一种具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩埚的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩埚，包括坩埚本体、坩埚护板和坩埚盖板，在坩埚本体内设置有用于将坩埚本体的内部空腔分隔成第一空间和第二空间的隔板，坩埚本体底部内侧设置有用于使隔板通过插接固定于坩埚本体内的插槽；第一空间的形状与坩埚本体内部空腔的形状一致；还包括由硅粉层、SiO2颗粒层和设置在颗粒层之上的疏松的第一氮化硅涂层、设置在坩埚本体的侧壁内表面的坚硬致密的第二氮化硅涂层以及设置在第一氮化硅涂层之上的碎硅料层；硅粉层设置在坩埚本体的底部内表面，颗粒层设置在硅粉层之上。该坩埚不需要冷冲击，就能生产出底部红区短，晶粒尺寸小而均匀的高质量多晶硅锭，且硅粉在长时间保持不融化。
【专利说明】一种具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩埚
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及多晶硅太阳能电池【技术领域】，特别涉及一种具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸。
【背景技术】
[0002]近年来随着不可再生能源的日益枯竭，太阳能电池得到了快速的发展。由于铸造多晶硅的制备工艺相对简单，成本远低于单晶硅，多晶硅逐步取代直拉单晶硅在太阳能电池材料市场的主导地位，成为行业内最主要的光伏材料。但相对于直拉单晶硅而言，铸造多晶硅中的各种缺陷，如晶界、位错、微缺陷，和材料中的杂质碳和氧，使多晶硅太阳能电池的转换效率低于直拉单晶硅太阳能电池，成为了限制多晶硅太阳能电池发展的瓶颈。多晶硅片内在质量对最终的电池转换效率有直接影响，提高多晶硅片的内在质量是提高电池转换效率的重要手段。多晶硅片的内在质量取决于其切割成型之前的多晶硅锭的质量。因此，提高多晶硅铸锭技术，获得高质量的多晶硅锭成为各大公司的研宄方向。
[0003]控制晶体初始形核的大小和晶粒方向是实现提尚多晶娃徒质量的如提和基础。早期的常规多晶铸锭方法，初始的形核是随机的、自由的，并不是优化的晶粒和晶向，而且晶粒尺寸不一，局部缺陷密度高，“短板”效应使整个硅片的效率拉低。针对此缺点，近期行业里面普遍采用多种方法以实现初始形核时形成均匀的小晶粒。虽然行业里各大公司都有自己的方法以实现均匀的小晶粒，但思路基本是一致的，主要是使用底部具有粗糙石英砂颗粒的石英坩祸，并在长晶初级使用冷冲击增大形核量，从而得到均匀的具有一定尺寸大小的小晶粒。但目前市场上的石英坩祸基本采用石英砂经过破碎到一定粒径后，涂刷在坩祸底部制作高效涂层。这种经机械破碎的石英砂本身就存在形貌不一的缺陷，比较难实现均匀一致的形核点，且石英砂的纯度也比较难控制，有可能造成多晶硅锭底部红区过长。且用该类石英坩祸铸造高质量的多晶硅锭需要在成核阶段使用冷冲击，会对石英坩祸造成冲击，增大了漏硅的风险。并且，并且，普通的硅粉层会在铸锭加热过程中熔化，不利于高质量硅锭的生产。因此，急需一种能解决上述问题的生产多晶硅的坩祸。
实用新型内容
[0004]本实用新型针对现有技术中生产多晶硅的坩祸成核形貌不均匀、多晶硅锭底部红区过长，且用该类石英坩祸铸造高质量的多晶硅锭需要在成核阶段使用冷冲击，会对石英坩祸造成冲击，增大了漏硅的风险，并且普通的硅粉层会在铸锭加热过程中熔化，不利于高质量硅锭的生产的问题，提供了一种生产多晶硅的坩祸。
[0005]一种具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸，包括坩祸本体，还包括围设在坩祸本体外的坩祸护板和用于封盖在坩祸本体上的坩祸盖板，在坩祸本体内设置有用于将坩祸本体的内部空腔分隔成位于中部的用于容置碎料的第一空间和围在所述第一空间四周的用于容置块料和护边料的第二空间的隔板，坩祸本体的底部内侧设置有用于使隔板通过插接固定于坩祸本体内的插槽；隔板围成的第一空间的形状与坩祸本体内部空腔的形状一致；
[0006]所述高效坩祸还包括由硅粉形成的硅粉层、由球形3102颗粒形成的颗粒层和设置在颗粒层之上的疏松的第一氮化硅涂层、设置在坩祸本体的侧壁内表面的坚硬致密的第二氮化硅涂层以及设置在第一氮化硅涂层之上的碎硅料层；
[0007]所述硅粉层设置在坩祸本体的底部内表面，所述颗粒层设置在硅粉层之上。
[0008]作为优选，隔板为多块，相邻两块隔板之间的间隙能够阻挡位于所述第二空间的块料进入所述第一空间。
[0009]作为优选，插槽直接在坩祸本体底部内侧开设而形成。
[0010]作为优选，坩祸本体底部内侧对应隔板的位置分别设置有凸棱，每个所述凸棱上均开设有插槽。
[0011]作为优选，隔板围成的位于中部的用于容置碎料的第一空间的底部面积为坩祸本体内部底部面积的1/2?1/3。
[0012]更优选地，隔板围成的位于中部的用于容置碎料的第一空间的底部面积为坩祸本体内部底部面积的1/2。
[0013]作为优选，坩祸本体内部空腔的横截面的形状为正方形，隔板围成的第一空间的横截面的形状为正方形。
[0014]作为优选，坩祸本体内部空腔的横截面的形状为圆形，隔板围成的第一空间的横截面的形状为圆形。
[0015]作为优选，隔板的高度为坩祸本体内部空腔高度的1/2?3/4。
[0016]本实用新型的娃粉层中娃粉的粒径为50 VIII?100 VIII，优选所述娃粉的粒径为
80 V 1X1。
[0017]本实用新型的娃粉层的厚度为1皿?2皿，优选所述厚度为1.5皿。
[0018]本实用新型的球形3102颗粒为采用本领域常规方法合成的球形310 2颗粒。该球形3102颗粒具有形貌均匀，纯度高，粒径均一性强，化学稳定性高等特点。
[0019]本实用新型的颗粒层的球形3102颗粒的粒径为20目?70目，优选所述球形310 2颗粒的粒径为50目?60目。
[0020]本实用新型的颗粒层的厚度为1皿?5皿，优选所述厚度为2.5皿。
[0021]本实用新型的第一氮化硅涂层的厚度为2111111?3111111，第二氮化硅涂层的厚度为
1臟?2臟。
[0022]本实用新型的第一氮化硅涂层和第二氮化硅涂层均由0相超过50%以上，050值为2±0丨3 VIII，且粒径分布为双峰分布的氮化硅粉组成。
[0023]本实用新型的碎娃料层中碎娃料的尺寸为3?12111111。
[0024]与现有技术相比，本实用新型的有益效果为:
[0025]本实用新型的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸，不需要冷冲击，就能生产出底部红区短，晶粒尺寸小而均勾的尚质量多晶娃徒，由尚质量多晶娃徒切割所得多晶娃片具有晶粒尺寸小而均匀，缺陷密度低，多晶硅片光电转化效率高等特点，且硅粉在长时间保持不融化。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1本实用新型的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸的纵向剖面图；
[0027]图2本实用新型的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸的横向剖面图；
[0028]图3本实用新型的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸的涂层示意图。
[0029]附图标记
[0030]1-坩祸本体，2-坩祸护板，3-坩祸盖板，4~插槽，5-隔板，6-硅粉层，7-颗粒层，81-第一氣化娃涂层，82-第二氣化娃涂层，9-碎娃料层。
【具体实施方式】
[0031]本实用新型公开了一种具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸，本领域技术人员可以借鉴本文内容，做出适当改进。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本实用新型的保护范围之内。
[0032]为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。其中，碎料、块料和护边料的成分均为硅材质，为本领域中公知的。
[0033]如图1和图2所示，本实用新型的【具体实施方式】中公开的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸包括坩祸本体1，还包括围设在坩祸本体1外的坩祸护板2和用于封盖在坩祸本体1上的坩祸盖板3，在坩祸本体1内设置有用于将坩祸本体1的内部空腔分隔成位于中部的用于容置碎料的第一空间和围在所述第一空间四周的用于容置块料和护边料的第二空间的隔板5，坩祸本体1的底部内侧设置有用于使隔板5通过插接固定于坩祸本体1内的插槽4；隔板5围成的第一空间的形状与坩祸本体1内部空腔的形状一致。其中使用的坩祸本体1为本领域中常规的市售生产多晶硅的坩祸。为了使其外表不易被造成机械损伤，以至影响其内部结构或外观，本实用新型在坩祸本体1的外周设置了坩祸护板2，且其大小略大于坩祸本体1。该坩祸护板2可以与坩祸本体1固定连接，也可以设置为可分离结构，需要时可将坩祸本体1移出坩祸护板2所形成的外壳。
[0034]图1为本实用新型的生产多晶硅的坩祸的纵向剖视图。由图中可以看出，所述插槽4设置于坩祸本体1的底部内侧。在本实用新型的一个实施例中，该插槽4直接在坩祸本体1底部内侧开设而形成。在本实用新型的另一个实施例中，在坩祸本体1底部内侧对应隔板5的位置分别设置有凸棱，每个所述凸棱上均开设有插槽4。本领域技术人员可通过本实用新型中的上述描述获知该插槽4的设置方法。
[0035]隔板5可以为一整块或者多块，只要能够实现将坩祸本体1的内部空腔分隔为内外两部分即可，如果隔板5为一块，而其应该为筒状，本实施例中示出的隔板5为多块(图中示出的是四块)，为了保证在装料过程中块料不至于漏入第一空间，相邻两块隔板5之间的间隙能够阻挡位于所述第二空间的块料进入所述第一空间。
[0036]图2为本实用新型的生产多晶硅的坩祸的横向剖视图。由图中可以看出，插槽4中插入的隔板5将坩祸本体1的内部空腔分隔为两个空间部分。其中，位于中部的为用于容置碎料的第一空间，围在所述第一空间四周的为用于容置块料和护边料的第二空间。隔板5围成的第一空间的形状与坩祸本体1内部空腔的形状一致。在本实用新型的一个实施例中，隔板5围成的第一空间的形状为正方形。在本实用新型的另一个实施例中，隔板5围成的第一空间的形状为圆形。除此之外，隔板5围成的第一空间的形状还可以为长方形、菱形、梯形等形状，只要其与坩祸本体1内部空腔的形状一致即可。为了使多晶硅锭的铸造过程中受热更均匀，作为优选，该隔板5围成的第一空间的形状为正方形。
[0037]为了保证隔板5分隔成的第一空间或第二空间不至于过大或过小，从而使制得的多晶硅片的晶粒尺寸更加小而均匀，缺陷密度更低，硅片光电转化效率更高，作为优选，在本实用新型的一个实施例中，隔板5围成的位于中部的用于容置碎料的第一空间的底部面积为坩祸本体I内部底部面积的1/2?1/3。更优选地，在本实用新型的另一个实施例中，隔板5围成的位于中部的用于容置碎料的第一空间的底部面积为坩祸本体I内部底部面积的 1/2。
[0038]本实用新型中隔板5的高度并不特别地限制，由于其在铸造过程之前即被拆除，因此其高度可以高于坩祸本体I的高度，也可以低于坩祸本体I的高度。为了保证铸造过程中加热融化的充分进行，从而使制得的多晶硅片的晶粒尺寸更加小而均匀，缺陷密度更低，硅片光电转化效率更高，作为优选，在本实用新型的一个实施例中，该隔板5的高度为坩祸本体I内部空腔高度的1/2?3/4，从而在其上方也能够填加一部分块料。更优选地，该隔板5的高度为坩祸本体I内部空腔高度的3/4。
[0039]本实用新型在插槽4中插入隔板5之前，对坩祸本体I内部进行涂层的设置。从而有利于生产出底部红区短，晶粒尺寸小而均匀的高质量多晶硅锭。该喷涂处理以不影响隔板5的插入为准。在本实用新型的一个实施例中，所喷涂的硅粉层6中硅粉的粒径为50 μ m，厚度为1mm。颗粒层7的球形S12颗粒的粒径为70目，厚度为5_。所述第一氮化娃涂层81的厚度为2mm，所述第二氮化娃涂层82的厚度为1mm。在本实用新型的另一个实施例中，所喷涂的硅粉层6中硅粉的粒径为100 μ m，厚度为2_。颗粒层7的球形S12颗粒的粒径为20目，厚度为1mm。所述第一氮化娃涂层81的厚度为3mm，所述第二氮化娃涂层82的厚度为2mm。为了进一步保护在坩祸本体I底部内侧喷涂的硅粉层6和颗粒层7，在第一氮化硅涂层81之上还设置有碎硅料层9。在本实用新型的另一个实施例中，碎硅料层9中碎硅料的尺寸(碎硅料的尺寸为本领域的技术术语)为10_。本领域技术人员也可以选择其他的工艺参数。
[0040]通过以上的描述可知，本实用新型的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸具有以下有益效果:
[0041]本实用新型的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸，不需要冷冲击，就能生产出底部红区短，晶粒尺寸小而均匀的高质量多晶硅锭，所得多晶硅片具有晶粒尺寸小而均匀，缺陷密度低，硅片光电转化效率高等特点。同时，也能提高铸锭过程中的硅料融化效率，缩短融化时间，减少坩祸涂层的腐蚀和缩短铸锭周期。
[0042]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干更改或变化，这些更改和变化也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸，包括坩祸本体(1)，其特征在于，还包括围设在坩祸本体(1)外的坩祸护板(2)和用于封盖在坩祸本体(1)上的坩祸盖板(3)，在坩祸本体(1)内设置有用于将坩祸本体(1)的内部空腔分隔成位于中部的用于容置碎料的第一空间和围在所述第一空间四周的用于容置块料和护边料的第二空间的隔板(5),坩祸本体(1)的底部内侧设置有用于使隔板(5)通过插接固定于坩祸本体(1)内的插槽(4)； 隔板(5)围成的第一空间的形状与坩祸本体(1)内部空腔的形状一致； 所述坩祸还包括由硅粉形成的硅粉层￠)、由球形3102颗粒形成的颗粒层(7)和设置在颗粒层(7)之上的疏松的第一氮化硅涂层(81)、设置在坩祸本体(1)的侧壁内表面的坚硬致密的第二氮化硅涂层(82)以及设置在第一氮化硅涂层(81)之上的碎硅料层(9)； 所述硅粉层(6)设置在坩祸本体(1)的底部内表面，所述颗粒层(7)设置在硅粉层(6)之上。
2.根据权利要求1所述的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸，其特征在于，隔板(5)为多块，相邻两块隔板(5)之间的间隙能够阻挡位于所述第二空间的块料进入所述第一空间。
3.根据权利要求1所述的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸，其特征在于，插槽(4)直接在坩祸本体(1)底部内侧开设而形成。
4.根据权利要求1所述的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸，其特征在于，坩祸本体(1)底部内侧对应隔板的位置分别设置有凸棱，每个所述凸棱上均开设有插槽(4)。
5.根据权利要求1所述的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸，其特征在于，隔板(5)围成的位于中部的用于容置碎料的第一空间的底部面积为坩祸本体(1)内部底部面积的1/2 ?1/3。
6.根据权利要求5所述的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸，其特征在于，隔板(5)围成的位于中部的用于容置碎料的第一空间的底部面积为坩祸本体(1)内部底部面积的1/2。
7.根据权利要求1所述的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸，其特征在于，坩祸本体(1)内部空腔的横截面的形状为正方形，隔板(5)围成的第一空间的横截面的形状为正方形。
8.根据权利要求1所述的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸，其特征在于，坩祸本体⑴内部空腔的横截面的形状为圆形，隔板⑶围成的第一空间的横截面的形状为圆形。
9.根据权利要求1所述的具有可拆卸隔板的生产多晶硅的坩祸，其特征在于，所述隔板(5)的高度为坩祸本体(1)内部空腔高度的1/2?3/4。
10.根据权利要求1所述的生产多晶硅的坩祸，其特征在于，所述第一氮化硅涂层(81)的厚度为2111111?3111111，所述第二氮化娃涂层(82)的厚度为1111111?
【文档编号】C30B29/06GK204198899SQ201420685826
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】杨振帮, 常传波, 袁聪, 冯琰 申请人:扬州荣德新能源科技有限公司