石墨加热器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了石墨加热器及其制备方法。其中石墨加热器包括石墨加热器主体和隔离层，隔离层包覆在石墨加热器主体的表面上，且隔离层材料的高温稳定性优于石墨。石墨加热器的制备方法包括以下步骤：提供石墨加热器主体；在石墨加热器主体的表面上形成高温稳定性优于石墨的隔离层。在本发明专利技术中通过在石墨加热器本体的表面上包覆隔离层，能够将石墨加热器本体与外界隔离开来。通过使用高温稳定性优于石墨的材料作为隔离层材料，能够避免石墨加热器在多晶硅铸锭和单晶棒拉制的过程中与铸锭炉或单晶炉中的气体发生反应，进而避免石墨加热器被腐蚀。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。其中石墨加热器包括石墨加热器主体和隔离层，隔离层包覆在石墨加热器主体的表面上，且隔离层材料的高温稳定性优于石墨。石墨加热器的制备方法包括以下步骤：提供石墨加热器主体；在石墨加热器主体的表面上形成高温稳定性优于石墨的隔离层。在本专利技术中通过在石墨加热器本体的表面上包覆隔离层，能够将石墨加热器本体与外界隔离开来。通过使用高温稳定性优于石墨的材料作为隔离层材料，能够避免石墨加热器在多晶硅铸锭和单晶棒拉制的过程中与铸锭炉或单晶炉中的气体发生反应，进而避免石墨加热器被腐蚀。【专利说明】
本专利技术涉及太阳能电池制造领域，具体而言，涉及一种。
技术介绍
目前的光伏行业中，以硅基底制作的太阳能电池片占所有光伏电池的99%以上，而硅基底的主要制备方法是多晶硅铸锭和单晶棒拉制。在多晶硅铸锭或单晶棒拉制的过程中，由于硅熔点较高(~1420°C)，铸锭炉和单晶炉内的温度需要升至1500°C，用以完成硅料熔化及再结晶过程。单就多晶铸锭来说，目前单个硅锭的重量一般大约为500kg，更有重达I吨的大尺寸硅锭。这些大尺寸硅锭的铸造过程往往达到几十个小时，而铸锭炉内的温度需要一直保持在1300°C以上。为提供长时间的高温条件，常规的铸锭炉和单晶炉炉内的加热部件均为石墨加热器。但是，在使用石墨加热器的过程中，会出现以下问题:长时间的高温作用下，硅液中的杂质、碳元素同铸锭用的石英坩埚不断地发生氧化还原反应，产生一氧化硅气体。这些一氧化硅气体接触到高温的石墨加热器时，进一步会发生氧化还原反应，产生碳化硅和一氧化碳气体。具体的反应过程如下:C (s) +SiO2 (s) -* SiO (g) +CO (g)......①SiO (g) +2C (s) -* SiC (s) +CO (g)......②上述反应结束后，反应并没有停止，一氧化碳会继续和高温硅液继续反应，形成一氧化硅和碳，反应如下:CO (g) +Si — SiO (g) +C......③经过上述的反应过程，石墨加热器中的碳元素会不断地转移至高温硅液内，而一氧化硅会继续进行上述反应①和反应②。这样的高温时间越长，石墨加热器表面越毛糙，被腐蚀越严重。同时，硅液中的碳元素越多，所铸造的多晶硅锭或单晶棒内碳含量偏多，这会直接导致太阳能电池的光电转换效率降低。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种，以解决现有技术中石墨加热器在多晶硅铸锭和单晶棒拉制的过程中被严重腐蚀的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种石墨加热器，其包括石墨加热器主体；隔离层，包覆在石墨加热器主体的表面上，且隔离层材料的高温稳定性优于石墨。进一步地，隔离层的材料为温度高于硅的沸点时不与含硅气体和/或含碳气体反应的材料。进一步地，隔离层的材料为α-碳化硅。根据本专利技术的另一方面，提供了一种石墨加热器的制备方法，其包括以下步骤:提供石墨加热器主体；在石墨加热器主体的表面上形成闻温稳定性优于石墨的隔尚层。进一步地，上述隔离层为α-碳化硅层。进一步地，石墨加热器主体的裸露表面上形成所述隔离层的步骤包括:将石墨加热器主体置于真空反应器中，并将位于真空反应器中的石墨加热器主体的温度升至≥2100°C ;向真空反应器中通入含娃气体,使含娃气体与石墨加热器主体表面上的石墨反应形成上述隔离层。进一步地，在通入含硅气体前，真空反应器的气压为0.1X10 —3个标准大气压；通入含娃气体后，真空反应器的气压为0.2~5个标准大气压。进一步地，上述石墨加热器主体的温度升至2150±50°C，升温速率为100~500°C /h ;上述含娃气体与石墨加热器主体的反应时间为0.2~10h。进一步地，上述升温速率为250~350°C /h ;上述反应时间为2~4h。进一步地，含硅气体为硅蒸气或一氧化硅气体。应用本专利技术，通过在石墨加热器本体的表面上包覆隔离层，能够将石墨加热器本体与外界隔离开来。通过使用高温稳定性优于石墨的材料作为隔离层材料，能够避免石墨加热器在多晶硅铸锭和单晶棒拉制的过程中被腐蚀的问题。【具体实施方式】需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。术语“高温稳定性”是指物质在高温下不发生分解、不与其他物质反应的能力，在本专利技术中“隔离层材料的高温稳定性优于石墨”是一个相对概念，是指隔离层材料的上述能力由于石墨。为了解决
技术介绍
中所提出的多晶硅铸锭和单晶棒拉制的过程中，石墨加热器被严重腐蚀的问题，本专利技术专利技术人提供了一种新型石墨加热器。该石墨加热器包括石墨加热器主体和隔离层，该隔离层包覆在石墨加热器主体的表面上，且隔离层材料的高温稳定性优于石墨。本专利技术所提供的这种石墨加热器，通过在石墨加热器本体的表面上包覆高温稳定性优于石墨的材料形成的隔离层，能够在多晶硅铸锭和单晶棒拉制的过程中将石墨加热器本体与高温硅液隔离开来。进而阻止石墨加热器本体中的碳元素与高温的一氧化硅气体发生反应，避免石墨加热器在多晶硅铸锭和单晶棒拉制的过程中被腐蚀的问题，增加石墨加热器的使用寿命。与此同时，通过在石墨加热器本体的表面上包覆隔离层，还能够避免石墨加热器本体中碳元素因氧化还原反应而转移至硅液内。进而避免所制备的多晶硅或单晶棒中碳含量过高的问题，进一步保证了太阳能电池的光电转换效率。本专利技术所提供的上述石墨加热器中，优选隔离层的材料为温度高于硅的沸点时不与含硅气体和/或含碳气体反应的材料。这些材料形成的隔离层，能够在阻止石墨加热器中的碳元素与高温的一氧化硅气体发生反应的同时，不会在铸锭或拉棒过程中引入新的杂质。这种隔离层的设置，能够从根本上杜绝石墨反应器与铸锭炉或单晶炉内气体之间的反应，保证石墨反应器使用寿命。在本专利技术的教导下，本领域技术人员能够选择具体的隔离层材料。在一种优选的方式中，上述隔离层的材料为α-碳化硅。α-碳化硅具有六角晶系结晶构造，其化学性质稳定，在高温下不与铸锭炉或单晶炉内的气体反应。此外，α-碳化硅与石墨加热器在高温下的导热性和热胀系数相近，温度变化时不存在脱落的现象。进一步地，α-碳化硅的硬度较大，其莫氏硬度为9.5级，仅次于金刚石，在此基础上，采用α -碳化硅作为隔离层材料，还便于石墨加热器的日常清洁。本领域技术人员在本专利技术的上述石墨加热器结构的教导下，有能力选择适当的方式以获取相应的石墨加热器。在本专利技术的一种优选实施方式中，该石墨加热器得制备方法包括以下步骤:提供石墨加热器主体，在石墨加热器主体的裸露表面上形成高温稳定性优于石墨的隔离层。该制备方法中，在石墨加热器主体的裸露表面上形成隔离层，能够最大限度地将石墨加热器主体与高温硅液隔离，从而避免石墨加热器主体与铸锭炉或单晶炉内的气体反应，保证石墨加热器的使用寿命。同时，降低多晶硅或单晶棒中的碳含量，提高太阳能电池的光电转换效率。本专利技术提供的上述制备方法中，隔离层优选为α-碳化硅层。将隔离层设置为α -碳化硅层除了能阻止石墨加热器主体与炉内高温气体反应外，还能提高石墨加热器的硬度，简化石墨加热器的日常清理。在一种优选地方式中，上述在石墨加热器主体的表面上形成隔离层的步骤包括:将石墨加热器主体置于真空反应器中，并将位于真空反应器中的石墨加热器主体的温度升至> 2100°C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨加热器，其特征在于，包括：石墨加热器主体；隔离层，包覆在所述石墨加热器主体的表面上，所述隔离层材料的高温稳定性优于石墨。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘家明，何广川，陈艳涛，
申请(专利权)人：英利集团有限公司，
类型：发明
国别省市：