石英坩埚的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能光伏发电硅片制造技术领域，尤其涉及一种石英坩祸的制备方法。
【背景技术】
[0002]太阳能发电是人类利用太阳能的重要手段，而太阳能电池则是实现光电转换的主要装置，太阳能电池的光电转换效率决定了太阳能源的利用转化率。近年来，世界太阳能电池的产量和装机容量每年都在以约30%的速度快速发展。2010年，全球累计装机容量为25.4GW，预计到2020年全球装机容量将达到278GW。
[0003]目前，太阳能电池的种类不断增多，其中晶体硅太阳能电池尤其是多晶硅太阳能电池以较低的成本和较高的转换效率，在未来一段时期内仍将占据主导地位。但是，相对于传统能源，多晶硅太阳能发电成本相对较高，市场化率相对较低。从目前全球形势及整个行业的发展来看，提高多晶硅太阳能电池的转换效率、降低光伏组件的发电成本是光伏产业的必然趋势。太阳能电池转换效率每提高1%，成本可降低7%。2011年末，市场上用多晶硅太阳能电池转换效率约为16.8%,2012年将达到17%。高效率光伏组件越来越受市场的青睐，低于17%的光伏组件将逐渐被市场淘汰。发展高功率光伏组件的关键在于提升太阳能电池的转换效率。
[0004]目前，提升太阳能电池效率的研宄多集中在电池制作工艺的改良及高效电池结构的设计，前者如BSF、MCCE黑娃技术，后者如三洋的HIT (Hetero junct1n with intrinsicThinlayer结构，即在P型氢化非晶硅和η型氢化非晶硅与η型硅衬底之间增加一层非掺杂(本征)氢化非晶硅薄膜)结构电池，尽管可以制作出效率高出一般商用化产品的电池，但因制程过于复杂、成本过高，而难以大规模推广。如何以较低的成本制备出高效率的太阳能电池成为行业研宄的热点。
[0005]除电池工艺因素外，传统多晶硅片的位错密度过高是限制多晶硅电池转换效率的主要因素之一。传统多晶硅片内的位错产生原因一方面是硅锭内碳含量过高，碳原子较硅原子半径小，会引起较大的晶格畸变，产生大量位错；另一方面是传统定向凝固方法的局限性，晶体生长初期，晶体内存在较大的位错密度，后期位错增殖，造成整锭位错密度过高。上述位错产生的两个原因中后者占主要地位。
[0006]目前，在改善铸锭位错密度方面，已经做了大量的尝试，主要集中在两个方面:一、在坩祸底部增加一层高纯石英砂或碳化硅颗粒，石英砂或碳化硅颗粒之间的间隙限制了长晶初期晶核的长大，生产出小晶粒硅锭，利用晶界限制位错的增殖，从而制备出低位错密度的硅锭；二、在坩祸底部引入硅料作为形核中心，在铸锭过程中保持底部硅料部分熔化，使铸锭在未熔化的硅料上生长，制备出小晶粒硅锭。
[0007]以上两种方法，各有优缺点，第一种，由于在石英砂上进行晶体生长，属于异质形核，铸锭的质量波动较大，但成本较低；第二种方法，晶体质量高，重复性好，但因底部硅料仅部分熔化的原因，造成铸锭良率下降，成本增加。
[0008]因此，有必要提供一种改进的石英坩祸的制备方法以解决上述问题。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种石英坩祸的制备方法，其可制成能够制备高品质多晶硅铸锭的石英坩祸。
[0010]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种石英坩祸的制备方法，其包括如下步骤:提供由石英砂、纯水和粘结剂以一定比例混合搅拌制成的浆料；提供具有特定气孔的泡沫材料，并将所述泡沫材料浸泡于氢氧化钠NaOH溶液中一段时间后，洗净风干备用；将经过NaOH溶液浸泡处理后的泡沫材料在聚乙烯亚胺PEI溶液中浸泡一定时间；将经过PEI溶液浸泡处理后的泡沫材料浸渍于前述由石英砂、纯水和粘结剂以一定比例混合搅拌制成的浆料中，取出并去除多余浆料；提供石英坩祸胚体，将经过前述浆料中浸渍处理的泡沫材料压制并铺满在石英坩祸胚体底部，然后经高温烧制形成底部有均匀孔洞形貌的石英坩祸。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述浆料为采用具有不同粒径的非晶态石英砂颗粒在一球磨机中加纯水和粘结剂后进行球磨和搅拌制成的，并且所述不同粒径的非晶态石英砂颗粒具体包括占比10%-20%的粒径为10-20um的非晶态石英砂颗粒、占比60%_70%的粒径为20-30um的非晶态石英砂颗粒、占比10%-20%的粒径为30_40um的非晶态石英砂颗粒，所述非晶态石英砂颗粒的纯度不小于99.99%ο
[0012]作为本发明的进一步改进，所述粘结剂为复合粘结剂，所述复合粘结剂为娃溶胶、糊精混合物，或者为硅溶胶、聚乙烯醇PVA混合物，或者为硅溶胶、羧甲基纤维素CMC混合物，前述复合粘结剂中硅溶胶与糊精或者与PVA或者与CMC的质量比为2-4:1。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述浆料中的石英砂、纯水与粘结剂的体积比范围为1:4-6:10
[0014]作为本发明的进一步改进，具有特定气孔的所述泡沫材料为软质聚氨酯泡沫材料，并且在浸泡前将其剪裁成特定尺寸。
[0015]作为本发明的进一步改进，所述特定气孔的直径范围为0.5-lmm。
[0016]作为本发明的进一步改进，所述泡沫材料在NaOH溶液中的浸泡时间为4_6小时，在PEI溶液中的浸泡时间为2-4小时。
[0017]作为本发明的进一步改进，所述NaOH溶液浓度为20%_25%。
[0018]作为本发明的进一步改进，所述PEI溶液浓度为2%_5%。
[0019]作为本发明的进一步改进，在进行高温烧制时的温度为1100°C -1150°C，烧结时间为2-3小时。
[0020]相较于现有技术，本发明石英坩祸的制备方法通过在石英坩祸胚体底部压制泡沐材料的制备方法，从而使得形成的石英坩祸底部具有大小均匀的孔洞形貌，与常规的高效坩祸底部孔洞分布的随机性不同，由于泡沐材料的引入，形成的孔洞大小均一，且分布更均匀，从而能够使得采用本发明石英坩祸的制备方法所制作的石英坩祸进行晶硅铸锭时，能够在底部均匀生产出小颗粒晶体，进而通过均匀的晶界限制位错，最终获得低位错密度的尚品质多晶娃铸徒。
【附图说明】
[0021]图1是本发明石英坩祸制备方法的流程图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图所示的【具体实施方式】对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所作出的结构、方法、或功能上的变化均包含在本发明的保护范围内。
[0023]需要说明的是:以下具体描述中步骤代码S1、S2、S3、S4、S5仅是为了描述方便，并不代表制作石英坩祸的实际步骤顺序，例如SI步骤也可以放在S3步骤后。
[0024]参图1所示为本发明石英坩祸的制备方法的一【具体实施方式】，在本实施方式中，该方法包括以下步骤SI至S5。
[0025]SI，提供由石英砂、纯水和粘结剂以一定比例混合搅拌制成的浆料。
[0026]具体地，所述浆料为采用具有不同粒径的非晶态石英砂颗粒在一球磨机中加水和粘结剂后进行球磨和搅拌制成的，所述浆料内的石英砂、纯水以及粘合剂的体积比范围为1:4-6:1，球磨时间为2-4小时。
[0027]其中，所述不同粒径的非晶态石英砂颗粒包括占比10%_20%的粒径为10_20um的非晶态石英砂颗粒、占比60%-70%的粒径为20-30um的非晶态石英砂颗粒、占比10%_20%的粒径为30-40um的非晶态石英砂颗粒，所述非晶态石英砂颗粒的纯度不小