一種多晶硅鑄錠用坩堝及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供了一種多晶硅鑄錠用坩堝，包括坩堝本體，所述坩堝本體包括底座及由底座向上延伸的側(cè)壁，所述底座和所述側(cè)壁共同圍成一收容空間，所述底座朝向所述收容空間的內(nèi)表面上設(shè)置有改性層，所述改性層包括依次設(shè)置在底座內(nèi)表面上的粘結(jié)層和引晶層，所述粘結(jié)層的材料包括石英料漿和粘結(jié)劑，所述引晶層的材料包括熔融石英、結(jié)晶石英、碳化硅或硅。該多晶硅鑄錠用坩堝通過增設(shè)改性層來改變坩堝底部結(jié)構(gòu)，從而可有效降低形核能，控制鑄錠過程中形成的晶體大小，減少位錯，提高多晶硅錠整體質(zhì)量。本發(fā)明實施例還提供了一種該多晶硅鑄錠用坩堝的制備方法。
【專利說明】
一種多晶硅鑄錠用坩堝及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅鑄錠領(lǐng)域，尤其涉及一種多晶硅鑄錠用坩禍及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)鑄錠多晶硅制備技術(shù)主要采用定向凝固法，即在硅料完全融化后，再重新凝固結(jié)晶形成多晶硅。此方法實質(zhì)是熔融硅料在坩禍底部隨機形核，然后逐漸向上生長形成多晶硅錠，因此形核過程中容易產(chǎn)生位錯并且導(dǎo)致晶向無規(guī)律、晶界不規(guī)則、晶粒不均勻等問題，嚴重影響其光電轉(zhuǎn)換效率，增加制備成本，制約了光伏發(fā)電的進一步大規(guī)模應(yīng)用。
[0003]而根據(jù)結(jié)晶學(xué)原理，對結(jié)晶初始階段形核方式予以控制，有利于減少晶體缺陷，控制形成晶體結(jié)構(gòu)，從而提高鑄錠多晶硅轉(zhuǎn)換效率和質(zhì)量。然而此過程主要發(fā)生在坩禍底部，因此如何實現(xiàn)這一技術(shù)需要坩禍技術(shù)和晶體技術(shù)雙方面的突破。
[0004]為了改善初始形核狀態(tài)，現(xiàn)有技術(shù)一般都采用對坩禍底部結(jié)構(gòu)進行凸起或打孔的異型設(shè)計，來增加形核點，形成異質(zhì)或同質(zhì)的非自發(fā)形核，而非平底禍的自發(fā)形核。且石英陶瓷坩禍作為多晶硅鑄錠時的容器，有著較為復(fù)雜的制備過程。對石英陶瓷坩禍的結(jié)構(gòu)直接改造，不僅會導(dǎo)致制備難度大幅增加，而且容易產(chǎn)生多晶硅鑄錠時的安全問題。同時，較小的改造不能實現(xiàn)非自發(fā)形核的目的;較大的凸起或打孔，雖能實現(xiàn)異質(zhì)形核的效果，但易導(dǎo)致硅錠出錠不良率增加，出現(xiàn)硅錠粘裂錠導(dǎo)致得率大幅下降，不具有實際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種多晶硅鑄錠用坩禍，通過在坩禍本體底部內(nèi)表面增設(shè)改性層來改變坩禍底部結(jié)構(gòu)，既避免了增加坩禍制備難度，又易于控制鑄錠過程中晶體大小，出錠效果好。
[0006]第一方面，本發(fā)明實施例提供一種多晶硅鑄錠用坩禍，包括坩禍本體，所述坩禍本體包括底座及由底座向上延伸的側(cè)壁，所述底座和所述側(cè)壁共同圍成一收容空間，所述底座朝向所述收容空間的內(nèi)表面上設(shè)置有改性層，所述改性層包括依次設(shè)置在所述底座內(nèi)表面上的粘結(jié)層和引晶層，所述粘結(jié)層的材料包括石英料漿和粘結(jié)劑，所述引晶層的材料包括熔融石英、結(jié)晶石英、碳化硅或硅。
[0007]優(yōu)選地，所述粘結(jié)層的厚度小于0.5mm。更優(yōu)選地，所述粘結(jié)層的厚度為0.2-
0.5mm。合適的粘結(jié)層厚度既可保證與坩禍良好的結(jié)合，同時能防止粘結(jié)層開裂的情況出現(xiàn)。
[0008]優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑為硅酸鈉水溶液、二氧化硅溶膠、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一種或多種。優(yōu)選地，所述粘結(jié)層中，所述粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比為2-98%。粘結(jié)層的設(shè)置可使引晶層牢固結(jié)合在所述坩禍的底部，粘結(jié)層中加入一定量的石英料漿，可以增強粘結(jié)層的強度，使引晶材料更穩(wěn)定地固定在粘結(jié)層上。
[0009]優(yōu)選地，所述引晶層的引晶材料為顆粒、片狀或塊狀，尺寸在0.1-lmm。具體地，例如可以是硅粉、硅顆粒、硅片或硅塊。
[0010]優(yōu)選地，所述引晶層的材料均勻分布，材料之間的間隙小于等于1_。
[0011]優(yōu)選地，所述引晶層的材料之間的間隙為0.5-1_。
[0012]優(yōu)選地，所述引晶層的材料緊密堆積，形成一致密層。致密的引晶層，材料趨近于無縫隙重疊，引晶效果好。
[0013]所述引晶層的厚度依所用引晶材料的大小而定，優(yōu)選地，所述引晶層的厚度為
0.02-2mmo
[0014]優(yōu)選地，所述引晶層的材料進一步包括所述粘結(jié)層的材料。
[0015]多晶硅鑄錠時，一般硅料底部先熔融結(jié)晶，再自下而上全部結(jié)晶成錠。因此底部初始形核結(jié)晶極為重要，直接影響整錠的位錯密度、少子壽命。在平底坩禍上熔融結(jié)晶，屬非自發(fā)形核結(jié)晶過程，晶粒大位錯密度高;而通過設(shè)置引晶層改變坩禍底部結(jié)構(gòu)，引晶材料有利于降低形核能，多晶硅熔融鑄錠時引晶材料處會首先形核長晶；于是可通過引晶材料的密度及分布控制形成晶體的大小，形成較大的晶界，抑制位錯的形成，從而提高出錠整體質(zhì)量。以上四種材料與硅的晶體結(jié)構(gòu)相近，形核能低，容易起到引晶的作用，且不引入額外污染。
[0016]本發(fā)明所述的坩禍本體指目前行業(yè)內(nèi)的普通成品坩禍，其形狀和種類不限。
[0017]第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種多晶硅鑄錠用坩禍的制備方法，包括以下步驟:
[0018]取坩禍本體，所述坩禍本體包括底座及由底座向上延伸的側(cè)壁，所述底座和所述側(cè)壁共同圍成一收容空間；
[0019]采用涂覆的方式在所述底座朝向所述收容空間的內(nèi)表面上制備改性層，得到多晶硅鑄錠用坩禍，所述改性層包括依次制備在所述底座內(nèi)表面上的粘結(jié)層和引晶層，所述粘結(jié)層的材料包括石英料漿和粘結(jié)劑，所述引晶層的材料為熔融石英、結(jié)晶石英、碳化硅或娃。
[0020]具體地，改性層的制備過程為:先將高純石英粉加入到水中研磨制備成石英料漿，再向其中加入粘結(jié)劑得到混合料漿，將所述混合料漿涂覆在坩禍底座內(nèi)表面上，干燥后得到粘結(jié)層;再在所述粘結(jié)層上涂覆制備引晶層，干燥后，得到改性層。
[0021 ]所述干燥過程為自然干燥。
[0022]優(yōu)選地，所述粘結(jié)層的厚度小于0.5mm。更優(yōu)選地，所述粘結(jié)層的厚度為0.2-
0.5mm。合適的粘結(jié)層厚度既可保證與坩禍良好的結(jié)合，同時能防止粘結(jié)層開裂的情況出現(xiàn)。
[0023]優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑為硅酸鈉水溶液、二氧化硅溶膠、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一種或多種。優(yōu)選地，所述粘結(jié)層中，所述粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比為2%_98%。
[0024]優(yōu)選地，所述引晶層的材料為顆粒、片狀或塊狀，尺寸在0.1-lmm。具體地，例如可以是娃粉、娃顆粒、娃片或娃塊O
[0025]優(yōu)選地，所述引晶層的材料均勻分布，材料之間的間隙小于等于1_。
[0026]優(yōu)選地，所述引晶層的材料之間的間隙為0.5-1_。
[0027]優(yōu)選地，所述引晶層的材料緊密堆積，形成一致密層。
[0028]所述引晶層的厚度依所用引晶材料的大小而定，優(yōu)選地，所述引晶層的厚度為
0.02-2mmo
[0029]優(yōu)選地，所述涂覆的方式包括噴涂、刷涂、刮涂、旋涂、浸漬、植砂。
[0030]優(yōu)選地，所述引晶層的材料進一步包括所述粘結(jié)層的材料，制備過程中，將引晶材料熔融石英、結(jié)晶石英、碳化硅或硅分散于石英料漿和粘結(jié)劑形成的混合漿料中。
[0031 ] 優(yōu)選地，所述坩禍底部內(nèi)表面的粗糙度控制在lum-25um，吸水率控制在0.05%-
[0032]本發(fā)明提供的多晶硅鑄錠用坩禍及其制備方法，具有以下有益效果:
[0033](I)本發(fā)明提供的多晶硅鑄錠用坩禍，其底座內(nèi)表面設(shè)置有改性層，所述改性層包括粘結(jié)層和引晶層，在多晶硅鑄錠過程中，該改性層可有效降低形核能，控制形成的晶體大小，減少位錯，提高多晶硅錠整體質(zhì)量；
[0034](2)本發(fā)明提供的多晶硅鑄錠用坩禍的制備方法簡單方便，易于操作，無需燒結(jié)或其他后處理即可滿足多晶硅鑄錠使用，適于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0035](3)本發(fā)明提供的多晶硅鑄錠用坩禍適用范圍廣，對鑄錠工藝要求低，可適用于全融、半融鑄錠工藝，出錠質(zhì)量好，得率高。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明實施例提供的多晶硅鑄錠用坩禍的示意圖；
[0037]圖2為圖1多晶硅鑄錠用坩禍的剖視圖；
[0038]圖3為圖1多晶硅鑄錠用坩禍的俯視圖；
[0039]圖4為本發(fā)明實施例一中制備的多晶硅錠的少子壽命圖。
【具體實施方式】
[0040]以下所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
[0041]請參閱圖1-3，本發(fā)明實施例提供一種多晶硅鑄錠用坩禍，包括坩禍本體10，所述坩禍本體10包括底座及由底座向上延伸的側(cè)壁，所述底座和所述側(cè)壁共同圍成一收容空間，所述底座朝向所述收容空間的內(nèi)表面上設(shè)置有改性層，所述改性層包括依次設(shè)置在所述底座內(nèi)表面上的粘結(jié)層11和引晶層12，所述粘結(jié)層的材料包括石英料漿和粘結(jié)劑，所述引晶層的材料為熔融石英、結(jié)晶石英、碳化硅或硅。
[0042]本發(fā)明實施方式中，所述粘結(jié)層的厚度小于0.5mm。在本發(fā)明一優(yōu)選實施方式中，所述粘結(jié)層的厚度為0.2-0.5mm。本實施例中，所述粘結(jié)層的厚度為0.3mm。
[0043]本發(fā)明實施方式中，粘結(jié)劑可以是硅酸鈉水溶液、二氧化硅溶膠、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一種或多種。所述粘結(jié)層中，粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比為2-98%。
[0044]本發(fā)明實施方式中，引晶層的材料可以為顆粒、片狀或塊狀，尺寸在0.1-lmm。具體地，例如可以是硅粉、硅顆粒、硅片或硅塊。
[0045]本發(fā)明一實施方式中，所述引晶層的材料均勻分布，材料之間的間隙小于等于Imm0
[0046]本發(fā)明一實施方式中，所述引晶層的材料之間的間隙為0.5-lmm。
[0047]本發(fā)明另一實施方式中，所述引晶層的材料緊密堆積，形成一致密層。
[0048]本發(fā)明實施方式中，所述引晶層的厚度依所用引晶材料的大小而定，本發(fā)明一優(yōu)選實施方式中，所述引晶層的厚度為0.02-2mm。
[0049]實施例一
[0050]—種多晶硅鑄錠用坩禍的制備方法，包括以下步驟:
[0051]取坩禍本體，所述坩禍本體包括底座及由底座向上延伸的側(cè)壁，所述底座和所述側(cè)壁共同圍成一收容空間；采用噴涂+植砂的方式在所述底座朝向所述收容空間的內(nèi)表面上制備改性層，所述改性層包括厚度為0.5mm的粘結(jié)層和厚度為0.6mm的引晶層:先將高純石英粉加入到水中研磨制備成石英料漿，再向其中加入20% 二氧化硅溶膠得到混合料漿，將所述混合料漿噴涂在坩禍底座內(nèi)表面上得到粘結(jié)層;再在所述粘結(jié)層上植砂(撒上引晶材料)制備引晶層，所述引晶層的材料為熔融石英，室溫自然干燥后，得到改性層，即得多晶娃鑄錠用;t甘禍。
[0052]將本實施例制備得到的多晶硅鑄錠用坩禍用于多晶硅鑄錠，對所得多晶硅錠進行檢測，測定結(jié)果如圖4所示，多晶硅錠的平均位錯密度為9.5 X 13Cnf2，典型少子壽命7us。
[0053]實施例二
[0054]一種多晶硅鑄錠用坩禍的制備方法，包括以下步驟:
[0055]取坩禍本體，所述坩禍本體包括底座及由底座向上延伸的側(cè)壁，所述底座和所述側(cè)壁共同圍成一收容空間；采用刷涂的方式在所述底座朝向所述收容空間的內(nèi)表面上制備改性層，所述改性層包括厚度為0.5mm的粘結(jié)層和厚度為0.5mm的引晶層:先將石英粉加入到水中攪拌制備成石英料漿，再向其中加入5%的聚乙烯醇得到混合料漿，將所述混合料漿刷涂在坩禍底座內(nèi)表面上得到粘結(jié)層;再將引晶層材料加入至混合料漿中攪拌均勻，然后在上述粘結(jié)層上刷涂制備引晶層，所述引晶層的材料為結(jié)晶石英，干燥后，得到改性層，即得多晶硅鑄錠用坩禍。
[0056]實施例三
[0057]一種多晶硅鑄錠用坩禍的制備方法，包括以下步驟:
[0058]取坩禍本體，所述坩禍本體包括底座及由底座向上延伸的側(cè)壁，所述底座和所述側(cè)壁共同圍成一收容空間；采用浸漬+刷涂+植砂的方式在所述底座朝向所述收容空間的內(nèi)表面上制備改性層，所述改性層包括厚度為0.3mm的粘結(jié)層和厚度為0.5mm的引晶層:先配置I %聚乙二醇的水溶液，浸漬石英陶瓷坩禍I小時。將高純石英粉加入到水中研磨制備成石英料漿，再向其中加入3%聚乙二醇得到混合料漿，將所述混合料漿噴涂在坩禍底座內(nèi)表面上得到粘結(jié)層;再在所述粘結(jié)層上植砂制備引晶層，所述引晶層的材料為碳化硅顆粒，干燥后，得到改性層，即得多晶硅鑄錠用坩禍。
[0059]實施例四
[0060]一種多晶硅鑄錠用坩禍的制備方法，包括以下步驟:
[0061]取坩禍本體，所述坩禍本體包括底座及由底座向上延伸的側(cè)壁，所述底座和所述側(cè)壁共同圍成一收容空間；采用刷涂+刮涂的方式在所述底座朝向所述收容空間的內(nèi)表面上制備改性層，所述改性層包括厚度為0.3mm的粘結(jié)層和厚度為Imm的引晶層:先將石英加入到水中研磨制備成石英料漿，再向其中加入10%的硅酸鈉溶液得到混合料漿，將所述混合料漿刷涂在坩禍底座內(nèi)表面上得到粘結(jié)層;再將引晶層材料加至上述配比的混合料漿中刷涂在所述粘結(jié)層上，采用聚氨酯刮刀刮掉表面層0.5mm露出引晶層，所述引晶層的材料為最大長度尺寸為Imm的硅片，干燥后，得到改性層，即得多晶硅鑄錠用坩禍。
[0062]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種多晶硅鑄錠用坩禍，包括坩禍本體，所述坩禍本體包括底座及由底座向上延伸的側(cè)壁，所述底座和所述側(cè)壁共同圍成一收容空間，其特征在于，所述底座朝向所述收容空間的內(nèi)表面上設(shè)置有改性層，所述改性層包括依次設(shè)置在所述底座內(nèi)表面上的粘結(jié)層和引晶層，所述粘結(jié)層的材料包括石英料漿和粘結(jié)劑，所述引晶層的材料包括熔融石英、結(jié)晶石英、碳化硅或硅。2.如權(quán)利要求1所述的多晶硅鑄錠用坩禍，其特征在于，所述粘結(jié)層的厚度小于0.5_。3.如權(quán)利要求1所述的多晶硅鑄錠用坩禍，其特征在于，所述粘結(jié)劑為硅酸鈉水溶液、二氧化硅溶膠、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一種或多種。4.如權(quán)利要求1所述的多晶硅鑄錠用坩禍，其特征在于，所述引晶層的厚度為0.02-2mm ο5.如權(quán)利要求1所述的多晶硅鑄錠用坩禍，其特征在于，所述引晶層的材料為顆粒、片狀或塊狀，尺寸在0.1-1mm。6.如權(quán)利要求1所述的多晶硅鑄錠用坩禍，其特征在于，所述引晶層的材料均勻分布，材料之間的間隙小于等于1_。7.如權(quán)利要求6所述的多晶硅鑄錠用坩禍，其特征在于，所述引晶層的材料緊密堆積，形成一致密層。8.如權(quán)利要求1所述的多晶硅鑄錠用坩禍，其特征在于，所述引晶層的材料進一步包括所述粘結(jié)層的材料。9.一種多晶硅鑄錠用坩禍的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 取坩禍本體，所述坩禍本體包括底座及由底座向上延伸的側(cè)壁，所述底座和所述側(cè)壁共同圍成一收容空間； 采用涂覆的方式在所述底座朝向所述收容空間的內(nèi)表面上制備改性層，得到多晶硅鑄錠用坩禍，所述改性層包括依次制備在所述底座內(nèi)表面上的粘結(jié)層和引晶層，所述粘結(jié)層的材料包括石英料漿和粘結(jié)劑，所述引晶層的材料包括熔融石英、結(jié)晶石英、碳化硅或硅。10.如權(quán)利要求9所述的多晶硅鑄錠用坩禍的制備方法，其特征在于，所述涂覆的方式包括嗔涂、刷涂、刮涂、旋涂、浸潰、植砂。
【文檔編號】C30B29/06GK105887191SQ201610305016
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】孔令珂, 周華, 賈建廣, 趙子豪, 曹偉
【申請人】江西中材太陽能新材料有限公司, 中材江蘇太陽能新材料有限公司, 中材高新材料股份有限公司