多晶硅铸锭用的免烧结坩埚涂层结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及坩祸涂层及其制备方法，特别涉及一种多晶硅铸锭用的免烧结坩祸涂层结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在多晶硅铸锭炉中，通常使用石英坩祸来盛放熔融的硅液。高温状态下，硅液可与坩祸的主要成分二氧化硅发生反应，引起多晶硅锭中的氧含量增加，同时坩祸中的其它一些杂质，如铁，铝等，也会进入到多晶硅锭中，使多晶硅杂质含量增加，这样会减少少子寿命，进而降低太阳能电池片的转换效率。同时硅与二氧化硅长时间高温接触后会发生粘结，粘结部分会导致晶格结构的破坏，增加了边角料的切除量，降低了每个硅锭的利用率。
[0003]为了防止粘祸并提高多晶硅的质量，通常在坩祸内侧与多晶硅锭的接触区域涂覆一层氮化硅涂层，用于降低多晶硅中的碳，氧等杂质含量，同时保护石英坩祸，防止粘祸，方便脱模。这层涂层在涂覆到坩祸表面后，为了增强其粘附性，一般都需要进行高温烧结处理，至少需要1-10小时。该烧结处理势必增加生产环节从而增加制造成本，而且延长生产周期。
[0004]CN101844935A专利也公开了一种坩祸涂层的制备方法，但没有提到是否对多晶硅锭中碳，氧含量的降低有进一步的改善作用。
【发明内容】
[0005]鉴于现有技术的上述缺陷，为了减少生产环节，降低制造成本，本发明提供一种多晶硅铸锭用的免烧结坩祸涂层结构及其制备方法，所述涂层结构由至少两层涂层混合喷涂制备而成。
[0006]本发明的第一个目的是提供一种多晶硅铸锭用的免烧结坩祸涂层结构，包括:
坩祸基底，
置于该坩祸基底上的第一涂层，和置于该第一涂层上的第二涂层；
所述第一涂层由基于第一涂层总重量的70-80%的溶剂和20-30%的粘结剂组成;所述第二涂层含有基于第二涂层总重量的15-20%的氮化硅、60-70%的溶剂和15-20%的粘结剂，且所述溶剂选自水或醇;所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或硅溶胶。
[0007]根据本发明的一个优选的实施方式，所述水为去离子水;所述醇为无水乙醇。
[0008]根据本发明的一个优选的实施方式，所述第二涂层还可以含有分散剂和消泡剂中的任意一种或两种，其中分散剂可以选自氨基醇、甲基戊醇或其组合，其含量为第二涂层总重量的0.5_2wt%，优选1-2 wt%Jg泡剂可以选自I，2丙二醇、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚或其组合，其含量为第二涂层总重量的0.5_2wt%，优选1-2 wt%0
[0009]根据本发明的一个优选的实施方式，在本发明的免烧结坩祸涂层结构的第二涂层中加入分散剂，可以防止涂层组合物团聚。因此，含有分散剂的第二涂层的组成及含量可以是:
氮化硅15-20wt%
溶剂60-70 wt%
粘结剂15-20 wt%
分散剂0.5-2.0wt%，
所述分散剂包括氨基醇、甲基戊醇或其组合。
[0010]根据本发明的一个优选的实施方式，在本发明的免烧结坩祸涂层结构的第二涂层中加入消泡剂，可以防止涂层结构起泡。因此，含有消泡剂的第二涂层的组成及含量可以是:
氮化硅15-20wt%
溶剂60-70 wt%
粘结剂15-20 wt%
消泡剂0.5-2.0wt%，
所述消泡剂包括I，2丙二醇、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚或其组合。
[0011 ]根据本发明，用于该涂层的氮化硅是一种能够耐高温，导热性能良好，与硅的浸润性较低的物质。
[0012]为保证涂覆层的致密性与粘附性，所述氮化硅粒度为约0.1-10微米之间的颗粒状，优选粒径为优选1-20微米，更优选1-5微米。可以使颗粒度小于100微米的氮化硅颗粒和颗粒度为0.1-1O微米氮化娃颗粒混合。
[0013]根据本发明的一个优选的实施方式，所述第一涂层和第二涂层的厚度可以都为0.1-0.25mm0
[0014]根据本发明的一个优选的实施方式，该免烧结坩祸涂层结构的总厚度可以为0.2-0.4mmo
[0015]根据本发明的一个优选的实施方式，所述免烧结坩祸涂层结构还包括置于该第二涂层上的另一第一涂层，以及置于该另一第一涂层上的另一第二涂层，如此交替。
[0016]根据本发明的一个优选的实施方式，本发明免烧结坩祸涂层的最终厚度可以为
0.1-0.5mm之间，优选厚度为0.2-0.4mm。
[0017]本发明的第二个目的是提供所述的免烧结坩祸涂层结构的制备方法，包括如下步骤:
a)在室温条件下使用搅拌器械连续搅拌溶剂和粘结剂，制成第一涂层组合物；
b)在室温条件下使用搅拌器械连续搅拌氮化硅、溶剂、粘结剂和任选的分散剂和/或消泡剂，制成第二涂层组合物；
c)将第一涂层组合物喷涂在坩祸基底上，涂层厚度为0.1-0.25_;优选0.1-0.2mm；
d)将第二涂层组合物喷涂在第一涂层上，涂层厚度为0.1-0.25_;优选0.2-0.25mm；
e)任选进行第一涂层组合物和第二涂层组合物的交替喷涂。
[0018]根据本发明的一个优选的实施方式，所得的免烧结坩祸涂层结构的总厚度为0.2-
0.5mm，优选 0.2-0.4_。
[0019]本发明提供的多层免烧结坩祸涂层结构中，第一涂层事实上作为粘结过渡层，然后将第二涂层喷涂在第一涂层上，以保持涂层结构在免除高温烧结处理后仍能保持一定的粘附性和致密性，从而使坩祸基底与涂层结构之间达到更好的界面结合。
[0020]在上述制备过程中，还可以实施多层喷涂，即第一层，第二层交替喷涂，使得所得的免烧结坩祸涂层结构的总厚度为0.2-0.5mm，优选0.2-0.4mm。
[0021]将制备好的涂层组合物使用直接喷涂或刷涂的方式涂覆在石英坩祸壁内侧基底上。在坩祸喷涂旋转台上喷涂作业时有50-95Γ的温度，坩祸喷涂完毕后将其在作业台上静置5-10分钟，待涂层干燥后可直接进行装料，免除高温烧结处理的环节，从而极大地降低了生产成本。
[0022]本发明提供的多层免烧结涂层结构，采用多层涂层结构及多层喷涂制备方法，来增强涂层结构与坩祸基底间的界面结合力，从而克服在喷涂及烧结过程涂层的起泡和脱落现象，易于脱模;而且本发明涂层结构可以免烧结，极大地降低生产设备花费和生产过程中能耗。用喷涂有本发明的免烧结坩祸涂层结构的多晶硅铸锭炉制备多晶硅，可以进一步降低多晶娃中的碳，氧等杂质的含量，进一步提尚娃徒的质量。
【附图说明】
[0023]图1为使用本发明实施例1-6制得的免烧结坩祸涂层结构与通常经过烧结处理的涂层的多晶硅铸锭炉制备的多晶硅碳含量的数据比较。
[0024]图2为使用本发明实施例1-6制得的免烧结坩祸涂层结构与通常经过烧结处理的涂层的多晶硅铸锭炉制备的多晶硅氧含量的数据比较。
[0025]图3为使用本发明实施例1-6制得的免烧结坩祸涂层结构与通常经过烧结处理的涂层的多晶硅铸锭炉制备的涂层坩祸粘锅率的数据比较。
【具体实施方式】
[0026]实施例1
第一涂层的配方如下:
去离子水70wt%
娃溶胶30wt%
第二涂层的配方如下:
氮化娃15wt%
去尚子水65 wt%
娃溶胶20 wt%
按上述比例配置第一涂层和第二涂层组合物，在室温条件下使用搅拌器械连续搅拌，制成第一涂层和第二涂层组合物浆液。
[0027]使用ANESTW-101的喷枪先将第一涂层组合物喷涂在坩祸基底上，第一涂层作为粘结过渡层，涂层厚度为0.1mm;然后将第二涂层组合物喷涂在第一涂层上，涂层厚度约
0.25mm;最后在坩祸喷涂台上50°C静置10分钟后，装料进行生产。
[0028]实施例2 第一涂层的配方如下；
去离子水70wt% 娃溶胶30wt%
第二涂层的配方如下:
氮化硅20wt%
去尚子水65 wt%
娃溶胶15 wt%
按上述比例配置第一涂层和第二涂层组合物，在室温条件下使用搅拌