一種高純涂層式多晶硅坩堝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高純涂層式多晶硅坩禍。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，當今世界電力供應漸趨緊張，光伏技術(shù)的運用可以有效地緩解這一局面。光伏發(fā)電主要有單晶、多晶電池片技術(shù)，與單晶相比，多晶光伏具有能耗小、效率高等優(yōu)點；同樣的時間內(nèi)，耗用同樣的能源，多晶產(chǎn)出將是單晶的6?7倍，因而多晶近些年得到廣泛運用。
[0003]近年來，隨著太陽能發(fā)電技術(shù)的日益成熟，太陽能電池已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和航天等諸多領(lǐng)域取得廣泛應用。目前，根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為:硅太陽能電池、化合物薄膜太陽能電池和聚合物多層修飾電極太陽能電池、有機太陽能電池和納米晶太陽能電池。其中，硅太陽能電池發(fā)展最為成熟，在應用中占主導地位。晶體硅太陽能電池又分為單晶娃太陽能電池和多晶娃太陽能電池。相對于單晶娃太陽能電池，多晶娃電池太陽能電池制備過程較為簡單，具有成本低能耗低等優(yōu)點，因此多晶硅太陽能電池應用較為廣泛。
[0004]坩禍是多晶硅鑄錠生產(chǎn)的必需設(shè)備。目前，多晶硅生產(chǎn)主要是采用石英坩禍，這是因為二氧化硅來源豐富，純度高，而且價格低廉。使用石英坩禍生產(chǎn)多晶硅鑄錠雖然有助于降低生產(chǎn)成本，但是其存在的缺陷在于硅錠在冷卻時易出現(xiàn)開裂的問題。這主要是因為:熔融的硅可與其接觸的二氧化硅反應，形成一氧化硅和氧；其中，氧可污染硅，一氧化硅具有揮發(fā)性；并且其還可與爐內(nèi)的石墨部件形成碳化硅和一氧化碳，生成的一氧化碳繼而可與熔融的硅反應，形成揮發(fā)性一氧化硅、碳化硅、金屬痕量物質(zhì)或摻雜劑的碳化物、氧化物和碳，碳可污染硅。二氧化硅與熔融硅之間的上述反應促使硅黏附在坩禍上。但由于二氧化硅和硅這兩種材料之間的熱膨脹系數(shù)不一樣，導致硅錠在冷卻時易發(fā)生開裂。
[0005]為了避免硅錠在冷卻時發(fā)生開裂，通常需要在坩禍內(nèi)表面施用保護涂層，由此可阻止二氧化硅和熔融硅發(fā)生反應，進而降低硅錠污染和開裂。該涂層必須足夠厚以阻止二氧化硅與熔融硅反應，并且必須保證該涂層的高純度以防止其內(nèi)的有害雜質(zhì)污染硅。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)有采用化學氣相沉積法制備氮化硅涂層，例如專利號4741925的美國專利中公開了一種通過化學氣相沉積在1250°C下制備的坩禍用氮化硅涂層。又如專利號為W02004053207A1的PCT專利公開了通過等離子噴涂氮化硅涂層。上述方法雖然能夠防止氮化硅涂層脫落或剝落的問題，但是此方法所需設(shè)備價格較為昂貴且操作復雜。
[0007]為了節(jié)約成本，現(xiàn)有技術(shù)主要是采用氮化硅作為坩禍涂層。目前太陽能行業(yè)使用較為普遍的方法主要是將氮化硅涂層在700?1450°C的高溫下受控煅燒周期下氧化，從而使氮化硅顆粒之間以及氮化硅顆粒與石英坩禍之間產(chǎn)生粘結(jié)。該方法的缺陷在于氮化硅涂層在熱噴涂過程中粉塵大，局部位置易有氣泡，并且煅燒溫度較高，能耗大。
[0008]另外目前，對于多晶硅熔融結(jié)晶所使用的坩禍，業(yè)內(nèi)都采用高純石墨材料制作，自身制造成本較大；而且石墨坩禍結(jié)晶出的多晶硅鑄錠，其含雜量較高，硅錠的有效收得率非常低，以及存在使用效果不理想等缺陷，同時尚不能大規(guī)模生產(chǎn)應用，因此，多晶硅坩禍具有廣闊的市場前景。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)中，通常會在坩禍的表面涂覆一層氮化硅涂層。但是致密的氮化硅材料必須在氮氣保護氛圍及高溫環(huán)境下液相燒結(jié)，且通常致密的氮化硅材料燒結(jié)后尺寸比燒結(jié)前收縮10%以上，所以石英坩禍表面涂覆的氮化硅層很難達到高致密的程度，無法滿足生產(chǎn)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，設(shè)計一種高純涂層式多晶硅坩禍，使其具有涂層覆蓋能力強，穩(wěn)定性高，具有高隔離度，防止坩禍本體在制備多晶硅過程中參與反應的特點。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種高純涂層式多晶硅坩禍，包括坩禍本體，在所述坩禍本的表面均布有若干個凹坑或環(huán)形凹槽，在所述均布有若干個凹坑或環(huán)形凹槽的表面依次附著有第一氮化層、第二氧化層和第三氮化層；
所述第一氮化層通過刷涂方式，將乳漿狀的氮化硅涂覆于均布有若干個凹坑或環(huán)形凹槽的坩禍本的表面，所述第一氮化層的涂覆厚度范圍為2~20 mm ;
所述第二氧化層為粉末狀的氧化硅，通過噴射方式將粉末狀的氧化硅噴射于尚未凝結(jié)的乳漿狀的第一氮化層表面，所述第二氧化層在第一氮化層的表面形成顆粒狀；
所述第三氮化層為霧狀的氮化硅，通過噴涂方式將霧狀的氮化硅噴涂于第二氧化層的表面，直至所述第二氧化層的顆粒被覆蓋，所述第三氮化層形成光滑面。
[0012]其中優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述第一氮化層包括氮化硅、氫氧化鋇和粘接劑，所述氮化硅、氫氧化鋇和粘接劑加入去離子水攪拌形成乳漿狀后通過刷涂方式形成第一氮化層。
[0013]優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述粘接劑為有機硅烷、硅酸、多元醇、聚乙烯醇和丙烯酸酯中的一種。
[0014]優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述氮化硅、氫氧化鋇、粘接劑和去離子水的重量比為100:5~1:15-30:8~15o
[0015]優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述第二氧化層為氧化硅，所述氧化硅由氮化硅與高氧化劑反應制成，所述高氧化劑為雙氧水、臭氧、濃硫酸、硝酸、鉻酸鉀、高錳酸鉀中的任意一種。
[0016]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述第二氧化層的氧化硅采用噴槍噴射，所述噴槍的噴速范圍為5~20 km/h，距被噴射面的噴射距離范圍為20~100 cm。
[0017]優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述坩禍本的表面為坩禍的內(nèi)表面及上端沿口處。
[0018]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述凹坑的橫截面形狀呈Ω形或環(huán)形凹槽的橫截面形狀呈燕尾槽形。
[0019]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述多晶硅坩禍體為一長方體容器，所述多晶硅坩禍上端口的長度范圍為2~3 m，寬度范圍為0.5~1 m0
[0020]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，在所述坩禍本體的外側(cè)壁上也覆設(shè)有第一氮化硅層。
[0021]本發(fā)明所述高純涂層式多晶硅坩禍的優(yōu)點和有益效果在于:制備成本低且涂層覆蓋能力強，有效防止氮化硅的燒結(jié)收縮，穩(wěn)定性高，具有高隔離度，防止坩禍本體在制備多晶硅過程中參與反應，符合生產(chǎn)要求。
[0022]在所述高純涂層式多晶硅坩禍的第一氮化層中，采用的粘結(jié)劑為粘結(jié)溫度較低的有機硅烷、硅酸、多元醇、聚乙烯醇或丙烯酸酯，上述粘結(jié)劑一方面可以降低后續(xù)煅燒的溫度，將煅燒溫度降低至260°C?550°C，由此降低能耗；另一方面提高漿料粘度，降低后續(xù)的噴涂過程中產(chǎn)生的粉塵量，保證操作人員的人體健康，降低環(huán)境污染；此外，其還能提高氮化硅涂層和坩禍的粘結(jié)強度，提高涂層的力學性能。并且，本發(fā)明還對粘結(jié)劑和氮化硅的用量進行控制。
[0023]在第一氮化層內(nèi)添加氫氧化鋇，高溫下與硅及其中的雜質(zhì)硼發(fā)生反應，生成BOH氣體，隨S1揮發(fā)，從而可以起到除硼的作用。
[0024]另外，由于在坩禍本的表面均布有若干個凹坑或環(huán)形凹槽，且所述凹坑的橫截面形狀呈Ω形或環(huán)形凹槽的橫截面形狀呈燕尾槽形。也就是內(nèi)腔較大端口較小的縮口結(jié)構(gòu)，這樣就可以進一步提高第一氮化層與坩禍本表面的附著強度。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明高純涂層式多晶硅坩禍的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖中:1、坩禍本體；2、凹坑；3、第一氮化層；4、第二氧化層；5、第三氮化層。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0028]實施例1
如附圖1所示:本發(fā)明是一種高純涂層式多晶硅坩禍，包括坩禍本體1，在所述坩禍本I的表面均布有若干個凹坑2，在所述均布有若干個凹坑2的表面依次附著有第一氮化層3、第二氧化層4和第三氮化層5 ;
所述第一氮化層3通過刷涂方式，將乳漿狀的氮化硅涂覆于均布有若干個凹坑2的坩禍本I的表面，所述第一氮化層3