[发明专利]坩埚涂层结构、制备方法及坩埚

说明书

技术领域

本发明涉及坩埚及其制备方法，特别涉及一种多晶硅铸锭用的坩埚涂层结构、制备方法及坩埚。

背景技术

伴随着工业现代化水平的提升，以及人们日益对周边环境污染问题的重视，一些传统的能源正逐步被新兴的绿色能源所取代。在这些绿色能源中，太阳能电池以其无污染、可再生的优势已经逐渐在全球范围内得到迅速的发展。根据太阳能电池所用材料的不同，其可分为：晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、聚光太阳能电池等。其中，晶体硅太阳电池的发展最为成熟，目前已经占据市场的90％左右的份额。晶体硅太阳电池又分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池两种。其中，单晶硅电池由于其长晶成本较高，仅占据市场的18％左右的份额，明显低于多晶硅电池的市场份额。

传统的太阳能电池中所使用的多晶硅片，主要是以石英陶瓷坩埚为容器，在石英陶瓷坩埚中注入硅料进行高温熔融、长晶，从而得到多晶硅铸锭半成品。然后再对多晶硅铸锭以固定的尺寸开方、切片，最终加工得到多晶硅片成品。

传统的多晶硅铸锭用石英坩埚制造工艺，均采用湿法球磨制浆，由于研磨介质在生产过程中产生磨损，磨损的研磨介质磨料会导致石英坩埚本体中固有的杂质含量较高。石英坩埚在装入硅料之前需要在其内表面喷涂一层氮化硅涂层，来抑制硅与石英坩埚的反应。但是，氮化硅涂层并不能有效地抑制石英坩埚中杂质的扩散，多晶硅与石英坩埚的接触面上杂质含量较高，从而导致多晶硅片成品的黑边比例较大，并影响到下游太阳能电池的少子寿命等产品性能。

此外，传统的石英坩埚，在多晶硅铸锭长晶过程中，石英坩埚内表面无法提供形核点，熔融的硅晶随机形核并生长，从而导致最终所形成的晶核均匀性差，晶体中的位错密度高，多晶硅铸锭良率降低，并影响到下游太阳能电池的转化效率。

发明内容

基于此，有必要针对上述缺陷，提供一种能够提高多晶硅铸锭良率的多晶硅铸锭用坩埚涂层结构、制备方法及其具有上述涂层结构的坩埚。

一种坩埚涂层结构，包括涂敷于所述坩埚基底上的第一涂层及涂敷于所述第一涂层上的第二涂层；所述第一涂层的材料为硅晶体及氮化硅中的至少一种与石英砂的混合物，所述第二涂层的材料为氮化硅。

在其中一个实施例中，所述硅晶体的纯度不低于99.9999%，所述氮化硅的纯度不低于99.99%及所述石英砂的纯度不低于99.98%。

在其中一个实施例中，所述第一涂层的涂敷厚度为0.1-2.5mm，所述第二涂层的涂敷厚度为0.1-0.5mm。

一种涂敷有所述坩埚涂层结构的坩埚，所述坩埚为石英坩埚。

一种所述坩埚涂层结构的制备方法，包括如下步骤：

制备第一涂层：在所述坩埚的基底上制备第一涂层，所述第一涂层的材料为硅晶体及氮化硅中的至少一种与石英砂的混合物；

制备第二涂层：在所述第一涂层表面制备第二涂层，所述第二涂层的材料为氮化硅；及

高温烧结。

在其中一个实施例中，采用如下顺序的制备步骤：

第一步骤，制备第一涂层：在所述坩埚的基底上制备第一涂层，所述第一涂层的材料为硅晶体及氮化硅中的至少一种与石英砂的混合物；

第二步骤，制备第二涂层：在所述第一涂层表面制备第二涂层，所述第二涂层的材料为氮化硅；

第三步骤，高温烧结：将涂敷有所述第一涂层及所述第二涂层的坩埚进行高温烧结。

在其中一个实施例中，采用如下顺序的制备步骤：

第一步骤，制备第一涂层：在所述坩埚的基底上制备第一涂层，所述第一涂层的材料为硅晶体及氮化硅中的至少一种与石英砂的混合物；

第二步骤，高温烧结：将涂敷有所述第一涂层的坩埚进行高温烧结；

第三步骤，制备第二涂层：在所述第一涂层表面制备第二涂层，所述第二涂层的材料为氮化硅。在其中一个实施例中，所述制备第一涂层的步骤包括：在所述坩埚的基底上涂敷第一涂层浆料，干燥后形成所述第一涂层；

其中，所述第一涂层浆料包括以下成分：

原浆       25-50wt%，

粘结剂     35-55wt%，及

第一颗粒料 15-30wt%。

所述原浆包括75-84wt%且纯度不低于99.98%的石英砂，余量为纯度高于99.99%的纯水；

所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙二醇、硅烷偶联剂KH-560及硅溶胶中的至少一种；

所述第一颗粒料选自纯度不低于99.9999%的硅晶体及纯度不低于99.99%的氮化硅中的至少一种。