專利名稱：一種石英陶瓷坩堝的制備方法
技術領域：
本發明涉及多晶硅鑄錠領域，具體涉及一種石英陶瓷坩堝的制備方法。
背景技術：
對于多晶硅電池材料，少數載流子壽命(或擴散長度)是衡量材料性能的一個重要參數。鑄造多晶硅中一般存在高密度的缺陷和高濃度的雜質。通常這些雜質原子本身或者通過與結晶學缺陷相互作用，會成為少數載流子的復合中心，大大降低少數載流子壽命，進而影響太陽電池的轉換效率。有研究表明，相比于晶界和位錯，雜質元素對硅錠中少子壽命的影響更大。因此降低坩堝的雜質元素含量，有利于生產高質量的鑄造多晶硅硅錠，降低鑄造多晶硅太陽電池的成本，同時也是制備高效率鑄造多晶太陽電池的前提。 多晶硅硅錠的雜質富集區主要集中在硅錠頂部和與坩堝所接觸的四周和底部。由于雜質元素在硅中的平衡分凝系數很小，大多小于10_3，有的甚至達到10_6，因此，硅料本身的雜質主要集中在硅錠的頂部，而四周與底部的雜質富集區主要由坩堝或者氮化硅涂層的雜質元素通過擴散進入硅錠而產生。因此降低坩堝的雜質元素含量，減少其向硅錠的元素擴散，將會有效減少娃淀的雜質富集區，從而達到提聞娃淀少子壽命以及娃淀得率的目的。根據研究發現，對少子壽命影響最大的元素主要是過渡金屬元素以及堿金屬元素。在石英中，過渡金屬元素如Cr、N1、Cu等含量都很低，只有Fe含量比較高，同樣的，堿金屬元素在石英中主要是Na和K兩個元素含量較高，因此控制石英陶瓷坩堝中的雜質元素含量，主要就是控制這三個元素的含量。目前市場上用在多晶硅鑄錠行業的石英陶瓷坩堝，是利用熔融石英玻璃砣為原料，通過陶瓷的生產工藝和生產技術所生產的。熔融石英玻璃砣的原料是沒有經過高度提純的石英碎石，直徑為厘米級，只是經過簡單的酸洗，制作工藝粗糙，因此石英碎石很難經過后期處理提純，使得其雜質含量很高。熔融石英爐通過石墨電極加熱，并在石英碎石外圍用雜質含量很高的石英砂進行保溫，從爐中心向四周存在很大的溫度梯度，加熱不均勻，使得石英碎石很難完全融化，在石英坨內部存在很多白色絮狀物，造成了石英坨的不均一性，使得利用此原料制作的石英陶瓷坩堝存在著應力不均一的問題，增大了產品在鑄錠過程中硅料滲漏的可能性。由于保溫砂的雜質元素很高，在熔融過程中會不斷向石英坨中擴散，從而進一步降低了石英坨的純度。另一方面，由于石英坨中含有大量雜質集聚物(白色絮狀物、黑色團塊等)，生產得到的石英坨后期要通過人工進行敲砸手選，而且人工進行敲砸時多為鐵錘，會產生嚴重的二次污染。最終造成利用此原料生產出來的石英陶瓷坩堝雜質元素含量較高，會在多晶硅鑄錠過程中，慢慢擴散進入硅錠中，造成硅錠的這些金屬元素含量偏高，從而降低硅錠的少子壽命和得率。
發明內容
本發明要解決現有技術中多晶硅硅錠制備過程中坩堝的雜質向多晶硅硅錠擴散造成最終的多晶硅硅錠雜質含量高的問題，提供了一種雜質很少的高純石英陶瓷坩堝的制備方法。本發明提供的石英陶瓷坩堝的制備方法，步驟為
(1)將石英砂投入到連熔爐中，加熱到190(T240(TC，保證其完全熔融，在熔融狀態下，經過連熔爐的成型裝置連續吐出，拉制得到石英玻璃；所述石英砂直徑在2_以下，石英砂中的Fe、Na和K這三個元素含量均小于5ppm ；
(2)以步驟(I)得到的石英玻璃為原料，經過注漿成型法制備得到石英陶瓷坩堝。優選地，步驟(2)具體為石英玻璃經過球磨制成料漿，均化之后加入由石英玻璃經過破碎和磁選處理后的石英玻璃砂，混合均勻后經過注漿、脫模、干燥、燒結和銑磨，得到石英陶瓷坩堝。優選地，所述石英玻璃砂過20-270目篩。在該粒度范圍內能更好地滿足制備要 求。以上制備方法中，除做特殊說明外，均為本領域常規技術手段。本發明還保護由上述方法制備得到的石英陶瓷坩堝。本發明具有以下有益效果采用本發明的制備方法得到的石英陶瓷坩堝為雜質很少的高純石英陶瓷坩堝，整個制備過程簡單高效，適用于工廠化生產。
圖1 :連熔爐剖面結構示意圖(當拉制石英玻璃棒時，要將中心的芯桿抽出)。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好地理解本發明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。實施例1制備石英陶瓷坩堝
連熔爐(如圖1所示)為現有裝置，由支撐座固定，其包括相互配合的爐體、爐蓋，爐體內設有鎢坩堝(或鑰坩堝)，鎢坩堝(或鑰坩堝)的外側設有連接電極的加熱網和保溫砂，鎢坩堝(或鑰坩堝)上端連通有加料裝置，下端連接成型裝置，成型裝置由牽引機控制。直徑小于2mm，Fe、Na和K這三個元素含量分別都小于5ppm的石英砂通過加料裝置連續地加入到鎢坩堝(或鑰坩堝)內，被加熱到190(T240(rC并保持，使石英砂充分熔化，并以高純度的氫氣或者氮氣作為保護氣，通過鎢坩堝(或鑰坩堝)下端的成型裝置，連續拉制得到石英玻璃(管、棒等)(當拉制石英玻璃棒時，要將中心的芯桿抽出)。實現高效(連續)和清潔生產是利用連熔爐生產石英玻璃的顯著特征。采用這種方法得到的石英玻璃，保證了其在生產過程中不會受到污染，經過ICP檢測，其Fe、Na和K這三個元素含量分別都小于5ppm0以上述步驟得到的石英玻璃為原料，加入到球磨機中制備成生產石英陶瓷坩堝用的石英料漿，石英料漿在均化桶中均化10天之后，加入混料桶中，并同時混入事先制備好的石英玻璃砂，該石英玻璃砂由兩種顆粒尺寸組成，均是由石英玻璃經過破碎和常規磁選制得，一部分過20-100目篩，另一部分過100-270目篩。混合完全后，抽真空45分鐘，使其真空度達到-O. OSMpa以下，利用注漿成型法，使用石膏模具成型產品。成型后的產品，脫模得到毛坯，在低溫干燥20小時之后，再經過1100°C燒結得到成品。燒結之后的產品經過銑床，銑磨得到最終產品。用此方法得到的石英陶瓷坩堝，經過ICP檢測，坩堝的Fe、Na和K這三個元素含量分別都小于9ppm。以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護范
圍不限于此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護范圍之內。本發明的保護范圍以權利要求書為準。
權利要求
1.一種石英陶瓷坩堝的制備方法，其特征在于，步驟為 (1)將石英砂投入到連熔爐中，加熱到190(T240(TC保證其完全熔融，在熔融狀態下，經過連熔爐的成型裝置連續吐出，拉制得到石英玻璃；所述石英砂直徑在2_以下，石英砂中的Fe、Na和K這三個元素含量均小于5ppm ； (2)以步驟(I)得到的石英玻璃為原料，經過注漿成型法制備得到石英陶瓷坩堝。
2.根據權利要求1所述的石英陶瓷坩堝的制備方法，其特征在于，步驟(2)具體為石英玻璃經過球磨制成料漿，均化之后加入由石英玻璃經過破碎和磁選處理后的石英玻璃砂，混合均勻后經過注漿、脫模、干燥、燒結和銑磨，得到石英陶瓷坩堝。
3.根據權利要求2所述的石英陶瓷坩堝的制備方法，其特征在于，所述石英玻璃砂過20-270 目篩。
4.權利要求1-3任一所述的石英陶瓷坩堝的制備方法制備得到的石英陶瓷坩堝。
全文摘要
本發明公開了一種石英陶瓷坩堝的制備方法。該方法步驟為將石英砂投入到連熔爐中，加熱到1900~2400℃，保證其完全熔融，在熔融狀態下，經過連熔爐的成型裝置連續吐出拉制得到石英玻璃；所述石英砂直徑在2mm以下，石英砂中的Fe、Na和K這三個元素含量均小于5ppm；再以石英玻璃為原料，經過注漿成型法制備得到石英陶瓷坩堝。采用本發明的制備方法得到的石英陶瓷坩堝為雜質很少的高純石英陶瓷坩堝，整個制備過程簡單方便，適用于工廠化生產。
文檔編號C30B35/00GK103011567SQ201210582649
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者陳培榮, 陳士斌, 丁炳華, 段井超, 張東 申請人:江蘇太平洋石英股份有限公司