[发明专利]一种复合结构石英陶瓷坩埚及其制备方法

说明书

本发明提供了一种复合结构石英陶瓷坩埚，所述复合结构石英陶瓷坩埚包括坩埚本体以及设置在所述坩埚本体的全部或部分内表面的高纯石英层，所述高纯石英层的材料包括纯度大于99.99％且粒径不超过5mm的高纯石英砂，其中，所述高纯石英砂中粒径大于2mm的颗粒质量占比为10％‑35％。该复合结构石英陶瓷坩埚进行多晶硅铸锭时，可以减少硅锭中杂质含量和氧含量，减少硅锭的红边现象，获得高质量的多晶硅锭。

技术领域

本发明涉及石英陶瓷坩埚技术领域，特别涉及一种复合结构石英陶瓷坩埚及其制备方法。

背景技术

石英陶瓷坩埚是多晶硅铸锭过程装载多晶硅原料，经过加热、熔化、长晶、退火、冷却阶段得到多晶硅锭的容器。石英陶瓷坩埚一般由纯度为99.9％的石英砂制成，虽然石英陶瓷坩埚内壁有氮化硅涂层隔离，但在铸锭时仍有大量杂质渗透至硅锭中，尤其是铁元素、铜元素等。采用高纯石英砂制备的体高纯石英陶瓷坩埚可以有效改善上述问题，但是高纯石英砂的成本是普通石英砂的10倍左右，生产成本太高无法承受。目前将石英陶瓷坩埚烧结后，将高纯石英浆料通过刷涂、喷涂、滚涂、流延、浸渍等方法在石英陶瓷坩埚内壁制备一层高纯石英阻隔层，阻隔坩埚中杂质的扩散。但该高纯石英阻隔层致密性不高、反应活性高、与氮化硅涂层的黏附性差，导致硅锭仍然存在5mm-10mm的红边，同时硅锭中的氧含量增加2ppm-4ppm，存在氮化硅倒伏的缺点，硅锭中的氮化硅杂质、硬质点显著增加，使得硅锭出材率降低，增加了电池组件中的初始光致衰减，转换效率显著下降，在金刚线切割中的切割成品率显著下降。因此，急需一种可以避免现有技术缺陷的石英陶瓷坩埚。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种复合结构石英陶瓷坩埚，包括坩埚本体以及设置在所述坩埚本体的全部或部分内表面的高纯石英层，所述高纯石英层的材料包括纯度大于99.99％且粒径不超过5mm的高纯石英砂，其中，所述高纯石英砂中粒径大于2mm的颗粒质量占比为10％-35％。该复合结构石英陶瓷坩埚进行多晶硅铸锭时，可以减少硅锭中杂质含量和氧含量，减少硅锭的红边现象，获得高质量的多晶硅锭。

第一方面，本发明提供了一种复合结构石英陶瓷坩埚，所述复合结构石英陶瓷坩埚包括坩埚本体以及设置在所述坩埚本体的全部或部分内表面的高纯石英层，所述高纯石英层的材料包括纯度大于99.99％且粒径不超过5mm的高纯石英砂，其中，所述高纯石英砂中粒径大于2mm的颗粒质量占比为10％-35％。

在本发明中，控制高纯石英砂的粒径及组成比例可以使得高纯石英层更加均匀以及稳定，从而有利于多晶硅锭的生产。

可选的，所述高纯石英层中，所述高纯石英砂通过有机聚合物单体交联形成的三维网状结构联结在一起。

可选的，所述高纯石英层中所述高纯石英砂的质量含量大于97％。进一步的，所述高纯石英层中所述高纯石英砂的质量含量大于98％、99％或99.3％

在本发明中，高纯石英砂通过有机聚合物单体交联形成的三维网状结构联结在一起，从而有利于高纯石英砂均匀的分布在有机聚合物单体交联形成的三维网状结构中，以使得高纯石英层更好的粘附在坩埚本体上。

可选的，所述有机聚合物单体为含有多个官能团的化合物。进一步可选的，所述有机聚合物单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。

可选的，所述高纯石英砂包括粗骨料高纯石英砂和细粉料高纯石英砂，所述高纯石英层中所述粗骨料高纯石英砂和所述细粉料高纯石英砂的质量比为1： (1-4)，所述粗骨料高纯石英砂的粒径为0.5mm-5mm，所述细粉料高纯石英砂的粒径小于0.5mm。

可选的，所述细粉料高纯石英砂按质量占比由以下不同粒径颗粒组成：

粒径大于0.1mm且小于0.5mm 10％-30％

粒径0.05mm-0.1mm 30％-60％