[发明专利]一种晶体硅铸锭用坩埚氮化硅涂层的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种晶体硅铸锭用坩埚氮化硅涂层的制作方法。

背景技术

在晶体硅铸锭生产中，氮化硅涂层起到隔绝硅熔体和熔融石英坩埚，从而起到阻止坩埚本体内的杂质向硅料中的扩散并污染硅料，同时保证硅锭与坩埚不发生粘连从而实现顺利脱模的重要作用，因而在晶体硅铸锭过程中氮化硅涂层必不可少。

对于晶体硅铸锭而言，氮化硅涂层不同区域所处环境不同，如图1所示，其中硅液线位置为固、液、气三相交界区，此处硅熔体与氮化硅涂层的基体，熔融石英坩埚的反应相对最为强烈，同时此处的氮化硅涂层还受到硅液体波动的侵蚀，并且在硅晶体生长的过程中硅液线逐渐上升，对氮化硅涂层产生一定的物理冲击，因而此处的氮化硅涂层最易剥落，失效。其中最重要的影响因素为硅熔体与熔融石英坩埚的反应程度，这一反应与此处氮化硅涂层的致密度存在相互影响的关系。

因而如何增强这一区域氮化硅涂层的致密度是解决粘埚问题的关键之一。

对于常规铸锭通常采用的喷涂烧结法制备氮化硅涂层而言，其弊端实现而易见的：在喷涂操作过程中，相对一部分氮化硅粉随排风一起流失，既造成氮化硅粉的浪费又造成环境的污染，而1100℃左右的烧结温度需要大量电能及运行时间，因而亟待改善。

目前国内外已见通过在氮化硅浆料中引入粘结剂实现氮化硅涂层早期强度提高的相关研究报道，如R.Einhaus等人在氮化硅涂层中引入PVA作为成膜剂，以喷涂制备氮化硅涂层的实验研究，但由于氮化硅涂层与硅熔体间非浸润性的破坏，导致硅锭开裂，如图2所示。

另据申请号为201110258563.7的专利中报道以聚乙烯醇、聚丙烯酸等作为粘结采用喷涂法制备免烧结氮化硅涂层的报道，但实验证明该方法制备的氮化硅涂层强度较差，粘埚现象严重无法正常使用。

综上所述，目前提高氮化硅涂层强度仍然是本领域一项重要课题，当前虽然已见通过引入粘结剂的方法来提高涂层成膜性能和早期强度的研究，但由于无法控制有机物对涂层非浸润性的影响，目前仍然无法用于实际生产；而相关专利提及在喷涂过程中使用粘结剂的方法，由于没有从根本上改善颗粒排列结构，无法从根本上提高氮化硅涂层的强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种晶体硅铸锭用坩埚氮化硅涂层的制作方法，该方法可以避免氮化硅涂层在喷涂过程中粉尘的产生，进一步提高氮化硅粉的有效利用率，降低氮化硅粉的用量，从而降低生产成本；同时由于避免粉尘的产生，增强了操作过程中的环境友好性，降低了对人体的伤害；制得的氮化硅涂层的致密度和非浸润性强，不易粘埚，制成的硅锭好。

本发明的上述技术问题是通过如下技术方案来实现的：一种晶体硅铸锭用坩埚氮化硅涂层的制作方法，采用液相沉积的方法在坩埚内壁的易粘埚区域制得氮化硅涂层后，对该区域氮化硅涂层进行致密化和非浸润性处理，并采用液相沉积的方法在坩埚内壁的其它区域制得氮化硅涂层，最后将氮化硅涂层进行低温烘烤或免烧结处理，获得晶体硅铸锭用坩埚氮化硅涂层。

本发明所述坩埚内壁的易粘埚区域主要为坩埚的硅液线区域以及坩埚内部的棱、角区域。

本发明制得氮化硅涂层的方式为：直接将氮化硅浆料涂布在坩埚内壁的易粘埚区域或其它区域，通过氮化硅颗粒自动沉积，将氮化硅浆料涂布于坩埚的内壁，也称之为液相沉积法。

相比较于现有技术中通常采用气体喷雾的方式进行喷涂，本发明采用上述液相沉积的方式，可以更好的将氮化硅浆料涂布于坩埚的易粘埚区域，涂布的氮化硅涂层的孔隙率低，强度高。

通常来说，涂布氮化硅浆料的方式大体由以下几种：刷涂、辊涂、喷涂以及浇注等，现有技术中大多采用气体喷雾的方式进行喷涂，实际上，采用刷涂和辊涂的方式制得的氮化硅涂层的孔隙率要远小于喷涂以及浇注的方式，相比较而言，刷涂的方法较辊涂的方法要好，辊涂的方法较喷涂的方法要好，喷涂又优于浇注的方式，采用刷涂的方式获得的氮化硅涂层更加致密些，本发明对坩埚内壁的易粘埚区域的氮化硅涂层采用刷涂的方式，对于坩埚内壁的其它区域，对氮化硅涂层的要求不太高的地方，采用喷涂、辊涂以及浇注或者其中两种相结合的方式。

本发明所述氮化硅浆料由氮化硅粉末、纯水和粘结剂按重量份比为100:70~450:0.1~15配制而成。

本发明所述粘结剂为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、聚乙烯醇和胶体二氧化硅中的一种或几种。

本发明所述致密化处理为：在坩埚的易粘埚区域的氮化硅浆料的干燥过程中，通过搅动、振动或挤压机械作用使坩埚易粘埚区域的氮化硅颗粒呈致密化排列，获得致密化氮化硅涂层。