一种在高效坩埚内表面喷涂氮化硅的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多晶硅太阳能电池技术领域，特别涉及一种在高效坩祸内表面喷涂氮化硅的方法。
【背景技术】
[0002]近年来随着不可再生能源的日益枯竭，太阳能电池得到了快速的发展。伴随着太阳能电池产业的快速发展，成本低且适于规模化生产的多晶硅逐步取代直拉单晶硅在太阳能电池材料市场的主导地位，成为行业内最主要的光伏材料之一。但是铸造多晶硅中的各种缺陷，如晶界、位错、微缺陷和材料中的杂质碳和氧，使多晶硅电池的转换效率低于直拉单晶硅太阳能电池，成为了限制多晶硅太阳能电池发展的瓶颈。因此，提高多晶硅片的电池转换效率以降低电池和组件的成本，必将成为多晶硅铸锭技术的发展方向。
[0003]目前，多晶硅锭的制备主要采用定向凝固系统法晶体生长技术，该方法通常包括加热、融化、长晶、退火和冷却等步骤。在初期长晶过程中，伴随着隔热笼的打开，坩祸底部的持续冷却，熔融状态的硅料自发随机形核并且随机形核逐渐生长。但由于坩祸底部各区域冷却程度不均，在形核过程中，导致晶粒不均匀、晶向杂乱，容易产生位错，因此通过该方法制备得到的多晶硅锭质量较低。相应地，利用该多晶硅锭制得的太阳能电池的光电转换效率低。因此，为了制得位错密度低、缺陷少的高质量多晶硅锭，一种能有效获得良好初始形核，并在后续生长过程中有效保持初始成核晶粒尺寸和晶向，减少位错繁衍的多晶硅锭铸造方法变得很重要。
[0004]目前市场上各大公司均在从事高效多晶的研宄，其中利用一种底部经石英砂粗糙处理的高效坩祸进行装料，通过融化后期，及长晶前期多晶炉工艺的调整，在长晶初期加大铸锭炉底部的降温速度，以获得较大的过冷度，达到细化晶粒的目的是一种主流的方法。目前市场上较大的坩祸供应商常州华融，江苏润驰等均在市场上推出了此类的高效坩祸。但利用此类坩祸，单纯依靠工艺的调整增大长晶初期铸锭炉底部散热速度以加大过冷度的方法实现生长小晶粒的目的，存在以下缺点:一、突然增大温度变化率对坩祸和涂层产生影响，如果坩祸涂层存在缺陷，则很容易发生粘祸甚至漏硅等生产事故；二、突然增大的降温变化率会对后面正常的长晶过程造成影响，导致硅锭长晶速率波动较大，造成多晶硅锭缺陷、位错增多。
[0005]多晶硅锭生产过程分为坩祸喷涂、装料、加热、融化、长晶、退火、冷却等几个阶段，在这个过程中，现有技术喷涂目的就是在坩祸与硅料之间喷涂一层氮化硅溶液，利用氮化硅可以有效地隔离硅料与坩祸反应防止粘锅。但在利用高效坩祸进行高效多晶生产的过程中，喷涂不仅要遵循以上现有技术中的原则，还应能更大程度地保留高效坩祸底部粗糙度的特性。因此针对高效坩祸的喷涂中氮化硅粉的物性、喷涂的工艺对能否利用高效坩祸生长出小晶粒的作用甚至高于铸锭工艺本身的调整。但目前，大部分公司尚未意识到这一点。
[0006]因此，需要找到一种针对于高效坩祸的特殊的氮化硅喷涂方法以解决上述问题。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是，针对现有技术中的高效坩祸进行氮化硅涂层喷涂会导致坩祸底部粗糙度不足，需要长晶初期突然增大的温度变化率会对后续的长晶过程造成不利影响的缺点，提供了一种在高效坩祸内表面喷涂氮化硅的方法。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为:
[0009]一种在高效坩祸的内表面喷涂氮化硅方法，该方法采用连接有蠕动泵的喷枪在高效坩祸的内表面喷涂氮化硅浆液，对所述高效坩祸的侧壁内表面的喷涂压力为20?30psi，蠕动泵转速为250?400rpm ;对所述高效坩祸的底部内表面的喷涂压力为50?60psi，蠕动泵转速为100?150rpm。
[0010]本发明中对高效坩祸的喷涂要求侧壁内表面氮化硅粉涂层坚硬致密，防止硅锭边皮孔洞多，硅料回收难打磨，且硅料损耗大。坩祸底部内表面涂层要求具有一定的松软性，避免涂层坚硬导致坩祸底部粗糙度被完全掩盖。
[0011]在本发明中，对高效坩祸的侧壁内表面和底部内表面的喷涂温度优选为底部和侧壁分开控温。这样能够更有效地保证侧壁内表面氮化硅粉涂层坚硬致密，底部内表面涂层具有一定的松软性的喷涂效果。更优选地，所述高效坩祸的侧壁内表面的喷涂温度为130?150°C，所述高效坩祸的底部内表面的喷涂温度为90?110°C。
[0012]在本发明中，喷枪的雾形设定优选为对所述高效坩祸的侧壁内表面喷涂时，喷枪的雾形宽度为15?20cm，如图1所示，对所述高效坩祸的底部内表面喷涂时，喷枪的雾形为宽度为8?12cm，如图2所示。
[0013]其中，所述喷枪为本领域常用设备，如岩田牌W-101喷枪。在本发明中，对坩祸内部喷涂的次数优选为对所述高效坩祸的底部内表面的喷涂为20?25遍，对侧壁内表面的喷涂为18?20遍。随着喷涂遍数的增加，氮化硅粉的粘附力逐渐减弱，经过研宄，本发明人发现在本发明技术方案中，对侧壁内表面的喷涂遍数为18?20可最大程度保证坩祸侧壁内表面涂层的致密性；由于坩祸底部内表面有粗糙度和松软性的要求，需要一定的氮化硅粉堆积密度，因此需要更多的喷涂遍数。在本发明的一个实施方式中，对所述高效坩祸的底部内表面的喷涂为22遍。
[0014]通常，对高效坩祸进行喷涂中使用的氮化硅浆液可以为本领域公知的常规氮化硅浆液。其中，所用氮化硅粉分为α相β相。在本发明的一个实施方式中，使用氮化硅粉为β相含量大于50￥七％小于10wt%，D50值为I?3 μπι的氮化硅粉。由于氮化硅粉在铸锭过程中会发生由α相至β相的转变，因此选择β相含量高的氮化硅粉可保证铸锭过程中涂层的稳定性；同时，若氮化硅粉的粒径太大，涂层太松，粒径太小，则容易导致堵枪。作为优选，所述D50值为2±0.3 μπι。氮化硅粉粒径分布可以为单峰分布，也可以为双峰分布。作为优选，所述氮化硅的粒径分布为双峰态分布。
[0015]在本发明的一个实施方式中，还提供了所述氮化硅浆液的配制方法，即，所述氮化硅粉、硅溶胶和水按重量比例为I?3:1?2:7?9进行配制。作为优选，所述配制为按先放入水，然后放入硅溶胶搅拌五分钟，然后放入氮化硅粉搅拌30?40分钟的顺序进行配制。
[0016]本发明所述的高效坩祸可以为任意市售的高效坩祸，例如江苏润弛太阳能材料科技有限公司生产的高效坩祸，华融太阳能新型材料有限公司生产的高效坩祸等。其中，高效坩祸底部可以经石英砂、碳化硅、硅粉等材料处理。
[0017]在本发明的另一个实施方式中，在如上所述对高效坩祸的内表面喷涂氮化硅之前，在所述高效坩祸的底部内表面喷涂球形S12颗粒，所述球形S12颗粒形成颗粒层。
[0018]其中，所述球形5102颗粒为采用催化材料领域化学法合成的球形S12颗粒。该球形S12颗粒具有形貌均匀，纯度高，粒径均一性强，化学稳定性高等特点。
[0019]所述球形S12颗粒的粒径为20目?70目，优选所述球形S12颗粒的粒径为50目?60目。
[0020]所述颗粒层的厚度为I?5mm，优选所述厚度为2.5mm。
[0021]与现有技术中经石英砂、碳化硅、硅粉等材料处理的高效坩祸相比，使用上述喷涂有球形S12颗粒和氮化硅的坩祸，不需要冷冲击，就能生产出底部红区短，晶粒尺寸小而均匀的高质量多晶娃锭。
[0022]本发明的有益效果:
[0023]本发明提供了一种专门针对高效坩祸的氮化硅的喷涂方法，利用本发明提供的方法喷涂后进行铸锭，无需对铸锭工艺进行特殊调整，采用现有普通多晶硅的铸锭工艺即可获得具有均匀小晶粒结构的高质量多晶硅锭，避免了现有工艺调整时加入的冷冲击带来的潜在风险。
【附图说明】
[0024]图1为对高效坩祸的侧壁内表面进行喷涂时，喷枪的雾形示意图；
[0025]图2为对尚效i甘祸的底部内表面进彳丁喂■涂时，喂■枪的雾形不意图；
[0026]图3为实施例4制备的多晶娃徒的晶粒形貌图；
[0027]图4为对比例I制备的多晶娃徒的晶粒形貌图。
【具体实施方式】
[0028]本发明公开了一种在高效坩祸的内表面喷涂氮化硅的方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容