专利名称：石英坩埚涂层的制备方法
技术领域：
本发明涉及光伏组件制造领域，特别涉及一种石英坩埚涂层的制备方法。
背景技术：
随着工业化进程的加进，煤炭、石油和天然气等常规能源日益枯竭，一系列环保问题也伴随出现。因此，传统的石化能源已难以满足现代工业的需求，并且其产生的环境问题也对人们生存的环境构成了威胁。太阳能作为一种可再生的绿色能源已逐渐在全球范围内得到快速的发展。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。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应将光能转化成电能的装置。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，硅太阳电池发展最为成熟，在应用中占主导地位。晶体硅太阳电池又分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。相对于多晶硅太阳电池，单晶硅电池具有较高的转换效率，因此单晶硅太阳电池应用较为广泛。直拉法是单晶硅的主要生产方法，石英坩埚在拉晶过程中是必不可少的辅助材料。石英坩埚在高温下具有趋向变成二氧化硅的晶体，此过程称为析晶。析晶通常发生在石英坩埚的表层，按照中国石英玻璃行业标准规定，半导体工业用石英玻璃在1400°C 士5°C 下保温6小时，析晶层的平均厚度在ΙΟΟμπι之内的析晶是属于正常的。但是，严重的析晶对拉单晶的影响很大，石英坩埚内壁发生析晶时有可能破坏坩埚内壁原有的涂层，这将导致涂层下面的气泡层和熔硅发生反应，造成部分颗粒状氧化硅进入熔硅内，使得正在生长中的晶体结构发生变异而无法正常长晶。此外，析晶将减薄石英坩埚原有的厚度，降低了坩埚的强度容易弓I起石英坩埚的变形。近年来，随着投料量的增大，拉晶时间也相应延长，现有的石英坩埚的析晶也越发严重，由此导致在拉晶时石英坩埚会出现使用寿命无法达到现有的时间要求而导致漏料的状况发生；并且石英坩埚表面如果附带极其微小的杂质，也将导致单晶在生长过程中断棱， 影响成品率。为了延长石英坩埚的使用寿命，提高成品率，现有技术中有采用在石英坩埚表面制备涂层，如在石英坩埚表面涂一层高纯度石英砂使其形成致密层，防止单晶硅高温拉制过程中与石英坩埚反应。本发明人考虑在石英坩埚表面均勻制备出一层氢氧化钡涂层，用于防止单晶硅高温拉制过程中与石英坩埚反应。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种石英坩埚涂层的制备方法，使用该方法可在石英坩埚表面制备出氢氧化钡涂层，提高石英坩埚的使用寿命和长晶良率。有鉴于此，本发明提供一种石英坩埚涂层的制备方法，包括
a)、配置氢氧化钡溶液，所述氢氧化钡溶液中氢氧化钡与水的重量比为1 (46 52)；b)、将石英坩埚加热至200°C以上，将所述氢氧化钡溶液均勻喷涂于所述石英坩埚的内壁和上口，喷涂后所述石英坩埚内壁和上口表面形成氢氧化钡涂层。优选的，所述氢氧化钡涂层的密度为0. 65X IOVcm2 0. 96X 10_4g/Cm2。优选的，所述氢氧化钡溶液中氢氧化钡与水的重量比为1 (48 52)。优选的，步骤b中氢氧化钡溶液的喷涂量为(18. 5 21. 5)g/20英寸石英坩埚。优选的，步骤b中将石英坩埚加热至290°C 310°C。优选的，所述步骤b具体为bl)、将石英坩埚置于烘箱内加热至290°C 310°C后取出；b2)、在1. 5 :3min中内将所述氢氧化钡溶液均勻喷涂于所述石英坩埚的内壁和上口，喷涂后所述石英坩埚内壁和上口形成氢氧化钡涂层。优选的，所述步骤a在惰性气体保护下进行。优选的，所述步骤b在惰性气体保护下进行。本发明提供一种石英坩埚涂层的制备方法，包括如下步骤配置氢氧化钡溶液，所述氢氧化钡溶液中氢氧化钡与水的重量比为1 (46 52)；将石英坩埚加热至200°C以上，将所述氢氧化钡溶液均勻喷涂于所述石英坩埚的内壁和上口，喷涂后所述石英坩埚内壁和上口表面形成氢氧化钡涂层。由上述方案可知，本发明是采用喷涂法将氢氧化钡溶液喷涂到热的石英坩埚的内壁及上口，由于石英坩埚温度较高，因此氢氧化钡溶液接触到坩埚表面后溶液中的水蒸发，氢氧化钡留在坩埚内壁及上口表面，形成氢氧化钡涂层。形成的氢氧化钡会与空气中的二氧化碳反应形成碳酸钡，当此种石英坩埚在单晶炉上被加热时， 碳酸钡会分解形成氧化钡，氧化钡又会与石英坩埚反应形成硅酸钡。因此，最终石英坩埚表面形成一层致密微小的硅酸钡方石英结晶层，对石英坩埚起到保护作用，防止单晶硅高温拉制过程中与石英坩埚反应，改善石英坩埚的使用寿命及长晶良率；此外，其还能增加石英刚坩埚的强度，减少高温软化现象。
图1所示为本发明提供的涂有氢氧化钡涂层的石英坩埚结构示意图。
具体实施例方式为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。本发明实施例公开了一种氢氧化钡涂层的制备方法，包括a)、配置氢氧化钡溶液，所述氢氧化钡溶液中氢氧化钡与水的重量比为1 (46 52)；b)、将石英坩埚加热至200°C以上，将所述氢氧化钡溶液均勻喷涂于所述石英坩埚的内壁和上口，喷涂后所述石英坩埚内壁和上口表面形成氢氧化钡涂层。本发明是采用喷涂工艺在石英坩埚的工作面，即上口及内壁制备氢氧化钡涂层，得到图1所示的涂有氢氧化钡涂层的石英坩埚，该石英坩埚包括基体坩埚1和涂覆与基体坩埚内壁及上口表面的氢氧化钡涂层2。形成的氢氧化钡会与空气中的二氧化碳反应形成碳酸钡，当此种石英坩埚在单晶炉上被加热时，碳酸钡会分解形成氧化钡，氧化钡又会与石英坩埚反应形成硅酸钡。由于有硅酸钡的存在，使得石英坩埚表面会形成一层致密微小的方石英结晶，这种微小的方石英结晶很难被硅熔液渗入而剥落。因此，硅酸钡能对石英坩埚起到保护作用，防止单晶硅高温拉制过程中与石英坩埚反应；此外，其还能增加石英刚坩埚的强度，减少高温软化现象。选择氢氧化钡作为涂层的原因在于相对于硅酸钡或碳酸钡，氢氧化钡在水中具有较高的溶解度，因此上述石英坩埚可采用喷涂法制备涂层。选择喷涂法的原因在于喷涂量易于控制，通过控制喷涂量可以控制石英坩埚上氢氧化钡的量。在进行喷涂前，需要先将石英坩埚加热至200°C以上，优选加热至290°C 310°C ；然后尽快将配置好的氢氧化钠溶液喷涂于石英坩埚的内壁及上口，由于此时石英坩埚温度较高，因此喷涂于石英坩埚表面的氢氧化钠溶液中的水分会蒸发，由此形成氢氧化钡涂层。考虑到石英坩埚坩埚在取出过程，以及在喷涂过程中温度均会降低，因此本发明对石英坩埚的加热温度及喷涂时间进行控制，以保证石英坩埚在喷涂过程中均能保持其温度在200°C以上，避免石英坩埚温度过低，使氢氧化钡溶液与石英坩埚接触后水分不能完全蒸发，出现流挂现象，由此造成氢氧化钡涂层厚度分布不均勻。由此步骤b优选按照如下方式进行bl)、将石英坩埚置于烘箱内加热至290°C 310°C后取出；b2)、在1. 5 ;3min中内将所述氢氧化钡溶液均勻喷涂于所述石英坩埚的内壁和上口，喷涂后所述石英坩埚内壁和上口形成氢氧化钡涂层。更优选的，将石英坩埚先进行清洗再进行加热喷涂。最优选的，将石英坩埚加热至 295305°C，并控制喷涂时间为1. 5 3min。按照上述方法可在坩埚内壁和上口制备出氢氧化钡涂层，氢氧化钡的密度过低， 则氢氧化钡涂层若厚度过薄，难以实现对石英坩埚的保护作用；氢氧化钡密度若过高，则其厚度过厚易剥离于石英坩埚表面，导致单晶在生长过程中断棱，影响成品率。为此，本发明控制氢氧化钡涂层的密度为0. 65X IOVcm2 0. 96X 10_4g/Cm2。为此，本发明选控制氢氧化钡溶液的中氢氧化钡与水的重量比为1 (46 52)，优选控制为1 (48 52)。若氢氧化钡溶液中氢氧化钡含量过低，则易造成上述涂层过薄的状况；若氢氧化钡含量过高，则喷涂工序中难以掌控喷涂量的均勻性及用量，由此造成涂层不均勻或太厚，使用时易发生部分剥离的情况。氢氧化钡溶液的喷涂量优选为(18. 5 21.5) g/20英寸石英坩埚。氢氧化钡溶液的配置工序，即步骤a，优选在惰性气体保护下进行，这是由于氢氧化钡易与空气中的二氧化碳发生反应形成碳酸钡沉淀，影响喷涂工序中喷涂的均勻性。同理，氢氧化钡溶液的喷涂工艺，即步骤b也在惰性气体中进行。由上述方案可知，本发明是采用喷涂法将氢氧化钡溶液喷涂到热的石英坩埚的内壁及上口，由于石英坩埚温度较高，因此氢氧化钡溶液接触到坩埚表面后溶液中的水蒸发， 氢氧化钡留在坩埚内壁及上口表面，形成氢氧化钡涂层。形成的氢氧化钡会与空气中的二氧化碳反应形成碳酸钡，当此种石英坩埚在单晶炉上被加热时，碳酸钡会分解形成氧化钡， 氧化钡又会与石英坩埚反应形成硅酸钡。因此，最终石英坩埚表面形成一层致密微小的硅酸钡方石英结晶层，对石英坩埚起到保护作用，防止单晶硅高温拉制过程中与石英坩埚反应，改善石英坩埚的使用寿命及长晶良率；此外，其还能增加石英刚坩埚的强度，减少高温软化现象。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的石英坩埚涂层的制备方法进行描述，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。实施例11、用电子称分别称取50g去离子水和Ig氢氧化钡，在氮气氛围中将氢氧化钡溶解于去离子水中，得到氢氧化钡溶液；2、将20英寸石英坩埚置于烘箱中加热，加热至300°C后取出立即用喷枪在石英坩埚内壁及上口均勻喷涂步骤1配置的氢氧化钡溶液，喷涂过程中保持坩埚内壁上的溶液无流挂现象，每只坩埚的喷涂量为20. 4g/20英寸坩埚，喷涂工艺在aiiin内完成。石英坩埚表面形成氢氧化钡涂层，氢氧化钡的密度为0. 8X l(T4g/Cm2。实施例21、用电子称分别称取48g去离子Ig氢氧化钡，将氢氧化钡溶解于去离子水中，得到氢氧化钡溶液；2、将20英寸石英坩埚置于烘箱中加热，加热至^KTC后取出，立即用喷枪在石英坩埚内壁及上口均勻喷涂步骤1配置的氢氧化钡溶液，喷涂过程中保持坩埚内壁上的溶液无流挂现象，每只坩埚的喷涂量为19. 6g/20英寸坩埚，喷涂工艺在1. 5min内完成。石英坩埚表面形成氢氧化钡涂层，氢氧化钡的密度为0. 8X l(T4g/Cm2。实施例31、用电子称分别称取52g去离子Ig氢氧化钡，将氢氧化钡溶解于去离子水中，得到氢氧化钡溶液；2、将20英寸石英坩埚置于烘箱中加热，加热至310°C后取出，立即用喷枪在石英坩埚内壁及上口均勻喷涂步骤1配置的氢氧化钡溶液，喷涂过程中保持坩埚内壁上的溶液无流挂现象，每只坩埚的喷涂量为21. lg/20英寸坩埚，喷涂工艺在;3min内完成。石英坩埚表面形成氢氧化钡涂层，氢氧化钡的密度为0. 8X l(T4g/Cm2。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种石英坩埚涂层的制备方法，包括a)、配置氢氧化钡溶液，所述氢氧化钡溶液中氢氧化钡与水的重量比为1 (46 52)；b)、将石英坩埚加热至200°C以上，将所述氢氧化钡溶液均勻喷涂于所述石英坩埚的内壁和上口，喷涂后所述石英坩埚内壁和上口表面形成氢氧化钡涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钡涂层的密度为 0. 65 X 10_4g/cm2 0. 96 X l(T4g/cm2。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钡溶液中氢氧化钡与水的重量比为1 (48 52)。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤b中氢氧化钡溶液的喷涂量为 (18. 5 21. 5) g/20英寸石英坩埚。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b中将石英坩埚加热至^KTC 310°C。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b具体为 bl)、将石英坩埚置于烘箱内加热至290°C 310°C后取出；b2)、在1. 5 :3min中内将所述氢氧化钡溶液均勻喷涂于所述石英坩埚的内壁和上口， 喷涂后所述石英坩埚内壁和上口形成氢氧化钡涂层。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a在惰性气体保护下进行。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b在惰性气体保护下进行。
全文摘要
本发明提供一种石英坩埚涂层的制备方法，包括a)配置氢氧化钡溶液，所述氢氧化钡溶液中氢氧化钡与水的重量比为1∶(46～52)；b)将石英坩埚加热至200℃以上，将所述氢氧化钡溶液均匀喷涂于所述石英坩埚的内壁和上口，喷涂后所述石英坩埚内壁和上口表面形成氢氧化钡涂层。按照上述方法在坩埚表面形成的氢氧化钡会与空气中的二氧化碳反应形成碳酸钡，当此种石英坩埚在单晶炉上被加热时，碳酸钡会分解形成氧化钡，氧化钡又会与石英坩埚反应形成硅酸钡，硅酸钡层对石英坩埚起到保护作用，防止单晶硅高温拉制过程中与石英坩埚反应，改善石英坩埚的使用寿命及长晶良率；此外，其还能增加石英刚坩埚的强度，减少高温软化现象。
文档编号C09D1/00GK102260902SQ20111019859
公开日2011年11月30日 申请日期2011年7月15日 优先权日2011年7月15日
发明者史才成, 吴洁, 张安, 徐昌华, 秦舒 申请人:江苏晶鼎电子材料有限公司