阅读说明：本技术 全熔高效多晶生长用坩埚底部涂层及其喷涂工艺和应用 (Crucible bottom coating for full-melting efficient polycrystalline growth and spraying process and application thereof ) 是由 严东 王艺澄 于 2020-04-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种全熔高效多晶生长用坩埚底部涂层及其喷涂工艺和应用,该涂层覆于坩埚底部表面,包括浆料A涂层和浆料B涂层,其中：浆料A涂层的材料为氮化硅粉、超纯水及硅溶胶的混合物,按质量比计氮化硅粉:超纯水:硅溶胶=2.5-3:8-10:1；浆料B涂层的材料为氮化硅粉、超纯水、硅溶胶及混合粉末α的混合物,按质量比计氮化硅粉:超纯水:硅溶胶:混合粉末α的质量比例为2.5-3:8-10:1:0.3-0.5,混合粉末α由200-300目的硅粉和二氧化硅粉末混合制成,该涂层材料纯度高,杂质少,形成的涂层致密性高,阻隔作用好,喷涂工艺简单易行。(The invention discloses a crucible bottom coating for full-melting efficient polycrystalline growth, a spraying process and application thereof, wherein the coating is coated on the surface of the bottom of a crucible and comprises a slurry A coating and a slurry B coating, wherein: the coating of the slurry A is made of a mixture of silicon nitride powder, ultrapure water and silica sol, wherein the mass ratio of the silicon nitride powder to the ultrapure water to the silica sol is =2.5-3:8-10: 1; the coating of the slurry B is made of a mixture of silicon nitride powder, ultrapure water, silica sol and mixed powder alpha, the mass ratio of the silicon nitride powder to the ultrapure water to the silica sol to the mixed powder alpha is 2.5-3:8-10:1:0.3-0.5, the mixed powder alpha is prepared by mixing 200-mesh and 300-mesh silicon powder and silicon dioxide powder, the coating material is high in purity and less in impurities, the formed coating is high in compactness and good in blocking effect, and the spraying process is simple and easy to implement.)

全熔高效多晶生长用坩埚底部涂层及其喷涂工艺和应用

技术领域

本发明涉及一种高效多晶坩埚底部涂层技术，具体涉及一种全熔高效多晶生长用坩埚底部涂层，属于光伏铸锭多晶硅生长领域。

背景技术

随着金刚线切片的全面推广和PERC、HIT等新电池技术的大规模应用，单晶硅片与多晶硅片在效率、成本方面正在逐步加大，因此对现有多晶铸锭技术在成本和质量上的提升就尤为重要。

目前多晶铸锭技术主要分为半熔工艺和全熔工艺两类，全熔工艺相对于半熔工艺具有头尾截断少，有效利用率高，铸锭耗时短，单位水电能耗低等成本优势，但成本优势之一（尾部截断少）同时也带来了硅片黑边相对略多的缺点，加上全熔工艺关键点控制难度高。生产管控或品质管控稍有疏忽容易造成晶锭3-5mm晶花比例降低，晶锭底部粘埚甚至整锭报废、硅片出现批量效率问题，行业内大部分企业采用的都是成本较高的半熔工艺。

目前全熔工艺所使用的坩埚，是坩埚厂家在普通坩埚的底部预先“植砂（石英砂颗粒）”作为引晶层而制成的高效坩埚如图1所示，铸锭厂家再采用全熔的喷涂工艺，在底部高效层上喷一层氮化硅粉涂层，这层涂层除了和半熔喷涂工艺的涂层一样起保护坩埚避免粘埚的作用外，还要让硅液与石英砂颗粒适当侵蚀。但是喷涂不能保证完全均匀，铸锭炉热场中心与边缘也存在差异，全熔工艺下坩埚底部的形核引晶效果也不是完全均匀的，导致良好形核引晶的工艺窗口相对比较窄，这是全熔工艺关键点控制难度高的主要因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种全熔高效多晶生长用坩埚底部涂层及其喷涂工艺和应用，该涂层材料能在石英砂颗粒引晶差的地方起到辅助引晶的作用，扩大形核引晶工艺窗口，且涂层材料纯度高，杂质少，形成的涂层致密性高，阻隔作用好，降低硅片黑边，同时喷涂工艺简单易行。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种全熔高效多晶生长用坩埚底部涂层，该涂层覆于坩埚底部表面，包括浆料A涂层和浆料B涂层，其中：

浆料A涂层由浆料A喷涂制成，浆料A为氮化硅粉、超纯水及硅溶胶的混合物，按质量比计氮化硅粉:超纯水:硅溶胶=2.5-3:8-10:1；

浆料B涂层由浆料B喷涂制成，浆料B为氮化硅粉、超纯水、硅溶胶及混合粉末α的混合物，按质量比计氮化硅粉:超纯水:硅溶胶:混合粉末α的质量比例为2.5-3:8-10:1:0.3-0.5，混合粉末α由200-300目的硅粉和二氧化硅粉末混合制成。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，前述全熔高效多晶生长用坩埚底部涂层中，混合粉末α中按质量比计二氧化硅粉末占1-10%。

前述全熔高效多晶生长用坩埚底部涂层中，硅粉和二氧化硅粉末纯度大于99.99%。

技术效果，本发明采用的材料纯度高，杂质少，形成的涂层致密性高，对于底部的杂质扩散能够起到阻隔作用。

本发明还涉及一种全熔高效多晶生长用坩埚底部涂层的喷涂工艺，具体包括以下步骤：

（1）设置喷枪雾化压力为4-4.5kgf/cm²，雾形压力4-4.5kgf/cm²；

（2）喷涂起点和终点设置在坩埚棱线上，每枪间隔8-11cm，在坩埚表面选取六个测温点，坩埚四个侧壁上各一个测温点，坩埚底部两个测温点，六个测温点温度达到60-90℃，使用浆料A开始喷涂坩埚底部；

（3）待浆料A剩余200-500ml时加入浆料B，搅拌1-2min待浆料充分混合并进入循环管路后，继续喷涂直至浆料耗尽，待喷涂好的坩埚冷却后形成涂层。

前述全熔高效多晶生长用坩埚底部涂层的喷涂工艺中，其特征在于：喷涂工艺中使用的浆料A和浆料B按质量比计浆料A：浆料B=1-1.4:1-0.6。

本发明还涉及一种全熔高效多晶生长用坩埚底部涂层的应用，在形成涂层的坩埚内进行装料，铸锭，出炉后晶锭表面温度降至50℃以下，卸锭。

本发明的有益效果是：

本发明的涂层由于材料与颗粒大小的原因，石英砂颗粒的形核引晶条件并不相同，涂层里的硅及二氧化硅颗粒在石英砂颗粒引晶差的地方起到辅助引晶的作用，从而扩大了工艺窗口，提高了晶锭底部直径3-5mm晶花的比例；同时本发明的涂层主体材料纯度高，杂质少，形成的涂层致密性高，对于底部的杂质扩散能够起到阻隔作用。

本发明从喷涂材料、喷涂工艺方面改进，在硅片质量上有以下提高：

（1）晶锭底部晶花直径3-5mm的面积比例上升3-9%，硅片批量验证转换效率提高0.02%。

（2）晶锭红区降低1.6mm，对应硅片黑边降低10%，并且硅片尺寸越大，对应黑边降低越多。

附图说明

图1为现有技术中坩埚未喷涂涂层的结构示意图；

图2位本发明实施例坩埚喷涂涂层后的结构示意图；

图中：1-坩埚基体，2-石英砂颗粒，3，浆料A涂层，4-浆料B涂层。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种全熔高效多晶生长用坩埚底部涂层，结构如图2所示，该涂层覆于坩埚底部表面，坩埚基体1上设置有石英砂颗粒2，石英砂颗粒2上设置有浆料A涂层3和浆料B涂层4，浆料B涂层4在浆料A涂层3上，其中：

浆料A涂层由浆料A喷涂制成，浆料A为氮化硅粉、超纯水及硅溶胶的混合物，按质量比计氮化硅粉:超纯水:硅溶胶=2.5-3:8-10:1；

浆料B涂层由浆料B喷涂制成，浆料B为氮化硅粉、超纯水、硅溶胶及混合粉末α的混合物，按质量比计氮化硅粉:超纯水:硅溶胶:混合粉末α的质量比例为2.5-3:8-10:1:0.3-0.5，混合粉末α由200-300目的硅粉和二氧化硅粉末混合制成。

在本实施例中，混合粉末α中按质量比计二氧化硅粉末占整体的1-10%。

在本实施例中，硅粉和二氧化硅粉末纯度大于99.99%。

实施例2

本实施例提供实施例1全熔高效多晶生长用坩埚底部涂层的喷涂工艺及应用，具体包括以下步骤：

（1）浆料A和浆料B的制备，取量杯依次加入超纯水540g，硅溶胶60g搅拌，在搅拌的时候加入氮化硅粉150g，搅拌20-30分钟后过滤后得到浆料A涂层的浆料A，另取量杯依次加入超纯水360g，硅溶胶40g搅拌，在搅拌的时候加入氮化硅粉100g，搅拌20-30分钟后过滤后，加入200目的16g硅粉和0.8g二氧化硅粉末得到浆料B涂层的浆料B，备用；

（2）设置喷枪雾化压力为4.0kgf/cm²，雾形压力4.2kgf/cm²；

（3）喷涂起点和终点设置在坩埚棱线上，每枪间隔8-11cm，在坩埚表面选取六个测温点，坩埚四个侧壁上各一个测温点，坩埚底部两个测温点，六个测温点温度达到60-90℃，使用步骤（1）制备好的浆料A开始喷涂坩埚底部；

（4）待浆料A剩余200-500ml时加入浆料B，搅拌1-2min待浆料充分混合并进入循环管路后，继续喷涂直至浆料耗尽，待喷涂好的坩埚冷却后形成涂层；

（5）在形成涂层的坩埚内进行装料，铸锭，按照全熔工艺运行铸锭程序，出炉后晶锭表面温度降至40℃卸锭，查看晶锭底部，直径3-5mm的晶花面积比例为100%。

喷涂了本发明涂层的坩埚应用于铸锭，晶锭底部晶花直径3-5mm的面积比例上升6%，硅片批量验证转换效率提高0.02%；晶锭红区降低1.6mm，对应硅片黑边降低10%，并且硅片尺寸越大，对应黑边降低越多。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。