多晶硅用坩埚的制作方法

本实用新型涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种多晶硅用坩埚。

背景技术：

太阳能电池可将光能转换为电能，光电转换效率和衰减是衡量太阳能电池质量好坏的重要参数，而生产成本的高低也成为了制约太阳能电池发展的重要因素。目前，根据材料的不同，太阳能电池主要分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池两种。单晶硅太阳能电池转换效率高，但是生产成本很高，多晶硅太阳能电池成本低，但转换效率则相对较低。目前，由于较高的性价比，多晶硅太阳能电池在光伏市场份额上占据优势。

现有技术中多采用定向凝固法生产多晶硅锭，主要有两种方式：

其一，是在内表面平坦的坩埚中投放硅料，之后将硅料全部熔化，通过控制铸锭炉内的温度，使多晶硅锭自下而上的定向凝固，得到多晶硅锭。这种方法生产的多晶硅锭随机形核，其中枝状晶比较多，后续生长过程中缺陷增值快，晶体质量低。

其二，是采用底部粗糙的坩埚，配合适当的装料方式，在底部形成分布均匀、密集的形核点，使得底部均匀成小的晶核，初始形核晶体小，使生长得到的多晶硅锭中的晶粒大小更均匀，晶向更加一致，并降低了晶体内部的缺陷密度，从而提高了多晶硅太阳能电池的转换效率。因此第二种方法是目前的主流生产方法。

但是第二种方法中，由于坩埚侧壁也会形核长晶，其无法在侧壁形成如底部一样的均匀细密的形核点，其晶核为随机形核，晶体杂乱无章，缺陷多，待到后期生长过程中，侧壁形成的晶体会逐渐长大到正常晶体位置，占有底部成核生长出来的晶体的位置，影响硅锭整体质量。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种多晶硅用坩埚，使侧壁长晶受控，制备的多晶硅锭具有较高的整体质量。

本实用新型公开了一种多晶硅用坩埚，内壁涂层包括：

复合于坩埚侧壁和底面的氮化硅涂层；

复合于坩埚侧壁氮化硅涂层表面的颗粒层；

复合于颗粒层表面的第二氮化硅涂层；

所述第二氮化硅涂层具有若干孔眼，使颗粒层裸露。

优选的，每两个相邻所述孔眼的间隔为0.3-5mm。

优选的，所述孔眼的直径为0.1-2mm。

优选的，所述孔眼呈阵列分布。

优选的，所述多晶硅用坩埚还包括：复合于坩埚底面氮化硅涂层表面的第三氮化硅涂层。

优选的，所述氮化硅涂层的厚度为10μm-1mm。

优选的，所述颗粒层的厚度为0.5-2mm。

优选的，所述第二氮化硅涂层的厚度为10μm-500μm。

优选的，所述颗粒层的颗粒粒径为20-70目。

优选的，所述颗粒层为硅颗粒、氧化硅颗粒、硅粉和氧化硅粉中的一种或多种。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种多晶硅用坩埚，内壁涂层包括：复合于坩埚侧壁和底面的氮化硅涂层；复合于坩埚侧壁氮化硅涂层表面的颗粒层；复合于颗粒层表面的第二氮化硅涂层；所述第二氮化硅涂层具有若干孔眼，使颗粒层裸露。本实用新型通过在第二氮化硅涂层上设置孔眼，使得对应区域的颗粒层裸露在外，在生长多晶硅过程中，其可以作为硅的形核点，优先在该位置形核。由于形核点分布的均匀性和集中细密性，减少了晶核的无序竞争以及形成枝状晶的可能，降低晶体生长过程中的内应力，晶体缺陷少，质量高。

附图说明

图1为本实用新型网状遮挡示意图；

图2为本实用新型坩埚制备过程的流程图；

图3为本实用新型坩埚涂层分布示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种多晶硅用坩埚，内壁涂层包括三层涂层，分别为：

复合于坩埚侧壁和底面的氮化硅涂层；

复合于坩埚侧壁氮化硅涂层表面的颗粒层；

复合于颗粒层表面的第二氮化硅涂层；

所述第二氮化硅涂层具有若干孔眼，使颗粒层裸露。

本实用新型通过在第二氮化硅涂层上设置孔眼，使得对应区域的颗粒层裸露在外，在生长多晶硅过程中，其可以作为硅的形核点，优先在该位置形核。由于形核点分布的均匀性和集中细密性，减少了晶核的无序竞争以及形成枝状晶的可能，降低晶体生长过程中的内应力，晶体缺陷少，质量高。

本实用新型优选的，每两个相邻所述孔眼的间隔为0.3-5mm，更优选为0.5-2mm。

所述孔眼的直径优选为0.1-2mm，更优选为0.3-0.5mm。

以上孔眼的大小以及分布密度，能够保证形核点的均匀性和集中细密性，使最终得到的晶体具有较高品质。

本实用新型优选的，所述孔眼呈阵列分布。

在本实用新型的某些具体实施例中，所述孔眼为矩形阵列分布。

在本实用新型的另外一些具体实施例中，所述孔眼为网状阵列分布。

本实用新型中，所述孔眼也可以为不规则分布。

本实用新型对所述孔眼的形状没有特殊限定，可以为圆形、椭圆形、三角形、方形等常规形状，或任意不规则形状，只要能够使相应位置的颗粒层裸露在外即可。

本实用新型优选的，所述氮化硅涂层的厚度为10μm-1mm，更优选为0.3-0.5mm。

本实用新型优选的，所述颗粒层的厚度为0.5-2mm，更优选为0.5-1mm。

本实用新型优选的，所述第二氮化硅涂层的厚度为10μm-500μm，更优选为50-300μm。

本实用新型中，若颗粒层裸露在外的颗粒在形核过程中，与硅反应或融化而脱落，由于第二氮化硅涂层具有一定厚度，脱落后的位置会形成细小的凹坑，该凹坑也可以作为形核点，进一步保证了最终得到晶体的质量。

所述颗粒层优选为硅颗粒、氧化硅颗粒、硅粉和氧化硅粉中的一种或多种。

所述颗粒层的颗粒粒径优选为20-70目，更优选为30-50目。

通过控制颗粒的尺寸，结合孔眼的大小以及分布密度，使得得到的晶体具有最优的形态和品质。

本实用新型中，所述坩埚侧壁还可以包括：复合于坩埚底面氮化硅涂层表面的第三氮化硅涂层。

本实用新型提供的坩埚优选按照以下方法制备：

首先在坩埚侧壁和底面喷涂氮化硅涂层；用以隔绝坩埚内的硅溶液与坩埚的接触，避免产生粘锅裂纹。

然后在坩埚侧壁氮化硅涂层表面喷涂颗粒层。

然后在颗粒层表面覆盖一个具有若干镂空的遮挡物，再喷涂第二氮化硅涂层，去掉遮挡物后，镂空位置形成复合于颗粒层表面的第二氮化硅涂层，遮挡部分形成孔眼，使颗粒层裸露在外。

坩埚经烘干，使涂层牢固附着在坩埚内表面，即得到了所述坩埚。

喷涂完成后，坩埚内壁表面裸露的是大面积的第二氮化硅涂层，以及经第二氮化硅涂层孔眼裸露在外的颗粒层。

本实用新型中，喷涂第二氮化硅涂层时，还可以在坩埚底面氮化硅涂层表面喷涂，形成第三氮化硅涂层。

上述制备过程中采用的遮挡物可以采用碳布或其它金属材质，将其覆盖于颗粒层表面进行喷涂时，遮挡物的镂空部分沉积氮化硅，形成第二氮化硅涂层，其网线及其交叉部分形成第二氮化硅涂层的孔眼。

在本实用新型的某些具体实施例中，所述遮挡物为网状遮挡，如图1所示。其中图中空白部分镂空，沉积氮化硅以形成第二氮化硅涂层，黑色的细线以及黑色凸起为遮挡部分，该部分不会在颗粒层表面沉积氮化硅，颗粒层最终在该区域裸露出来。

图2为上述制备过程的流程图。

图3为涂层的分布示意图，从外往内，分别为坩埚本体，氮化硅涂层，颗粒层和第二氮化硅涂层。

本实用新型在坩埚内壁喷涂三层保护涂层，该涂层不仅可以隔绝坩埚内硅溶液与坩埚本体的接触，防止粘锅，而且还形成了均匀细密的形核点。这些形核点的分布特点，使得初始形成的晶体尺寸小，分布均匀，减少晶体之间的无序竞争，从而减少内应力，晶体缺陷少，质量高，改善了侧壁长晶的晶体质量，从而改善了整体硅锭的质量。

为了进一步说明本实用新型，下面结合实施例对本实用新型提供的多晶硅用坩埚进行详细描述。

实施例1

1)在坩埚内侧壁及底面喷涂氮化硅涂层，厚度0.5mm；

2)然后在侧壁喷涂氮化硅颗粒，形成颗粒层，厚度0.8mm，颗粒粒径30目；

3)在颗粒层表面覆盖如图1所示的网状遮挡物，然后在颗粒层表面喷涂氮化硅，形成第二氮化硅涂层，厚度100μm；烘干得坩埚。

采用上述坩埚生产多晶硅锭，得到的多晶硅不仅底部可以实现低缺陷密度的小晶粒形核生长，侧壁上生长的晶体也是小晶粒，其尺寸不大于5mm，且均匀分布，避免生产枝状晶，晶体生长过程中内应力小，位错密度低，故而能够提高晶体的整体生长质量，使得后续加工的硅片的转换效率提升0.1％-0.2％。

由上述实施例可知，本实用新型提供的坩埚制备多晶硅，具有较高的品质。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型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，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。