一种高纯涂层式多晶硅坩埚的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池生产设备技术领域，具体涉及一种高纯涂层式多晶硅坩祸。
【背景技术】
[0002]众所周知，当今世界电力供应渐趋紧张，光伏技术的运用可以有效地缓解这一局面。光伏发电主要有单晶、多晶电池片技术，与单晶相比，多晶光伏具有能耗小、效率高等优点；同样的时间内，耗用同样的能源，多晶产出将是单晶的6?7倍，因而多晶近些年得到广泛运用。
[0003]近年来，随着太阳能发电技术的日益成熟，太阳能电池已在工业、农业和航天等诸多领域取得广泛应用。目前，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为:硅太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池和聚合物多层修饰电极太阳能电池、有机太阳能电池和纳米晶太阳能电池。其中，硅太阳能电池发展最为成熟，在应用中占主导地位。晶体硅太阳能电池又分为单晶娃太阳能电池和多晶娃太阳能电池。相对于单晶娃太阳能电池，多晶娃电池太阳能电池制备过程较为简单，具有成本低能耗低等优点，因此多晶硅太阳能电池应用较为广泛。
[0004]坩祸是多晶硅铸锭生产的必需设备。目前，多晶硅生产主要是采用石英坩祸，这是因为二氧化硅来源丰富，纯度高，而且价格低廉。使用石英坩祸生产多晶硅铸锭虽然有助于降低生产成本，但是其存在的缺陷在于硅锭在冷却时易出现开裂的问题。这主要是因为:熔融的硅可与其接触的二氧化硅反应，形成一氧化硅和氧；其中，氧可污染硅，一氧化硅具有挥发性；并且其还可与炉内的石墨部件形成碳化硅和一氧化碳，生成的一氧化碳继而可与熔融的硅反应，形成挥发性一氧化硅、碳化硅、金属痕量物质或掺杂剂的碳化物、氧化物和碳，碳可污染硅。二氧化硅与熔融硅之间的上述反应促使硅黏附在坩祸上。但由于二氧化硅和硅这两种材料之间的热膨胀系数不一样，导致硅锭在冷却时易发生开裂。
[0005]为了避免硅锭在冷却时发生开裂，通常需要在坩祸内表面施用保护涂层，由此可阻止二氧化硅和熔融硅发生反应，进而降低硅锭污染和开裂。该涂层必须足够厚以阻止二氧化硅与熔融硅反应，并且必须保证该涂层的高纯度以防止其内的有害杂质污染硅。
[0006]现有技术有采用化学气相沉积法制备氮化硅涂层，例如专利号4741925的美国专利中公开了一种通过化学气相沉积在1250°C下制备的坩祸用氮化硅涂层。又如专利号为W02004053207A1的PCT专利公开了通过等离子喷涂氮化硅涂层。上述方法虽然能够防止氮化硅涂层脱落或剥落的问题，但是此方法所需设备价格较为昂贵且操作复杂。
[0007]为了节约成本，现有技术主要是采用氮化硅作为坩祸涂层。目前太阳能行业使用较为普遍的方法主要是将氮化硅涂层在700?1450°C的高温下受控煅烧周期下氧化，从而使氮化硅颗粒之间以及氮化硅颗粒与石英坩祸之间产生粘结。该方法的缺陷在于氮化硅涂层在热喷涂过程中粉尘大，局部位置易有气泡，并且煅烧温度较高，能耗大。
[0008]另外目前，对于多晶硅熔融结晶所使用的坩祸，业内都采用高纯石墨材料制作，自身制造成本较大；而且石墨坩祸结晶出的多晶硅铸锭，其含杂量较高，硅锭的有效收得率非常低，以及存在使用效果不理想等缺陷，同时尚不能大规模生产应用，因此，多晶硅坩祸具有广阔的市场前景。
[0009]现有技术中，通常会在坩祸的表面涂覆一层氮化硅涂层。但是致密的氮化硅材料必须在氮气保护氛围及高温环境下液相烧结，且通常致密的氮化硅材料烧结后尺寸比烧结前收缩10%以上，所以石英坩祸表面涂覆的氮化硅层很难达到高致密的程度，无法满足生产要求。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，设计一种高纯涂层式多晶硅坩祸，使其具有涂层覆盖能力强，稳定性高，具有高隔离度，防止坩祸本体在制备多晶硅过程中参与反应的特点。
[0011]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
一种高纯涂层式多晶硅坩祸，包括坩祸本体，在所述坩祸本的表面均布有若干个凹坑或环形凹槽，在所述均布有若干个凹坑或环形凹槽的表面依次附着有第一氮化层、第二氧化层和第三氮化层；
所述第一氮化层通过刷涂方式，将乳浆状的氮化硅涂覆于均布有若干个凹坑或环形凹槽的坩祸本的表面，所述第一氮化层的涂覆厚度范围为2~20 mm ;
所述第二氧化层为粉末状的氧化硅，通过喷射方式将粉末状的氧化硅喷射于尚未凝结的乳浆状的第一氮化层表面，所述第二氧化层在第一氮化层的表面形成颗粒状；
所述第三氮化层为雾状的氮化硅，通过喷涂方式将雾状的氮化硅喷涂于第二氧化层的表面，直至所述第二氧化层的颗粒被覆盖，所述第三氮化层形成光滑面。
[0012]其中优选的技术方案是，所述第一氮化层包括氮化硅、氢氧化钡和粘接剂，所述氮化硅、氢氧化钡和粘接剂加入去离子水搅拌形成乳浆状后通过刷涂方式形成第一氮化层。
[0013]优选的技术方案还有，所述粘接剂为有机硅烷、硅酸、多元醇、聚乙烯醇和丙烯酸酯中的一种。
[0014]优选的技术方案还有，所述氮化硅、氢氧化钡、粘接剂和去离子水的重量比为100:5~1:15-30:8~15o
[0015]优选的技术方案还有，所述第二氧化层为氧化硅，所述氧化硅由氮化硅与高氧化剂反应制成，所述高氧化剂为双氧水、臭氧、浓硫酸、硝酸、铬酸钾、高锰酸钾中的任意一种。
[0016]进一步优选的技术方案还有，所述第二氧化层的氧化硅采用喷枪喷射，所述喷枪的喷速范围为5~20 km/h，距被喷射面的喷射距离范围为20~100 cm。
[0017]优选的技术方案还有，所述坩祸本的表面为坩祸的内表面及上端沿口处。
[0018]进一步优选的技术方案还有，所述凹坑的横截面形状呈Ω形或环形凹槽的横截面形状呈燕尾槽形。
[0019]进一步优选的技术方案还有，所述多晶硅坩祸体为一长方体容器，所述多晶硅坩祸上端口的长度范围为2~3 m，宽度范围为0.5~1 m0
[0020]进一步优选的技术方案还有，在所述坩祸本体的外侧壁上也覆设有第一氮化硅层。
[0021]本发明所述高纯涂层式多晶硅坩祸的优点和有益效果在于:制备成本低且涂层覆盖能力强，有效防止氮化硅的烧结收缩，稳定性高，具有高隔离度，防止坩祸本体在制备多晶硅过程中参与反应，符合生产要求。
[0022]在所述高纯涂层式多晶硅坩祸的第一氮化层中，采用的粘结剂为粘结温度较低的有机硅烷、硅酸、多元醇、聚乙烯醇或丙烯酸酯，上述粘结剂一方面可以降低后续煅烧的温度，将煅烧温度降低至260°C?550°C，由此降低能耗；另一方面提高浆料粘度，降低后续的喷涂过程中产生的粉尘量，保证操作人员的人体健康，降低环境污染；此外，其还能提高氮化硅涂层和坩祸的粘结强度，提高涂层的力学性能。并且，本发明还对粘结剂和氮化硅的用量进行控制。
[0023]在第一氮化层内添加氢氧化钡，高温下与硅及其中的杂质硼发生反应，生成BOH气体，随S1挥发，从而可以起到除硼的作用。
[0024]另外，由于在坩祸本的表面均布有若干个凹坑或环形凹槽，且所述凹坑的横截面形状呈Ω形或环形凹槽的横截面形状呈燕尾槽形。也就是内腔较大端口较小的缩口结构，这样就可以进一步提高第一氮化层与坩祸本表面的附着强度。
【附图说明】
[0025]图1是本发明高纯涂层式多晶硅坩祸的局部结构示意图。
[0026]图中:1、坩祸本体；2、凹坑；3、第一氮化层；4、第二氧化层；5、第三氮化层。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0028]实施例1
如附图1所示:本发明是一种高纯涂层式多晶硅坩祸，包括坩祸本体1，在所述坩祸本I的表面均布有若干个凹坑2，在所述均布有若干个凹坑2的表面依次附着有第一氮化层3、第二氧化层4和第三氮化层5 ;
所述第一氮化层3通过刷涂方式，将乳浆状的氮化硅涂覆于均布有若干个凹坑2的坩祸本I的表面，所述第一氮化层3