[发明专利]一种晶体硅铸锭坩埚内壁涂层材料

说明书

一种晶体硅铸锭坩埚内壁涂层材料，所述的涂层材料为中位径粒度0.5~2.0μm、纯度≧99.99%的氧氮化硅粉体。采用该涂层材料代替常规使用的高纯氮化硅粉体制备晶体硅铸锭坩埚内壁涂层，其与坩埚的结合强度提高，不发生剥落；硅锭脱模情况良好，消除粘埚现象；氮溶解也有明显减少。本发明所提出的氧氮化硅涂层材料可以提高晶体硅铸锭生产成材率，降低硅锭生产成本，同时降低硅锭中杂质氮含量，提高硅锭质量；其涂覆工艺可以沿用氮化硅涂层常规工艺，过程简单易行，适合于规模化生产应用。

技术领域

本发明属于光伏技术领域，涉及光伏晶体硅铸锭技术，特别是其所用坩埚的内壁涂层材料技术。

背景技术

当前用于太阳电池制造的晶体硅多数采用在坩埚中进行定向凝固生长的技术生产，业内一般称为铸锭技术，包括多晶硅铸锭技术和类单晶硅铸锭技术。它们普遍采用石英陶瓷坩埚，为防止坩埚与硅锭相互粘连而造成铸锭脱模困难甚至裂锭，铸锭生产企业都在坩埚内壁表面喷涂或刷涂一道氮化硅粉末涂层。该涂层可以较好地解决硅锭粘埚问题，为多晶硅铸锭行业沿用至今。

氮化硅作为铸锭坩埚涂层材料实际还存在不足：一是涂层与坩埚结合不良，经常出现涂层脱皮现象；二是硅熔体对涂层仍有一定的侵润，造成局部粘连；三是涂层材料在硅熔体中稳定性不足，部分发生分解、氮析出而导致硅锭增氮。但是多年来行业并没有找到更好的替代材料。氮化硅迄今仍然是多晶硅铸锭行业习用的坩埚内壁涂层材料。随着光伏电力的发展，对晶体硅的质量提升和成本降低要求不断加强，需要有更为理想的涂层材料。但目前尚没有能够替代氮化硅的涂层材料出现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能优于氮化硅的坩埚内壁涂层材料，与氮化硅相比，它与石英陶瓷坩埚的结合力更好，不易脱落；它更不被硅熔体侵润；它在硅熔体中的稳定性更强，更不易分解。

本发明所述的一种晶体硅铸锭坩埚内壁涂层材料为氧氮化硅。

所述的氧氮化硅纯度≧99.99%，颗粒中位径粒度为0.5～2.0μm。

为实现这样的目的，我们对一系列高温陶瓷材料进行了实验筛选，除上述三项性能外，还考虑了不能大量引入杂质而污染硅熔体的基本条件。筛选结果显示氧氮化硅（Si₂N₂O）是相对较为理想的氮化硅替代材料。与氮化硅相比，氧氮化硅在硅熔体中的溶解速率明显更低；与石英陶瓷的结合更强，不发生可观剥落；与硅熔体之间的润湿角更大。基于筛选结果，我们采用高纯超细（纯度≧99.99%，颗粒中位径0.5～2.0μm)氧氮化硅微粉与氮化硅微粉平行进行了多晶硅铸锭坩埚涂层和多晶硅熔融与定向凝固生长实验。在同一坩埚中一个内侧壁面喷涂氧氮化硅涂层，其余三个内侧壁面和一个底面喷涂氮化硅涂层，涂层工艺都统一循行业习用氮化硅涂层常规工艺。出炉结果证实了氧氮化硅涂层效果确优于氮化硅涂层。出炉后还发现，硅锭表面大部分区域出现由过饱和氮形成的黄绿色氮化硅沉积物，唯有与氧氮化硅涂层接触的一侧附近无此类表面沉积物，证实氧氮化硅在硅熔体中的分解析氮量确比氮化硅要低得多。

本发明所述氧氮化硅涂层材料可提高定向凝固晶体硅铸锭成材率，降低硅锭生产成本；可降低硅锭中杂质氮含量，提高硅锭质量。其涂覆工艺过程可沿用现有氮化硅涂层常规工艺，简单易行，适合于规模化生产应用。

附图说明

图1为采用本发明所述氧氮化硅涂层的石英陶瓷坩埚内壁表面，经硅料熔融和定向凝固生长后的表观（实施例1），显示氧氮化硅涂层保持完整。

图2为为采用常规氮化硅涂层的石英陶瓷坩埚内壁表面，经硅料熔融和定向凝固生长后的表观（实施例1）。显示氮化硅涂层出现明显脱皮剥落。

图3为采用本发明所述氧氮化硅涂层的石英陶瓷坩埚内壁表面所接触的定向凝固硅锭侧面表观（实施例1）。显示与氧氮化硅接触的硅锭表面无粘连斑迹，脱模情况良好。