多晶硅鑄錠爐用的復(fù)合隔碳涂層以及制備方法、石墨護(hù)板、多晶硅鑄錠爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多晶硅鑄錠爐用的復(fù)合隔碳涂層及其制備方法，同時(shí)，本發(fā)明還涉及包含所述的復(fù)合隔碳涂層的石墨護(hù)板以及多晶硅鑄錠爐，主要適用于光伏領(lǐng)域的鑄錠多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的碳雜質(zhì)的降低。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，多晶硅光伏電池因?yàn)槠漭^低的成本而占據(jù)了硅基光伏市場(chǎng)的主流地位，在保持低成本前提下，不斷提升硅晶體質(zhì)量是行業(yè)的主要發(fā)展方向之一。
[0003]鑄錠多晶相比CZ單晶具有無(wú)與倫比的成本優(yōu)勢(shì)，但是晶體質(zhì)量稍遜一籌。因此不斷提升鑄錠多晶的晶體質(zhì)量成為主要技術(shù)方向，隨著小晶粒誘導(dǎo)技術(shù)的普及，鑄錠多晶硅中的位錯(cuò)得到了大幅度的抑制，目前雜質(zhì)及雜質(zhì)衍生的位錯(cuò)成為多晶質(zhì)量進(jìn)一步提升的瓶頸。
[0004]多晶娃中的雜質(zhì)最主要是由于娃恪體中碳含量超過(guò)固溶度(6.6ppma)偏析產(chǎn)生碳化硅導(dǎo)致，而碳的來(lái)源主要是硅熔體與石英坩禍中的氧高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)一氧化硅氣體，一氧化硅再與石墨熱場(chǎng)反應(yīng)產(chǎn)生一氧化碳，而鑄錠爐內(nèi)氬氣保護(hù)氣氛流量較小(一般30L/min)、蓋板和熔體中的空間大、護(hù)板上的排氣口大，因此生成的一氧化碳?xì)怏w容易通過(guò)對(duì)流、擴(kuò)散的方式與硅熔體表面接觸，從而造成碳污染。
[0005]為此，人們進(jìn)行了各式各樣的嘗試和改進(jìn)，如在專利號(hào)為CN201110242948.4，名稱為“多晶硅鑄錠爐用碳材料的防碳污染涂層及其制備工藝”的中國(guó)發(fā)明專利文件中公開了一種通過(guò)對(duì)碳-碳材料表面原位生產(chǎn)碳化硅晶體涂層來(lái)降低碳對(duì)晶體的污染，該技術(shù)通過(guò)把碳與一氧化硅接觸反應(yīng)變?yōu)樘蓟枧c一氧化硅接觸反應(yīng)，后者反應(yīng)速率相對(duì)前者有明顯的降低，在一定程度上解決了鑄錠多晶硅碳污染的問(wèn)題，但是，該方案不能從根本上消除一氧化碳的產(chǎn)生，因此也未能根本上解決碳污染問(wèn)題。
[0006]另外，在專利號(hào)為CN201220218492.8，名稱為“一種設(shè)置有新型護(hù)板的用于制備低碳低氧多晶硅的鑄錠爐”的中國(guó)實(shí)用新型專利文件中公開了一種金屬鉬片隔離技術(shù)，能夠阻止產(chǎn)生一氧化碳，但是一氧化硅氣體容易發(fā)生歧化反應(yīng)生產(chǎn)硅和二氧化硅，硅又會(huì)與鉬反應(yīng)生產(chǎn)二硅化鉬，從而侵蝕鉬板，特別當(dāng)鉬板用在蓋板內(nèi)表面作為隔碳層時(shí)，生成的二硅化鉬容易從基體剝離掉進(jìn)硅熔體，從而導(dǎo)致金屬鉬污染。
[0007]此外，尚有一些針對(duì)多晶爐內(nèi)氬氣流向的改進(jìn)技術(shù)，由于受本身爐體結(jié)構(gòu)限制，也很難從根本上消除一氧化碳的產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種多晶硅鑄錠爐用的復(fù)合隔碳涂層及其制備方法，同時(shí)，本發(fā)明還提供使用該復(fù)合隔碳涂層的石墨護(hù)板及多晶硅鑄錠爐。本發(fā)明通過(guò)在多晶鑄錠爐內(nèi)的碳材料器件表面涂覆一層復(fù)合隔碳層，來(lái)消除一氧化碳的產(chǎn)生，從而降低鑄錠多晶硅中的雜質(zhì)及雜質(zhì)衍生的位錯(cuò)，提高晶體質(zhì)量，進(jìn)而提升太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率。
[0009]為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種多晶硅鑄錠爐用的復(fù)合隔碳涂層，用于涂覆在鑄錠爐內(nèi)的碳材料器件表面，防止碳污染，其特征在于:所述復(fù)合隔碳涂層包括涂覆在器件表面的由金屬鎢或金屬鉬構(gòu)成的第一涂層，以及涂覆在第一涂層上的第二涂層，所述第二涂層為氮化硅層或者由氮化硅層與氧化硅層構(gòu)成的疊層，第一涂層厚度為0.02-300微米，第二涂層厚度為0.02-300微米。
[0010]本發(fā)明的另一方面，還公開了一種制備上述復(fù)合隔碳涂層的方法，包括如下步驟:
S1:對(duì)器件的表面進(jìn)行去清潔處理，以去除其表面油污、粉塵、金屬雜質(zhì)、硅酸鹽雜質(zhì)；
52:在器件表面涂覆由金屬鎢或金屬鉬構(gòu)成的第一涂層，厚度0.02-300微米；
53:在第一涂層上涂覆第二涂層，第二涂層為氮化硅層或者由氮化硅層與氧化硅層構(gòu)成的疊層，厚度為0.02-300微米。
[0011]進(jìn)一步地，步驟S2中，采用離子濺射在器件表面涂覆第一涂層。
[0012]進(jìn)一步地，步驟S3中，采用板式PECVD在第一涂層表表面涂覆第二涂層。
[0013]進(jìn)一步地，所述器件包括石墨護(hù)板、碳-碳蓋板、石墨底板、石墨氬氣導(dǎo)流筒之一或它們的任意組合。
[0014]進(jìn)一步地，步驟S2與步驟S3中，采用油漆噴槍在器件表面噴涂第一涂層及第二涂層，隨后在氮?dú)鉅t中800~1600°C燒結(jié)l~30h。
[0015]同時(shí)，本發(fā)明還涉及一種包含上述復(fù)合隔碳涂層的石墨護(hù)板，在護(hù)板上設(shè)置有若干排氣孔。
[0016]此外，本發(fā)明還涉及一種多晶硅鑄錠爐，其內(nèi)的若干器件上涂覆有上述復(fù)合隔碳涂層。
[0017]進(jìn)一步地，所述器件包括石墨護(hù)板、碳-碳蓋板、石墨底板以及石墨氬氣導(dǎo)流筒的之一或它們的任意組合。
[0018]進(jìn)一步地，所述多晶硅鑄錠爐內(nèi)的碳纖維頂板、底板、側(cè)板內(nèi)壁均貼附一層厚度為3~5mm厚碳-碳板，所述碳-碳板上涂覆有上述復(fù)合隔碳層。
[0019]本發(fā)明提供的多晶硅鑄錠爐用的復(fù)合隔碳涂層，涂覆在多晶鑄錠爐內(nèi)的碳材料器件表面，可有效地消除一氧化碳的產(chǎn)生，從而降低鑄錠多晶硅中的雜質(zhì)及雜質(zhì)衍生的位錯(cuò)，提高晶體質(zhì)量，進(jìn)而提升太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率。從涂層角度著手，在多晶爐內(nèi)石墨/碳-碳材料部件表面制備復(fù)合隔碳涂層，根本上消除了碳污染來(lái)源，制備出的晶錠頂部(碳濃度最大的位置)碳含量小于2ppma，遠(yuǎn)小于碳的固溶度6.6ppma，電池效率也相應(yīng)提升0.2%以上。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為多晶爐GT-450內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2a為現(xiàn)有技術(shù)中石墨護(hù)板的結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2b為本發(fā)明的石墨護(hù)板的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，I為石墨氬氣導(dǎo)流筒，2為碳-碳蓋板，3為石墨護(hù)板，4為石墨底板，5為碳纖維頂板，6為加熱板，7為硅熔體，8為石英坩禍，9為碳纖維側(cè)板，10為碳纖維底板。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好的理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0022]實(shí)施例一:
本發(fā)明的多晶硅鑄錠爐用碳材料的復(fù)合隔碳涂層，用于涂覆在鑄錠爐內(nèi)的碳材料器件表面，防止碳污染，所述復(fù)合隔碳涂層包括涂覆在器件表面的由金屬鎢或金屬鉬構(gòu)成的第一涂層，以及涂覆在第一涂層上的第二涂層，所述第二涂層為氮化硅層或者由氮化硅層與氧化硅層構(gòu)成的疊層，第一涂層厚度為0.02-300微米，第二涂層厚度為0.02-300微米。
[0023]本發(fā)明的復(fù)合隔碳涂層可涂覆在石墨護(hù)板、碳-碳蓋板、石墨底板、石墨氬氣導(dǎo)流筒之一或它們的任意組合上。
[0024]采用GT-450多晶鑄錠爐，爐內(nèi)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，其中，I為石墨氬氣導(dǎo)流筒，2為碳-碳蓋板，3為石墨護(hù)板，4為石墨底板，5為碳纖維頂板，6為加熱板，7為硅熔體，8為石英坩禍，9為碳纖維側(cè)板，10為碳纖維底板。
[0025]把處理好的器件，如:碳-碳蓋板2、石墨護(hù)板3、石墨底板4包住裝滿硅料的石英坩禍8，投爐生產(chǎn)，得到多晶硅錠，采用紅外吸收法測(cè)試頭部碳含量為2ppma，而對(duì)比錠一石墨部件表面為涂覆隔碳層一頭部碳含量為Ilppma ;電池效率相對(duì)對(duì)比錠提升0.2%以上。
[0026]實(shí)施例二:
一種制備上述復(fù)合隔碳涂層的方法，包括如下步驟:
51:對(duì)器件的表面采用超聲波去除表面油污及粉塵，10%鹽酸與3%氫氟酸混合液體進(jìn)行酸洗去除表面金屬及硅酸鹽雜質(zhì)；
52:采用離子濺射在器件的表面涂覆一層20~5000nm厚的金屬鎢膜，作為第一涂層；
53:采用板式PECVD在第一涂層的表面涂覆一層20~5000nm厚的氮化硅膜，作為第二涂層。
[0027]在本實(shí)施例中，所述器件包括碳-碳蓋板2、石墨護(hù)板3和石墨底板4。采用GT-450多晶鑄錠爐，爐內(nèi)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1