[发明专利]一种硅颗粒作为形核源高效坩埚的制备方法

说明书

本发明提供了一种硅颗粒作为形核源的坩埚制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在坩埚表面制备高纯度石英砂涂层，且所述高纯度石英砂中SO₂质量分数≥99.999%；S2：在所述高纯度石英砂涂层表面制备氮化硅涂层；S3：在所述氮化硅涂层表面制备陶瓷胶涂层；S4：在所述陶瓷胶涂层表面制备硅颗粒涂层。本发明利用高纯度硅颗粒作为形核源，铸锭过程采用同质形核方式制备了全熔高效多晶硅片，大幅降低了喷涂和铸锭工艺技术要求，获得了具有均匀细小晶花的高效硅锭，避免晶粒尺寸分布不均匀、位错密度高的问题。

技术领域

本发明属于多晶硅铸锭用坩埚制备技术领域，具体涉及一种硅颗粒作为形核源高效坩埚的制备方法。

背景技术

目前，多晶硅锭的制备方法主要是利用GT Solar提供的定向凝固系统进行制备，该方法通常包括加热、熔化、长晶、退火和冷却等步骤。在凝固长晶过程中，通过对顶部温度和侧边保温罩开度进行控制，使得熔融硅液在坩埚底部获得足够的过冷度凝固结晶。在多晶铸锭过程中使用的一个重要辅材，多晶铸锭用石英坩埚，由于普通坩埚底部呈现各向同性的特点，硅液在结晶初期形核不能得到有效控制，存在晶粒尺寸分布不均匀(从几十微米到十几厘米)、位错密度高的问题，大大影响了多晶硅片转换效率的提升，越来越难以满足铸锭厂对于开发更高效率铸锭技术的需求。

针对普通坩埚铸锭用坩埚底部未各向同性、铸锭初期为随机自发形核，硅锭位错密度高，光电转换效率低等问题，现有技术中，如在坩埚底部制备出具有一定尺寸的凹槽或均匀凸点等方法，来使坩埚底部形成各向异性的结构特征，从而使得在铸锭初期形核时可择优形核，以便达到提升光电转换效率的目的；此方法虽原理上符合形核需求，但由于人工制造的凹槽或凸点尺寸相对较大且为异质成核，形核初期所需驱动力较大，普通铸锭难以达到此形核所需驱动力(或称过冷度)，因而此方案仅限于实验室研究，并未能够得到有效量产；但基于这一原理，也有研究人员提出了利用一定颗粒度的石英砂铺在坩埚底部来替代凹槽或凸点等，利用石英砂自身间形成的孔隙使得坩埚底部具有各向异性的特点，达到控制形核提升硅锭光电转换效率的目的，此方法由于制作工艺简单，且对控制形核具有明显帮助，硅片光电转换效率可从普通铸锭的16.8％～17.0％大幅提升到17.6％～17.7％之间，受到了市场的关注和推广，但同时也存在的如下问题：一是目前市场上高效坩埚底部铺设的形核源层一般为高纯石英砂，但由于采用的为异质形核方式，对喷涂工艺和形核能要求较高，该工艺推广技术门槛较高，不利于推广；二是目前由于常规使用的高效坩埚，一般为在坩埚底部铺设的高纯石英砂上直接喷涂一层高纯氮化硅后，正常熔化长晶，但此过程为异质成核，形核所需驱动力相较同质成核明显增大，因而利用普通高效坩埚铸锭时一般会产生15％～20％光电转换效率在16.8％～17.0％的普通效率硅片，大大影响了高效硅片的产出，提升了光伏发电成本。因此，选择一种制备工艺简单、且成本低廉的坩埚制备方法，以克服结晶初期晶粒尺寸分布不均匀、位错密度高的问题，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种硅颗粒作为形核源高效坩埚的制备方法，包括以下步骤：

S1：在坩埚表面制备高纯度石英砂涂层，且所述高纯度石英砂中SiO₂质量分数≥99.999％；

S2：在所述高纯度石英砂涂层表面制备氮化硅涂层；

S3：在所述氮化硅涂层表面制备陶瓷胶涂层；

S4：在所述陶瓷胶涂层表面制备硅颗粒涂层。

进一步的，所述步骤S1包括：