多晶硅鑄錠用的免燒結(jié)坩堝涂層結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及坩禍涂層及其制備方法，特別涉及一種多晶硅鑄錠用的免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在多晶硅鑄錠爐中，通常使用石英坩禍來(lái)盛放熔融的硅液。高溫狀態(tài)下，硅液可與坩禍的主要成分二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，引起多晶硅錠中的氧含量增加，同時(shí)坩禍中的其它一些雜質(zhì)，如鐵，鋁等，也會(huì)進(jìn)入到多晶硅錠中，使多晶硅雜質(zhì)含量增加，這樣會(huì)減少少子壽命，進(jìn)而降低太陽(yáng)能電池片的轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)硅與二氧化硅長(zhǎng)時(shí)間高溫接觸后會(huì)發(fā)生粘結(jié)，粘結(jié)部分會(huì)導(dǎo)致晶格結(jié)構(gòu)的破壞，增加了邊角料的切除量，降低了每個(gè)硅錠的利用率。
[0003]為了防止粘禍并提高多晶硅的質(zhì)量，通常在坩禍內(nèi)側(cè)與多晶硅錠的接觸區(qū)域涂覆一層氮化硅涂層，用于降低多晶硅中的碳，氧等雜質(zhì)含量，同時(shí)保護(hù)石英坩禍，防止粘禍，方便脫模。這層涂層在涂覆到坩禍表面后，為了增強(qiáng)其粘附性，一般都需要進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)處理，至少需要1-10小時(shí)。該燒結(jié)處理勢(shì)必增加生產(chǎn)環(huán)節(jié)從而增加制造成本，而且延長(zhǎng)生產(chǎn)周期。
[0004]CN101844935A專利也公開(kāi)了一種坩禍涂層的制備方法，但沒(méi)有提到是否對(duì)多晶硅錠中碳，氧含量的降低有進(jìn)一步的改善作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，為了減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低制造成本，本發(fā)明提供一種多晶硅鑄錠用的免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)及其制備方法，所述涂層結(jié)構(gòu)由至少兩層涂層混合噴涂制備而成。
[0006]本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種多晶硅鑄錠用的免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)，包括:
坩禍基底，
置于該坩禍基底上的第一涂層，和置于該第一涂層上的第二涂層；
所述第一涂層由基于第一涂層總重量的70-80%的溶劑和20-30%的粘結(jié)劑組成;所述第二涂層含有基于第二涂層總重量的15-20%的氮化硅、60-70%的溶劑和15-20%的粘結(jié)劑，且所述溶劑選自水或醇;所述粘結(jié)劑選自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或硅溶膠。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述水為去離子水;所述醇為無(wú)水乙醇。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述第二涂層還可以含有分散劑和消泡劑中的任意一種或兩種，其中分散劑可以選自氨基醇、甲基戊醇或其組合，其含量為第二涂層總重量的0.5_2wt%，優(yōu)選1-2 wt%Jg泡劑可以選自I，2丙二醇、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚或其組合，其含量為第二涂層總重量的0.5_2wt%，優(yōu)選1-2 wt%0
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，在本發(fā)明的免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)的第二涂層中加入分散劑，可以防止涂層組合物團(tuán)聚。因此，含有分散劑的第二涂層的組成及含量可以是:
氮化硅15-20wt%
溶劑60-70 wt%
粘結(jié)劑15-20 wt%
分散劑0.5-2.0wt%，
所述分散劑包括氨基醇、甲基戊醇或其組合。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，在本發(fā)明的免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)的第二涂層中加入消泡劑，可以防止涂層結(jié)構(gòu)起泡。因此，含有消泡劑的第二涂層的組成及含量可以是:
氮化硅15-20wt%
溶劑60-70 wt%
粘結(jié)劑15-20 wt%
消泡劑0.5-2.0wt%，
所述消泡劑包括I，2丙二醇、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚或其組合。
[0011 ]根據(jù)本發(fā)明，用于該涂層的氮化硅是一種能夠耐高溫，導(dǎo)熱性能良好，與硅的浸潤(rùn)性較低的物質(zhì)。
[0012]為保證涂覆層的致密性與粘附性，所述氮化硅粒度為約0.1-10微米之間的顆粒狀，優(yōu)選粒徑為優(yōu)選1-20微米，更優(yōu)選1-5微米。可以使顆粒度小于100微米的氮化硅顆粒和顆粒度為0.1-1O微米氮化娃顆?；旌稀?br>[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述第一涂層和第二涂層的厚度可以都為0.1-0.25mm0
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，該免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)的總厚度可以為0.2-0.4mmo
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)還包括置于該第二涂層上的另一第一涂層，以及置于該另一第一涂層上的另一第二涂層，如此交替。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，本發(fā)明免燒結(jié)坩禍涂層的最終厚度可以為
0.1-0.5mm之間，優(yōu)選厚度為0.2-0.4mm。
[0017]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供所述的免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟:
a)在室溫條件下使用攪拌器械連續(xù)攪拌溶劑和粘結(jié)劑，制成第一涂層組合物；
b)在室溫條件下使用攪拌器械連續(xù)攪拌氮化硅、溶劑、粘結(jié)劑和任選的分散劑和/或消泡劑，制成第二涂層組合物；
c)將第一涂層組合物噴涂在坩禍基底上，涂層厚度為0.1-0.25_;優(yōu)選0.1-0.2mm；
d)將第二涂層組合物噴涂在第一涂層上，涂層厚度為0.1-0.25_;優(yōu)選0.2-0.25mm；
e)任選進(jìn)行第一涂層組合物和第二涂層組合物的交替噴涂。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所得的免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)的總厚度為0.2-
0.5mm，優(yōu)選 0.2-0.4_。
[0019]本發(fā)明提供的多層免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)中，第一涂層事實(shí)上作為粘結(jié)過(guò)渡層，然后將第二涂層噴涂在第一涂層上，以保持涂層結(jié)構(gòu)在免除高溫?zé)Y(jié)處理后仍能保持一定的粘附性和致密性，從而使坩禍基底與涂層結(jié)構(gòu)之間達(dá)到更好的界面結(jié)合。
[0020]在上述制備過(guò)程中，還可以實(shí)施多層噴涂，即第一層，第二層交替噴涂，使得所得的免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)的總厚度為0.2-0.5mm，優(yōu)選0.2-0.4mm。
[0021]將制備好的涂層組合物使用直接噴涂或刷涂的方式涂覆在石英坩禍壁內(nèi)側(cè)基底上。在坩禍噴涂旋轉(zhuǎn)臺(tái)上噴涂作業(yè)時(shí)有50-95Γ的溫度，坩禍噴涂完畢后將其在作業(yè)臺(tái)上靜置5-10分鐘，待涂層干燥后可直接進(jìn)行裝料，免除高溫?zé)Y(jié)處理的環(huán)節(jié)，從而極大地降低了生產(chǎn)成本。
[0022]本發(fā)明提供的多層免燒結(jié)涂層結(jié)構(gòu)，采用多層涂層結(jié)構(gòu)及多層噴涂制備方法，來(lái)增強(qiáng)涂層結(jié)構(gòu)與坩禍基底間的界面結(jié)合力，從而克服在噴涂及燒結(jié)過(guò)程涂層的起泡和脫落現(xiàn)象，易于脫模;而且本發(fā)明涂層結(jié)構(gòu)可以免燒結(jié)，極大地降低生產(chǎn)設(shè)備花費(fèi)和生產(chǎn)過(guò)程中能耗。用噴涂有本發(fā)明的免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)的多晶硅鑄錠爐制備多晶硅，可以進(jìn)一步降低多晶娃中的碳，氧等雜質(zhì)的含量，進(jìn)一步提尚娃徒的質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為使用本發(fā)明實(shí)施例1-6制得的免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)與通常經(jīng)過(guò)燒結(jié)處理的涂層的多晶硅鑄錠爐制備的多晶硅碳含量的數(shù)據(jù)比較。
[0024]圖2為使用本發(fā)明實(shí)施例1-6制得的免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)與通常經(jīng)過(guò)燒結(jié)處理的涂層的多晶硅鑄錠爐制備的多晶硅氧含量的數(shù)據(jù)比較。
[0025]圖3為使用本發(fā)明實(shí)施例1-6制得的免燒結(jié)坩禍涂層結(jié)構(gòu)與通常經(jīng)過(guò)燒結(jié)處理的涂層的多晶硅鑄錠爐制備的涂層坩禍粘鍋率的數(shù)據(jù)比較。
【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例1
第一涂層的配方如下:
去離子水70wt%
娃溶膠30wt%
第二涂層的配方如下:
氮化娃15wt%
去尚子水65 wt%
娃溶膠20 wt%
按上述比例配置第一涂層和第二涂層組合物，在室溫條件下使用攪拌器械連續(xù)攪拌，制成第一涂層和第二涂層組合物漿液。
[0027]使用ANESTW-101的噴槍先將第一涂層組合物噴涂在坩禍基底上，第一涂層作為粘結(jié)過(guò)渡層，涂層厚度為0.1mm;然后將第二涂層組合物噴涂在第一涂層上，涂層厚度約
0.25mm;最后在坩禍噴涂臺(tái)上50°C靜置10分鐘后，裝料進(jìn)行生產(chǎn)。
[0028]實(shí)施例2 第一涂層的配方如下；
去離子水70wt% 娃溶膠30wt%
第二涂層的配方如下:
氮化硅20wt%
去尚子水65 wt%
娃溶膠15 wt%
按上述比例配置第一涂層和第二涂層組合物，在室溫條件下使用攪拌