一種新型全熔高效坩堝的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型全熔高效坩堝的制備方法，屬于多晶硅鑄錠領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，多晶硅錠的制備方法主要是利用GT Solar提供的定向凝固系統(tǒng)進(jìn)行制備， 該方法通常包括加熱、熔化、長晶、退火和冷卻等步驟。在凝固長晶過程中，通過對頂部溫度 和側(cè)邊保溫罩開度進(jìn)行控制，使得熔融硅液在坩堝底部獲得足夠的過冷度凝固結(jié)晶。在多 晶鑄錠過程中使用的一個重要輔材，多晶鑄錠用石英坩堝，由于普通坩堝底部呈現(xiàn)各向同 性的特點(diǎn)，硅液在結(jié)晶初期形核不能得到有效控制，存在晶粒尺寸分布不均勻（從幾十微米 到十幾厘米)、位錯密度高的問題，大大影響了多晶硅片轉(zhuǎn)換效率的提升，越來越難以滿足 鑄錠廠對于開發(fā)更高效率鑄錠技術(shù)的需求； 針對普通坩堝鑄錠用坩堝底部未各向同性、鑄錠初期為隨機(jī)自發(fā)形核，硅錠位錯密度 高，光電轉(zhuǎn)換效率低等問題，有研究機(jī)構(gòu)和坩堝廠家提出了如在坩堝底部制備出具有一定 尺寸的凹槽或均勻凸點(diǎn)等方法，來使坩堝底部形成各向異性的結(jié)構(gòu)特征，從而使得在鑄錠 初期形核時可擇優(yōu)形核，以便達(dá)到提升光電轉(zhuǎn)換效率的目的；此方法雖原理上符合形核 需求，但由于人工制造的凹槽或凸點(diǎn)尺寸相對較大且為異質(zhì)成核，形核初期所需驅(qū)動力較 大，普通鑄錠難以達(dá)到此形核所需驅(qū)動力（或稱過冷度)，因而此方案僅限于實(shí)驗(yàn)室研究， 并未能夠得到有效量產(chǎn)；但基于這一原理，有坩堝廠家提出了利用一定顆粒度的石英砂鋪 在坩堝底部來替代凹槽或凸點(diǎn)等，利用石英砂自身間形成的孔隙使得坩堝底部具有各向 異性的特點(diǎn)，達(dá)到控制形核提升硅錠光電轉(zhuǎn)換效率的目的，此方法由于制作工藝簡單，且 對控制形核具有明顯幫助，硅片光電轉(zhuǎn)換效率可從普通鑄錠的16. 89^17. 0%大幅提升到 17. 6%~17. 7%之間，受到了市場的關(guān)注和推廣，但同時也存在的如下問題： 1、 目前市場上高效坩堝底部鋪設(shè)的形核源層一般為具有不規(guī)則形狀的石英砂，由于石 英砂自身結(jié)構(gòu)不規(guī)則導(dǎo)致形核源層在坩堝底部鋪設(shè)均勻度不高，因而雖可控制形核，但難 以到達(dá)控制均勻形核的目的，不利用光電轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提升； 2、 目前由于常規(guī)使用的高效坩堝，一般為在坩堝底部鋪設(shè)的高純石英砂上直接噴涂一 層高純氮化硅后，正常熔化長晶，但此過程為異質(zhì)成核，形核所需驅(qū)動力相較同質(zhì)成核明顯 增大，因而利用普通高效坩堝鑄錠時一般會產(chǎn)生15%~20%光電轉(zhuǎn)換效率在16. 8%~17. 0%的 普通效率硅片，大大影響了高效硅片的產(chǎn)出，提升了光伏發(fā)電成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的是針對市場上廣泛使用的高效坩堝由于形核源鋪設(shè)不均勻?qū)?致鑄錠形核不均勻、有較高比例的普通效率硅錠產(chǎn)生的問題，提供一種新型全熔高效坩堝， 用其所制備硅錠光電轉(zhuǎn)換效率相較普通硅片和普通高效坩堝所制備高效錠光電轉(zhuǎn)換效率 均得到明顯提升。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種新型全熔高效坩堝，其中，包括坩堝母體，所述坩堝母體底部設(shè)有形核源粘結(jié)層， 所述形核源粘結(jié)層為粘結(jié)漿料，通過刷涂的方式均勻分布在坩堝母體底部內(nèi)表面；所述形 核源粘結(jié)層上設(shè)有形核源層，所述形核源層為高純微球狀石英砂；所述坩堝母體內(nèi)部側(cè)壁 以及形核源層上均勻設(shè)有脫模層，所述脫模層為高純微球狀石英砂，通過噴涂的方式將所 述高純微球狀石英砂分布在坩堝母體內(nèi)部側(cè)壁以及形核源層上；所述坩堝底部脫模層外部 噴涂有高純硅微粉。
[0005] 上述一種新型全熔高效坩堝，其制備方法如下： (1) 刷涂形核源粘結(jié)層，在普通石英坩堝底部刷涂一層粘結(jié)漿料，作為形核源粘結(jié)層； (2) 在刷涂好形核源粘結(jié)層的坩堝底部，通過灑涂的方式均勻鋪設(shè)一層高純微球狀石 英砂，作為形核源層； (3) 噴涂氮化硅，在鋪設(shè)好形核源層的坩堝底部和坩堝四壁利用噴涂的方式涂一層高 純氮化硅； (4) 噴涂高純硅微粉，將高純硅微粉噴涂在坩堝底部，噴涂時將坩堝放置在加熱架上加 熱，加熱架溫度設(shè)定為120°C，噴涂后繼續(xù)加熱lh，加熱完成后，即可。
[0006] 上述的一種新型全熔高效坩堝，其中，所述坩堝母體的外徑尺寸為885~890mm，內(nèi) 徑為845~850mm，高度為480mm，坩堝自身純度在4N以上。
[0007] 上述的一種新型全熔高效坩堝，其中，所述粘結(jié)漿料為高純石英砂料漿和高純硅 溶膠中的一種或兩種， 上述的一種新型全熔高效坩堝，其中，優(yōu)選地，所述粘結(jié)漿料為高純石英砂料漿和高純 硅溶膠的混合料，其比例為1 :9~9 :1 (重量比)。
[0008] 上述的一種新型全熔高效坩堝，其中，所述高純硅溶膠固含量為40~41%，粒徑為 25~29nm ;所述高純石英砂料漿的固含量為80~85%，高純石英砂的粒度為300~400目。
[0009] 上述的一種新型全熔高效坩堝，其中，所述微球狀高純石英砂粒徑分布為40~100 目。
[0010] 上述的一種新型全熔高效坩堝，其中，所述微球狀高純石英砂制備方法為水熱 法制備，純度在5. 5N以上，并通過灑涂的方式均勻分布在坩堝底部，每堝石英砂用量在 150~300g 之間。
[0011] 上述的一種新型全熔高效坩堝，其中，所述高純氮化硅的噴涂方式為坩堝四壁和 底部分開噴涂，坩堝底部氮化硅用量在100g~150g/堝，側(cè)邊用量在300~450g/堝，所述高純 氮化硅純度在5. 5N以上。
[0012] 上述的一種新型全熔高效坩堝，其中，所述高純硅微粉純度在5N以上，粒徑分布 在2~5um之間。
[0013] 上述的一種新型全熔高效坩堝，其中，所述高純硅微粉在噴涂時，為將硅微粉與純 水按照1 :1~1 :4的比例混合后噴涂在坩堝底部。
[0014] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明有益效果為： 1、針對市場上制備高效坩堝時選用的石英砂為具有不規(guī)則形狀的石英砂，導(dǎo)致在刷涂 過程中石英砂不易分布均勻的問題，本發(fā)明創(chuàng)新性的利用粒徑分布在40~100目之間、形狀 為均勻微球狀結(jié)構(gòu)的高純石英砂作為形核源鋪設(shè)在坩堝底部，同時通過灑涂的方式將微球 狀石英砂均勻分布在坩堝底部，確保了形核源層的分布均勻性； 2、針對目前高效坩堝在制備全熔高效錠時由于為異質(zhì)形核，易產(chǎn)生普通效率硅錠的問 題，本發(fā)明創(chuàng)新性的在噴涂好氮化硅涂層的坩堝底部形核源上，加噴一層高純硅微粉，借助 硅微粉高溫下不易熔化的特點(diǎn)使得形核源層與熔融硅液形成同質(zhì)形核，降低形核所需驅(qū)動 力，從而達(dá)到降低了普通錠的產(chǎn)出比率的目的，利用新型同質(zhì)成核方法制備高效錠時產(chǎn)生 的普通效率硅錠比例相較普通高效坩堝所產(chǎn)生普通錠比率大幅降低，相比于目前市場上的 15%~20%的普通錠比率降低到2%以內(nèi)。
[0015] 3、本發(fā)明制備的一種新型全熔高效坩堝，利用此坩堝所鑄硅錠底部晶粒細(xì)小且分 布均勻，晶粒尺寸基本分布在5~7mm之間，所制備硅錠光電轉(zhuǎn)換效率相較普通硅片明顯提 升0. 5~0. 8%，相較普通高效坩堝所制備高效錠光電轉(zhuǎn)換效率提升0. 2%左右，平均光電轉(zhuǎn)換 效率在17. 8%~18%之間。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0017] 實(shí)施例1 一種新型全熔高效坩堝，其制備方法包括如下步驟： (1)制備粘結(jié)漿料，將固含量為83%，高純石英砂的粒度為350目高純石英砂料漿與固 含量為41%，粒徑為27nm的高純硅溶膠以3 :7的重量比例混合，攪拌均勻后得粘結(jié)漿料。
[0018] (2)刷涂形核源粘結(jié)層，選取外徑尺寸為885mm，內(nèi)徑為845mm，高度為480mm，i甘堝 自身純度在4N的以上普通石英坩堝，在坩堝底部刷涂一層粘結(jié)漿料，作為形核源粘結(jié)層； (3)在刷涂好形核源粘結(jié)層的坩堝底部，通過灑涂的方式均勻鋪設(shè)一層以水熱法制備， 純度在5. 5N以上的高純微球狀石英砂，作為形核源層；高純微球狀石英砂用量為200g，微 球狀高純石英砂粒徑分布為40目。
[0019] (4)噴涂氮化硅，在鋪設(shè)好形核源層的坩堝底部和坩堝四壁利用噴涂的方式涂一 層純度在5. 5N以上的高純氮化硅；高純氮化硅的噴涂方式為坩堝四壁和底部分開噴涂，坩 堝底部氮化硅用量為120g/堝，側(cè)邊用量為350g/堝，噴涂時將坩堝