硅中的鐵優(yōu)先溶解在添加的鋁中，從而大大減少坩堝本體I向硅錠內(nèi)擴(kuò)散的鐵雜質(zhì)，進(jìn)而獲得雜質(zhì)含量較低的硅錠。此外，本發(fā)明坩堝的含鋁涂層2制備方法簡(jiǎn)單，不需引入其他設(shè)備，顯著降低硅錠內(nèi)的鐵金屬雜質(zhì)含量，從而提升多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而可較快推廣而為企業(yè)創(chuàng)造較大的利益。
[0028]應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。 [0029]上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種硅鑄錠用坩堝，包括坩堝本體，其特征在于:所述坩堝還包括覆蓋在所述坩堝本體內(nèi)表面上的由純水、氮化硅粉體和鋁微粉制成的含鋁涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅鑄錠用坩堝，其特征在于:含鋁涂層中所述鋁微粉與氮化硅粉體的比例為1:8至1:15。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅鑄錠用坩堝，其特征在于:所述鋁微粉的粒徑為0.1um至0.3um ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅鑄錠用坩堝，其特征在于:所述氮化硅粉體的純度大于99.9%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅鑄錠用坩堝，其特征在于:所述鋁微粉的純度大于99.99%。
6.一種硅鑄錠用坩堝涂層的制備方法，其特征在于:所述制備方法包括以下步驟:SI，量取一定量純水，并將該純水置于一超聲水浴容器內(nèi)的燒杯中，同時(shí)調(diào)整水浴溫度為 35°C至 40°C ； S2，稱取一定量的氮化硅粉體和鋁微粉并加入所述燒杯中，然后開啟超聲水浴容器進(jìn)行攪拌； S3，待攪拌30分鐘后將攪拌好的衆(zhòng)料噴涂至一坩堝本體的內(nèi)表面上； S4，將噴涂完成的坩堝置于溫度為200°C的燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行烘干燒結(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅鑄錠用坩堝涂層的制備方法，其特征在于:所述SI步驟中的純水的電阻率大于12ΜΩ.αιι。`
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅鑄錠用坩堝涂層的制備方法，其特征在于:所述稱取的鋁微粉與氮化硅粉體的比例為1:8至1:15。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅鑄錠用坩堝涂層的制備方法，其特征在于:所述氮化硅粉體與SI步驟中量取的純水的比例為1:4至1:5。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅鑄錠用坩堝涂層的制備方法，其特征在于:所述鋁微粉的粒徑為0.1um至0.3um。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅鑄錠用坩堝涂層的制備方法，其特征在于:所述氮化硅粉體的純度大于99.9%，所述鋁微粉的純度大于99.99%。
【文檔編號(hào)】C30B28/06GK103774215SQ201210416153
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月26日
【發(fā)明者】李飛龍, 許濤 申請(qǐng)人:阿特斯(中國)投資有限公司, 阿特斯光伏電力(洛陽)有限公司