[发明专利]一种多晶硅铸锭用坩埚及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多晶硅铸锭用坩埚，包括坩埚基体，和设置在所述坩埚基体内壁的硬质涂层，所述硬质涂层的成分包括氮化硅粉体、硅溶胶和粘结剂，所述粘结剂包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种；所述硬质涂层的粗糙度为1.0‑1.5μm。该多晶硅铸锭用坩埚抗硅液冲刷能力强，杂质阻隔能力强，并且硅锭粘埚率低。本发明还提供了多晶硅铸锭用坩埚的制备方法，该方法采用涂布方式，并且各组分添加过程中依次经过多次球磨，得到更细、更均匀的硬质涂层浆料，使硬质涂层内的颗粒堆垛最大化，颗粒间接触面积加大，颗粒间结合力增强，实现硬度更高，结构更致密的硬质涂层。

技术领域

本发明涉及坩埚涂层技术领域，具体涉及一种多晶硅铸锭用坩埚及其制备方法。

背景技术

多晶硅电池就是光伏发电的主要发电方式。在多晶硅电池片的制作过程中，铸造多晶硅锭是一道重要的工艺，多晶硅锭的质量将直接影响太阳能电池的转换效率和质量。其中，坩埚是生产多晶硅锭的必要器件之一，主要用于盛装硅料，硅料在坩埚内经高温融化，并最终定向凝固得到多晶硅锭，在整个铸锭工艺中起着重要作用；与此同时，硅锭与坩埚之间的脱模剂—氮化硅涂层，其性能表现也直接影响到硅锭的产品性能表现。

目前，在多晶铸锭过程中，氮化硅涂层主要存在以下几点问题：(1)涂层绝大多数靠喷涂造粒方式获得，喷涂过程存在较多扬尘，同时造成了氮化硅粉体的浪费；(2)喷涂获得的氮化硅涂层，颗粒堆积松散不紧密，氮化硅粉体间结合力差，使得涂层会逐渐被硅液冲刷减薄、甚至剥落而造成粘埚；(3)涂层表面粗糙度大，且容易掉落粉尘，使得过多的粉尘掉入进硅液中，带来了更高的硅锭杂质不良率，降低了硅锭利用率；(4)氮化硅涂层仅仅作为脱模剂，对于硅锭红边红区改善等其他功能的开发未能有所挖掘。

因此，有必要开发一种抗硅液冲刷能力强，杂质阻隔能力强的多晶硅铸锭用坩埚。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多晶硅铸锭用坩埚及其制备方法，该多晶硅铸锭用坩埚抗硅液冲刷能力强，杂质阻隔能力强，硅锭粘埚率低；制备的硅锭脱模性好，硅锭外观平整干净。

第一方面，本发明提供了一种多晶硅铸锭用坩埚，包括坩埚基体，和设置在所述坩埚基体内壁的硬质涂层，所述硬质涂层的成分包括氮化硅粉体、硅溶胶和粘结剂，所述粘结剂包括聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的一种或多种；所述硬质涂层的粗糙度为1.0-1.5μm。

可选地，所述硬质涂层的成分还包括改性剂，所述改性剂包括正硅酸乙酯、聚硅氮烷、白炭黑和纳米石英粉中的一种或多种。

可选地，所述硬质涂层的厚度为150μm-450μm。进一步地，可选地，所述硬质涂层的厚度为150μm-250μm。例如，所述硬质涂层的厚度为150μm，或为200μm，或为250μm，或为300μm，或为350μm，或为400μm，或为450μm。

可选地，所述硬质涂层的邵氏硬度为80-90HD。其中，所述HD表示D型邵氏硬度计检定点的标准硬度值。

第二方面，本发明提供了一种多晶硅铸锭用坩埚的制备方法，包括：

提供或制备坩埚基体，对所述坩埚基体的内壁进行表面预处理；

分别称取氮化硅粉体、硅溶胶、分散剂和粘结剂，在所述氮化硅粉体中添加所述分散剂后进行第一次球磨处理，所述第一次球磨处理时间为0.5-1.5小时；将经所述第一次球磨处理后的所述氮化硅粉体与所述硅溶胶混合得到混合料，对所述混合料进行第二次球磨处理，所述第二次球磨处理时间为2-5小时；向经所述第二次球磨处理的所述混合料中加入所述粘结剂，混合，经第三次球磨处理后得到硬质涂层浆料；

将所述硬质涂层浆料涂布在所述表面预处理后的所述坩埚基体的内壁上，于70-120℃下养护6-10小时后，冷却至室温得到多晶硅铸锭用坩埚。