用于石英坩埚的涂层胶的制备方法
技术领域
本发明涉及多晶硅铸锭辅料制备技术领域，特别涉及一种用于石英坩埚的涂层胶的制备方法。
背景技术
近来来，光伏发电作为一种新型的能源转换手段，由于其可再生、清洁等优点而逐渐成为主流的能源开发技术，越来越受到科研工作者的高度重视，在未来的能源领域中具有极大的发展潜力。与此同时，为了生产太阳能电池的多晶硅铸锭技术也得到了很大的发展。
具体的铸锭过程大致为：(1)将内涂Si3N4涂层的石英坩埚装入原生多晶硅后，放入导热性很强的DSS石墨，关闭炉膛后抽真空，接通加热器电源。待硅料完全熔化后，隔热笼缓慢往上提升，露出由下炉腔支撑的定向凝固块的下表面，通过定向凝固块将硅料结晶时释放的热量辐射到下炉腔的水冷内壁上，从而在坩埚的硅料中形成一个竖直的温度梯度，使坩埚内的硅料从底部开始凝固，从熔体底部向顶部开始生长；(2)当所有的硅料都凝固后，在PLC程序的控制下，硅锭经过退火、冷却后出炉完成整个铸锭过程。硅料在石英坩埚中经过加热、熔化、长晶、退火以及冷却5个阶段，在熔化与长晶过程中，由于石英坩埚内壁的氮化硅涂层与硅料长时间接触，氮化硅涂层会出现脱落，引起硅锭脱模过程中，硅锭与石英坩埚之间出现粘结，俗称“粘埚”，影响了硅锭完整性。为了解决这一技术问题，行业内逐渐使用无离子硅溶胶，代替原来烧结方式以提高石英坩埚氮化硅涂层致密。
然而，无离子硅溶胶黏度胶小，分布在10～20Pa*s，在高温1200摄氏度，其结构将会破坏，失去其固有的使氮化硅涂层致密特性，因此添加无离子硅溶胶，虽可解决硅锭粘埚问题，但在铸锭过程，氮化硅涂层脱落的问题仍然存在。
发明内容
基于此，本发明的目的是为了解决现有技术铸锭过程中，由于氮化硅涂层脱落导致影响硅锭硬质点以及硅片外观一致性的问题。
本发明提出一种用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
配置原料：将预设粒径范围的氮化硅粉体，与高纯水进行混合后搅拌均匀得到预混料，其中所述氮化硅粉体与所述高纯水按照第一预设重量比进行混合；
高温反应制备：将所述预混料加入至反应釜中，控制所述反应釜内的压强为第一预设压强，加热至第一预设温度，保温第一预设时间后，继续升温至第二预设温度，保温第二预设时间后，向所述反应釜中通入预设含氧物，充分反应后得到硅溶胶，其中所述预混料与所述预设含氧物按照第二预设重量比进行配比反应；
后处理：向所述硅溶胶中加入高纯水，调节所述硅溶胶的粘度、含固量、粒径以及pH值至对应的范围，得到成品涂层胶。
本发明提出的用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，首先将氮化硅粉体与高纯水进行混合得到预混料，然后将预混料加入至于反应釜中，经过程序升温保持后溶入预设含氧物，充分反映得到硅溶胶，最后向硅溶胶中加入高纯水，调节硅溶胶的粘度、含固量、粒径以及pH值至对应的范围，得到成品涂层胶。本发明制备得到的涂层胶，经测试，具有良好的致密性以及耐高温性，可有效减少铸锭过程中石英坩埚中氮化硅的脱落。
所述用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，其中，所述预设粒径范围为20～80nm，所述氮化硅粉体中的金属总含量小于25ppma，所述第一预设重量比的范围为1:2.7～5.5。
所述用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，其中，所述第一预设压强为1～3标准大气压，所述第一预设温度为120℃～125℃，
所述第一预设时间为0.5～1.5h，所述第二预设温度为180℃～190℃，所述第二预设时间为6～8h。
所述用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，其中，所述预设含氧物包括双氧水、臭氧或氧气中的至少一种。
所述用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，其中，所述第二预设重量比的范围为2.4～5:1。
所述用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，其中，所述成品涂层胶对应的粘度范围为60～100Pa*s，所述成品涂层胶对应的含固量范围为30％～50％，所述成品涂层胶的最高耐受温度为1600℃。
所述用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，其中，所述成品涂层胶对应的粒径范围为2.5～7nm，调节后的所述成品涂层胶对应的pH值范围为6～8。
所述用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
配置原料：将粒径为20nm的氮化硅粉体，与高纯水进行混合后搅拌均匀得到预混料，其中所述氮化硅粉体与所述高纯水按照1:2.7的重量比进行混合；
高温反应制备：将所述预混料加入至反应釜中，控制所述反应釜内的压强为1个标准大气压，加热至120℃，保温0.5h后，继续升温至180℃，保温6h后，向所述反应釜中通入预设含氧物，充分反应后得到硅溶胶，其中所述预混料与所述预设含氧物按照2.4:1的重量比进行配比反应；
后处理：向所述硅溶胶中加入高纯水，分别调节所述硅溶胶的粘度为60Pa*s、含固量为30％、粒径为2.5nm，pH值为6，得到成品涂层胶。
所述用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
配置原料：将粒径为80nm的氮化硅粉体，与高纯水进行混合后搅拌均匀得到预混料，其中所述氮化硅粉体与所述高纯水按照1:5.5的重量比进行混合；
高温反应制备：将所述预混料加入至反应釜中，控制所述反应釜内的压强为3个标准大气压，加热至125℃，保温1.5h后，继续升温至190℃，保温8h后，向所述反应釜中通入预设含氧物，充分反应后得到硅溶胶，其中所述预混料与所述预设含氧物按照5:1的重量比进行配比反应；
后处理：向所述硅溶胶中加入高纯水，分别调节所述硅溶胶的粘度为100Pa*s、含固量为50％、粒径为7nm，pH值为8，得到成品涂层胶。
所述用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
配置原料：将粒径为60nm的氮化硅粉体，与高纯水进行混合后搅拌均匀得到预混料，其中所述氮化硅粉体与所述高纯水按照1:3.5的重量比进行混合；
高温反应制备：将所述预混料加入至反应釜中，控制所述反应釜内的压强为2个标准大气压，加热至123℃，保温1h后，继续升温至185℃，保温7h后，向所述反应釜中通入预设含氧物，充分反应后得到硅溶胶，其中所述预混料与所述预设含氧物按照3.5:1的重量比进行配比反应；
后处理：向所述硅溶胶中加入高纯水，分别调节所述硅溶胶的粘度为80Pa*s、含固量为40％、粒径为5nm，pH值为7，得到成品涂层胶。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明一实施例提出的用于石英坩埚的涂层胶的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在熔化与长晶过程中，由于石英坩埚内壁的氮化硅涂层与硅料长时间接触，氮化硅涂层会出现脱落，引起硅锭脱模过程中，硅锭与石英坩埚之间出现粘结，俗称“粘埚”，影响了硅锭完整性。为了解决这一技术问题，行业内逐渐使用无离子硅溶胶，代替原来烧结方式以提高石英坩埚氮化硅涂层致密。
然而，无离子硅溶胶黏度胶小，分布在10～20Pa*s，在高温1200摄氏度，其结构将会破坏，失去其固有的使氮化硅涂层致密特性，因此添加无离子硅溶胶，虽可解决硅锭粘埚问题，但在铸锭过程，氮化硅涂层脱落的问题仍然存在；与此同时，硅片在切割过程中线痕比例高，易出现隐裂，难以实现170um厚度多晶硅片。
为了解决这一技术问题，本发明提出一种用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，请参阅图1，上述的制备方法包括如下步骤：
S101，配置原料：将预设粒径范围的氮化硅粉体，与高纯水进行混合后搅拌均匀得到预混料，其中所述氮化硅粉体与所述高纯水按照第一预设重量比进行混合。
在本步骤中，上述氮化硅粉体对应的粒径范围为20～80nm。其中，在氮化硅粉体中，其金属总含量小于25ppma。此外，在与高纯水进行混合的过程中，按照第一预设重量比为1:2.7～5.5进行均匀混合。
S102，高温反应制备：将所述预混料加入至反应釜中，控制所述反应釜内的压强为第一预设压强，加热至第一预设温度，保温第一预设时间后，继续升温至第二预设温度，保温第二预设时间后，向所述反应釜中通入预设含氧物，充分反应后得到硅溶胶，其中所述预混料与所述预设含氧物按照第二预设重量比进行配比反应。
在本步骤中，上述的第一预设压强为1～3标准大气压，第一预设温度为120℃～125℃。上述的第一预设时间为0.5～1.5h，第二预设温度为180℃～190℃，第二预设时间为6～8h。
在此需要指出的是，上述的预设含氧物包括双氧水、臭氧或氧气中的至少一种。其中，预混料与预设含氧物按照2.4～5:1的重量比进行配比反应。
在本发明中，制备的原理可用如下化学方程式表示：
Si3N4+物质A→SiO2+NH3.H2O
S103，后处理：向所述硅溶胶中加入高纯水，调节所述硅溶胶的粘度、含固量、粒径以及pH值至对应的范围，得到成品涂层胶。
在本步骤中，经调节后的成品涂层胶对应的粘度范围为60～100Pa*s，对应的含固量范围为30％～50％，最高耐受温度为1600℃。此外，调节后的成品涂层胶对应的粒径范围为2.5～7nm，对应的pH值范围为6～8。
本发明提出的用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，首先将氮化硅粉体与高纯水进行混合得到预混料，然后将预混料加入至于反应釜中，经过程序升温保持后溶入预设含氧物，充分反映得到硅溶胶，最后向硅溶胶中加入高纯水，调节硅溶胶的粘度、含固量、粒径以及pH值至对应的范围，得到成品涂层胶。本发明制备得到的涂层胶，经测试，具有良好的致密性以及耐高温性，可有效减少铸锭过程中石英坩埚中氮化硅的脱落。
下面以几个具体的实施例对本发明的技术内容进行更加详细地论述。
实施例一
本发明第一实施例提出的用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)配置原料
将粒径为20nm的氮化硅粉体，与高纯水进行混合后搅拌均匀得到预混料，其中所述氮化硅粉体与所述高纯水按照1:2.7的重量比进行混合。
(2)高温反应制备
将所述预混料加入至反应釜中，控制所述反应釜内的压强为1个标准大气压，加热至120℃，保温0.5h后，继续升温至180℃，保温6h后，向所述反应釜中通入预设含氧物，充分反应后得到硅溶胶，其中所述预混料与所述预设含氧物按照2.4:1的重量比进行配比反应。
(3)后处理
向所述硅溶胶中加入高纯水，分别调节所述硅溶胶的粘度为60Pa*s、含固量为30％、粒径为2.5nm，pH值为6，得到成品涂层胶。
实施例二
本发明第二实施例提出的用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)配置原料
将粒径为80nm的氮化硅粉体，与高纯水进行混合后搅拌均匀得到预混料，其中所述氮化硅粉体与所述高纯水按照1:5.5的重量比进行混合；
(2)高温反应制备
将所述预混料加入至反应釜中，控制所述反应釜内的压强为3个标准大气压，加热至125℃，保温1.5h后，继续升温至190℃，保温8h后，向所述反应釜中通入预设含氧物，充分反应后得到硅溶胶，其中所述预混料与所述预设含氧物按照5:1的重量比进行配比反应；
(3)后处理
向所述硅溶胶中加入高纯水，分别调节所述硅溶胶的粘度为100Pa*s、含固量为50％、粒径为7nm，pH值为8，得到成品涂层胶。
实施例三
本发明第三实施例提出的用于石英坩埚的涂层胶的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)配置原料
将粒径为60nm的氮化硅粉体，与高纯水进行混合后搅拌均匀得到预混料，其中所述氮化硅粉体与所述高纯水按照1:3.5的重量比进行混合。
(2)高温反应制备
将所述预混料加入至反应釜中，控制所述反应釜内的压强为2个标准大气压，加热至123℃，保温1h后，继续升温至185℃，保温7h后，向所述反应釜中通入预设含氧物，充分反应后得到硅溶胶，其中所述预混料与所述预设含氧物按照3.5:1的重量比进行配比反应。
(3)后处理
向所述硅溶胶中加入高纯水，分别调节所述硅溶胶的粘度为80Pa*s、含固量为40％、粒径为5nm，pH值为7，得到成品涂层胶。
如上所述，按照如上述第一实施例至第三实施例的制备方法制备得到的用于石英坩埚的涂层胶，其黏度较高，可以达到60～100Pa*s，相较于无离子硅溶胶而言，其对应的黏度只有10～20Pa*s，提升了很大的空间，可有效避免涂层胶脱落的问题发生。
与此同时，本发明制备得到的涂层胶，其具有良好的致密性，可大幅减少涂层孔隙率；且具有良好的耐高温性(最高可耐受160℃的高温)，最终降低在铸锭过程中氮化硅的脱落数量，硅锭硬质点比例降低幅度达到10％～27％，切片的线痕率降低幅度达到14％～19％。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
