[发明专利]新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚及其制备方法

说明书

本发明涉及一种新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚及其制备方法，属于多晶硅铸锭用坩埚技术领域，包括坩埚体，所述坩埚体为上端开口的腔型结构，所述坩埚体的内腔底部铺设有石墨烯‑二氧化硅复合材料层，所述石墨烯‑二氧化硅复合材料层的上方铺设有石英陶瓷结构层。本发明的一种新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚及其制备方法，通过在坩埚中添加石墨烯‑二氧化硅复合材料层，能有效地增强材料的力学性能和热学性能，使新型复合坩埚具有较高强度的同时还具有很好的韧性，可以有效地减少坩埚的溢流率，同时使用该复合坩埚可降低铸锭过程的能耗，提高多晶硅晶体的质量，满足市场需求。

技术领域

本发明涉及一种新型多晶铸锭用复合坩埚及其制备方法，尤其涉及一种新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚及其制备方法，其属于多晶硅铸锭用坩埚技术领域。

背景技术

多晶硅铸锭制备过程中，石英陶瓷坩埚是多晶硅铸锭阶段必须采用的重要用品，硅料在坩埚内熔化、晶体生长、退火冷却，铸成多晶硅锭，将硅锭按照技术要求切割成硅片，便成为生产制造太阳能电池的基体材料。

目前石英陶瓷坩埚主要采用注浆成型的方式制备成坯体，然后在1200℃左右烧结得到密度约为1.92g/cm³的陶瓷坩埚。这种陶瓷坩埚的热导率较低，一般仅为0.86-0.88W/mK。在铸锭的定向凝固阶段，热导率较低，热量散失较慢，就会造成侧壁与底部散热量差异较大，而为了获得高质量的铸锭多晶，需要较为平整的长晶界面，热量从侧面散失就会导致凹形的长晶界面，严重影响晶体的质量。陶瓷坩埚的材料基体为陶瓷，其晶相为晶体和玻璃体，制备铸造多晶硅时，在原料熔化，晶体生长过程中，硅熔体和坩埚长时间接触，会产生黏滞作用。由于两种材料的热膨胀系数不同，如果硅材料和坩埚壁结合紧密，在晶体冷却时很可能造成晶体硅或坩埚破裂造成溢流。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中存在的不足，提供一种新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚，包括坩埚体，所述坩埚体为上端开口的腔型结构，所述坩埚体的内腔底部铺设有石墨烯-二氧化硅复合材料层，所述石墨烯-二氧化硅复合材料层的上方铺设有石英陶瓷结构层。

更进一步地，所述石墨烯-二氧化硅复合材料层的厚度为8-10mm，所述石英陶瓷结构层的厚度为5-8mm，所述坩埚体底部、石墨烯-二氧化硅复合材料层和石英陶瓷结构层的总厚度为22-25mm。

更进一步地，制作所述石墨烯-二氧化硅复合材料层的组分包括氧化石墨烯、甲苯和单体硅氧烷。

一种新型多晶硅铸锭用高导热复合坩埚的制备方法，包括以下步骤：

(1)石墨烯-二氧化硅复合材料的制备：将氧化石墨烯溶于水中超声分散得到氧化石墨烯水溶液，然后加入甲苯乳化得到氧化石墨烯乳液；将单体硅氧烷加入到所得的氧化石墨烯乳液中，然后用氨水调节pH＝9值后搅拌，进行乳液聚合反应6小时，反应结束后洗涤过滤得到石墨烯-二氧化硅复合材料；

(2)石英陶瓷坩埚的制备：通过新型的注凝成型技术制备坩埚体，坩埚体干燥后，在坩埚体底部刷一层石墨烯-二氧化硅复合材料的溶液，然后盖上专用的盖子压实，形成石墨烯-二氧化硅复合材料层，然后在其上方浇筑一层二氧化硅浆料，盖上盖子压实，形成石英陶瓷结构层，干燥后脱模，养护和高温烧结。

更进一步地，所述甲苯和氧化石墨烯水溶液的质量比为1：2-1：5，所述单体硅氧烷的用量与氧化石墨烯的用量比为50:1-100:1。

更进一步地，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为1-5mg/ml。

更进一步地，所述坩埚体为石英陶瓷结构。