專利名稱：一種晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于太陽電池技術領域，具體涉及一種晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法。
背景技術：
在晶體硅鑄錠生產中，氮化硅涂層起到隔絕硅熔體和熔融石英坩堝，從而起到阻止坩堝本體內的雜質向硅料中的擴散并污染硅料，同時保證硅錠與坩堝不發(fā)生粘連從而實現(xiàn)順利脫模的重要作用，因而在晶體硅鑄錠過程中氮化硅涂層必不可少。對于晶體硅鑄錠而言，氮化硅涂層不同區(qū)域所處環(huán)境不同，如圖I所示，其中硅液線位置為固、液、氣三相交界區(qū)，此處硅熔體與氮化硅涂層的基體，熔融石英坩堝的反應相對最為強烈，同時此處的氮化硅涂層還受到硅液體波動的侵蝕，并且在硅晶體生長的過程中硅液線逐漸上升，對氮化硅涂層產生一定的物理沖擊，因而此處的氮化硅涂層最易剝落， 失效。其中最重要的影響因素為硅熔體與熔融石英坩堝的反應程度，這一反應與此處氮化硅涂層的致密度存在相互影響的關系。因而如何增強這一區(qū)域氮化硅涂層的致密度是解決粘堝問題的關鍵之一。對于常規(guī)鑄錠通常采用的噴涂燒結法制備氮化硅涂層而言，其弊端實現(xiàn)而易見的在噴涂操作過程中，相對一部分氮化硅粉隨排風一起流失，既造成氮化硅粉的浪費又造成環(huán)境的污染，而1100°c左右的燒結溫度需要大量電能及運行時間，因而亟待改善。目前國內外已見通過在氮化硅漿料中引入粘結劑實現(xiàn)氮化硅涂層早期強度提高的相關研究報道，如R. Einhaus等人在氮化硅涂層中引入PVA作為成膜劑，以噴涂制備氮化硅涂層的實驗研究，但由于氮化硅涂層與硅熔體間非浸潤性的破壞，導致硅錠開裂，如圖2所示。另據(jù)申請?zhí)枮?01110258563.7的專利中報道以聚乙烯醇、聚丙烯酸等作為粘結采用噴涂法制備免燒結氮化硅涂層的報道，但實驗證明該方法制備的氮化硅涂層強度較差，粘堝現(xiàn)象嚴重無法正常使用。綜上所述，目前提高氮化硅涂層強度仍然是本領域一項重要課題，當前雖然已見通過引入粘結劑的方法來提高涂層成膜性能和早期強度的研究，但由于無法控制有機物對涂層非浸潤性的影響，目前仍然無法用于實際生產；而相關專利提及在噴涂過程中使用粘結劑的方法，由于沒有從根本上改善顆粒排列結構，無法從根本上提高氮化硅涂層的強度。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法，該方法可以避免氮化硅涂層在噴涂過程中粉塵的產生，進一步提高氮化硅粉的有效利用率，降低氮化硅粉的用量，從而降低生產成本；同時由于避免粉塵的產生，增強了操作過程中的環(huán)境友好性，降低了對人體的傷害；制得的氮化硅涂層的致密度和非浸潤性強，不易粘禍，制成的娃淀好。
本發(fā)明的上述技術問題是通過如下技術方案來實現(xiàn)的一種晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法，采用液相沉積的方法在坩堝內壁的易粘堝區(qū)域制得氮化硅涂層后，對該區(qū)域氮化硅涂層進行致密化和非浸潤性處理，并采用液相沉積的方法在坩堝內壁的其它區(qū)域制得氮化硅涂層，最后將氮化硅涂層進行低溫烘烤或免燒結處理，獲得晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層。本發(fā)明所述坩堝內壁的易粘堝區(qū)域主要為坩堝的硅液線區(qū)域以及坩堝內部的棱、角區(qū)域。本發(fā)明制得氮化硅涂層的方式為直接將氮化硅漿料涂布在坩堝內壁的易粘堝區(qū)域或其它區(qū)域，通過氮化硅顆粒自動沉積，將氮化硅漿料涂布于坩堝的內壁，也稱之為液相沉積法。相比較于現(xiàn)有技術中通常采用氣體噴霧的方式進行噴涂，本發(fā)明采用上述液相沉積的方式，可以更好的將氮化硅漿料涂布于坩堝的易粘堝區(qū)域，涂布的氮化硅涂層的孔隙率低，強度高。
通常來說，涂布氮化硅漿料的方式大體由以下幾種刷涂、輥涂、噴涂以及澆注等，現(xiàn)有技術中大多采用氣體噴霧的方式進行噴涂，實際上，采用刷涂和輥涂的方式制得的氮化硅涂層的孔隙率要遠小于噴涂以及澆注的方式，相比較而言，刷涂的方法較輥涂的方法要好，輥涂的方法較噴涂的方法要好，噴涂又優(yōu)于澆注的方式，采用刷涂的方式獲得的氮化硅涂層更加致密些，本發(fā)明對坩堝內壁的易粘堝區(qū)域的氮化硅涂層采用刷涂的方式，對于坩堝內壁的其它區(qū)域，對氮化硅涂層的要求不太高的地方，采用噴涂、輥涂以及澆注或者其中兩種相結合的方式。本發(fā)明所述氮化硅漿料由氮化硅粉末、純水和粘結劑按重量份比為100:70^450:0. Γ15 配制而成。本發(fā)明所述粘結劑為甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、聚乙烯醇和膠體二氧化硅中的一種或幾種。本發(fā)明所述致密化處理為在坩堝的易粘堝區(qū)域的氮化硅漿料的干燥過程中，通過攪動、振動或擠壓機械作用使坩堝易粘堝區(qū)域的氮化硅顆粒呈致密化排列，獲得致密化氮化硅涂層。本發(fā)明所述非浸潤性處理為對致密化的氮化硅涂層表面進行表面打磨、拋光及吸附干燥氮化硅粉，獲得非浸潤性氮化硅涂層。所謂非浸潤性即是在硅晶體的鑄錠過程中，熔融的硅料不易進入氮化硅涂層中，通過非浸潤性處理，可以提高硅熔體與氮化硅涂層之間的非浸潤性，防止粘堝現(xiàn)象的發(fā)生，并確保硅晶體的純度。關于非浸潤性的定義，非浸潤性與浸潤性是相對的指標，主要是指液體對固體的潤濕程度，其主要標準為浸潤角的大小，如圖7中所示，對于硅熔體(液體)和氮化硅涂層(固體)而言，兩者之間的非浸潤性指的是硅熔體與氮化硅涂層表面接觸時，液體邊緣處與氮化硅涂層之間的夾角的大小，這個夾角越大(> 90° )說明二者間非浸潤性越好，反之，如果二者間夾角越小，說明二者之間非浸潤性越差(如圖7中的C所示)。對于氮化硅涂層而言，兩者間非浸潤性越大越好，這樣硅熔體凝固后可以與涂層完全分離，而如果兩者間相互浸潤，也就是說非浸潤性降低，則很可能導致粘堝。采用本發(fā)明中的方法制備獲得的氮化硅涂層，由于孔隙率低，強度好，所以不需燒結，如需烘烤時，本發(fā)明低溫烘烤處理時的溫度為低于500°C ;與常規(guī)氮化硅涂層需要在IlOO0C左右的燒結溫度相比，燒結溫度降低了近600 V。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(I)本發(fā)明通過對易粘堝區(qū)域(主要指硅液線)的氮化硅涂層進行致密化處理，獲得的氮化硅涂層相對于傳統(tǒng)方法如噴涂法制得的氮化硅涂層的孔隙率可以降低40%以上；在強度方面，本發(fā)明制備的氮化硅涂層的強度提高一到兩個等級，尤其是燒結前涂層強度得到顯著提高，可大大減低裝料過程中因硅料磕碰導致的涂層損傷，具體硬度性能見下表I ;表I不同方法制備氮化硅涂層鉛筆硬度測試
權利要求
1.一種晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法，其特征是采用液相沉積的方法在坩堝內壁的易粘堝區(qū)域制得氮化硅涂層后，對該區(qū)域氮化硅涂層進行致密化和非浸潤性處理，并采用液相沉積的方法在坩堝內壁的其它區(qū)域制得氮化硅涂層，最后將氮化硅涂層進行低溫烘烤或免燒結處理，獲得晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層。
2.根據(jù)權利要求I所述的晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法，其特征是所述坩堝內壁的易粘堝區(qū)域主要為坩堝的硅液線區(qū)域以及坩堝內部的棱、角區(qū)域。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法，其特征是制得氮化硅涂層的方式為直接將氮化硅漿料涂布在坩堝內壁的易粘堝區(qū)域或坩堝內壁的其它區(qū)域，氮化硅漿料中氮化硅顆粒自動沉積，將氮化硅漿料涂布于坩堝的內壁上。
4.根據(jù)權利要求3所述的晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法，其特征是所述氮化硅漿料由氮化硅粉末、純水和粘結劑按重量份比為100:7(T450:0. f 15配制而成。
5.根據(jù)權利要求4所述的晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法，其特征是所述粘結劑為甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、聚乙烯醇和膠體二氧化硅中的一種或幾種。
6.根據(jù)權利要求I或2所述的晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法，其特征是所述致密化處理為在坩堝的易粘堝區(qū)域的氮化硅漿料的干燥過程中，通過攪動、振動或擠壓機械作用使坩堝易粘堝區(qū)域的氮化硅顆粒呈致密化排列，獲得致密化氮化硅涂層。
7.根據(jù)權利要求I或2所述的晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法，其特征是所述非浸潤性處理為對致密化的氮化硅涂層表面進行表面打磨、拋光及吸附干燥氮化硅粉，獲得非浸潤性氮化硅涂層。
8.根據(jù)權利要求I或2所述的晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法，其特征是低溫烘烤處理時的溫度為低于500°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層的制作方法，采用液相沉積的方法在坩堝內壁的易粘堝區(qū)域制得氮化硅涂層后，對該區(qū)域氮化硅涂層進行致密化和非浸潤性處理，并采用液相沉積的方法在坩堝內壁的其它區(qū)域制得氮化硅涂層，最后將氮化硅涂層進行低溫烘烤或免燒結處理，獲得晶體硅鑄錠用坩堝氮化硅涂層。該方法可顯著提高氮化硅涂層整體強度，尤其可以提高易粘堝區(qū)域涂層的強度及其對硅熔體的非浸潤性，可有效避免粘堝現(xiàn)象的發(fā)生，避免了氮化硅粉塵的產生，進一步提高了氮化硅粉的有效利用率，降低了生產成本，增強了操作過程中的環(huán)境友好性，降低了對人體的傷害；并且由于無需或僅需低溫烘烤，減少了能源的浪費縮短了生產周期。
文檔編號C03C17/22GK102898034SQ20121036932
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權日2012年9月28日
發(fā)明者黃新明, 尹長浩, 周海萍, 鐘根香 申請人:東海晶澳太陽能科技有限公司, 南京工業(yè)大學