一种能降低氧、碳含量的多晶硅铸锭用石英陶瓷坩埚的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种能降低氧、碳含量的多晶硅铸锭用石英陶瓷坩埚，包括坩埚本体，坩埚的外表面具有复合层。本实用新型生产出来的石英陶瓷坩埚较传统的石英陶瓷坩埚具有外表面的复合层。运用本实用新型生产出来的多晶硅电池片的碳、氧含量显著降低，电池的转换效率较传统的坩埚有显著的提高。
【专利说明】一种能降低氧、碳含量的多晶硅铸锭用石英陶瓷坩埚
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光伏行业，具体是一种外表面具有复合层的多晶硅铸锭用石英陶瓷坩埚。
【背景技术】
[0002]由于多晶硅的晶体制备方法与单晶硅不同，多晶硅晶体的制备工艺相对简单，成本较低，控制杂质和缺陷的能力也较弱，相对于单晶硅晶体，其含有相对较多的杂质和缺陷，对电池效率有明显的影响。
[0003]多晶硅晶体中，氧和碳是主要的轻元素杂质。特别是碳，其浓度远高于单晶硅中的碳浓度。
[0004]运行的多晶硅铸锭炉内主要有以下几种材料:石墨、石英坩埚、氮化硅，硅，以及存在的微量杂质。
[0005]这些材料在高温情况下主要有以下反应:
[0006](I)石英坩埚与石墨的反应
[0007]a、1100。。
[0008]SiO2 (s) +C (s) -* SiC (s) +CO (g)
[0009]b、1200°C (铁存在情况下)`[0010]Fe (s)+SiC(s) — FeSixCy(S)
[0011]C、1250。。
[0012]SiO2 (s) +C (s) -* SiO (g) +CO (g)
[0013]SiO2 (s) +CO (g) — SiO (g) +CO2 (g)
[0014]d、1400-1450°C
[0015]SiO2 (s) +SiC (s) -* Si+Si0+C0 (g)
[0016](2)氮化硅与硅液的反应
[0017]Si3N4 (s) +Si (I) — 4Si (I) +4N (I)
[0018]SiO2(s)+Si (I) — 2Si (1)+20(1)
[0019](3)硅液界面的反应
[0020]Si (I)+0(1) ^ SiO (g)
[0021]Si (I)—Si (g)
[0022]CO (g) +Si ⑴—SiO (g) +C (I)
[0023]从上述反应来看，由于多晶硅原料中的碳、氧含量非常低，所以最终多晶硅晶体中碳、氧含量主要还是由铸锭炉内几种物质之间高温反应产生的，尤其是石墨和石英坩埚之间的高温反应，产生大量的碳氧结合的还原性气体，严重影响多晶硅晶体中的碳、氧含量。
[0024]氧在多晶硅中起的作用:1、氧在硅中分凝系数为1.25，其浓度在锭中底高头低；
2、氧以间隙状态存在，可过饱和，浓度IO17~IO18Cm —3 ;3、氧在多晶硅冷却中(350~550°C )形成热施主和新施主，改变电子浓度；4、高氧情况，氧可能形成沉淀，且常在多晶的晶界和缺陷上；5、高氧高硼多晶硅中，可形成B — O络合物，造成光致衰减(LID)现象；6、应尽可能降低多晶娃中氧浓度，建议最好[O]〈2.5xl017cm_3-4.7ppma,至少应低于室温下中红外吸收法探测O的极限，[0]〈5X1017cm —3。
[0025]碳在多晶硅中的作用:1、碳在硅中分凝系数为0.07,其浓度在锭中底低头高；2、碳在硅中固溶度4xl017cm — 3，一般含C量IO16~1017cm —3，过量时可能出现SiC沉淀；3、碳在多晶硅中的热性质和氧密不可分；4、碳可作为异质核促进新施主的形成和氧的沉淀；5、碳可促进B-O络合物的形成，造成光致衰减(LID)现象；6、应尽可能降低多晶硅中碳浓度，建议应低于室温下中红外吸收法探测碳的极限，[C]〈8.2X1016cm — 3。
[0026]针对该问题，业内做了一些实验探索:1、加大氩气流量，降低炉内一氧化碳的浓度，这个方法在一定程度上也能降低碳、氧的含量，但是大流量的氩气增加了硅液面对氮化硅涂层的冲刷，粘埚概率增加，影响硅锭的质量；2、在石墨护板与石英坩埚之间增加一层高温金属板，从实验数据来看，碳、氧含量降低很多，但由于高温金属板使用一次之后变脆，很容易破碎，所以该方法目前存在高温金属板价格高和使用寿命低的问题，并没有推广。
[0027]因此，开发一种不与石墨反应的多晶硅铸锭石英坩埚对多晶硅晶体降低碳、氧含量是非常必要的。
【发明内容】
[0028]针对现有技术的不足，本实用新型的目的是设计一种新结构的石英陶瓷坩埚，解决在高温条件下石墨和石英坩埚的反应，使晶体具有较低的碳、氧含量。提高多晶硅电池片的电性能。
[0029]完成上述任务的方案是:一种能降低氧、碳含量的多晶硅铸锭用石英陶瓷坩埚，包括坩埚本体，坩埚的外表面具有复合层。这样的设计结构可以有效避免在高温真空条件下石英坩埚和石墨材料的反应，进而降低多晶硅晶体中的碳、氧含量。
[0030]所述的复合层为氮化物混合材质或/和碳化物混合材质；
[0031]所述的复合层厚度IOum—2000um ；
[0032]所述的复合层存在于坩埚的外表面的底部或者坩埚的外表面一面或多面设有复
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[0033]本实用新型未采用传统石英陶瓷坩埚的结构，在坩埚的外表面增设复合层，克服了普通石英陶瓷坩埚带来的弊端，普通石英陶瓷坩埚在高温真空条件下，二氧化硅和碳发生反应生成一氧化碳和二氧化碳导致晶体中碳、氧含量过高，影响电池的电性能。运用本实用新型生产出来的多晶硅晶体的碳、氧含量较低，减少了二氧化硅和碳发生反应生成一氧化碳和二氧化碳的可能性，将本实用新型石英陶瓷坩埚与普通的坩埚进行实验对比，发现本实用新型的坩埚生产的电池片其少子寿命提高15%，转换效率比普通坩埚生成的电池片高0.20%,整体收率比产线高5%。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为本实用新型实施例2所述石英陶瓷坩埚的示意图。
【具体实施方式】[0035]实施例1:
[0036]一种能降低氧、碳含量的多晶硅铸锭用石英陶瓷坩埚，包括坩埚本体，坩埚外表面，具体底表面上设有复合层，复合层的厚度为10um，复合层所用材料为氮化物混合材质。
[0037]实施例2:
[0038]如图1所示，一种能降低氧、碳含量的多晶硅铸锭用石英陶瓷坩埚，包括坩埚本体1，坩埚外表面，具体底表面和四个外表面上均设有复合层2，复合层的厚度为300um，复合层所用材料为氮化物混合材质。
[0039]实施例3:
[0040]一种能降低氧、碳含量的多晶硅铸锭用石英陶瓷坩埚，包括坩埚本体，坩埚外表面，具体底表面和四个外表面上均设有复合层，复合层的厚度为500um，复合层所用材料为碳化物混合材质。
[0041]实施例4:
[0042]一种能降低氧、碳含量的多晶硅铸锭用石英陶瓷坩埚，包括坩埚本体，坩埚外表面，具体底表面和四个外表面上均设有复合层，复合层的厚度为200um，复合层所用材料为碳化物混合材质对上述复合层坩埚进行检测，检测结果数据见表1
【权利要求】
1.一种能降低氧、碳含量的多晶硅铸锭用石英陶瓷坩埚，包括坩埚本体，其特征在于坩埚的外表面具有复合层，复合层为氮化物混合材质或/和碳化物混合材质。
2.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭用石英陶瓷坩埚，其特征在于坩埚的外表面的底部或者坩埚的外表面一面或多面设有复合层。
3.根据权利要求1所述的铸锭用石英陶瓷坩埚，其特征在于所述的复合层厚度10um-2000um。
【文档编号】C30B29/06GK203513830SQ201320490995
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2013年8月13日
【发明者】张福军, 张伏严, 周佳晖 申请人:常熟华融太阳能新型材料有限公司