一種多晶鑄錠用異構涂層坩堝的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種多晶鑄錠用異構涂層坩堝，包括裸堝，在所述裸堝內底面依次涂覆有第一氮化硅涂層和形核涂層，所述形核涂層是由形核物以若干不連續的島狀體分布在第一氮化硅涂層上所構成，在所述裸堝的內壁上還涂覆有第二氮化硅涂層。本實用新型形核涂層是由形核物以若干島狀體形狀分布在第一氮化硅涂層上所構成，島狀體和形核物能夠引導晶體形核，與現有硅料自發隨即形核生長相比，本實用新型能夠形成均勻、大小適中的晶核，有利于晶體的后期生長質量，從而提升硅片轉化效率，而且，形核涂層牢牢固定在坩堝上，使用后不易脫落，同時島體狀異型結構，有利于鑄錠后坩堝的脫模，能夠大大降低粘鍋甚至裂錠的概率，使得后續硅錠尾料處理更加容易。
【專利說明】一種多晶鑄錠用異構涂層坩堝
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于光伏太陽能電池制造領域，特別涉及一種多晶鑄錠用異構涂層坩堝，用于鑄造多晶硅錠。
【背景技術】
[0002]目前，光伏太陽能電池制造行業中的多晶硅鑄造分為無籽晶和有籽晶兩種鑄造方法，這兩種方法各有其缺點。
[0003]傳統的無籽晶鑄造方法，在硅晶體的形核過程中，熔融狀態的硅料自發隨即形核生長，形成的晶核均勻性較差，導致后期晶體長晶過程中形成較多的位錯及其他缺陷，硅片晶粒分布不均勻，其光電轉化效率普遍偏低。
[0004]近幾年發展起來的籽晶鑄造方法，位錯密度等晶體缺陷減少，電池轉化效率得到大幅提升，然而，采用以細碎硅料為籽晶的半熔方法導致硅錠底部低少子壽命區域長度偏大，鑄錠良率受較大影響，并且切斷的尾料部分較難處理，從而使得制造成本居高不下。
[0005]最近，發展出來一種用石英砂顆粒預埋在坩堝底部作為籽晶，生產高效硅錠的方法，然而，其缺陷在于:由于坩堝底部往往使用較大的石英砂顆粒或者是顆粒細小的成片的石英砂層，很容易引起粘鍋，進而產生硅錠開裂，從而嚴重影響硅錠產量。同時，脫落的石英砂顆粒容易鑲嵌在硅錠底部，為后續尾料循環使用帶來不便。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在于提供一種能夠提高硅錠質量、提升硅片轉化效率、減少粘鍋、降低制造成本的多晶鑄錠用異構涂層坩堝。
[0007]本實用新型的上述目的通過以下的技術措施來實現:一種多晶鑄錠用異構涂層坩堝，包括裸堝，其特征在于:在所述裸堝內底面依次涂覆有第一氮化硅涂層和形核涂層，所述形核涂層是由形核物以若干不連續的島狀體分布在第一氮化硅涂層上所構成，在所述裸堝的內壁上還涂覆有第二氮化硅涂層。
[0008]本實用新型形核涂層是由形核物以若干島狀體形狀分布在第一氮化硅涂層上所構成，島狀體和形核物能夠引導晶體形核，與現有硅料自發隨即形核生長相比，本實用新型能夠形成均勻、大小適中的晶核，有利于晶體的后期生長質量，從而提升硅片轉化效率，而且，形核涂層牢牢固定在坩堝上，使用后不易脫落，同時島體狀異型結構，有利于鑄錠后坩堝的脫模，能夠大大降低粘鍋甚至裂錠的概率，使得后續硅錠尾料處理更加容易。
[0009]作為本實用新型的一種改進，在所述形核涂層的島狀體外表面上及各島狀體的間隙中還涂覆有第三氮化硅涂層。鑄錠完成后，該第三氮化硅涂層可以確保形核涂層不會粘結在硅錠底部，方便后續尾料循環，同時提高了硅錠切片利用率。
[0010]本實用新型所述的形核物為硅粉、硅顆粒、石英砂、碳化硅或氮化硅中的一種或幾種，所述石英砂、碳化硅和氮化硅的晶格結構與硅相同。其中，碳化硅或氮化硅為粉末或者顆粒形態，形核物還可以是其它與晶體硅晶格結構相近的物質。
[0011]作為本實用新型的優選方式，所述形核物的粒度為10?1000目，優選為50 ?-300 目。
[0012]作為本實用新型的推薦實施方式，所述島狀體橫截面的形狀為圓形、橢圓形或者矩形，也可以是其它較為圓滑的規則形狀；所述島狀體的橫截面的最大長度是I?50_，厚度為0.1?1mm,優選為0.5?5mm,相鄰的島狀體間隔I?20mm。
[0013]本實用新型所述的第一氮化硅涂層的厚度是50?300微米，優選為100?150微米；所述第三氮化硅涂層的厚度為20-200微米，優選為50-80微米；所述第一、第二、第三氮化硅涂層及所述形核涂層以刷涂、滾涂或者噴涂方式進行涂覆。
[0014]與現有技術相比，本實用新型具有如下顯著的效果:
[0015]⑴本實用新型形核涂層是由形核物以若干不連續島狀體分布在第一氮化硅涂層上所構成，島狀體和形核物能夠引導晶體形核，形成均勻、大小適中的晶核，有利于晶體的后期生長質量，從而提升硅片轉化效率，而且，形核涂層牢牢固定在坩堝上，使用后不易脫落，同時島體狀異型結構，利于鑄錠后坩堝的脫模，能夠大大降低粘鍋甚至裂錠的概率，使得后續硅錠尾料處理更加容易。
[0016]⑵第一、第二氮化硅涂層有效地隔絕阻止了高溫下熔融硅液與坩堝的接觸反應，避免發生粘鍋。
[0017]⑶本實用新型能夠顯著降低硅片內部缺陷，改善硅錠質量，提高其制成電池片后光電轉化效率，同時顯著提高了硅錠切片利用率，減少了粘鍋的概率，降低了生產成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0019]圖1是制備本實用新型的工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，本實用新型一種多晶鑄錠用異構涂層坩堝，包括裸堝1，在裸堝I內底面依次涂覆有第一氮化硅涂層2、形核涂層4和第三氮化硅涂層5，第一氮化硅涂層的厚度是50?300微米，優選為100?150微米。形核涂層4是由形核物以若干不連續的島狀體41分布在第一氮化硅涂層2上所構成，島狀體和形核物能夠引導晶體形核，形成均勻、大小適中的晶核，有利于晶體的后期生長質量，提升硅片轉化效率。在裸堝I的內壁上還涂覆有第二氮化硅涂層(圖中未畫出)，第一、二氮化硅涂層可以有效隔絕熔融硅液與坩堝發生反應，避免發生粘鍋。第三氮化硅涂層5涂覆在形核涂層4的島狀體41外表面上及各島狀體41的間隙42中，第三氮化硅涂層5的厚度為20-200微米，優選為50-80微米，該第三氮化硅涂層5的厚度適中，使熔融硅液能夠穿透該第三氮化硅涂層而與形核涂層相接觸，以便熔融硅液以形核物為籽晶形核長晶，而且，使得形核物不會粘結在硅錠底面上，方便后續硅錠尾料處理。
[0021]在本實施例中，形核物可以是硅粉、硅顆粒、石英砂、碳化硅或氮化硅中的一種或幾種，石英砂、碳化硅和氮化硅的晶格結構與硅的晶格結構相同。形核物還可以是其它與晶體硅晶格結構相近的物質。形核物的粒度為10?1000目，優選為50-300目。
[0022]形核涂層4的島狀體41橫截面的形狀為圓形、橢圓形或者矩形，也可以是其它較為圓滑的規則形狀；島狀體的橫截面的最大長度是I?50mm,厚度為0.1?1mm,優選為
0.5?5mm,相鄰的島狀體間隔I?20mm。
[0023]一種上述多晶鑄錠用異構涂層坩堝的制備方法，參見圖1，包括以下步驟:
[0024]⑴制作裸堝I ;
[0025]⑵在裸堝I內底面涂覆第一氮化硅涂層2并烘干，具體采用刷涂方式，烘干溫度是50?80攝氏度；
[0026]⑶在步驟⑵獲得的坩堝的第一氮化硅涂層2上制作形核涂層4，即將形核物以若干不連續的島狀體41設置在第一氮化硅涂層2上構成形核涂層4，制作形核涂層4包括以下步驟:
[0027]①將一張尺寸略小于坩堝內底面的網狀模板6平置且緊貼在由步驟⑵獲得的坩堝的第一氮化硅涂層2上，模板的網絲61的直徑為I?20mm，優選為3?10mm，網孔62孔徑為I?50mm,優選為5?20_ ；
[0028]②將形核物涂覆在網狀模板6上，具體采用刷涂方式，以使形核物填充在網狀模板6的網孔62中；
[0029]③移除網狀模板6，形核物以若干不連續的島狀體41設置在第一氮化硅涂層2上，即得形核涂層4。
[0030]形核涂層4牢牢固定在坩堝上，使用后不易脫落，同時島體狀異型結構，利于鑄錠后坩堝的脫模，能夠大大降低粘鍋甚至裂錠的概率，使得后續硅錠尾料處理更加容易。
[0031]⑷在步驟⑶獲得的坩堝的形核涂層4的島狀體41外表面上及各島狀體41的間隙42中刷涂第三氮化硅涂層5，鑄錠完成后，該第三氮化硅涂層5可以確保形核涂層不會粘結在硅錠底部，方便后續尾料循環，同時提高了硅錠切片利用率。在坩堝的內壁上還噴涂第二氮化硅涂層即得到多晶鑄錠用異構涂層坩堝。
[0032]第一、第二、第三氮化硅涂層及形核涂層還可以采用滾涂、噴涂等方式進行涂覆，刷涂方式為優選方式。
[0033]本實用新型的實施方式不限于此，根據本實用新型的上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本實用新型上述基本技術思想前提下，本實用新型還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本實用新型權利保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種多晶鑄錠用異構涂層坩堝，包括裸堝，其特征在于:在所述裸堝內底面依次涂覆有第一氮化硅涂層和形核涂層，所述形核涂層是由形核物以若干不連續的島狀體分布在第一氮化硅涂層上所構成，在所述裸堝的內壁上還涂覆有第二氮化硅涂層。
2.根據權利要求1所述的多晶鑄錠用異構涂層坩堝，其特征在于:在所述形核涂層的島狀體外表面上及各島狀體的間隙中還涂覆有第三氮化硅涂層。
3.根據權利要求2所述的多晶鑄錠用異構涂層坩堝，其特征在于:所述形核物的粒度為10?1000目。
4.根據權利要求3所述的多晶鑄錠用異構涂層坩堝，其特征在于:所述島狀體橫截面的形狀為圓形、橢圓形或者矩形。
5.根據權利要求4所述的多晶鑄錠用異構涂層坩堝，其特征在于:所述島狀體的橫截面的最大長度是I?50m,厚度為0.1?10mm。
6.根據權利要求5所述的多晶鑄錠用異構涂層坩堝，其特征在于:相鄰的島狀體間隔I ?20mmo
7.根據權利要求6所述的多晶鑄錠用異構涂層坩堝，其特征在于:所述第一氮化硅涂層的厚度是50?300微米。
8.根據權利要求7所述的多晶鑄錠用異構涂層坩堝，其特征在于:所述第三氮化硅涂層的厚度為20?200微米。
【文檔編號】C30B29/06GK203855682SQ201420173394
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】王建立, 張華利, 崔鵬, 高源 , 張欣 申請人:晶海洋半導體材料（東海）有限公司