专利名称：一种多晶硅铸锭用陶瓷坩埚免烧结涂层制备方法
技术领域：
本发明属于太阳能多晶硅铸锭领域，涉及ー种多晶硅铸锭用陶瓷坩埚免烧结涂层制备方法。
背景技术：
根据2011年8月份Solarbuzz报告，55%的终端用户装机总容量是基于多晶硅片，说明多晶硅太阳能电池已经占据了光伏市场大半壁江山。与单晶硅片相比，尽管多晶硅片的电池转换效率比较低，但其生产成本远低于单晶硅片，考虑到成本和效益，目前大部分终端用户均会选择成本较低的多晶硅太阳能电池。多晶硅片制造过程中很重要的一个环节就是多晶硅铸錠。多晶硅铸锭过程是将外观不规则的多晶硅原料盛放于坩埚中，在多晶硅铸锭炉中实现加热、熔化、长晶、退火、冷却 等步骤，最終生长成形状规则、晶粒较大的多晶硅錠。多晶硅铸锭使用的坩埚是高纯ニ氧化硅陶瓷坩埚，而多晶硅铸锭是在高温下完成的，为防止在高温下ニ氧化硅与多晶硅料发生反应，引起多晶硅锭脱模困难、硅锭裂锭、氧含量増加等现象，人们一般在坩埚内部涂覆ー层氮化硅涂层。氮化硅在高温下(1900°C )性能稳定、不与ニ氧化硅、硅发生反应，从而有效隔离了熔融硅与陶瓷坩埚，提高多晶硅锭的脱模能力，防止ニ氧化硅中的氧通过反应、扩散到多晶硅锭中，避免坩埚对硅锭的污染。当前，多晶硅铸锭用坩埚涂层一般采用喷涂方式制备，即氮化硅与水按照一定的比例配置成悬浮液，用喷枪将悬浮液喷涂到方形陶瓷坩埚内壁上，然后将喷涂好的坩埚放入烘箱中进行长时间高温烧结。这种方法制备简单，成本低。因此，被广泛采用。该エ艺过程中长时间高温烧结是ー个必须的过程，未经高温烧结的涂层，涂层容易脱落、起泡，从而使多晶硅锭出现粘埚、开裂现象。长时间高温烧结，一方面需要増加高温烧结设备；另一方面需要耗费大量的电能；再一方面还需要増加人工操作过程。从而使多晶硅铸锭厂家的铸锭成本大大增加。同时，即使经过烧结的涂层粘附カ也较差，容易脱落、起泡，较容易造成硅锭粘埚、开裂现象。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种多晶硅铸锭用陶瓷坩埚免烧结涂层制备方法，使用该方法形成的氮化硅涂层与坩埚内壁粘附力強，脱落、起泡的几率低，提闻了多晶娃铸淀的成品率，降低了铸淀成本，提闻了生广效率。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是ー种多晶硅铸锭用陶瓷坩埚免烧结涂层制备方法，其包括以下步骤
(I)悬浊液的配制
悬浊液是由以下材料制成的，按照重量百分比计算，15%_25%的氮化硅，70%-80%的去离子水和1%_5%的聚こ烯吡咯烷酮PVP ;将所述量的去离子水倒入搅拌器内，再将所述量的氮化硅缓缓加入去离子水中，快速搅拌15分钟后再慢速搅拌15分钟，然后将所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于搅拌器内进行搅拌，搅拌15-20分钟使悬浊液均匀备用；
(2)涂层的制备
将坩埚放在旋转加热器上进行加热，坩埚干燥后用上述所述悬浊液喷涂，喷涂时，坩埚温度控制在50 90°C，喷枪与坩埚内壁的喷涂距离控制在25-30cm之间，喷涂过程中随时用点温计测量坩埚内涂层状态；将喷涂完成后的坩埚常温下晾干或者在旋转加热器上在70— 100°C的温度下保温O. 5-2小时。有益效果
由于本发明的涂层增添了聚こ烯吡咯烷酮PVP粘结剂，从而增强了氮化硅涂层的附着力，喷涂过程中粉尘明显減少，増加了氮化硅的有效利用率，实现了坩埚涂层的免烧结，从 而大大降低了生产及设备成本；涂层脱落、起泡的几率明显降低，提高了多晶硅铸锭的成品率，提高了生产效率。从我们所做的多次实验表明，使用本发明制备的坩埚涂层在制备过程中不易脱落、爆皮、起泡，卸锭时方便坩埚的脱落。本发明涂层的制备原材料和制备方法是根据涂层性能要求，经过查阅大量文献和做了大量的对比试验得出的。在选择添加材料上，必须遵守两个原则1、与氮化硅溶液混合后，能够提高氮化硅喷涂涂层的粘附能力；2、能够在高温分解，从而不影响硅锭的纯度。 根据大量文献的查阅比较，选用了聚こ烯醇PVA、聚こ烯醇缩丁醛PVB、聚こ烯吡咯烷酮PVP三种材料做实验性能对比。经实验表明，PVA在室温下不溶于水，在60-90°C的条件下，边加热边搅拌，可与水完全溶解，水温越高则溶解度越大，但几乎不溶于有机溶剂；PVA加热到100°C左右时，外观逐渐发生变化，部分醇解的PVA在190°C左右开始熔化，200°C时发生分解；由于在室温下，PVA不能够与水很好配合，故不适合作为添加材料使用。PVB可以与ー些热固型树脂产生架桥反应以提升耐化学药品性及涂膜硬度等性能，并具有优异的涂膜性、透明性、弾性、韧性、耐强碱、耐油性、可挠性与低温耐冲击性等性能，可配成多种粘合剂；·ΡνΒ不溶于水，与酒精可以在室温下完全溶解，PVB、纯净水与酒精混合后，溶液变成乳白色并有大量的PVB重新析出，烧杯器壁上形成ー层薄膜；由于PVB与水互溶性很差，故不能作为添加材料使用。PVP是ー种具有粘度高、无毒环保等特点的固体胶；多组实验证实搅拌前PVB漂浮在纯净水表面，搅拌后PVB与水完全溶解，高温下，能够分解为气体，在铸锭过程中被机械泵抽走，避免了对硅锭的污染，很适合作为添加材料使用。进ー步对其性能进行实验
使用本发明的方法对坩埚涂覆涂层与使用传统方法对坩埚涂覆涂层的性能和成本对比实验
图I是使用本发明方法喷涂后的掩膜板，图2是使用传统方法喷涂后的掩膜板，可以看出使用本发明方法形成的涂层，氮化硅几乎没有脱落，附着力明显增強。表I是使用本发明方法形成涂层的坩埚II和使用传统方法形成涂层的坩埚I的成本情况对照表，从表I可以看出使用本发明方法形成涂层的每个坩埚约节电330°左右。表I
I喷涂时长(min) I烘烤温度CC) I烘烤时长(h) I所用设备I电能消耗
坩埚I 50-60_2°95_32_120kw电烘箱、旋转加热器330°
Jt祸 II |θ-60[70-10010.5-2ijg转加热器を-18。
图I是使用本发明方法喷涂后的掩膜板；
图2是使用传统方法喷涂后的掩膜板。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本明做进ー步的描述。实施例1，多晶硅铸锭用陶瓷坩埚免·烧结涂层的制备
(O悬浊液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比计算，15%的氮化硅，80%的去离子水和5%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。将所述量的去离子水倒入搅拌器内，再将所述量的氮化硅缓缓加入去离子水中，快速搅拌15分钟后再慢速搅拌15分钟，然后将所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于搅拌器内进行搅拌，搅拌20分钟使悬浊液均匀备用。(2)涂层的制备将坩埚放在旋转加热器上进行加热，坩埚干燥后用上述所述悬浊液喷涂。喷涂时，坩埚温度控制在50°C，以免涂层脱落或起泡，喷枪与坩埚内壁的喷涂距离控制在25cm之间，喷涂过程中尽力保持喷枪与喷涂面垂直，以Z字型走向或单向进行喷涂。喷涂过程中随时用点温计测量坩埚内涂层状态，如有水分未干区域，不可喷涂，可以稍等几秒钟，然后再操作；如果温度过高，可停止加热，待温度降下后再喷。当发现有较多粉末沉积到坩埚脚部时，可用气枪小心吹出。将喷涂完成后的坩埚常温下晾干或者在旋转加热器上在70°C的温度下保温I小时。涂层附着力牢固，无气泡、爆皮现象，卸锭时方便坩埚的脱落，免去了坩埚烧结过程,节约了铸锭成本。实施例2，多晶硅铸锭用陶瓷坩埚免烧结涂层的制备
(I)悬浊液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比计算，18%的氮化硅，79. 5%的去离子水和2. 5%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。将所述量的去离子水倒入搅拌器内，再将所述量的氮化硅缓缓加入去离子水中，快速搅拌15分钟后再慢速搅拌15分钟，然后将所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于搅拌器内进行搅拌，搅拌15分钟使悬浊液均匀备用。(2)涂层的制备将坩埚放在旋转加热器上进行加热，坩埚干燥后用上述所述悬浊液喷涂。喷涂时，坩埚温度控制在60°C，喷枪与坩埚内壁的喷涂距离控制在30cm之间，喷涂过程中尽力保持喷枪与喷涂面垂直，以Z字型走向或单向进行喷涂。喷涂过程中随时用点温计测量坩埚内涂层状态。将喷涂完成后的坩埚常温下晾干或者在旋转加热器上在80°C的温度下保温I. 5小时。实施例3，多晶硅铸锭用陶瓷坩埚免烧结涂层的制备
(I)悬浊液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比计算，20%的氮化硅，78%的去离子水和2%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。将所述量的去离子水倒入搅拌器内，再将所述量的氮化硅缓缓加入去离子水中，快速搅拌15分钟后再慢速搅拌15分钟，然后将所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于搅拌器内进行搅拌，搅拌16分钟使悬浊液均匀备用。(2)涂层的制备将坩埚放在旋转加热器上进行加热，坩埚干燥后用上述所述悬浊液喷涂。喷涂时，坩埚温度控制在70°C，喷枪与坩埚内壁的喷涂距离控制在28cm，喷涂过程中尽力保持喷枪与喷涂面垂直，以Z字型走向或单向进行喷涂。喷涂过程中随时用点温计测量坩埚内涂层状态。将喷涂完成后的坩埚常温下晾干或者在旋转加热器上在90°C的温度下保温1. 3小时。实施例4，多晶硅铸锭用陶瓷坩埚免烧结涂层的制备
(I)悬浊液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比计算，23%的氮化硅，75. 3%的去离子水和I. 7%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。将所述量的去离子水倒入搅拌器内，再将所述量的氮化硅缓缓加入去离子水中，快速搅拌15分钟后再慢速搅拌15分钟，然后将所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于搅拌 器内进行搅拌，搅拌18分钟使悬浊液均匀备用。(2)涂层的制备将坩埚放在旋转加热器上进行加热，坩埚干燥后用上述所述悬浊液喷涂。喷涂时，坩埚温度控制在80°C，喷枪与坩埚内壁的喷涂距离控制在29cm，喷涂过程中尽力保持喷枪与喷涂面垂直，以Z字型走向或单向进行喷涂。喷涂过程中随时用点温计測量坩埚内涂层状态。将喷涂完成后的坩埚常温下晾干或者在旋转加热器上在100°C的温度下保温O. 5小吋。实施例5，多晶硅铸锭用陶瓷坩埚免烧结涂层的制备
(I)悬浊液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比计算，25%的氮化硅，74%的去离子水和1%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。将所述量的去离子水倒入搅拌器内，再将所述量的氮化硅缓缓加入去离子水中，快速搅拌15分钟后再慢速搅拌15分钟，然后将所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于搅拌器内进行搅拌，搅拌17分钟使悬浊液均匀备用。(2)涂层的制备将坩埚放在旋转加热器上进行加热，坩埚干燥后用上述所述悬浊液喷涂。喷涂时，坩埚温度控制在90°C，喷枪与坩埚内壁的喷涂距离控制在27cm，喷涂过程中尽力保持喷枪与喷涂面垂直，以Z字型走向或单向进行喷涂。喷涂过程中随时用点温计测量坩埚内涂层状态。将喷涂完成后的坩埚常温下晾干或者在旋转加热器上在75°C的温度下保温1. 2小时。实施例6，多晶硅铸锭用陶瓷坩埚免烧结涂层的制备
(I)悬浊液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比计算，25%的氮化硅，70%的去离子水和5%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。将所述量的去离子水倒入搅拌器内，再将所述量的氮化硅缓缓加入去离子水中，快速搅拌15分钟后再慢速搅拌15分钟，然后将所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于搅拌器内进行搅拌，搅拌19分钟使悬浊液均匀备用。(2)涂层的制备将坩埚放在旋转加热器上进行加热，坩埚干燥后用上述所述悬浊液喷涂。喷涂时，坩埚温度控制在75°C，喷枪与坩埚内壁的喷涂距离控制在26cm，喷涂过程中尽力保持喷枪与喷涂面垂直，以Z字型走向或单向进行喷涂。喷涂过程中随时用点温计测量坩埚内涂层状态。将喷涂完成后的坩埚常温下晾干或者在旋转加热器上在85°C的温度下保温2小时。实施例7，多晶硅铸锭用陶瓷坩埚免烧结涂层的制备
(I)悬浊液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比计算，24%的氮化硅，72%的去离子水和4%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。将所述量的去离子水倒入搅拌器内，再将所述量的氮化硅缓缓加入去离子水中，快速搅拌15分钟后再慢速搅拌15分钟，然后将所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于搅拌器内进行搅拌，搅拌20分钟使悬浊液均匀备用。(2)涂层的制备将坩埚放在旋转加热器上进行加热，坩埚干燥后用上述所述悬浊液喷涂。喷涂时，坩埚温度控制在65°C，喷枪与坩埚内壁的喷涂距离控制在26. 5cm,喷涂过程中尽力保持喷枪与喷涂面垂直，以Z字型走向或单向进行喷涂。喷涂过程中随时用点温计测量坩埚内涂层状态。将喷涂完成后的坩埚常温下晾干或者在旋转加热器上在95°c的温度下保温O. 8小时。实施例8，多晶硅铸锭用陶瓷坩埚免烧结涂层的制备
(I)悬浊液的配制其由以下材料制成，按照重量百分比计算，22%的氮化硅，75%的去离子水和3%的聚こ烯吡咯烷酮PVP。将所述量的去离子水倒入搅拌器内，再将所述量的氮化硅缓缓加入去离子水中，快速搅拌15分钟后再慢速搅拌15分钟，然后将所述量的聚こ烯吡咯烷酮PVP置于搅拌器内进行搅拌，搅拌16分钟使悬浊液均匀备用。(2)涂层的制备将坩埚放在旋转加热器上进行加热，坩埚干燥后用上述所述悬浊液喷涂。喷涂时，坩埚温度控制在85°C，喷枪与坩埚内壁的喷涂距离控制在27. 5cm,喷涂过程中尽力保持喷枪与喷涂面垂直，以Z字型走向或单向进行喷涂。喷涂过程中 随时用点温计测量坩埚内涂层状态。将喷涂完成后的坩埚常温下晾干或者在旋转加热器上在88°C的温度下保温I. 8小时。
权利要求
1.一种多晶硅铸锭用陶瓷坩埚免烧结涂层制备方法，其特征在于其包括以下步骤 (1)悬浊液的配制 悬浊液是由以下材料制成的，按照重量百分比计算，15%-25%的氮化硅，70%-80%的去离子水和1%_5%的聚乙烯吡咯烷酮PVP ;将所述量的去离子水倒入搅拌器内，再将所述量的氮化硅缓缓加入去离子水中，快速搅拌15分钟后再慢速搅拌15分钟，然后将所述量的聚乙烯吡咯烷酮PVP置于搅拌器内进行搅拌，搅拌15-20分钟使悬浊液均匀备用； (2)涂层的制备 将坩埚放在旋转加热器上进行加热，坩埚干燥后用上述所述悬浊液喷涂，喷涂时，坩埚温度控制在50 90°C，喷枪与坩埚内壁的喷涂距离控制在25-30cm之间，喷涂过程中随时用点温计测量坩埚内涂层状态；将喷涂完成后的坩埚常温下晾干或者在旋转加热器上在70— 100°C的温度下保温O. 5-2小时。
全文摘要
本发明公开了一种多晶硅铸锭用陶瓷坩埚免烧结涂层制备方法，(1)悬浊液的配制悬浊液是由15%-25%的氮化硅，70%-80%的去离子水和1%-5%的聚乙烯吡咯烷酮PVP制成的；将去离子水倒入搅拌器内，再将氮化硅缓缓加入去离子水中，搅拌后，再将聚乙烯吡咯烷酮PVP置于搅拌器内进行搅拌，搅拌15-20分钟使悬浊液均匀。(2)涂层的制备将搅拌好的悬浊液喷涂到坩埚内壁上，将喷涂完成后的坩埚常温下晾干或者在旋转加热器上在70—100℃的温度下保温0.5-2小时。使用该方法形成的氮化硅涂层与坩埚内壁粘附力强，脱落、起泡的几率低，提高了多晶硅铸锭的成品率，降低了铸锭成本，提高了生产效率。
文档编号C04B41/85GK102850086SQ201210350069
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者刘晓兵, 吴红霞, 贾娇娇, 金浩 申请人:光为绿色新能源股份有限公司