一种超高纯石英陶瓷坩埚的制备方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及石英坩埚的制造方法，特别涉及一种超高纯石英陶瓷坩埚的制备方 法。
[0003]
【背景技术】
[0004] 多晶硅铸锭以石英坩埚为容器，先后经过加热、熔化、长晶、退火、冷却等工序。目 前多晶硅纯度大于6N (99. 9999wt%)而普通石英坩埚的纯度不足3N (99. 9wt%)，虽然铸锭 时有氮化硅涂层隔离，但仍有大量杂质渗透到硅锭里，尤其Fe等金属对硅锭品质有严重影 响，导致少子寿命偏低，在少子寿命扫描图像中呈现红色，称之为红区。以至于在硅锭靠近 坩埚四个拐角处的小方锭(A区)及靠近正侧面的小硅锭（B区）的光电转换效率远低于中心 部位（C区)，使整锭的转会效率大大降低，成为制约多晶硅电池发展的瓶颈，降低甚至消除 i甘祸对娃徒的污染是提尚多晶娃电池转换效率的关键一环。市场上的尚纯石英砂纯度多为 4. 5N，且价格不菲，6N以上的高纯石英砂每公斤数百甚至上千元，做成整体高纯坩埚成本太 无法承受。
[0005]
【发明内容】
[0006] 针对上述不足，本发明的目的在于提供一种超高纯石英陶瓷坩埚的制备方法，突 破超高纯石英原料的瓶颈，生产超高纯坩埚，有效的阻止杂质进入铸锭中，彻底消除侧面红 区、减少底部红区，提高转换效率，保持稳定性能的同时进一步节约成本，并且性能更稳定， 使用期限大大延长，有效降低使用成本。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超高纯石英陶瓷坩埚的制备方法，其 中，其制备过程为： 第①步，选择普通石英坩埚，使用超纯水冲洗，并将冲洗后的坩埚放入浓度为1-20%的 混合溶液中浸泡10-20小时，备用； 第②步，将醋酸乙酯、二硫化钼、氧化镧、炭黑、γ-(2, 3-环氧丙烯)丙基三甲氧基硅烷、 二苯醚甲醛树脂、羟甲基纤维素钠按一定质量配比0.1-1:0.1-0.5:0.1-0.2:0.1-0.5:0.3-1:0. 1-0. 3 :0. 1-1混合，并加入混合物0. 2-0. 5倍量的超纯水，均匀搅拌1-3小时成混料，将 混料经由喷浆设备均匀喷涂在由第①步得到的坩埚内表面，厚度控制在0. 1-0. 2_ ; 第③步，选择不同粒径的高纯硅粉，加入相对于高纯硅粉质量的〇. 5-1. 5倍量的超纯 水混合得到高纯硅粉料浆，加入0. 002-0. 03倍量的酸溶液，浸泡0. 5 -144小时，真空烘干 后的尚纯娃粉待用； 第④步，由第③步得到的高纯硅粉与超纯水、硅溶胶质量配比按1:1~4:1~2均匀混合， 加入相对混合物0. 001-0. lwt%的聚丙烯酸钠、三乙基己基磷酸、脂肪酸聚乙二醇酯、瓜尔 胶，并加入0. 001-0. 002 wt%的聚氧丙烯甘油醚、二甲基硅油，充分搅拌5-10小时后静置 2~24小时得到料浆； 第⑤步，采用喷涂、涂刷、滚涂或流延方式将第④步得到的所述料浆均匀复合在第②步 处理后的坩埚的内表面，复合层厚度为0. 1-lmm，并于50-120°C干燥3-5小时； 第⑥步，将第⑤步所得到的坩埚放入电窑里烧结，并保持充分的氧化气氛，烧成制度依 次进行如下：1~5小时25-200度，3~10小时200-600度，5~10小时600-900度，2~8小时 900-1100度，3~5小时1100-1200度，随后自然冷却至室温； 第⑦步，烧成好的高纯坩埚用超纯水清洗，用微波干燥后包装待用。
[0008] 其中，第③步中的所述高纯硅粉的纯度大于6N，所述高纯硅粉中各组分的重量份 数比为：D50为20~30 μ m的30-40重量份，D50为10-20 μ m的10-15重量份，D50小于10 μ m 的45-60重量份。
[0009] 其中，第③步中的所述高纯硅粉中各组分的重量份数比为：D50为30 μπι的30重 量份，D50为15 μ m的10重量份，D50为5 μ m的60重量份。
[0010] 其中，第③步中的所述高纯硅粉中各组分的重量份数比为：D50为25 ym的35重 量份，D50为20 μ m的15重量份，D50为8 μ m的50重量份。
[0011] 其中，所述第①步中的所述混合溶液为NaF、盐酸、1，4-二氧六环、过氧化氢的混 合溶液，其质量配比为：1-1. 5:1-2:0. 3-0. 5:0. 2-1。
[0012] 其中，第②步中，醋酸乙酯、二硫化钼、氧化镧、炭黑、γ- (2, 3-环氧丙烯）丙基三 甲氧基硅烷、二苯醚甲醛树脂、羟甲基纤维素钠按质量配比为0. 5:0. 1:0. 2:0. 1:0. 5:0. 2 : 0.2。
[0013] 其中，第④步中，聚丙烯酸钠、三乙基己基磷酸、脂肪酸聚乙二醇酯、瓜尔胶的质 量配比为0. 2-0. 5:0. 1-1:0. 1-0. 3:0. 1-0. 2 ;聚氧丙烯甘油醚、二甲基硅油的质量配比为 0.1-1:0. 1-1〇
[0014] 其中，第③步中所述酸溶液为浓度0. 5-10wt%的氢氟酸；或者为0. 5-10wt%的氢氟 酸、盐酸的混合酸，其质量比为1:0. 1-1. 5 ;或者为0. 5-lOwt%的氢氟酸、盐酸、硝酸的混合 酸，其质量比为：1-1. 5:2-3:2-2. 5。
[0015] 其中，第①至⑦步的制备过程，防尘、防风、无污染。
[0016] 本发明带来的有益效果是：通过对普通试验坩埚半成品的表面处理，从而去除杂 质，并且进行混料的涂层处理，从而提高坩埚表面的附着力，提高成膜率，性能更加稳定，并 且保持较好的稳定性、强度和硬度，更进一步阻止杂质的污染，再者保持相同效果的同时减 少了高纯硅粉的涂层厚度，从而达到节省单纯添加高纯硅粉涂层的厚度用料，从而再进一 步节省成本，再者对浆料进行处理，达到性能更稳定，显气孔率更低，体积密度更大的目的， 保持了较高的强度，同时保证实现侧面零红区、硅锭A、B区转换效率提高，从而接近C区，而 且底部红区同比减少约16mm，硅锭的良率提高约5%，再者经久耐用，大大降低了企业的成 本。
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【具体实施方式】
[0018] 针对上述不足，本发明的目的在于提供一种超高纯石英陶瓷坩埚的制备方法，突 破超高纯石英原料的瓶颈，生产超高纯坩埚，更加有效的阻止杂质进入铸锭中，彻底消除侧 面红区、减少底部红区，提高转换效率，并且性能更稳定，使用期限大大延长，有效降低使用 成本。
[0019] 本发明提供了一种超高纯石英陶瓷坩埚的制备方法，其制备过程为： 第①步，选择普通石英坩埚，使用超纯水冲洗，并将冲洗后的坩埚放入浓度为1-20%的 混合溶液中浸泡10-20小时，备用； 第②步，将醋酸乙酯、二硫化钼、氧化镧、炭黑、γ-(2, 3-环氧丙烯)丙基三甲氧基硅烷、 二苯醚甲醛树脂、羟甲基纤维素钠按一定质量配比0.1-1:0.1-0.5:0.1-0.2:0.1-0.5:0.3-1:0. 1-0. 3 :0. 1-1混合，并加入混合物0. 2-0. 5倍量的超纯水，均匀搅拌1-3小时成混料，将 混料经由喷浆设备均匀喷涂在由第①步得到的坩埚内表面，厚度控制在0. 1-0. 2_ ; 第③步，选择不同粒径的高纯硅粉，加入相对于高纯硅粉质量的〇. 5-1. 5倍量的超纯 水混合得到高纯硅粉料浆，加入0. 002-0. 03倍量的酸溶液，浸泡0. 5 -144小时，真空烘干 后的尚纯娃粉待用； 第④步，由第③步得到的高纯硅粉与超纯水、硅溶胶质量配比按1:1~4:1~2均匀混合， 加入相对混合物0. 001-0. lwt%的聚丙烯酸钠、三乙基己基磷酸、脂肪酸聚乙二醇酯、瓜尔 胶，并加入0. 001-0. 002 wt%的聚氧丙烯甘油醚、二甲基硅油，充分搅拌5-10小时后静置 2~24小时得到料浆； 第⑤步，采用喷涂、涂刷、滚涂或流延方式将第④步得到的所述料浆均匀复合在第②步 处理后的坩埚的内表面，复合层厚度为0. 1-lmm，并于50-120°C干燥3-5小时； 第⑥步，将第⑤步所得到的坩埚放入电窑里烧结，并保持充分的氧化气氛，烧成制度依 次进行如下：1~5小时25-200度，3~10小时200-600度，5~10小时600-900度，2~8小时 900-1100度，3~5小时1100-1200度，随后自然冷却至室温； 第⑦步，烧成好的高纯坩埚用超纯水清洗，用微波干燥后包装待用。
[0020] 其中，第③步中的所述高纯硅粉的纯度大于6N，所述高纯硅粉中各组分的重量份 数比为：D50为20~30 μ m的30-40重量份，D50为10-20 μ m的10-15重量份，D50小于10 μ m 的45-60重量份。
[0021] 其中，第③步中的所述高纯硅粉中各组分的重量份数比为：D50为30 μπι的30重 量份，D50为15 μ m的10重量份，D50为5 μ m的60重量份。
[0022] 其中，第③步中的所述高纯硅粉中各组分的重