[发明专利]一种新型高纯石英坩埚及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涉及光伏材料领域，特别涉及一种内表面具有高纯石英陶瓷涂层的多晶 硅铸锭用石英陶瓷坩埚及其制备方法。

背景技术

多晶硅晶体的制备工艺控制杂质和缺陷的能力较弱，其含有相对较多的杂质和缺陷， 对电池效率有明显的影响。多晶硅铸锭过程中有大量的杂质渗透进入硅锭，尤其是Fe等金 属对硅锭品质有严重影响，导致少子寿命偏低，在少子寿命扫描图像中呈现红色，称之为红 区。降低甚至消除坩埚对硅锭的污染是提高多晶硅电池转换效率的关键之一。

目前市场上主要是在坩埚内壁制备高纯石英涂层来降低红区，能够起到一定的效果。 然而，市场上的高纯石英陶瓷坩埚中存在较多负面影响：

(1)高纯石英涂层中含有大量的硅溶胶，硅溶胶中含有大量的Si-OH，在真空高温铸锭过 程中，会发生反应，Si-OH+Si-OH→-Si-O-Si-+H₂O(g)，高温水蒸气与硅发生反应，导致 硅锭中氧显著增加，氧超标形成的氧沉淀、氧施主、硼氧复合体等降低硅片的转换效率。

(2)高纯石英涂层中含有大量的有机粘结剂，有机粘结剂的主要组成是C_mH_nO_x， 在真空高温铸锭过程中，C_mH_nO_x高温分解产生大量的CO和CO₂，与硅液反应导致碳含量 显著增加，碳超标形成的硬质点提高碎片率及切割成本。

(3)高纯石英陶瓷坩埚的涂层牢固性差、开裂、凹陷、剥落等，导致多晶硅锭的杂 质率高及晶花较差，降低了硅片的转换效率。

因此，开发出一种新型的高纯石英陶瓷坩埚，在降低硅锭红区的前提下，降低硅锭 的氧和碳含量，降低杂质率以及提高硅片的转换效率是至关重要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是设计一种新型的石英陶瓷坩埚，解决多晶硅 硅锭中红区较长，碳氧含量超标及杂质率高等问题，提高多晶硅电池片的转换效率，并提供 上述高纯石英坩埚的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种新型高纯石英坩埚，包括：坩 埚本体和坩埚内表面的高纯石英陶瓷涂层。

所述高纯石英陶瓷涂层涂敷于坩埚内表面的底部或侧部，或者同时涂敷于底部和侧 部。

所述高纯石英陶瓷涂层厚度为100～2000μm，表面粗糙度为2～20μm。

所述高纯石英陶瓷涂层的组成包括石英砂、硅溶胶、石英料浆和有机粘结剂。

一种新型高纯石英坩埚的制备方法，包括以下步骤：在坩埚内表面刷涂、辊涂、浸 涂或刮涂石英砂、硅溶胶、石英料浆和有机粘结剂的混合物，再经过低温干燥、高温烧结得 到新型高纯石英坩埚。

所述石英砂、硅溶胶、石英料浆和有机粘结剂的质量比为1：0～5：0.2～10：0～0.5， 其中硅溶胶中SiO₂的固含量在15％～30％；石英料浆的固含量在40％～80％；有机粘结剂的 固含量在5％～25％。

所述低温干燥的温度范围为40～300℃。

所述高温烧结的温度范围为1100～1200℃。

在所述低温干燥和高温烧结过程中，高纯石英陶瓷涂层表面始终覆盖着高纯石英砂、 石英板、碳化硅板或氮化硅板。

新型高纯石英坩埚，包括坩埚本体、坩埚内表面的高纯石英陶瓷涂层。具体步骤是 在石英坩埚生坯上，制作高纯石英陶瓷涂层，经过低温干燥、高温烧结得到新型高纯石英坩 埚。这样的设计结构首先可以实现高纯石英陶瓷涂层与石英坩埚生坯的一体烧结，将硅溶胶 的脱水缩合过程及有机粘结剂的分解过程中产生的H₂O、CO和CO₂等气体杂质在坩埚使用 前排除，进而降低硅锭中的氧和碳含量。其次可以加强高纯石英陶瓷涂层与坩埚本体之间的 结合能力，降低杂质率，同时不影响底部晶花，提高硅片的转换效率。