[发明专利]硅铸锭用坩埚及其涂层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种坩埚，尤其涉及一种具有涂层结构的硅铸锭用坩埚及其涂层制备方法。

背景技术

太阳能发电是人类利用太阳能的重要手段，而太阳能电池则是实现光电转换的主要装置，太阳能电池的光电转换效率决定了太阳能源的利用转化率。近年来，世界太阳能电池的产量和装机容量每年都在以约30%的速度快速发展。2010年，全球累计装机容量为25.4GW，预计到2020年全球装机容量将达到278GW。

目前，太阳能电池的种类不断增多，其中晶体硅太阳能电池尤其是多晶硅太阳能电池以较低的成本和较高的转换效率，在未来一段时期内仍将占据主导地位。但是，相对于传统能源，多晶硅太阳能发电成本相对较高，市场化率相对较低。从目前全球形势及整个行业的发展来看，提高多晶硅太阳能电池的转换效率、降低光伏组件的发电成本是光伏产业的必然趋势。太阳能电池转换效率每提高1%，成本可降低7%。2011年末，市场上用多晶硅太阳能电池转换效率约为16.8％，2012年将达到17%。高效率光伏组件越来越受市场的青睐，低于17％的光伏组件将逐渐被市场淘汰。发展高功率光伏组件的关键在于提升太阳能电池的转换效率。

目前，提升太阳能电池效率的研究多集中在电池制作工艺的改良及高效电池结构的设计，前者如BSF技术，后者如三洋的HIT（Heterojunction with intrinsic Thinlayer结构，即在P型氢化非晶硅和n型氢化非晶硅与n型硅衬底之间增加一层非掺杂(本征)氢化非晶硅薄膜）结构电池，尽管可以制作出效率高出一般商用化产品的电池，但因制程过于复杂、成本过高，而难以大规模推广。如何以较低的成本制备出高效率的太阳能电池成为行业研究的热点。

除电池工艺因素外，多晶硅片的杂质含量过高是限制多晶硅电池转换效率的主要因素之一。多晶硅片内的杂质来源一方面是原料中的引入，另一方面是定向凝固过程中的引入，后者占主要地位。硅的定向凝固在1400℃以上的高温下进行，因坩埚的金属杂质含量是硅锭中金属杂质含量的上万倍，过大的浓度差和本身金属杂质的活性较高，大量的金属杂质会通过固态扩散的方式进入铸锭中，生产出的多晶硅片具有金属杂质高，少子寿命低等特点，使用此类硅片制作的太阳能电池性能严重恶化。传统的定向凝固工艺在铸锭石英坩埚内壁制备一层高纯氮化硅涂层，避免坩埚与硅锭的直接接触，利用氮化硅自扩散系数小的特点，减少坩埚中杂质向硅锭的扩散。但是传统涂层使用喷涂法制备属疏松涂层，其杂质隔离效果较差，与坩埚接触的区域依然有较大的程度的污染。如何改善涂层，避免坩埚的杂质向硅锭内扩散是获得高质量多晶硅片的关键技术之一。

因此，有必要提供一种改进的硅铸锭用坩埚及其涂层制备方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可显著减少坩埚向硅锭中的杂质扩散量的硅铸锭坩埚及其涂层制备方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种硅铸锭用坩埚，包括坩埚本体，所述坩埚还包括覆盖在所述坩埚本体内表面上的由纯水、氮化硅粉体和铝微粉制成的含铝涂层。

作为本发明的进一步改进，所述含铝涂层中所述铝微粉与氮化硅粉体的比例为1:8至1:15。

作为本发明的进一步改进，所述铝微粉的粒径为0.1um至0.3um。

作为本发明的进一步改进，所述氮化硅粉体的纯度大于99.9%。

作为本发明的进一步改进，所述铝微粉的纯度大于99.99%。

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种硅铸锭用坩埚涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1，量取一定量纯水，并将该纯水置于一超声水浴容器内的烧杯中，同时调整水浴温度为35℃至40℃；

S2，称取一定量的氮化硅粉体和铝微粉并加入所述烧杯中，然后开启超声水浴容器进行搅拌；

S3，待搅拌30分钟后将搅拌好的浆料喷涂至一坩埚本体的内表面上；

S4，将喷涂完成的坩埚置于温度为200℃的烧结炉内进行烘干烧结。

作为本发明的进一步改进，所述S1步骤中的纯水的电阻率大于12MΩ·cm。

作为本发明的进一步改进，所述称取的铝微粉与氮化硅粉体的比例为1:8至1:15。

作为本发明的进一步改进，所述氮化硅粉体与S1步骤中量取的纯水的比例为1:4至1:5。

作为本发明的进一步改进，所述铝微粉的粒径为0.1um至0.3um。

作为本发明的进一步改进，所述氮化硅粉体的纯度大于99.9%，所述铝微粉的纯度大于99.99%。