CN202157142U

CN202157142U - 一种石英坩埚

Info

Publication number: CN202157142U
Application number: CN2011202503187U
Authority: CN
Inventors: 徐昌华; 吴洁; 张安; 秦舒; 史才成
Original assignee: JIANGSU JINGDING ELECTRONIC MATERIAL CO Ltd
Current assignee: JIANGSU JINGDING ELECTRONIC MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2021-07-15

Abstract

本实用新型提供一种石英坩埚，包括：基体坩埚；覆于所述基体坩埚内壁和上口表面的氢氧化钡涂层。本实用新型提供的石英坩埚是在基体坩埚的工作面上覆盖一层氢氧化钡涂层。坩埚在使用过程中，氢氧化钡涂层最终会转化为硅酸钡涂层。由于有硅酸钡的存在，使得石英坩埚的内壁和上口均会形成一层致密微小的方石英结晶，这种微小的方石英结晶很难被硅熔液渗入而剥落。因此，氢氧化钡涂层最终会转化为硅酸钡涂层，碳酸钡涂层能对石英坩埚起到保护作用，防止单晶硅高温拉制过程中与石英坩埚反应；此外，其还能增加石英刚坩埚的强度，减少高温软化现象。

Description

一种石英坩埚

技术领域

本实用新型涉及光伏组件制造设备领域，特别涉及一种石英坩埚。

背景技术

随着工业化进程的加进，煤炭、石油和天然气等常规能源日益枯竭，一系列环保问题也伴随出现。因此，传统的石化能源已难以满足现代工业的需求，并且其产生的环境问题也对人们生存的环境构成了威胁。太阳能作为一种可再生的绿色能源已逐渐在全球范围内得到快速的发展。随着太阳能发电技术的日益成熟，太阳能电池已在工业、农业和航天等诸多领域取得广泛应用。

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应将光能转化成电能的装置。目前，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池和聚合物多层修饰电极太阳能电池、有机太阳能电池和纳米晶太阳能电池。其中，硅太阳电池发展最为成熟，在应用中占主导地位。晶体硅太阳电池又分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。相对于多晶硅太阳电池，单晶硅电池具有较高的转换效率，因此单晶硅太阳电池应用较为广泛。

直拉法是单晶硅的主要生产方法，石英坩埚在拉晶过程中是必不可少的辅助材料。石英坩埚在高温下具有趋向变成二氧化硅的晶体，此过程称为析晶。析晶通常发生在石英坩埚的表层，按照中国石英玻璃行业标准规定，半导体工业用石英玻璃在1400℃±5℃下保温6小时，析晶层的平均厚度在100μm之内的析晶是属于正常的。但是，严重的析晶对拉单晶的影响很大，石英坩埚内壁发生析晶时有可能破坏坩埚内壁原有的涂层，这将导致涂层下面的气泡层和熔硅发生反应，造成部分颗粒状氧化硅进入熔硅内，使得正在生长中的晶体结构发生变异而无法正常长晶。此外，析晶将减薄石英坩埚原有的厚度，降低了坩埚的强度容易引起石英坩埚的变形。

近年来，随着投料量的增大，拉晶时间也相应延长，现有的石英坩埚的析晶也越发严重，由此导致在拉晶时石英坩埚会出现使用寿命无法达到现有的时间要求而导致漏料的状况发生；并且石英坩埚表面如果附带极其微小的杂质，也将导致单晶在生长过程中断棱，影响成品率。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题在于提供一种使用寿命长，长晶良率高的石英坩埚。

有鉴于此，本使用新型提供一种石英坩埚，包括：

基体坩埚；

覆于所述基体坩埚内壁和上口表面的氢氧化钡涂层。

优选的，所述基体坩埚为18英寸石英坩埚、20英寸石英坩埚或22英寸石英坩埚。

优选的，所述氢氧化钡涂层的厚度为10μm～50μm。

优选的，所述基体坩埚的厚度为6mm～13mm。

本实用新型提供一种石英坩埚，包括：基体坩埚；覆于所述基体坩埚内壁和上口表面的氢氧化钡涂层。相对于现有的石英坩埚，本实用新型提供的石英坩埚是在基体坩埚的工作面上覆盖一层氢氧化钡涂层。氢氧化钡涂层会与空气中的二氧化碳反应形成碳酸钡涂层，当此种石英坩埚在单晶炉上被加热时，碳酸钡会分解形成氧化钡，氧化钡又会与石英坩埚反应形成硅酸钡。由于有硅酸钡的存在，使得石英坩埚的内壁和上口均会形成一层致密微小的方石英结晶，这种微小的方石英结晶很难被硅熔液渗入而剥落。因此，氢氧化钡涂层最终会转化为硅酸钡涂层，碳酸钡涂层能对石英坩埚起到保护作用，防止单晶硅高温拉制过程中与石英坩埚反应；此外，其还能增加石英刚坩埚的强度，减少高温软化现象。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的石英坩埚的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

本实用新型实施例公开了一种石英坩埚，如图1所示为本实用新型提供的石英坩埚的结构示意图，本实用新型提供的石英坩埚包括：

基体坩埚1；

覆于所述基体坩埚1内壁和上口表面的氢氧化钡涂层2。

本实用新型提供的石英坩埚是在基体坩埚1的工作面，即现有石英坩埚的内壁及上口上覆盖一层氢氧化钡涂层2。氢氧化钡涂层2会与空气中的二氧化碳反应形成碳酸钡涂层，当此种石英坩埚在单晶炉上被加热时，碳酸钡会分解形成氧化钡，氧化钡又会与石英坩埚反应形成硅酸钡。由于有硅酸钡的存在，使得石英坩埚的内壁和上口均会形成一层致密微小的方石英结晶，这种微小的方石英结晶很难被硅熔液渗入而剥落。因此，氢氧化钡涂层2最终会转化为硅酸钡涂层，碳酸钡涂层能对石英坩埚起到保护作用，防止单晶硅高温拉制备过程中与石英坩埚反应；此外，其还能增加石英刚坩埚的强度，减少高温软化现象。

选择氢氧化钡作为涂层的原因在于：相对于硅酸钡或碳酸钡，氢氧化钡在水中具有较高的溶解度，因此上述石英坩埚可采用喷涂法制备涂层。采用喷涂工艺其喷涂量易于控制，通过控制喷涂量可以控制石英坩埚上氢氧化钡的量，进而实现对氢氧化钡涂层厚度的控制。

氢氧化钡涂层对石英坩埚可以起到保护作用，其保护效果与氢氧化钡涂层的厚度有关。若氢氧化钡涂层若厚度过薄，最终形成的硅酸钡层也过薄，不足以实现对石英坩埚的保护作用；若氢氧化钡涂层厚度过厚，则最终形成的硅酸钡涂层也过厚，其易剥离于石英坩埚表面，导致单晶在生长过程中断棱，影响成品率。为此，本实用新型优选控制氢氧化钡涂层的厚度为10μm～50μm。

上述石英坩埚中的基体坩埚优选采用18英寸石英坩埚、20英寸石英坩埚或22英寸石英坩埚，更优选采用20英寸石英坩埚。基体坩埚的厚度优选为6mm～13mm。

本实用新型提供的石英坩埚优选按照如下方法制备：

a)、配置氢氧化钡溶液，所述氢氧化钡溶液中氢氧化钡与水的重量比为1∶(46～52)；

b)、将石英坩埚加热至200℃以上，将所述氢氧化钡溶液均匀喷涂于所述石英坩埚的内壁和上口，喷涂后所述石英坩埚内壁和上口表面形成氢氧化钡涂层。

上述制备方法采用喷涂法将氢氧化钡溶液喷涂到热的石英坩埚的内壁及上口，由于石英坩埚温度较高，因此氢氧化钡溶液接触到坩埚表面后溶液中的水蒸发，氢氧化钡留在坩埚内壁及上口表面，形成氢氧化钡涂层。

在进行喷涂前，需要先将清洗干净的石英坩埚加热至200℃以上，优选加热至290℃～310℃；然后尽快将配置好的氢氧化钠溶液喷涂于石英坩埚的内壁及上口，由于此时石英坩埚温度较高，因此喷涂于石英坩埚表面的氢氧化钠溶液中的水分会蒸发，由此形成氢氧化钡涂层。

考虑到石英坩埚坩埚在取出过程，以及在喷涂过程中温度均会降低，因此本实用新型对石英坩埚的加热温度及喷涂时间进行控制，以保证石英坩埚在喷涂过程中均能保持其温度在200℃以上，避免石英坩埚温度过低，使氢氧化钡溶液与石英坩埚接触后水分不能完全蒸发，出现流挂现象，由此造成氢氧化钡涂层厚度分布不均匀。由此步骤b优选按照如下方式进行：

b1)、将石英坩埚置于烘箱内加热至290℃～310℃后取出；

b2)、在1.5～3min中内将所述氢氧化钡溶液均匀喷涂于所述石英坩埚的内壁和上口，喷涂后所述石英坩埚内壁和上口形成氢氧化钡涂层。

为了获得厚度为10μm～50μm的氢氧化钡涂层，上述制备方法中优选控制氢氧化钡涂层的密度为0.65×10^-4g/cm²～0.96×10^-4g/cm²。为此，更优选控制氢氧化钡溶液的中氢氧化钡与水的重量比为1∶(46～52)。若氢氧化钡溶液中氢氧化钡含量过低，则易造成上述涂层过薄的状况；若氢氧化钡含量过高，则喷涂工序中难以掌控喷涂量的均匀性及用量，由此造成涂层不均匀或太厚，使用时易发生部分剥离的情况。氢氧化钡溶液的喷涂量优选为(18.5～21.5)g/20英寸石英坩埚。

氢氧化钡溶液的配置工序，即步骤a，优选在惰性气体保护下进行，这是由于氢氧化钡易与空气中的二氧化碳发生反应形成碳酸钡沉淀，影响喷涂工序中喷涂的均匀性。同理，氢氧化钡溶液的喷涂工艺，即步骤b也在惰性气体中进行。

按照上述方法可制备出表面覆有氢氧化钡涂层的石英坩埚，形成的氢氧化钡会与空气中的二氧化碳反应形成碳酸钡，当此种石英坩埚在单晶炉上被加热时，碳酸钡会分解形成氧化钡，氧化钡又会与石英坩埚反应形成硅酸钡。因此，最终石英坩埚表面形成一层致密微小的硅酸钡方石英结晶层，对石英坩埚起到保护作用，防止单晶硅高温拉制过程中与石英坩埚反应，改善石英坩埚的使用寿命及长晶良率；此外，其还能增加石英刚坩埚的强度，减少高温软化现象。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种石英坩埚，其特征在于，包括：

基体坩埚(1)；

覆于所述基体坩埚(1)内壁和上口表面的氢氧化钡涂层(2)。

2.根据权利要求1所述的石英坩埚，其特征在于，所述基体坩埚(1)为18英寸石英坩埚、20英寸石英坩埚或22英寸石英坩埚。

3.根据权利要求1所述的石英坩埚，其特征在于，所述氢氧化钡涂层(2)的厚度为10μm～50μm。

4.根据权利要求1所述的石英坩埚，其特征在于，所述基体坩埚(1)的厚度为6mm～13mm。