一种坩埚及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种坩埚及其制备方法，其中所述坩埚包括：坩埚本体，包括底壁和侧壁；第一涂层，其设于所述底壁及侧壁上，用于防止金属杂质向位于所述坩埚本体内的晶粒中扩散；第二涂层，其设于所述侧壁上的所述第一涂层外，所述第二涂层用于辅助位于所述坩埚本体内的晶粒成核；以及第三涂层，其设于所述底壁上的所述第一涂层外，所述第三涂层用于辅助位于所述坩埚本体内的晶体脱离所述坩埚本体。本发明专利技术的坩埚可有效降低坩埚本体中的金属杂质向位于坩埚本体内的多晶晶体中扩散，使得制备的多晶硅纯度高。

【技术实现步骤摘要】
一种坩埚及其制备方法
本专利技术涉及一种坩埚，特别涉及一种用于制备多晶硅的坩埚及其制备方法。
技术介绍
近年来随着不可再生能源的日益枯竭，太阳能电池得到了快速的发展。由于铸造多晶硅的制备工艺相对简单，成本远低于单晶硅，多晶硅逐步取代直拉单晶硅在太阳能电池材料市场的主导地位，成为行业内最主要的光伏材料。但相对于直拉单晶硅而言，铸造多晶硅中的各种缺陷，如晶界、位错、微缺陷，和材料中的杂质碳和氧，使多晶硅太阳能电池的转换效率低于直拉单晶硅太阳能电池，成为了限制多晶硅太阳能电池发展的瓶颈。多晶硅片内在质量对最终的电池转换效率有直接影响，提高多晶硅片的内在质量是提高电池转换效率的重要手段。多晶硅片的内在质量取决于其切割成型之前的多晶晶体的质量。因此，提高多晶硅铸锭技术，获得高质量的多晶晶体成为各大公司的研究方向。目前，行业里面普遍采用多种方法以实现底部初始形核时形成均匀的小晶粒。虽然行业里各大公司都有自己的方法以实现均匀的小晶粒，但思路基本是一致的，主要是使用底部具有粗糙石英砂颗粒的石英坩埚，并在长晶初级使用冷冲击增大形核量，从而得到均匀的具有一定尺寸大小的小晶粒。但是目前市场上的生产的坩埚及各晶体铸造厂家将注意力集中于解决底部小多晶成核问题，忽略了坩埚侧部由于比较平滑喷涂的氮化硅粉相对致密，在铸锭过程中侧部同样也会成核，由于没有创造类似底部的优良成核条件，初始的形核是随机的、自由的，并不是优化的晶粒和晶向，而且晶粒尺寸不一，局部缺陷密度高，而且侧部生成的大枝晶会挤压底部优良的柱状晶，要么改变原始柱状晶的生长方向，使其斜着生长，增加位错繁殖，要么“吞噬”底部柱状晶，导致底部优良晶粒在竞争生长中失败，弱化底部高效层的作用。而且在喷涂时若将侧部氮化硅涂层喷涂相对疏松不平，虽然为侧部小晶粒成核创造了条件，但是由于坩埚本体中金属杂质远超过氮化硅和硅料中的杂质，通过疏松的氮化硅涂层会源源不断的像晶体中扩散，导致硅片侧部红区较宽。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是，提供一种能够制备高纯度的多晶硅的坩埚及该种坩埚的制备方法。为了解决上述问题，本专利技术提供一种坩埚，包括：坩埚本体，包括底壁和侧壁；第一涂层，其设于所述底壁及侧壁上，用于防止金属杂质向位于所述坩埚本体内的晶粒中扩散；第二涂层，其设于所述侧壁上的所述第一涂层外，所述第二涂层用于辅助位于所述坩埚本体内的晶粒成核；以及第三涂层，其设于所述底壁上的所述第一涂层外，所述第三涂层用于辅助位于所述坩埚本体内的晶体脱离所述坩埚本体。作为优选，所述第一涂层为石英砂层；所述第二涂层由混合氮化硅粉、硅溶胶和水按照质量比为2:1:6的比例混合而成的氮化硅硅浆液形成，其中混合氮化硅粉为由粒径为1μm-3μm的α相氮化硅粉和粒径为13μm-15μm的β相氮化硅粉以质量比为1:1-1:1.5的比例混合形成；所述第三涂层由混合氮化硅粉、硅溶胶和水按照质量比为2:1:6的比例混合而成的氮化硅硅浆液形成，其中，混合氮化硅粉为由粒径为1.5μm-2μm的α相氮化硅粉和粒径为2.5μm-3μm的β相氮化硅粉以质量比为1:1-1:1.5的比例混合形成。作为优选，位于所述第一涂层与所述第三涂层间还设有第四涂层，所述第四涂层用于避免所述第一涂层中的氧原子向晶体中扩散。作为优选，所述第四涂层为由硅溶胶与直径为50目-70目的氮化硅颗粒按照2:1的质量比混合形成。本专利技术同时提供一种坩埚的制备方法，包括：步骤1：制备坩埚本体；步骤2：在所述坩埚本体的底壁和侧壁上涂覆石英砂浆，使形成第一涂层；步骤3：在位于所述侧壁上的第一涂层外涂覆氮化硅硅浆液，使形成第二涂层；步骤4：在位于所述底壁上的第一涂层外涂覆氮化硅硅浆液，使形成第三涂层；步骤5：烘干步骤4中的所述坩埚本体。作为优选，所述步骤3中的氮化硅硅浆液的制备方法为：将粒径为1μm-3μm的α相氮化硅粉和粒径为13μm-15μm的β相氮化硅粉以1:1-1:1.5的质量比混合形成混合氮化硅粉；将所述混合氮化硅粉、硅溶胶及水按照质量比为2:1:6的比例混合形成混合浆液；将所述混合浆液在25℃-30℃的温度下搅拌0.5h-1h。作为优选，所述步骤4中的氮化硅硅浆液的制备方法为：将粒径为1.5μm-2μm的α相氮化硅粉和粒径为2.5μm-3μm的β相氮化硅粉以1:1-1:1.5的质量比混合形成混合氮化硅粉；将所述混合氮化硅粉与硅溶胶及水按照质量比为2:1:6的比例混合形成混合浆液；将所述混合浆液在25℃-30℃的温度下搅拌0.5h-1h。作为优选，在所述第一涂层与第三涂层之间还涂覆第四涂层，所述第四涂层用于避免所述第一涂层中的氧原子向晶体中扩散。作为优选，所述第四涂层的制备方法为：将硅溶胶与直径为50目-70目的氮化硅颗粒按照2:1的质量比混合后并在25℃-30℃下搅拌0.5h-1h形成混合砂浆，将所述混合砂浆涂覆在位于所述底壁外的第一涂层上后，于100℃-600℃下烧结1h-2h形成所述第四涂层。作为优选，所述第二涂层和第三涂层均采用十字交叉法进行涂覆。本专利技术的坩埚及其制备方法的有益效果在于：1、通过设置第一涂层使得坩埚本体利于多晶铸锭，且可有效降低坩埚本体中的金属杂质向位于坩埚本体内的多晶晶体中扩散。2、通过设置第二涂层使得为多晶铸锭时侧部小晶粒成核提供条件，使侧部小晶粒缺陷密度低，对底部柱状晶挤压作用力较小，为底部柱状晶提供更好的垂直生长条件。3、第二涂层和第三涂层均采用α相氮化硅粉与β相氮化硅粉混合而成，由于α相氮化硅粉是颗粒状结构，β相氮化硅粉是针状结构，所以使得组合氮化硅粉在空间结构上更加有优势，能够使氮化硅涂层的结构更加的致密。同时能够使第三涂层和第二涂层的结合强度大大提高，形成致密的保护层，可阻挡坩埚本体中的金属杂质向多晶晶体中扩散，且可保证第二涂层和第三涂层不会在多晶晶体的装料及铸锭过程中脱落而污染晶体。4、设置第四涂层可避免第一涂层和第三涂层反应，增加制备出的多晶晶体内的含氧量，影响多晶晶体品质。5、由于采用十字交叉法涂刷的方式设置第二涂层和第三涂层，使形成在坩埚本体的内表面上的结构层结构更加均匀且致密，可以更有效的阻止坩埚本体中的金属杂质向多晶晶体中扩散而污染多晶晶体，同时还可有效降低多晶晶体侧部红区。附图说明图1为本专利技术的坩埚的结构示意图。图2为本专利技术的坩埚的制备方法流程图。附图标记：1-坩埚本体；2-第一涂层；3-第二涂层；4-第三涂层；5-第四涂层。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行详细描述。如图1所示，本专利技术提供一种坩埚，其包括：坩埚本体1；第一涂层2，其设于坩埚本体1的底壁及侧壁上，用于防止坩埚本体1内的金属杂质向位于坩埚本体1内的晶体中扩散，影响晶体品质；第二涂层3，其设于位于侧壁上的第一涂层2外，第二涂层3用于辅助位于坩埚本体1的侧壁上的小晶粒成核，使侧部小晶粒缺陷密度低，对底部柱状晶挤压作用力较小，为底部柱状晶提供更好的垂直生长条件；以及第三涂层4，其设于位于底壁上的第一涂层2外，第三涂层4用于辅助位于坩埚本体1内的晶粒脱离坩埚本体1，即，脱模。进一步地，本实施例中的第一涂层2为石英砂层(该石英砂层可通过将高纯的石英砂加水混合形成)，第二涂层3由混合氮化硅粉、硅溶胶(该硅溶胶可通过纳米级的二氧化硅加添加剂混合形成)和水按照质量比为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种坩埚，其特征在于，包括：坩埚本体，包括底壁和侧壁；第一涂层，其设于所述底壁及侧壁上，用于防止金属杂质向位于所述坩埚本体内的晶粒中扩散；第二涂层，其设于所述侧壁上的所述第一涂层外，所述第二涂层用于辅助位于所述坩埚本体内的晶粒成核；以及第三涂层，其设于所述底壁上的所述第一涂层外，所述第三涂层用于辅助位于所述坩埚本体内的晶体脱离所述坩埚本体。

【技术特征摘要】
1.一种坩埚，其特征在于，包括：坩埚本体，包括底壁和侧壁；第一涂层，其设于所述底壁及侧壁上，用于防止金属杂质向位于所述坩埚本体内的晶粒中扩散；第二涂层，其设于所述侧壁上的所述第一涂层外，所述第二涂层用于辅助位于所述坩埚本体内的晶粒成核；以及第三涂层，其设于所述底壁上的所述第一涂层外，所述第三涂层用于辅助位于所述坩埚本体内的晶体脱离所述坩埚本体。2.根据权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述第一涂层为石英砂层；所述第二涂层由混合氮化硅粉、硅溶胶和水按照质量比为2:1:6的比例混合而成的氮化硅硅浆液形成，其中混合氮化硅粉为由粒径为1μm-3μm的α相氮化硅粉和粒径为13μm-15μm的β相氮化硅粉以质量比为1:1-1:1.5的比例混合形成；所述第三涂层由混合氮化硅粉、硅溶胶和水按照质量比为2:1:6的比例混合而成的氮化硅硅浆液形成，其中，混合氮化硅粉为由粒径为1.5μm-2μm的α相氮化硅粉和粒径为2.5μm-3μm的β相氮化硅粉以质量比为1:1-1:1.5的比例混合形成。3.根据权利要求2所述的坩埚，其特征在于，位于所述第一涂层与所述第三涂层间还设有第四涂层，所述第四涂层用于避免所述第一涂层中的氧原子向晶体中扩散。4.根据权利要求3所述的坩埚，其特征在于，所述第四涂层为由硅溶胶与直径为50目-70目的氮化硅颗粒按照2:1的质量比混合形成。5.一种坩埚的制备方法，其特征在于，包括：步骤1：制备坩埚本体；步骤2：在所述坩埚本体的底壁和侧壁上涂覆石英砂浆，使形成第一涂层；步骤3：在位于所述侧壁上的第一涂层外涂覆氮化硅硅浆液，使形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：常传波，袁聪，杨振帮，唐骏，
申请(专利权)人：扬州荣德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32