一种多晶铸锭用坩埚的制作方法

本实用新型涉及多晶硅铸锭生产技术领域，尤其涉及一种多晶铸锭用坩埚。

背景技术：

太阳能行业中，90％以上以硅为原料的太阳能电池已经有了一套相对比较成熟的工艺流程，硅作为原料具有对环境无毒性和储量丰富等优点。相比于直拉单晶，铸造多晶具有成本低、产量高等优点，但铸造多晶同时也含有更多的杂质和缺陷，而这些杂质和缺陷会影响载流子的寿命，从而影响电池效率。而铸造多晶中的杂质很大一部分来源于用于盛装硅料的石英坩埚，在铸造多晶过程中，硅料在石英坩埚中完成加热、熔化、长晶、退火、冷却等阶段，长时间的高温环境下，硅与石英坩埚发生反应，产生杂质进入硅液，从而影响硅锭的整体质量。为了抑制高温下硅液与坩埚发生反应，我们都会对坩埚提前进行表面喷涂处理，通过对坩埚内壁喷涂氮化硅涂层以阻隔硅锭和坩埚在铸锭过程中发生反应，从而达到降低硅锭坩埚面侧部红区区域和提高硅锭品质的效果。

现阶段多晶硅铸锭坩埚喷涂方法为：将硅溶胶400～500g，氮化硅1000～1200g，水1600～1800mL混合均匀得到混合料液，通过喷枪将所述混合料液均匀喷涂在坩埚内表面。采用这种喷涂方法可以在坩埚内壁喷涂上一层厚度均匀的氮化硅涂层，涂层的目的是在高温环境下隔离石英坩埚和硅液，使液态硅不能与石英坩埚发生反应，达到减少铸造多晶硅锭内杂质含量的作用并达到硅锭脱模的完整性，对硅锭整体质量有一定提升。

然而，现有的喷涂方法没有考虑到在铸造多晶过程中，硅液与坩埚不同区域接触的时间不一样，而且坩埚内部各区域的温度以及硅液的波动程度也不一样。比如现阶段我们所采用的有籽晶高效多晶硅技术中硅料熔化时间约16h，长晶时间约36h，根据定向凝固生长铸造多晶的原理，在一定过冷度下，坩埚底部在保留籽晶的前提下形成晶核，在一定温度梯度下竖直生长，而且在长晶阶段，我们会调整工艺配方，打开隔热笼，使得坩埚底部温度降低。但是，在熔化后期，硅液沸腾，在氩气作用下会对氮化硅涂层尤其是三相交界面处的氮化硅涂层产生剧烈的冲刷作用，从而使得硅锭靠近坩埚面的硅块少子寿命较低，该区域被称为侧部红区。将硅片制成电池片后，侧部红区区域的光电转换效率明显偏低，使得电池片效率不均匀，对产品使用造成良影响。因此在铸造多晶过程中，我们对三相交界面处的坩埚涂层质量要求较高。也就是说，在铸造多晶过程中，我们对坩埚内壁的涂层质量的要求不完全一样，所以现阶段的喷涂方法对减少多晶硅锭杂质的效果不是非常明显。

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铸锭用坩埚，采用这种坩埚进行铸锭，得到的硅锭靠近坩埚面的硅块少子寿命显著提高，硅锭杂质含量明显较低。

本实用新型提供了一种多晶铸锭用坩埚，包括：

坩埚本体；

复合在所述坩埚本体内表面上的氮化硅涂层；

沿着所述坩埚本体的底部至顶部的方向，所述坩埚本体内壁上的氮化硅涂层的厚度呈梯度增加。

优选的，所述氮化硅涂层的厚度为2～5mm。

优选的，沿着所述坩埚本体的底部至顶部的方向，所述坩埚本体内壁上的氮化硅涂层的厚度从2mm递增至5mm。

优选的，所述复合在所述坩埚本体内部底面上的氮化硅涂层的厚度处处相等。

优选的，所述复合在所述坩埚本体内部底面上的氮化硅涂层的厚度为2mm。

优选的，所述氮化硅涂层中的氮化硅颗粒的粒径为120～150μm。

本实用新型提供了一种多晶铸锭用坩埚，包括：坩埚本体；复合在所述坩埚本体内表面上的氮化硅涂层；沿着所述坩埚本体的底部至顶部的方向，所述坩埚本体内壁上的氮化硅涂层的厚度呈梯度增加。本申请根据硅液与坩埚内壁接触的时间的长短以及硅液与坩埚接触的剧烈程度，来控制坩埚内壁的氮化硅涂层厚度，在不增加材料成本的前提下，达到更好的喷涂效果。最终使得硅锭靠近坩埚面的硅块少子寿命显著提高，硅锭杂质含量明显较低，大大避免了太阳能电池的不均匀性，这有利于组件的稳定和持久的功率输出，提升了公司的产品竞争力。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供的多晶铸锭用坩埚的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型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实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

本实用新型提供了一种多晶铸锭用坩埚，包括：

坩埚本体；

复合在所述坩埚本体内表面上的氮化硅涂层；

沿着所述坩埚本体的底部至顶部的方向，所述坩埚本体内壁上的氮化硅涂层的厚度呈梯度增加。

结构参见图1，图1为本申请一个实施例提供的多晶铸锭用坩埚的结构示意图。

本申请提供的多晶铸锭用坩埚包括坩埚本体。本申请对所述坩埚本体的材质并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的坩埚材质即可。在本申请的一个实施例中，所述坩埚的材质为陶瓷。本申请对所述坩埚本体的形状并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的坩埚本体的形状即可。

本申请提供的多晶铸锭用坩埚还包括氮化硅涂层。所述氮化硅涂层复合在所述坩埚本体内表面上，沿着所述坩埚本体的底部至顶部的方向，所述坩埚本体内壁上的氮化硅涂层的厚度呈梯度增加。本申请根据硅液与坩埚内壁接触的时间的长短以及硅液与坩埚接触的剧烈程度，来控制坩埚内壁的氮化硅涂层厚度，在不增加材料成本的前提下，达到更好的喷涂效果。最终使得硅锭靠近坩埚面的硅块少子寿命显著提高，硅锭杂质含量明显较低。所述氮化硅涂层的厚度优选为2～5mm。

在本申请的一个实施例中，沿着所述坩埚本体的底部至顶部的方向，所述坩埚本体内壁上的氮化硅涂层的厚度从2mm递增至5mm。

在本申请的另一个实施例中，所述复合在所述坩埚本体内部底面上的氮化硅涂层的厚度处处相等。在本申请的某些实施例中，所述复合在所述坩埚本体内部底面上的氮化硅涂层的厚度为2～4mm。在本申请的某些实施例中，所述复合在所述坩埚本体内部底面上的氮化硅涂层的厚度为2mm。

本申请对所述氮化硅涂层的组分及配比并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的氮化硅涂层的组分及配比即可。在本申请的某些实施例中，所述氮化硅涂层包括氮化硅、硅溶胶和水。所述氮化硅与硅溶胶的质量比为400～500：400～500；所述氮化硅与水的用量比为400～500：1600～1800mL。在本申请的某些实施例中，所述氮化硅为氮化硅颗粒，所述氮化硅涂层中的氮化硅颗粒的粒径为120～150μm。在本申请的某些实施例中，所述水为去离子水。

本申请对上文所述多晶铸锭用坩埚的制备方法并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的多晶铸锭用坩埚的制备方法即可。在本申请的某些实施例中，所述多晶铸锭用坩埚按照以下方法进行制备：

A)将氮化硅、硅溶胶和水混合均匀，得到氮化硅涂层料；

B)将所述氮化硅涂层料喷涂在坩埚本体的内表面，控制所述内表面上的氮化硅涂层料的厚度，使得沿着所述坩埚本体的底部至顶部的方向，所述坩埚本体内壁上的氮化硅涂层的厚度呈梯度增加，干燥后，得到多晶铸锭用坩埚。

本申请中，所述喷涂优选采用喷枪进行。本申请优选通过控制喷枪的往返次数来控制氮化硅涂层料的厚度，使得沿着所述坩埚本体的底部至顶部的方向，所述坩埚本体内壁上的氮化硅涂层的厚度呈梯度增加。

本申请对所述干燥的方法及参数并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的干燥的方法及参数即可。

所述原料的组分及配比同上，在此不再赘述。本申请对所述原料的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。

将本申请提供的多晶铸锭用坩埚用于铸锭，与现有的涂层厚度相同的多晶铸锭用坩埚相比，本申请得到的硅锭靠近坩埚面的硅块少子寿命显著提高，硅锭的杂质含量明显较低，大大避免了太阳能电池的不均匀性。

本实用新型提供了一种多晶铸锭用坩埚，包括：坩埚本体；复合在所述坩埚本体内表面上的氮化硅涂层；沿着所述坩埚本体的底部至顶部的方向，所述坩埚本体内壁上的氮化硅涂层的厚度呈梯度增加。本申请根据硅液与坩埚内壁接触的时间的长短以及硅液与坩埚接触的剧烈程度，来控制坩埚内壁的氮化硅涂层厚度，在不增加材料成本的前提下，达到更好的喷涂效果。最终使得硅锭靠近坩埚面的硅块少子寿命显著提高，硅锭杂质含量明显较低，大大避免了太阳能电池的不均匀性，这有利于组件的稳定和持久的功率输出，提升了公司的产品竞争力。

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。