專利名稱：用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種坩堝，尤其涉及一種用于生產(chǎn)高效多晶硅鑄錠用的高純石英陶瓷坩堝。
背景技術(shù)：
目前光伏市場上，硅電池占據(jù)大部分的份額。在晶體硅太陽能電池中，由于多晶硅制造エ藝較簡單，且其制造成本較單晶硅較低，多晶硅在整個光伏行業(yè)中占有80%份額。多晶硅鑄錠エ藝主要有定向凝固法和澆鑄法兩種，而這兩種方法都需要鑄錠用的石英坩堝，傳統(tǒng)的石英坩堝主要存在以下問題
一是傳統(tǒng)石英陶瓷坩堝中的具有較高的雜質(zhì)，會在硅中形成深能級，深能級距離導帶 和禁帶都很遠，所以雜質(zhì)本身的能級對提高導電性沒有作用，而且，一旦其它淺能級(如磷或硼)載流子遇到深能級雜質(zhì)，反而會被“陷住”，更加不易發(fā)生躍遷，既難以跳到導帶，也難以跳回價帶，失去了載流子的作用，也就是所謂深能級對載流子的復合作用，深能級雜質(zhì)所在的位置，稱為“深能級復合中心”。復合中心的存在會降低少數(shù)載流子的壽命，從而降低太陽能電池的效率。因此，雜質(zhì)的存在會導致多晶硅產(chǎn)生缺陷，降低下游電池片的電性能。ニ，傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)エ藝中會使坩堝中帶入較高的鋁含量。國內(nèi)外許多專家認為鋁的能級不是深能級，因為鋁是第三主族元素，與硼是同一族的，能被用作P型的摻雜元素。同時因為鋁在硅中的分凝系數(shù)約為O. 1，比鐵等其他金屬元素要大的多，所以分凝對鋁的作用比較有限，鋁是金屬雜質(zhì)中比較難除的一種雜質(zhì)。在多晶硅鑄錠中，鋁是影響電池片性能的幾種主要金屬雜質(zhì)之一。如果坩堝中的鋁污染了溶解的硅，且濃度在O. Ippm以上吋，鋁和硼一祥，會導致電阻率的下降。因此，鋁的存在將會影響電池片的電阻，作為坩堝制造商來說對坩堝鋁的控制也是至關(guān)重要的。三，制造多晶硅的エ藝過程一般是在石英陶瓷方坩堝中將熔融的硅原料由底部到頂部逐步凝固成硅晶體，普遍使用的坩堝其底部均為平底，使用過程中發(fā)現(xiàn)該類坩堝的熱性能不好，會導致晶體生長過程中晶向不一致，進而導致位錯密度會増加，最終影響電池的電性能。四，用于多晶硅鑄錠用石英陶瓷坩堝的內(nèi)部通常存在微小的閉氣泡，這些氣泡在多晶鑄錠爐高溫狀態(tài)下破裂溢出，溢出的雜質(zhì)成分會進入溶解的硅料之中，從而使得硅晶體生長過程中產(chǎn)生缺陷。目前，傳統(tǒng)的多晶硅鑄錠用石英陶瓷坩堝都存在較高的氣孔率，而且所具有的氮化硅涂層無法達到致密的效果，所以晶體硅很容易被坩堝氣泡中所釋放的雜質(zhì)成分腐蝕，影響電池片的電學性能。為了解決上述問題，在鑄錠時，行業(yè)內(nèi)普遍在石英陶瓷坩堝內(nèi)表面噴涂氮化硅，抑制硅與石英陶瓷坩堝的反應，同時還可以起到脫模作用，但是氮化硅涂層并不能有效地抑制石英陶瓷坩堝中金屬等雜質(zhì)元素的擴散，因此多晶硅與石英陶瓷坩堝接觸的面上雜質(zhì)含量高，少子壽命低，造成晶錠的利用率不高，硅錠的質(zhì)量也受到影響。專利號為CN201620207U的名為多晶硅鑄錠用石英坩堝中公開了ー種坩堝，包括坩堝本體，坩堝本體為石英陶瓷坩堝，在坩堝本體的內(nèi)表面設置ー層高純石英玻璃內(nèi)層。石英陶瓷坩堝含大量的鋁和堿土金屬結(jié)晶促進劑，以及加工過程中的粘污，金屬雜質(zhì)含量約1500-2000ppmw。坩堝本體的內(nèi)表面的高純石英玻璃內(nèi)層，可以抑制坩堝雜質(zhì)向晶錠擴散，從而提高多晶硅錠的質(zhì)量，但這類坩堝在實際生產(chǎn)中是難以實現(xiàn)的。專利申請?zhí)枮镃N10215327A的專利公開了ー種用于多晶硅鑄錠的熔融石英坩堝，其由塊狀高純?nèi)廴谑⒃虾土罡呒內(nèi)廴谑⒃辖M成，該發(fā)明的熔融石英坩堝，具有均勻的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，適當?shù)臍饪茁?，既保證了坩堝的強度，同時也保證了很好的吸附性，提聞了多晶娃鑄淀的成品率。競爭激烈的光伏行業(yè)，如何制造出質(zhì)量更優(yōu)的硅錠對鑄錠用的石英坩堝提出了更為嚴格的要求。因此，開發(fā)具有表面致密層和具有較好熱傳遞性能的石英陶瓷坩堝對于生產(chǎn)高效多晶硅片非常有利
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是一，是降低傳統(tǒng)石英陶瓷坩堝中的具有較高的表面雜質(zhì)；ニ，降低傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)エ藝中帶入的較高鋁含量；三，傳統(tǒng)石英陶瓷坩堝的熱性能不佳；四，現(xiàn)有坩堝中通常存在微小的閉氣泡，這些氣泡在多晶鑄錠爐高溫狀態(tài)下破裂溢出，溢出的雜質(zhì)成分會進入溶解的硅料之中，從而使得硅晶體生長過程中產(chǎn)生缺陷。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝，包括坩堝本體，坩堝本體為石英陶瓷坩堝，在坩堝本體的內(nèi)表面全部或部分包括石英陶瓷內(nèi)層；
所述用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝，其特征在于石英陶瓷內(nèi)層由不同粒徑，純度不低于99. 99%的石英粉體燒結(jié)而成；
所述石英粉體的有小于I微米的超細石英粉體，I微米-200微米的石英粉體，200微米-1000微米的石英骨料；
所述粒徑小于I微米的超細石英粉體、I微米-200微米的石英粉體和200微米-1000微米的石英骨料的份數(shù)比為任意比例；
所述用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝內(nèi)層的厚度不宣太厚，避免由于內(nèi)外層熱膨脹系數(shù)不均而引起龜裂，所述石英陶瓷內(nèi)層的厚度為10-2000微米；
ー種制作用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝的方法，將不同粒徑純度不低于99. 99%的石英粉體混合均勻，再放入水，混合均勻。在石英陶瓷坩堝內(nèi)表面采用坩堝一體成型或噴涂或刷涂或浸涂方法制得，涂覆后的坩堝在80-150で下干燥2-5小時；
所述的用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝的方法，其中石英粉體的粒徑包括小于I微米的超細石英粉體，I微米-200微米的石英粉體，200微米-1000微米的石英骨料。通過在石英陶瓷坩堝的內(nèi)層設置高純石英陶瓷內(nèi)層，克服了傳統(tǒng)石英陶瓷坩堝以下幾方面的不足，一是傳統(tǒng)石英陶瓷坩堝中的具有較高的雜質(zhì)，影響下游電池片的電性能；ニ是傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)エ藝中會使坩堝中帶入較高的鋁含量，降低坩堝的電阻率；三是傳統(tǒng)石英陶瓷坩堝的熱性能不佳，采用本發(fā)明的技術(shù)手段，可以降低石英陶瓷坩堝中的雜質(zhì)含量，降低石英陶瓷坩堝中的鋁含量，提高石英陶瓷坩堝的熱性能，從而使得石英陶瓷坩堝可以更好地滿足實際生產(chǎn)的需要；四是，現(xiàn)有坩堝中通常存在微小的閉氣泡，這些氣泡在多晶鑄錠爐高溫狀態(tài)下破裂溢出，溢出的雜質(zhì)成分會進入溶解的硅料之中，從而使得硅晶體生長過程中產(chǎn)生缺陷。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進ー步說明。圖I是本發(fā)明用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝實施例I的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖 。圖I中I為坩堝本體，2為石英陶瓷內(nèi)層。圖2中I為坩堝本體，2為石英陶瓷內(nèi)層。
具體實施例方式具體實施例I
將純度為99.991%的小于I微米的超細石英粉體I份，I微米-200微米的石英粉體3份，200微米-1000微米的石英骨料I份放入高剪切混料機中混合均勻，再放入6份水，混合I小吋。利用浸涂的方式在石英陶瓷坩堝內(nèi)表面進行涂覆，浸涂后坩堝放入干燥箱在80°C下干燥5小時，得到用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝。得到如圖I所示的用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝，包括坩堝本體，坩堝本體為不透明的石英陶瓷坩堝，在坩堝本體的內(nèi)表面含有高純石英陶瓷內(nèi)層，內(nèi)層厚度為800微米。具體實施例2
將純度為99. 993%的小于I微米的超細石英粉體2份，I微米-200微米的石英粉體I份，200微米-1000微米的石英骨料I份放入高剪切混料機中混合均勻，再放入6份水，混合O. 5小吋。利用噴涂的方式在石英陶瓷坩堝內(nèi)表面進行噴涂，噴涂后坩堝放入干燥箱在150°C下干燥2小時，得到用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝。如圖2所示的用于生產(chǎn)高效多晶的的石英陶瓷坩堝，包括坩堝本體，坩堝本體為不透明的石英陶瓷坩堝，在坩堝本體的內(nèi)表面底部包含高純石英陶瓷內(nèi)層，內(nèi)層厚度為10微米。具體實施例3
將純度為99. 99%的200微米-1000微米的石英料4份放入濕法球磨機，加入3份水，球磨8h，漿料的顆粒度達到O. 8-50微米。再加入200微米-1000微米骨料I份，混合I小吋，再將純度為99. 99%的200微米-1000微米的石英骨料I份放入高剪切混料機中混合均勻，再放入6份水，混合1.5小吋。利用刷涂的方式在石英陶瓷坩堝內(nèi)表面進行涂覆，刷涂后坩堝放入干燥箱在80°C下干燥5小時，得到用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝。用于生產(chǎn)高效多晶的的石英陶瓷坩堝，包括坩堝本體，坩堝本體為不透明的石英陶瓷坩堝，坩堝本體的內(nèi)表面包含高純石英陶瓷內(nèi)層，內(nèi)層厚度為500微米。具體實施例4
將純度為99. 999%的將氣相ニ氧化硅2份(粒徑小于I微米的超細石英分體中的ー種)放入3份水，用高剪切混料機混合均勻，再將I微米-200微米的石英粉體2份，混合2小時。利用一體成型的方法制造坩堝，后在120°C干燥3. 5 h，得到用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝。如圖3所示的用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝，包括坩堝本體，坩堝本體為不透明的石英陶瓷坩堝，在坩堝本體的內(nèi)表面利用一體成型的方法制得肉眼無法辨認的石英陶瓷內(nèi)層，內(nèi)層厚度為2000微米。具體實施例5
將純度為99. 991%的小于I微米的超細石英粉體I份，I微米-200微米的石英粉體I份，200微米-1000微米的石英骨料I份，放入高剪切混料機中混合均勻，再放入6份水，混合I小吋。利用噴涂的方式在石英陶瓷坩堝內(nèi)表面進行涂覆，噴涂后坩堝放入干燥箱在110°C下坩堝4小時，得到用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝。用于生產(chǎn)高效多晶的的石英陶瓷坩堝，包括坩堝本體，坩堝本體為不透明的石英陶瓷坩堝，在坩堝本體的內(nèi)表面包含高純石英陶瓷內(nèi)層，內(nèi)層厚度為50微米。具體實施例6
將純度為99. 991%的小于Ium的超細石英粉體I份，I微米-200微米的石英粉體I份，200微米-1000微米的石英骨料I份，放入高剪切混料機中混合均勻，再放入6份水，混合I小吋。利用噴涂的方式在石英陶瓷坩堝內(nèi)表面進行涂覆，噴涂后坩堝放入干燥箱在100°C下坩堝3小時，得到用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝。用于生產(chǎn)高效多晶的的石英陶瓷坩堝，包括坩堝本體，坩堝本體為不透明的石英陶瓷坩堝，在坩堝本體的內(nèi)表面包含高純石英陶瓷內(nèi)層，內(nèi)層厚度為50微米。對上述實施例1-4制得的坩堝采用常規(guī)方法進行檢測，并與傳統(tǒng)坩堝進行比較，結(jié)果數(shù)據(jù)見表I。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝，包括坩堝本體，所述的坩堝本體為石英陶瓷坩堝，其特征在于在所述的坩堝本體的內(nèi)表面全部或部分包括石英陶瓷內(nèi)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝，其特征在于石英陶瓷內(nèi)層由不同粒徑，純度不低于99. 99%的石英粉體燒結(jié)而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝，其特征在于所述的石英粉體包括粒徑小于I微米的超細石英粉體，I微米-200微米的石英粉體，200微米-1000微米的石英骨料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝，其特征在于粒徑小于I微米的超細石英粉體、I微米-200微米的石英粉體和200微米-1000微米的石英骨料的份數(shù)比為任意比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項權(quán)利要求所述的用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝，其特征在于石英陶瓷內(nèi)層的厚度為10-2000微米。
6.一種制備如權(quán)利要求I所述的用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝的方法，其特征在于將不同粒徑的純度不低于99. 99%的石英粉體混合均勻，再放入水，混合均勻，在石英陶瓷坩堝內(nèi)層采用采用坩堝一體成型或噴涂或刷涂或浸涂方法制得，后將坩堝在80-150 V下干燥2-5小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝的方法，其特征在于所述石英粉體的粒徑有小于I微米的超細石英粉體，I微米-200微米的石英粉體，200微米-1000微米的石英骨料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于生產(chǎn)高效多晶的石英陶瓷坩堝,包括坩堝本體，所述坩堝本體為石英陶瓷坩堝，坩堝本體的內(nèi)表面包含高純石英陶瓷內(nèi)層?？朔藗鹘y(tǒng)石英陶瓷坩堝幾方面的不足，一是傳統(tǒng)石英陶瓷坩堝中的具有較高的雜質(zhì)，影響下游下游電池片的電性能；二是傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)工藝中會使坩堝中帶入較高的鋁含量，進而影響硅片的電阻率；三是傳統(tǒng)石英陶瓷坩堝的熱性能不佳，采用本發(fā)明的技術(shù)手段，可以降低石英陶瓷坩堝中的雜質(zhì)含量，降低石英陶瓷坩堝中的鋁含量，提高石英陶瓷坩堝的熱性能，從而使得石英陶瓷坩堝可以更好地滿足實際生產(chǎn)的需要。
文檔編號C30B15/10GK102826737SQ20121036824
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者張福軍, 張伏嚴, 周佳暉 申請人:常熟華融太陽能新型材料有限公司