[发明专利]高纯免喷涂坩埚的生产工艺

说明书

本发明公开了一种高纯免喷涂坩埚的生产工艺，包括以下步骤：Ⅰ、配置氮化硅浆料，将氮化硅浆料刷涂在普通石英坩埚的内表面；Ⅱ、将刷涂后的坩埚置于130～200℃下烘干制得内表面具有氮化硅涂层的高纯免喷涂坩埚；其中，按重量百分比计，氮化硅浆料组成包括：30～44%的α相含量≥90%的氮化硅粉、15～22%的硅溶胶和41～48%的去离子水。通过在氮化硅浆料中引入具有高温粘性的硅溶胶，减少氮化硅涂层中的氮化硅含量，减少氮向硅熔体表面的扩散量，同时提高氮化硅涂层的强度、致密度和与普通石英坩埚表面的附着力，降低脱模后硅锭表面氮化硅涂层粘附和脱落的几率。

技术领域

本发明涉及坩埚生产技术领域，具体涉及一种高纯免喷涂坩埚的生产工艺。

背景技术

高温生产过程中，熔融Si和坩埚原料SiO₂的反应产物为气态SiO，逸出后与放置坩埚的石墨制品反应形成CO气体，CO易于进入硅熔体中，将碳和氧引入硅中，硅熔体中C的增加会提高多晶硅中形成针形SiC晶体的量，尤其在锭料最上部区域更多，这会导致所制成的太阳能电池短路，电池效率急剧降低。另外，坩埚原料中常见的杂质硼和磷也会向硅锭转移，使得硅锭电阻率不能达到使用要求。受上述因素影响，与坩埚接触的硅锭表面具有20mm左右的侧边杂质扩散宽度(又称红区)，后续生产中需要将上述红区切除。

为了克服上述技术缺陷，改进的技术方案采用在制成的坩埚内表面刷涂高纯石英层和/或氮化硅涂层，如中国专利201410271429.4中在坩埚内表面涂布有两层阻隔层：与坩埚内表面贴合的第一层浆料主要成分为两种粒径峰值的混合高纯石英砂、粘结剂，第二层喷涂氮化硅浆料，氮化硅浆料由水与α相含量≥90％的氮化硅粉按1：3.5～1：4.5的重量比混合而成。实际生产中，上述的氮化硅浆料的喷涂存在以下技术缺陷：喷涂需要加热进行，上述文献中的喷涂温度为55-65℃，实际生产中常用温度为80～120℃下进行，温度不够会产生流挂现象；喷涂管道容易发生堵塞；氮化硅涂层的机械强度、附着力不足，容易出现硅熔体与氮化硅涂层间的浸润性过大导致粘锅现象。氧在硅熔体中的扩散系数大，氮化硅涂层对杂质氧、硼、碳的扩散具有一定的阻隔作用，但是实际生产中硅锭表面富集杂质元素沉淀和复合体的红区宽度仍在10mm左右，硅片制造之前需要将上述的红区锯除，造成硅原料的浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种侧边杂质扩散宽度小的高纯免喷涂坩埚的生产工艺。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：高纯免喷涂坩埚的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

Ⅰ、配置氮化硅浆料，将氮化硅浆料刷涂在普通石英坩埚的内表面；

Ⅱ、将刷涂后的坩埚置于130～200℃下烘干制得内表面具有氮化硅涂层的高纯免喷涂坩埚；

其中，按重量百分比计，氮化硅浆料组成包括：30～44％的α相含量≥90％的氮化硅粉、15～22％的硅溶胶和41～48％的去离子水。

上述刷涂采用软羊毛刷完成，与喷涂相比，刷涂的氮化硅浆料中氮化硅微粉含量减少，并且通过硅溶胶提高浆料的粘性，进而增强浆料与坩埚表面的附着力；130～200℃下烘干制得的氮化硅涂层具有良好的抗冲击性，满足装填硅片过程中的抗机械撞击需要，铸锭升温过程中氮化硅涂层中的硅溶胶在512℃是Si-C键分解，涂层更致密，耐腐蚀性能增强，与现有技术相比，省去了高温处理步骤，且铸锭升温快，氮化硅涂层致密性更好，降低脱模时粘锅的几率。

优选的技术方案为，硅溶胶的固含量为15～35％。硅溶胶的交替二氧化硅硅醇基活性大，能够与氮化硅微粉以及坩埚表面的基团反应，硅溶胶的固含量过小则不一形成稳定的硅溶胶超微颗粒网状构造，涂层附着力差，固含量过大则涂膜流平性差，烘干过程中易发生龟裂。