本发明涉及一种石英坩埚的制作方法，特别涉及一种高效涂层石英坩埚的制作方法。
背景技术：
目前，铸造多晶硅太阳能电池已经取代直拉单晶硅成为最主要的光伏材料。但是铸造多晶硅太阳能电池的转换效率略低于直拉单晶硅太阳能电池，材料中的各种缺陷，如晶界、位错、微缺陷，和材料中的杂质碳和氧，以及工艺过程中玷污的过渡族金属被认为是电池转换效率较低的关键原因，因此关于铸造多晶硅中缺陷和杂质规律的研究，以及工艺中采用合适的吸杂，钝化工艺是进一步提高铸造多晶硅电池的关键。另外，寻找适合铸造多晶硅表面织构化的湿化学腐蚀方法也是目前低成本制备高效率电池的重要工艺。
多晶硅太阳电池的出现主要是为了降低成本，其优点是能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方型硅锭，设备比较简单，制造过程简单、省电、节约硅材料，对材质要求也较低。晶界及杂质影响可通过其他工艺改善；由于材质和晶界影响，电池效率较低。
多晶硅铸锭用石英方坩埚作为高纯度太阳能级(6n，99.9999％)多晶硅原料高温熔融过程中的载体容器，通常应用于两种熔融工艺：全熔，半熔。半熔工艺相比全熔，因为在坩埚内底铺了一层籽晶颗粒来诱发长晶，因此平均光电转换效率要比全熔工艺高，但是由于晶锭的切除量多，收率 相对全熔工艺要低，成本高。如果通过在坩埚上制作一层有利于诱发长晶的涂层，能提高全熔工艺下的晶锭转换效率，即保证了品质要求，又提高了晶锭收率，降低了生产成本。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高效涂层石英坩埚的制作方法，通过在坩埚内底面上制作一层有利于诱发长晶的涂层，能提高全熔工艺下的晶锭转换效率，即保证了品质要求，又提高了晶锭收率，降低了生产成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高效涂层石英坩埚的制作方法，包括以下步骤：
(1)选取粒度0.2mm-0.6mm的超高纯石英砂，加入超高纯石英砂重量10％-40％的去离子水，放入球磨机中球磨，制成浆料；
通过球磨，使得颗粒较粗的超高纯石英砂变成颗粒较细的超高纯石英砂，提高形成的超高纯涂层的致密度，与基底的粘附力，控制合理的粗糙度。
(2)将步骤(1)制备的浆料、去离子水、硅溶胶和有机陶瓷粘结剂混合，充分搅拌0.5-2小时后，制成高效料浆；
(3)将步骤(2)制备的高效料浆涂覆在方形石英坩埚的内底面，涂层厚度为0.1mm-2mm；
(4)将50g-250g超高纯石英砂或超高纯多晶硅颗粒均匀的铺洒在高效料浆涂覆形成的涂层上，自然干燥1-2小时后，放置到温度为80℃-150℃的干燥炉中干燥1-3小时得高效涂层石英坩埚。本发明的石英坩埚为方形石英坩埚。
本发明通过在湿性涂层的表面铺洒超高纯石英砂或超高纯多晶硅颗粒，从而形成一种均匀的凹凸不平的面状态，这种凹凸不平的面状态能在硅锭长晶时更容易诱发长晶，降低位错缺陷，使得硅锭的整体光电转换效率提高。超高纯石英砂或超高纯多晶硅颗粒的大小控制较关键，颗粒太大的话，凹凸太强，会造成硅锭在长晶期开裂，如果颗粒太小，凹凸太弱就起不到相应的作用。
作为优选，所述超高纯石英砂的纯度≥99.9999％。
作为优选，步骤(1)中所述的粒度0.2mm-0.6mm的超高纯石英砂按重量百分比计由以下不同粒径颗粒组成：粒径大于500μm的10％-35％，粒径300μm-500μm的50％-70％，粒径小于300μm的10％-35％。粒度0.2mm-0.6mm的超高纯石英砂是用来球磨用的，有利于稳定球磨条件，并最终稳定球磨后的浆料性能(浆料的粒度，密度，粘度等)。粒度0.2mm-0.6mm的超高纯石英砂由不同粒径颗粒组成，跟形成涂层的粗糙度及附着力都有关系，有利于提高多晶硅铸锭质量。
作为优选，步骤(1)中球磨后的浆料粒度在6μm-15μm。
作为优选，步骤(2)中所述的有机陶瓷粘结剂选自羧甲基纤维素、聚丙烯、聚乙烯中的一种或几种。
作为优选，步骤(1)制备的浆料：去离子水：硅溶胶：有机陶瓷粘结剂的重量比＝(5-15):1：(3-10):(3-15)。本发明的涂层料浆原料中采用硅溶胶与有机陶瓷粘结剂复配起到粘结作用，这是针对本发明特定的工艺设计的，由于本发明后续需要在涂层表面铺洒颗粒，单独硅溶胶粘性较弱，有 机陶瓷粘结剂的粘结效果更强，通过有机陶瓷粘结剂的少量添加增强对铺洒颗粒的粘附力，若铺洒颗粒是与涂层料浆混合使用的，则无需添加有机陶瓷粘结剂。有机陶瓷粘结剂的量不能多，太多会产生着色(泛黄)影响。加离子水是为了调节浆料的粘度。
作为优选，步骤(4)中的超高纯石英砂按重量百分比计由以下不同粒径颗粒组成：粒径大于300μm的5％-15％，粒径200μm-300μm的45％-60％，粒径小于200μm的10％-45％。控制超高纯石英砂的粒度范围及粒径组成非常关键，这样能稳定涂层的凹凸度及均匀度，对长晶有帮助。
作为优选，步骤(4)中的超高纯多晶硅颗粒按重量百分比计由以下不同粒径颗粒组成：粒径大于2mm的5％-10％，粒径0.5mm-2mm的70％-80％，粒径小于0.5mm的10％-15％。控制超高纯多晶硅颗粒的粒度范围及粒径组成非常关键，这样能稳定涂层的凹凸度及均匀度，对长晶有帮助。
作为优选，超高纯多晶硅颗粒的纯度为99.999999％。
本发明的有益效果是：本发明以超高纯石英砂作为原料，通过球磨、混料搅拌制成料浆，采用喷涂或刷涂工艺覆盖在方形石英坩埚的内底面，再均匀的铺洒超高纯石英砂或超高纯多晶硅颗粒，制成一种高效涂层，在多晶硅铸锭过程中，诱发晶锭长晶，改善位错缺陷，提高晶锭光电转换效率，降低了产品生产成本。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本 领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
整体实施方案：
一种高效涂层石英坩埚的制作方法，包括以下步骤：
(1)选取粒度0.2mm-0.6mm的超高纯石英砂(纯度≥99.9999％)，加入超高纯石英砂重量10％-40％的去离子水，放入球磨机中球磨，制成浆料，浆料粒度在6μ-15μm。
(2)将步骤(1)制备的浆料、去离子水、硅溶胶和有机陶瓷粘结剂按照重量比(5-15):1：(3-10):(3-15)的配比混合，充分搅拌0.5-2小时后，制成高效料浆。有机陶瓷粘结剂选自羧甲基纤维素、聚丙烯、聚乙烯中的一种或几种。
(3)将步骤(2)制备的高效料浆涂覆在方形石英坩埚的内底面，涂层厚度为0.1mm-2mm。
(4)将50g-250g超高纯石英砂(纯度≥99.9999％)或超高纯多晶硅颗粒(纯度为99.999999％)均匀的铺洒在高效料浆涂覆形成的涂层上，自然干燥1-2小时后，放置到温度为80℃-150℃的干燥炉中干燥1-3小时得高效涂层石英坩埚。制作过程中，防尘、防风、无强腐蚀性物质、无毒性物质、无对环境造成污染物质。
步骤(1)中所述的粒度0.2mm-0.6mm的超高纯石英砂按重量百分比计由以下不同粒径颗粒组成：粒径大于500μm的10％-35％，粒径300μm-500μm的50％-70％，粒径小于300μm的10％-35％。步骤(4)中的 超高纯石英砂的粒度范围为0.2mm-0.6mm，按重量百分比计由以下不同粒径颗粒组成：粒径大于300μm的5％-15％，粒径200μm-300μm的45％-60％，粒径小于200μm的10％-45％。步骤(4)中的超高纯多晶硅颗粒的粒度范围为0.2mm-2.5mm，按重量百分比计由以下不同粒径颗粒组成：粒径大于2mm的5％-10％，粒径0.5mm-2mm的70％-80％，粒径小于0.5mm的10％-15％。
具体制备例1
一种高效涂层石英坩埚的制作方法，包括以下步骤：
(1)将超高纯石英砂(纯度99.9999％，按重量百分比计其粒径组成为：大于500μm的20％，300μm-500μm的50％，小于300μm的30％)10kg，加入2kg的去离子水，放入20l容量的球磨桶中，球磨5小时，球磨后的浆料粒度在6μ-15μm范围内。
(2)将步骤(1)制备的浆料300g、去离子水30g、硅溶胶(市售，固含量25％)100g和聚丙烯150g混合，充分搅拌2小时后，制成高效料浆。
(3)将步骤(2)制备的高效料浆喷涂在方形石英坩埚的内底面，涂层厚度为0.1mm。
(4)将100g超高纯石英砂(纯度99.9999％，按重量百分比计由以下不同粒径颗粒组成：粒径大于300μm的5％，粒径200μm-300μm的50％，粒径小于200μm的45％)均匀的铺洒在高效料浆涂覆形成的涂层上，自然干燥2小时后，放置到温度为80℃的干燥炉中干燥3小时得高效涂层石英坩埚。
具体制备例2
一种高效涂层石英坩埚的制作方法，包括以下步骤：
(1)将超高纯石英砂(纯度99.9999％，按重量百分比计其粒径组成为：大于500μm的10％，300μm-500μm的70％，小于300μm的20％)10kg，加入2kg的去离子水，放入20l容量的球磨桶中，球磨3.5小时，球磨后的浆料粒度在6μ-15μm范围内。
(2)将步骤(1)制备的浆料150g、去离子水30g、硅溶胶(市售，固含量25％)300g和聚丙烯450g混合，充分搅拌1小时后，制成高效料浆。
(3)将步骤(2)制备的高效料浆喷涂在方形石英坩埚的内底面，涂层厚度为2mm。
(4)将250g超高纯石英砂(纯度99.9999％，按重量百分比计由以下不同粒径颗粒组成：粒径大于300μm的15％，粒径200μm-300μm的60％，粒径小于200μm的25％)均匀的铺洒在高效料浆涂覆形成的涂层上，自然干燥1小时后，放置到温度为120℃的干燥炉中干燥2小时得高效涂层石英坩埚。
具体制备例3
一种高效涂层石英坩埚的制作方法，包括以下步骤：
(1)将超高纯石英砂(纯度99.9999％，按重量百分比计其粒径组成为：大于500μm的30％，300μm-500μm的60％，小于300μm的10％)10kg，加入2kg的去离子水，放入20l容量的球磨桶中，球磨4小时，球磨后的浆料粒度在6μ-15μm范围内。
(2)将步骤(1)制备的浆料300g、去离子水30g、硅溶胶(市售，固含 量25％)100g和聚丙烯150g混合，充分搅拌2小时后，制成高效料浆。
(3)将步骤(2)制备的高效料浆喷涂在方形石英坩埚的内底面，涂层厚度为1mm。
(4)将50g超高纯石英砂(纯度99.9999％，按重量百分比计由以下不同粒径颗粒组成：粒径大于300μm的15％，粒径200μm-300μm的45％，粒径小于200μm的40％)均匀的铺洒在高效料浆涂覆形成的涂层上，自然干燥1小时后，放置到温度为150℃的干燥炉中干燥1小时得高效涂层石英坩埚。
对比试验：
选择具体制备例1、2、3得到的高效涂层石英坩埚与普通石英方坩埚做铸锭后的晶锭转换效率对比试验。
试验方法：将四种坩埚分别按照同样的氮化硅喷涂工艺进行处理后，再用同样的全熔铸锭工艺进行铸锭。最后对比铸锭后的晶锭光电转换效率数据。试验结果：按照上述方法试验的数据如下
从上表结果数据上看，使用本发明的坩埚在全熔工艺下铸锭的晶锭，光电转换效率有明显的提升，大幅提升了晶锭品质，降低了多晶硅生产成本。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。