專利名稱：：一種多晶錠的生產方法
技術領域：
：本發明涉及一種太陽能電池鑄錠的生產方法，尤其是一種多晶錠的生產方法。
背景技術：
：目前生產多晶鑄錠時采用石英陶瓷坩堝作為多晶硅鑄錠的容器，通過雙溫區或三溫區控制，利用晶錠上下的溫度梯度實現定向凝固，采用氮化硅粉末涂層為脫模劑，此方法普遍的應用于太陽能電池鑄錠行業。單晶用石英玻璃坩堝純度較高，成本較大，也比較容易變形；多晶鑄錠用坩堝投料量大，為了獲得較高的強度，采用的石英陶瓷坩堝含大量的鋁和堿土金屬結晶促進劑，約1500-2000卯mw，在鑄錠時，行業內普遍在石英陶瓷坩堝內表面噴涂高純的氮化硅，抑制了硅與石英陶瓷坩堝的反應，Si02+Si=2SiO，減少了硅錠中氧的引入，同時起到了脫模作用，但是此氮化硅層并不能有效的抑制石英陶瓷坩堝中金屬等雜質元素的擴散，因此多晶錠與石英陶瓷坩堝接觸的面雜質含量高，少子壽命低，此原因造成邊皮和晶錠底部去除量一般高達20-30%，因此造成晶錠的利用率不高，電池效率也受到影響。目前行業內尚無對多晶鑄錠用石英陶瓷坩堝改性研究專利，對石英陶瓷坩堝中除氧以外的雜質擴散抑制的研究較少，對單晶用石英玻璃坩堝的改性研究較多。已知的有在單晶石英玻璃坩堝內表面涂布鋇或鋁等促進石英結晶的成分，在提拉單晶時在坩堝的內表面形成均勻的石英結晶層，可防止普通單晶石英玻璃坩堝在長晶時坩堝中氣泡的釋放引入雜質，造成長晶失敗，從而提高成晶率和增加坩堝高溫強度，參照日本專利申請公開1997年第110590號公報、日本專利申請公開1996年第2932號公報、日本專利申請公開2002年第94542號公報和中國專利申請公開2003年第1448685號公報，以及在坩堝的外層(氣泡層)中含有結晶促進劑的石英玻璃坩堝，參照日本專利申請公開1999年第171571號公報，或者促進劑分布在坩堝內層的石英玻璃坩堝，參照日本專利申請公開2003年第95687號公報，或者在坩堝的直體部分的中間層含有結晶促進劑的石英玻璃坩堝，參照中國專利申請公開2008年第101316953號公報。
發明內容本發明要解決的技術問題是為了解決多晶鑄錠時氮化硅粉末層并不能有效的抑制石英陶瓷坩堝中金屬等雜質元素的擴散問題，提出一種對鑄錠用石英陶瓷坩堝進行表面的處理，防止坩堝內雜質擴散，從而提高鑄錠的利用率和電池的轉換效率的一種多晶錠的生產方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是—種多晶錠的生產方法，該生產方法如下(—)、配制氫氧化鋇或鋇的鹽類的溶液作為涂覆液；[OOOS](二)、將石英陶瓷坩堝進行預熱；(三)、在預熱后的石英陶瓷坩堝的內表上均勻地涂覆氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液，對氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液進行烘焙；(四)、石英陶瓷坩堝烘焙后再在其內表面進行氮化硅的噴涂和烘烤；(五)、將硅料裝入石英陶瓷坩堝，放進多晶爐內，將多晶爐抽真空并加入保護氣體，將硅料加熱熔化；(六)、通過定向凝固，使熔化的硅料從底部到上部逐漸結晶，最后高溫退火，形成用于切片做電池的多晶錠；(七)、將晶錠切成硅片，通過制絨，擴散，邊緣刻蝕，PECVD鍍膜，絲網印刷、燒結做成電池片，測試分檔。為了更好的解決多晶鑄錠時，石英坩堝中金屬等雜質元素的擴散問題，坩堝內表面氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆量為5X10—6-3X10—5mol/cm2，氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液中氫氧化鋇或鋇的鹽類在溶劑中的重量百分比為2_15%，烘焙氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液的溫度為50-120(TC，烘焙時間為0.5-10h，氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液所用溶劑為可使涂覆液中的金屬化合物均勻溶解的水或有機溶劑，氫氧化鋇涂覆液以20-7(TC的純水為溶劑。本發明的有益效果是，鑄錠用石英陶瓷坩堝的處理方法，是在坩堝內表面上烘焙一種氫氧化鋇或鋇的鹽類涂層，高溫下，鋇化合物會分解形成氧化鋇，氧化鋇與石英坩堝反應形成致密的硅酸鋇，同時作為結晶促進劑，使坩堝表層進一步向低密度的方石英轉變，使其表面層體積膨脹，表面更平整致密，從而達到抑制坩堝內部雜質向硅料擴散的目的，進而提高靠近坩堝部位的少子壽命，提高晶錠的利用率和電池轉換效率，由于內表面涂層可能會引起坩堝內層強度進一步增強，但不必擔心會導致坩堝變形，因為多晶鑄錠用石英陶瓷坩堝與單晶用石英玻璃坩堝晶體結構不一致，石英陶瓷坩堝已基本為方石英，不會產生過大的變形而導致裂堝漏硅。具體實施例方式—種多晶錠的生產方法，該生產方法如下(—)、配制氫氧化鋇或鋇的鹽類的溶液作為涂覆液；(二)、將石英陶瓷坩堝進行預熱；(三)、在預熱后的石英陶瓷坩堝的內表面上均勻地涂覆氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液，對氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液進行烘焙；(四)、石英陶瓷坩堝烘焙后再在其內表面進行氮化硅的噴涂和烘烤；(五)、將硅料裝入石英陶瓷坩堝，放進多晶爐內，將多晶爐抽真空并加入保護氣體，將硅料加熱熔化；(六)、通過定向凝固，使熔化的硅料從底部到上部逐漸結晶，最后高溫退火，形成用于切片做電池的多晶錠；(七)、將晶錠切成硅片，通過制絨，擴散，邊緣刻蝕，PECVD鍍膜，絲網印刷、燒結做成電池片，測試分檔。為了更好的解決多晶鑄錠時，石英坩堝中金屬等雜質元素的擴散問題，坩堝內表面氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆量為5X10—6-3X10—5mol/cm2，氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液中氫氧化鋇或鋇的鹽類在溶劑中的重量百分比為2_15%，烘焙氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液的溫度為50-120(TC，烘焙時間為0.5-10h，氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液所用溶劑為可使涂覆液中的金屬化合物均勻溶解的水或有機溶劑，氫氧化鋇涂覆液中，以20-7(TC的純水為溶劑。其核心在于，鑄錠用石英陶瓷坩堝的處理方法，是在坩堝內表面上烘焙一種金屬鋇化合物涂層，在高溫下，鋇化合物會分解形成氧化鋇，隨著氧化鋇與石英坩堝反應形成致密的硅酸鋇，同時作為結晶促進劑，使坩堝表層進一步向低密度的方石英轉變，使其表面層體積膨脹，表面更平整致密，從而達到抑制坩堝內部雜質向硅料擴散的目的，進而提高靠近坩堝部位的少子壽命，提高晶錠的利用率和電池轉換效率。鋇的分凝系數非常小，要優于鈣、鎂等其他的金屬促進劑，同時由于氮化硅在坩堝和硅料之間的阻隔作用，鋇基本不會擴散到硅料中，因此對抑制坩堝中雜質的擴散非常有效，經過檢測發現對鐵的抑制作用尤為明顯，Si02-BaO_Fe203體系在高溫下會生成BaSi03和BaFe12019。采用氫氧化鋇為涂層材料時，其過程中發生的化學反應有Ba(OH)2+C02—BaC03+H20BaC03—BaO+C02(氣體，高溫下1450°C)BaC03+Si02—BaSi03+C02BaO+Si02—BaSi033BaO+2Al—Al203+3Ba，獲得的石英陶瓷坩堝涂層是烘焙在坩堝表面的，其粘附的比較強，效果優于未烘焙的坩堝，涂層通過粘附金屬化合物如氫氧化鋇或鋇的鹽類，并在高溫下烘焙分解該溶液來形成，金屬化合物優選為八水合氫氧化鋇，溶劑優選20-7(TC的純水，攪拌適當時間充分溶解，坩堝內表面的氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆量為5X10—6-3X10—5mol/cm2，氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液中氫氧化鋇或鋇的鹽類在溶劑中的重量百分比為2_15%是合適的，含量以金屬化合物的量來計算，但涂覆量高于或者低于所述范圍時是不優選的，因為涂覆量太少抑制坩堝中雜質向硅液擴散的效果不明顯，涂覆量太多坩堝和氮化硅粉末層粘結不牢易脫落。晶錠的利用率以少子壽命為標準，為了獲得較高的晶錠利用率，需要在坩堝的整個內表面做涂覆，或者在硅料與坩堝接觸的內壁局部有選擇的做涂覆，涂覆的方法可以使噴涂、浸涂、涂刷等，但不限于這些方法。涂層涂覆后，烘焙的溫度和時間由所用的金屬化合物和溶劑決定，在50-120(TC下烘焙所述的涂覆液0.5-10h是優選的。本發明將通過實施例進行說明，但實施例并不作為對本發明的進一步限制。本實施例采用的坩堝樣品是845X845X420mm3的石英陶瓷坩堝，鋇涂層處理和非涂層處理各一個，裝料量200-450kg硅料，使用同一長晶工藝和電池生產工藝，最終比較所生產晶錠的收率和電池的轉化率來說明本發明的效果。石英陶瓷坩堝采用鋇類化合物水溶液做涂覆液，涂覆液濃度2-10%，坩堝在涂覆前預熱到50-7(TC進行噴涂，將涂覆液均勻涂覆在坩堝的內表面上，在50-120(TC下烘焙所述的涂覆液O.5-10h。實施例A為做鋇涂層的坩堝，對比例B為非涂層坩堝，是只做普通的氮化硅粉末涂層的坩堝。采用鋇涂層坩堝的晶錠收率明顯高于常規晶錠，晶錠尾部的少子壽命明顯提高，電池轉換效率提高O.1-0.2%。從硅片的檢測結果看，鋇沒有從坩堝表面溶出，對硅料沒有任何影響。本發明采用坩堝做鋇涂層可以有效的抑制鑄錠時坩堝中的雜質向硅料擴散。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注Ba涂層的涂覆量以BaSi03厚度來表征；Ba/Fe含量檢測方法為ICPMS，<DL指低于檢測限卯bw以下。實施例中，所示的八水合氫氧化鋇涂層在高于80(TC的溫度下至少烘焙30分鐘是優選的。烘焙時間過短則后續噴涂的氮化硅粉末涂層容易粘附不牢，若氮化硅粉末涂層粘附不牢則容易掉入硅液，坩堝與硅液起反應導致氧的引入，同時導致最終不能有效脫模而裂錠，反而影響晶錠的利用率，并且氮化硅和氧的引入會影響晶錠質量。由于內表面涂層可能會引起坩堝內層強度進一步增強，但不必擔心會導致坩堝變形，因為多晶鑄錠用石英陶瓷坩堝與單晶用石英玻璃坩堝晶體結構不一致，石英陶瓷坩堝已基本為方石英，不會產生過大的變形而導致裂堝漏硅。權利要求一種多晶錠的生產方法，該生產方法如下(一)、配制氫氧化鋇或鋇的鹽類的溶液作為涂覆液；(二)、將石英陶瓷坩堝進行預熱；(三)、在預熱后的石英陶瓷坩堝的內表面上均勻地涂覆氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液，對氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液進行烘焙；(四)、石英陶瓷坩堝烘焙后再在其內表面進行氮化硅的噴涂和烘烤；(五)、將硅料裝入石英陶瓷坩堝，放進多晶爐內，將多晶爐抽真空并加入保護氣體，將硅料加熱熔化；(六)、通過定向凝固，使熔化的硅料從底部到上部逐漸結晶，最后高溫退火，形成用于切片做電池的多晶錠；(七)、將晶錠切成硅片，通過制絨，擴散，邊緣刻蝕，PECVD鍍膜，絲網印刷、燒結做成電池片，測試分檔。2.根據權利要求1所述的一種多晶錠的生產方法，其特征在于所述的坩堝內表面氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆量為5X10—6-3X10—5mol/Cm2。3.根據權利要求2所述的一種多晶錠的生產方法，其特征在于所述的氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液中氫氧化鋇或鋇的鹽類在溶劑中的重量百分比為2-15%。4.根據權利要求1所述的一種多晶錠的生產方法，其特征在于所述的石英陶瓷預熱溫度為30-100°C。5.根據權利要求1所述的一種多晶錠的生產方法，其特征在于所述的烘焙氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液的溫度為50-120(TC，烘焙時間為0.5-10h。6.根據權利要求1所述的一種多晶錠的生產方法，其特征在于所述的氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液所用溶劑為可使涂覆液中的金屬化合物均勻溶解的水或有機溶劑。7.根據權利要求6所述的一種多晶錠的生產方法，其特征在于所述的氫氧化鋇涂覆液以20-7(TC的純水為溶劑。全文摘要本發明涉及一種多晶錠的生產方法配制氫氧化鋇或鋇的鹽類的溶液作為涂覆液；石英陶瓷坩堝進行預熱；預熱后的石英陶瓷坩堝的內表面均勻地涂覆氫氧化鋇或鋇的鹽類的涂覆液，再進行烘焙；石英陶瓷坩堝烘焙后在其內表面進行氮化硅的噴涂和烘烤；硅料裝入石英陶瓷坩堝，放進多晶爐內，多晶爐抽真空并加入保護氣體，硅料加熱熔化；通過定向凝固，使熔化的硅料從底部到上部逐漸結晶，最后高溫退火，形成用于切片做電池的多晶錠；將晶錠切成硅片，通過制絨，擴散，邊緣刻蝕，PECVD鍍膜，絲網印刷、燒結做成電池片，測試分檔。坩堝內的涂層，抑制坩堝內部雜質向硅料擴散，提高靠近坩堝部位的少子壽命、晶錠利用率和電池轉換效率。文檔編號C01B33/00GK101696514SQ200910035670公開日2010年4月21日申請日期2009年9月30日優先權日2009年9月30日發明者陳雪,黃強,黃振飛申請人:常州天合光能有限公司;