[实用新型]一种高纯度多晶硅铸锭坩埚

说明书

技术领域

本实用新型涉及坩埚领域，更具体的是涉及一种高纯度多晶硅铸锭坩埚。

背景技术

目前晶体硅太阳能电池占据着光伏产业的主导地位。而硅片的成本占到了单/多晶体硅成本的一半以上，因此降低硅片的成本，提高硅片的质量，对于光伏行业的发展有着极其重要的意义。近年来，由于铸造多晶硅较直拉单晶硅具有低成本、低能耗等优势，逐渐成为主要的光伏材料，其市场份额也日益增大。

但由于铸锭过程中加热器、隔热笼以及石墨护板等大量碳材料的使用，引入大量碳杂质，高温下，石墨部件与氧、石英坩埚等发生热化学反应，产生的CO和SiO等气体通过内部气流进入硅熔体中，极易被熔硅吸收，从而引入碳氧杂质，最终导致多晶硅中有较高的碳和氧含量，常规铸锭中硅锭氧的浓度为1×1017/cm3～1×1018/cm3，主要以间隙态存在呈过饱和状态。如果氧浓度过高就容易形成热施主或氧沉淀，成为复合中心或引入复合中心的二次缺陷，导致硅材料中少数载流子寿命降低，直接影响到太阳电池的光电转换效率。而高浓度的碳可在硅熔体中形成SiC颗粒，影响硅锭的有效利用率。

还有由于硅的熔点较高，精炼与铸锭耗时较长，在高温下硅液与坩埚之间长时间接触不可避免将发生化学反应。由于熔融的硅熔体与坩埚在高温环境下会发生化学反应，存在以下缺点：1对石英坩埚内壁产生侵蚀，降低了石英坩埚耐高温的能力，2可导致氧元素及其它杂质元素溶入硅液中，使硅液受到污染，影响硅晶体的电学性能；3反应可导致硅锭与坩埚发生粘连，给脱模造成困难；4由于硅晶体与坩埚材料的热膨胀系数不同，粘连的硅锭与坩埚之间产生应力，导致晶体缺陷的产生，甚至使硅锭及坩埚产生裂纹。

发明内容

为了解决现有多晶硅铸锭过程中碳氧含量高，熔融的硅熔体易于坩埚发生反应，造成降低硅晶体品质及损坏坩埚的问题，本实用新型提供一种高纯度多晶硅铸锭坩埚。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种高纯度多晶硅铸锭坩埚，包括石英坩埚本体，还包括用于保护石英坩埚本体的组合式护板机构，石英坩埚本体放置在组合式护板机构内部，组合式护板机构上方设置有护盖，护盖上设置有惰性气体入口和惰性气体出口，石英坩埚本体内壁设置有碳酸钡涂层。

加热时碳酸钡涂层会分解形成氧化钡，氧化钡又会与石英坩埚反应形成硅酸钡，最终石英坩埚表面形成一层致密微小的硅酸钡方石英结晶层，对石英坩埚起到保护作用，防止硅液与坩埚之间的化学反应，改善石英坩埚的使用寿命，还能增加石英刚坩埚的强度，减少高温软化现象，保证了硅晶体的电学性能，还有利于脱模，使石英坩埚的重复使用成为可能，从而降低生产成本。

组合式护板机构的设置能够避免生产过程中石英坩埚破裂导致硅液流出而出现炉体烧坏的危险。

惰性气体入口和惰性气体出口的设置可以改变气体的流动方式，惰性气进入石英坩埚本体后，可以得到均匀的分散，能够有效地将铸造过程中产生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等气体迅速地带走，从而大大降低上述气体进入熔体硅中的几率，可以有效地降低多晶硅铸锭中的非金属杂质碳和氧的含量，提高多晶硅的纯度。

进一步地，组合式护板机构为圆筒状，组合式护板机构顶部设置有环状凸台，护盖下表面设置有与环状凸台对应的环状定位槽，环状定位槽和环状凸台的设置方便了护盖的定位和安装，防止护盖错位。

进一步地，所述的惰性气体入口处设置有进气管道，惰性气体出口出设置有出气管道，进气管道和出气管道的材质均为石墨管。

进一步地，所述组合式护板机构包括底板和设置在底板边缘的侧板，所述侧板包括上板和下板，下板的隔热性能强于上板。

下板的隔热性能强于上板，使坩埚内部径向传热被抑制，而更利于垂直方向的传热，可以明显改善硅液内部传热的效果，抑制横向热流的产生，提高了垂直方向的热传递系数，减小了侧面热传递系数与垂直方向热传递系数的比例，有利于多晶硅的均匀形成。

进一步地，所述上板材质为石墨，下板的材料为氧化锌、氧化锆或者碳化硅，下板外表面与垂直方向的角度为5～20°。

进一步地，所述上板上设置有多个溢流孔。

进一步地，所述石英坩埚本体呈圆形结构，石英坩埚本体包括底部圆盘和侧壁，所述底部圆盘和侧壁之间为弧形过度。

碳酸钡涂层的厚度在1～2mm或之间，弧形过度保证了石英坩埚内表面碳酸钡涂层薄厚均匀，涂层粘贴牢靠，有效地延长了石英坩埚的使用时间。

这种铸锭装置大大增强了坩埚护板和底座之间的热传导