【正文】 用最小刻度 克的天平稱取 STARK 氮化硅粉末 100177。 備用。待試樣烘干后，取出檢拍照。排除氣泡的影響。之后確保加熱器總開關(guān)在“ ON”位置，按下綠色啟動按鈕，并調(diào)整功率調(diào)節(jié)旋鈕至標(biāo)線處。 每平方厘米雜質(zhì)點數(shù)量不超過 2。內(nèi)壁不允許有未融化的原料粉或雜質(zhì)隨著物存在，即生料點。若有光滑能滿足壁厚要求的凹坑，區(qū)坑直徑小于 5mm，其數(shù)量應(yīng)不超過 2。），將過濾好的 STARK 氮化硅微粉加入純水中。取 STARK 氮化硅微粉并通過 1 層 100～ 200 目尼龍紗網(wǎng)過濾氮化硅粉，用最小刻度 克的天平稱取 STARK 氮化硅粉末 100177。 阿特斯（洛陽）光伏電力公司采用的就是在坩堝內(nèi)壁噴涂氮化硅制備涂層的工藝，但此項工藝可追溯性差，生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)崩邊，粘堝，裂紋等不良現(xiàn)象，涂層的宏觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)對其性能的影響巨大，希望通過對氮化硅涂層的結(jié)構(gòu)形貌研究分析，合理推斷工藝對圖層結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)而優(yōu)化工藝，由于氮化硅與去離子水的配比與坩堝的預(yù)熱溫度對涂層的結(jié)構(gòu)影響巨大，河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 我們 希望通過改變氮化硅與去離子水的配比，坩堝的預(yù)熱溫度及溶液攪拌混合方式進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化，以確定合理的配比，合適的預(yù)熱溫度，更有利的攪拌方式，從而對實際生產(chǎn)有所幫助。 167。 采用硅亞胺熱分解法可以得到α相含量高，雜質(zhì)含量少的氮化硅微粉，同時該方法制備的粉末燒結(jié)性能好。這兩者之間很容易易反應(yīng)，并放出大量的熱 (△ H=676 kJ/mol)[15]。等離子法由于升溫迅速，反應(yīng)物在等離子焰內(nèi)滯留時間河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 短，易于獲得均勻、尺寸小的 Si3N4 粉體。此外硅粉直接氮化法的產(chǎn)物需要進(jìn)一步經(jīng)過粉碎、磨細(xì)和純化才能達(dá)到質(zhì)量要求。在硅氮反應(yīng) 中，反應(yīng)初期生成的產(chǎn)物是α Si3N4，隨著氮化溫度的升高，氮化時間的延長，α Si3N4 和β Si3N4 按一定的比例關(guān)系生成 [12]。目前涂層所使用的原材料就 是高純氮化硅微粉 (相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表 1)。 阿特斯光伏電力有限公司生產(chǎn)多晶硅用的坩堝涂層制造工藝如下：常溫下把 Si3N4 粉料與純水混合制成漿料，借助高壓空氣流，將氮化硅顆粒霧化，噴射到石英坩堝內(nèi)表面，氮化硅粒 子在碰撞坩堝表面或者撞擊已經(jīng)形成的涂層的瞬間，將動能轉(zhuǎn)化為熱能后傳給坩堝，同時氮化硅顆粒在凹凸不平的表面發(fā)生變形，形成扁平狀顆粒，迅速凝固成涂層。制備涂層的方法有很多，如化學(xué)氣相沉積法、溶膠凝膠燒結(jié)法等多種方法，或者直接添加一些有機溶液作為潤滑劑、粘結(jié)劑與耐高溫粉體材料混合噴涂在內(nèi)壁上 [ 6]。通常情況下，使用脫模劑之后的坩堝可以重復(fù)使用，降低了生產(chǎn)成本。電磁懸浮熔煉技術(shù)制備的多晶硅鑄錠一般質(zhì)量較小，并且其成本也較高，通常在實驗室條件下使用。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 圖 13 多晶硅鑄錠過程中出現(xiàn)的粘堝現(xiàn)象 坩堝內(nèi)壁使用涂層隔離硅料 選擇耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好，抗雜質(zhì)擴散能力強的材料在石英或石墨坩堝內(nèi)壁處制備一層涂層，使熔煉過程中坩堝與熔硅隔離不發(fā)生反應(yīng)，且減少坩堝中的雜質(zhì)向熔硅內(nèi)擴散，既可以有 效地降低來自坩堝的雜質(zhì)沾污，同時也降低了凝固時產(chǎn)生的大量應(yīng)力。 采用高純坩堝 [3] 用 %高純 Si 坩堝或高純 Si3N4。坩堝的使用一方面提高了材料制備費用，同時也給硅錠帶來的污染。 167。晶體氮化硅具有規(guī)則的空間排列，而無定型氮化硅則不然。高濃度的雜質(zhì)，如 C、 O、 Fe、 Ca 等將使少子壽命顯著降低，影響電池性能。涂層要求高純，不與兩者反應(yīng)，并有適中的結(jié)合強度。定向凝固主要除掉分凝系數(shù)較小的金屬雜質(zhì)，如 Fe 元素，同時由于蒸發(fā)原因除掉部分非金屬雜質(zhì)。例如目前太陽能電池企業(yè)中普遍要求的硅材料中雜質(zhì)總含量低于 6N，其中對 B、P 元素的要求尤為嚴(yán)格。 多晶硅生產(chǎn)工藝 太陽能電池中使用的硅材料，不論其在工作時處于何種晶體類型，原料都是高純多晶硅，純度在 6N ( %)以上。 不同配比漿液噴涂涂層的宏觀組織 ......... 16 167。 掃描電子顯微鏡（ SEM）觀察 ............... 14 第三章 實驗結(jié)果與分析 .................................. 15 167。 氮化硅涂層的燒結(jié) ........................ 12 167。 涂層制備 ....................................... 9 167。 防止坩堝對多晶硅硅錠污染的方法 ................. 3 167。 the traceability of craftwork is very bad. There are adhesions on the interface of melting Silicon and crucib le. More over, it can bring in impurity and crackle。超聲波與機械共同攪拌比單純的機械攪拌的效果要好，涂層的顆粒分布更均勻，表面無孔洞。 但是由于這種技術(shù)缺乏檢驗技術(shù)支持，工藝可追溯性差，實際生產(chǎn)中晶錠常會出現(xiàn)粘堝現(xiàn)象，進(jìn)而在晶錠內(nèi)引起雜質(zhì)，裂紋，影響硅片的質(zhì)量。高濃度的雜質(zhì)，如 C、 O、 Fe、Ca 等將使少子壽命顯著降低，影響電池性能。 工業(yè)中通常使用的坩堝是石英或石墨坩堝，熔融硅與坩堝接觸時不可避免的產(chǎn)生反應(yīng)粘連，同時坩堝中的雜質(zhì)也會進(jìn)入硅熔體中。 坩堝涂層的制備方法很多，現(xiàn)在通常采用成本低廉的氮化硅涂層制備技術(shù)，它是 在石英坩堝內(nèi)壁上 直接 噴涂氮化硅涂層的 ，并 將涂有氮化硅涂層的石英坩堝在 1050℃ 下進(jìn)行燒結(jié)，形成結(jié)構(gòu)更加致密的氮化硅層。坩堝預(yù)熱 溫度為 50℃時最佳，氣孔少。 now we adopt low cost method for Si3N4 coating. In this study, we adopt the technique that spraying Si3N4 on the wall of crucible directly. We sinter the crucible with Si 3N4 coating at the temperature of 1050℃ . But this technique lacks test technology。 氮化硅概述 ..................................... 2 167。 本文研究的主要目的和內(nèi)容 ....................... 7 第二章 實驗方法及過 程 ................................... 9 167。 氮化硅涂層的 噴涂 ........................ 10 167。 結(jié)合性能的測試 .......................... 13 167。 不同的攪拌方法下涂層的宏觀組織 ......... 16 167。 實驗結(jié)果綜合分析 .............................. 18 結(jié) 論 ................................................... 21 參考文獻(xiàn) ................................................ 22 致 謝 ................................................... 24 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 前 言 167。 由于太陽能級硅材料對雜質(zhì)含量也有嚴(yán)格的要求，雖然比電子級多晶硅要求低，但是材料的純度也需要在 6N 以上才能用于太陽能電池生產(chǎn)。導(dǎo)致最先凝固的部位純度較高，最后凝固的部位雜質(zhì)含量最高，切除最后凝固部位即可得到純度較高的多晶硅 [1]。在多晶硅鑄錠過程中，為了防止熔融硅與石英陶瓷坩堝反應(yīng)并容易脫模分離，需要在坩堝內(nèi)表面進(jìn)行涂層。 熔融硅與坩堝接觸時不可避免的產(chǎn)生反應(yīng)粘連，同時坩堝中的雜質(zhì)也會進(jìn)入硅熔體中。氮化硅存在兩種晶型，氮化硅從晶體結(jié)構(gòu)來講可以分為晶體氮化硅和無定型氮化硅。而太陽能多晶硅鑄錠用的硅熔融體與石英陶瓷坩堝隔離的氮化硅涂層，嚴(yán)格要求 α 相含量達(dá)到 95%以上，幾乎不允許 β 相的存在，這主要是 β 相的氮化硅為長柱狀結(jié)構(gòu)， β 相的存在，影響了 氮化硅涂層和石英陶瓷坩堝的結(jié)合強度，以致在高溫長晶過程中，氮化硅涂層容易剝落，造成硅熔融體與石英陶瓷坩堝直接接觸，由于硅熔融體具有強的侵蝕能力，高溫硅液就與其它物質(zhì)發(fā)生激烈的反應(yīng)，這一方面容易出安全事故，另一面導(dǎo)致太陽能多晶硅的純度降低。因此容易在制造工藝中受石英、石墨、設(shè)備以及管道等的沾污。為了解決上述問題，有人提出幾種解決方法。如采用冷坩堝感應(yīng)熔煉法，材料與坩堝不接觸，坩堝不磨損，可以連續(xù)鑄造，降低雜質(zhì)的沾滲。 坩堝涂層表面技術(shù) 高純 Si 坩堝通常會增加生產(chǎn)成本，而耐高溫化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的材料如Si3N SiC，一般需要在高溫條件下才能燒結(jié)成適合熔煉的坩堝，成本也較高。凝固后能夠使鑄錠順利脫模，防止冷凝過程中坩堝與硅錠由于反應(yīng)粘連的應(yīng)力同時破裂。目前工業(yè)中普遍使用的涂層材料是 Si3N4，由于 Si3N4是強共價鍵，自擴散系數(shù)低，且其耐高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性好，并且 N 元素屬于非電活性元素，對多晶硅的電學(xué)性能影響較小。有關(guān)坩堝中的雜質(zhì)穿透保護(hù)層與熔體之間發(fā)生反應(yīng)的作用機制還不是十分清楚，有報道指出，在有保護(hù)層的作用下，來自坩堝中的氧沾污可以降低到原來的十分之一左右 [ 7]。 鑄造多晶硅涂層用氮化硅微粉制造方法 由于 Si3N4 不含任何金屬元素，對于熔融硅具有優(yōu)異的不反應(yīng)性等性能成為太陽能多晶硅鑄錠過程中涂層材料的首選 [8]。 硅粉直接氮化法獲得的 Si3N4 粉末通常為α、β兩相混合的粉末。原料的雜質(zhì)成分與氣體的狀態(tài)也影響著生成 Si3N4 的相組成。等離子氣