一種能降低氧含量的多晶鑄錠用新型石英陶瓷坩堝的製作方法

2023-09-23 11:58:10

本實用新型涉及光伏行業，具體是一種能降低氧含量的多晶鑄錠用新型石英陶瓷坩堝。

背景技術：

多晶矽晶體的製備工藝控制雜質和缺陷的能力較弱，其含有相對較多的雜質和缺陷，對電池效率有明顯的影響。多晶矽鑄錠過程中，石英陶瓷坩堝中大量的金屬雜質和氧會滲透進入矽錠。降低甚至消除金屬雜質和氧對矽錠的汙染是提高多晶矽電池轉換效率的關鍵之一。

石英陶瓷坩堝本體的純度較低，含有大量的金屬雜質，會導致矽錠紅區長。在高溫情況下，多晶矽鑄錠爐內主要材料之間會有以下反應。

1. 石英陶瓷坩堝的氧進入熔矽：

SiO2 = Si + [O]m

2. 石英陶瓷坩堝與矽液接觸，導致氧進入熔矽：

Si（l）+SiO2（S）= 2SiO（g）

SiO（g）+ 2C=SiC（S）+ CO（g）

CO = [C]m + [O]m

從上述反應來看，多晶矽晶體中氧含量主要還是由石英陶瓷坩堝、矽液和石墨件之間的高溫反應，產生大量的碳氧結合的還原性氣體，嚴重影響多晶矽晶體中的碳、氧含量。

氧在多晶矽中起的作用：1、氧在多晶矽冷卻中（350 ～ 550℃）形成熱施主和新施主，改變電子濃度；2、高氧情況，氧可能形成沉澱，且常在多晶的晶界和缺陷上；3、高氧高硼多晶矽中，可形成B - O絡合物，造成光致衰減（LID）現象；4、應儘可能降低多晶矽中氧濃度，建議最好[O]< 4.7ppma。

因此，開發一種隔絕石英陶瓷坩堝和矽液的新型石英陶瓷坩堝，對多晶矽晶體中降低氧含量是非常必要的。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本實用新型的目的是設計一種能降低氧含量的多晶鑄錠用新型石英陶瓷坩堝，解決多晶矽矽錠氧含量超標及紅區長等問題，提高多晶矽錠的收率及電池片的轉換效率。

完成上述任務的方案是：一種能降低氧含量的多晶鑄錠用新型石英陶瓷坩堝，包括石英陶瓷坩堝本體，其特徵在於在坩堝內表面依次鋪設粘合層、隔離層、在隔離層表面再塗覆氮化矽層。這樣的設計結構可以有效隔離在高溫真空條件下石英坩堝中的雜質擴散進入矽錠，可以隔離矽液與石英坩堝，進而降低多晶矽晶體中的紅區及氧含量，提高多晶矽錠的收率及電池片的轉換效率。

所述的石英陶瓷坩堝內表面包括坩堝內底部或/和內側面。

所述的粘合層的製作方式是噴塗、刷塗、輥塗、浸塗或刮塗混合漿料，粘合層覆蓋面積為坩堝內表面全部或局部區域。

所述的粘合層的混合漿料組成為陶瓷粉體：溶劑：無機膠：有機膠：分散劑=0-1：0-1：0-1：0-1：0-1，其中陶瓷粉體為石英粉體、矽粉和氮化矽粉中的一種或幾種，溶劑為去離子水和無水乙醇中的一種或二種，無機膠為矽溶膠或矽酯膠中的一種或二種，有機膠為聚乙烯醇類、纖維素類、聚乙二醇、糊精中的一種或幾種，分散劑為聚丙烯酸及其銨鹽、油脂類中的一種或幾種。

所述的隔離層為氮化矽陶瓷片、碳化矽陶瓷片、石英陶瓷片或石墨片。

本實用新型在石英陶瓷坩堝內表面增加隔離層，克服了普通石英陶瓷坩堝帶來的弊端，普通石英陶瓷坩堝在高溫真空條件下，與矽液發生反應導致晶體矽中紅區及氧含量過高，影響電池的電性能。將本實用新型的石英陶瓷坩堝與普通石英陶瓷坩堝進行實驗對比，發現採用本實用新型的石英陶瓷坩堝生產的矽片，其氧含量降低50-90%，紅區可降低至零，矽錠收率提高2-5%。

附圖說明

圖1 為普通石英陶瓷坩堝的示意圖。

圖2 為本實用新型的具體實施例1所述新型石英陶瓷坩堝的示意圖。

圖3 為本實用新型的具體實施例2所述新型石英陶瓷坩堝的示意圖。

具體實施方式

實施例1：

一種新型石英陶瓷坩堝，包括石英陶瓷坩堝本體，坩堝內底部中間部分區域噴塗混合漿料，混合漿料的組成是石英粉體：純水：矽溶膠：聚乙烯醇：聚丙烯酸=1：1：1：0：1，粘合層上鋪設氮化矽陶瓷片，在坩堝內底面及氮化矽陶瓷片的表面塗覆氮化矽層。圖2為本實用新型的具體實施例1所述新型石英陶瓷坩堝的示意圖。

實施例2：

一種新型石英陶瓷坩堝，包括石英陶瓷坩堝本體，坩堝內底部和內側面刷塗混合漿料，混合漿料的組成是矽粉：無水乙醇：矽溶膠：羧甲基纖維素：三油酸甘油酯=1：1：0：1：0.5，粘合層上鋪設碳化矽陶瓷片，在碳化矽陶瓷片的表面塗覆氮化矽層。圖3為本實用新型的具體實施例2所述新型石英陶瓷坩堝的示意圖。

實施例3：

一種新型石英陶瓷坩堝，包括石英陶瓷坩堝本體，坩堝內側面區域刮塗混合漿料，混合漿料的組成是氮化矽粉：純水：矽脂膠：聚乙二醇：聚甲基丙烯酸銨=0.5：0.3：0.3：0.2：0，粘合層上鋪設石英陶瓷片，在石英陶瓷片的表面塗覆氮化矽層。