一種立式太陽能矽片擴散爐的製作方法
2023-06-07 06:53:51 2
本發明涉及太陽能電池生產技術領域，特別是一種立式太陽能矽片擴散爐。
背景技術：
太陽能電池需要一個大面積的PN結以實現光能到電能的轉換，而擴散爐即為製造太陽能電池PN結的專用設備。擴散製作的PN結是晶體矽太陽電池的核心，也是太陽能電池質量好壞的關鍵之一。對於擴散工序，最大問題在於如何保障擴散的均勻性。擴散均勻的電池，其後續工藝參數可控性高，可以保證矽太陽能電池電性能參數的穩定性。而且工業化生產需求的單爐產量越來越高，要求一次擴散的矽片數量達400～500片。
CN203674241U公開了一種提升矽片擴散方阻均勻性的裝置，其包括進氣裝置、石英管、排廢管、勻流板和石英舟，所述的石英管上固設有進氣裝置，石英管的底部設有排廢管，排廢管的上部設有勻流板，勻流板的右部設有石英舟，該裝置設有的勻流板雖然通過改善擴散後矽片方阻均勻性，提高擴散方阻的片內均勻性，但是由於單爐產量越來越高，矽片分布在石英棒內較長的範圍內，這樣一方面從爐尾吹入的氮氣很難將擴散源均勻地分散在擴散爐內，而且容易產生波動，導致擴散均勻性較差，難以符合預期的技術要求另一方面，在較長範圍內的矽片擴散過程中，需要消耗大量擴散源和氮氣，大大增加了生產成本。
CN201020263438.6公開了一種「太陽能電池矽片擴散爐」，其進氣管直接通入爐體內，進氣管上設置有定向設置的出氣孔，未進行充分混合過的氣體通過出氣孔勻布到矽片表面，表面上看來是將氣體均勻分布在矽片表面，實質由於進入爐體內前未混合均勻，導致各出氣孔出來的氣體成分比例偏差較大，矽片表面依舊分布不均。
技術實現要素：
本發明的發明目的是，針對上述問題，提供一種立式太陽能矽片擴散爐，通過設置進氣螺旋管並在其內側均勻分布進氣孔，而排氣管布置在爐體中央，在排氣管上也均勻對應的排氣口，進氣螺旋管與排氣管相互映射對應；充分保障進氣擴散的均勻性，及排氣順暢；其能夠有效提高擴散均勻性，同時提高單爐產量。
為達到上述目的，本發明所採用的技術方案是：一種立式太陽能矽片擴散爐，包括立式爐體、爐門、石英舟組、進氣裝置和廢氣排放裝置，所述爐門設置在爐體頂部，用於打開或閉合爐體爐腔，所述進氣裝置和廢氣排放裝置分別連通爐體爐腔；所述石英舟組由石英舟依次豎直疊放而成，並豎直放置在爐體爐腔中間，所述石英舟中間設有垂直貫通的導孔，在石英舟上以該導孔中心軸線為中心呈放射性均勻設有用於放置矽片的舟槽；所述進氣裝置包括進氣螺旋管和氣體混合裝置，所述進氣螺旋管設置在石英舟組與爐體腔壁之間，進氣螺旋管朝向石英舟組一側均布有進氣孔；進氣螺旋管連接氣體混合裝置；所述廢氣排放裝置包括排氣管和廢氣儲蓄裝置，所述排氣管沿爐體爐腔中心軸線豎直設置，並對應設置在所述石英舟的導孔中；所述排氣管上均布有排氣口，其底部連接廢氣儲蓄裝置。
本方案中通過設置立式的爐體，石英舟組可以根據不同需要而疊加不同數量的石英舟，石英舟以其中間上的導孔為中心呈放射性布置，能夠設置最多的用於放置矽片的舟槽。在石英舟組中間或者說石英舟中間設置導孔，該導孔對應用於排氣的排氣管；而在石英舟組外側，螺旋設置的進氣螺旋管能夠沿石英舟組四周由外之內均勻放送擴散源和氮氣，所述擴散源和氮氣在擴散到石英舟組中間時，通過排氣管及時排出。這裡進氣螺旋管的進氣孔與排氣管的排氣口相互映射對應，使得氮氣由外至內呈水平擴散，其均勻性得到了有效保障，同時有利於排氣的及時及效率，避免廢氣的在爐體內形成淤積。本方案中石英舟組可以是一個石英舟也可以是多個石英舟，石英舟數量根據需要堆疊即可，簡單方便。
進一步地，所述石英舟包括中心筒、支撐板和石英棒，所述中心筒沿其中心軸線設有所述導孔，且在中心筒外側面上設置至少三個支撐板，所述支撐板與中心筒的兩端面對應平齊且與中心筒中心軸線處於同一平面；相鄰的所述支撐板間設有多根石英棒，所述石英棒間平行設置且對應矽片的下部弧形間隔排列，所述石英棒朝向矽片一側均勻設置多個刻槽，石英棒間的刻槽一一對應並共同構成所述舟槽，所述舟槽以中心筒軸心線為中心相對呈放射性設置；所述中心筒上設置有貫通所述導孔的排氣口，所述排氣口位於兩相鄰支撐板之間。
這裡同一支撐板形成扇區間多個石英棒間形成對應矽片下部輪廓的放置架，即石英棒間可形成一個截面為U型的放置架，其中設置一至三根石英棒位於支撐板下部從而對應矽片下部，再在支撐板中部設置對應矽片兩側輪廓的石英棒，石英棒上設置刻槽一一對應並組成所述舟槽，並使得矽片呈豎直放置且放射性均勻設置，最大化利用石英舟使用空間。石英舟疊加時，中心筒端面依次對應貼合，這時設置在中心筒上的排氣口對應排氣管的通道，保證進入的擴散源和氮氣沿放置矽片的扇區由外至內水平擴散。
進一步地，所述石英舟還包括圓形底板，所述底板對應同軸設置中心筒底部，並且所述底板中間設置與中心筒內徑大小的通孔；所述底板下端面設置凸臺，所述支撐板間上端面平齊，並設置與所述凸臺對應的凹槽，所述凹槽底面與中心筒的上端面平齊；所述支撐板下端連接底板上端面。應清楚的是位於最低位置的石英棒到凸起上端面的垂直距離應該大於矽片的放置高度，設置底板和凸起可以使石英舟之間可以自由疊加。
進一步地，所述底板的上端面設置與其同心的圓形凹槽，所述圓形凹槽的直徑大小對應舟槽寬度；所述底板下端面的凸臺上還設置對應中心筒上端的大小的底部凹槽；支撐板間上端面與中心筒的上端面平齊，在支撐板設置與凸臺對應的環形凹槽。
進一步地，所述進氣裝置還包括進氣閥，所述進氣閥設置在爐體下部，其位於爐體內一端連接進氣螺旋管，其位於爐體外一端連接氣體混合裝置；所述進氣螺旋管外側與爐體內壁貼合，進氣螺旋管內側均布有進氣孔，進氣孔中心均垂直指向排氣管中心軸線。氣體混合裝置能夠將擴散源和氮氣混合均勻，進氣閥可以將開啟或關閉進氣，進氣螺旋管進氣孔垂直指向排氣管中心軸線能夠使其放出的氣體指向性噴射，即水平由外至內擴散，保障混合後擴散源和氮氣有針對性對應矽片並在形成廢氣後及時排出，避免形成湍流發生及擴散不均勻情況發生，這樣矽片的加工效果得到良好保障。
進一步地，所述氣體混合裝置為直角L型結構，其一端內設有一連接進氣閥的螺旋出氣孔，另一端均布多個螺旋進氣孔，所述螺旋進氣孔與螺旋出氣孔連通。擴散源和氮氣在通過螺旋進氣孔後形成螺旋氣旋，多個螺旋氣旋在回合在螺旋出氣孔時會形成渦流，使得擴散源和氮氣能夠快速混合均勻。氣體混合裝置其結構簡單，利於製造，在保障混合效果的同時減少了裝置的體積，並有效減少製造成本。
進一步地，所述廢氣排放裝置還包括排氣閥和抽風機，所述排氣閥設置在閥體底部中間，其位於閥體內一端連接排氣管底端，其位於閥體外一端通過抽風機連接廢氣儲蓄裝置。這裡排氣閥可以開啟或關閉排氣，抽風機能提供高效抽風效果，這樣保障了排氣管的排氣效果。
進一步地，所述排氣管排氣口對應石英舟組上中心筒排氣口位置設置，並沿排氣管周向均勻設置；所述排氣管頂端為密閉結構。這裡排氣管設置是為了保障氣體水平擴散，避免頂部形成吸食，破壞擴散方向及均勻性。
進一步地，沿所述排氣管外側安裝有排氣管護欄，所述護欄圍成區域小於所述導孔區域。排氣管護欄具有導向功能，用於石英舟快速準確堆疊，同時起到保護排氣管的功能，防止排氣管被撞擊損壞。
進一步地，還包括壓力傳感器和溫度傳感器，所述壓力傳感器和溫度傳感器設置在爐門上，並對應爐體爐腔設置。所述爐體爐腔呈圓柱型，所述石英舟的橫截面為圓形。
由於採用上述技術方案，本發明具有以下有益效果：
1.本發明氣體混合裝置安裝在爐體側面，在使各種氣體按規定比例充分混合後，再通過進氣螺旋管均勻排放到爐體內部，這使爐體內部各部分的氣的成分完全相同，可以是每爐的太陽能矽片電阻基本完全一樣。
2.本發明進氣螺旋管攀附在圓柱形爐體內壁，在進氣螺旋管內側均勻分布有進氣孔，而且排氣管布置在爐體中央，在排氣管上也均勻分布有排氣口，而且各氣孔軸線均指向爐體軸線，同時進氣螺旋管與排氣管相互映射，充分保障擴散的均勻性。
3.本發明石英舟組由多個截面為圓形的石英舟依次首尾鑲嵌豎直排列，然後由排氣管依次穿過各石英舟，將石英舟組放置在爐體中央位置，以單個石英舟可加工100左右的太陽能矽片計算，一個爐體內部可疊加7～9個石英舟，這樣大大提高了太陽能矽片的單爐產量，9降低了成本。
4.本發明排氣管護欄分布在排氣管的周圍，可以充分保護排氣管，和進氣螺旋管，其目的是在各個石英舟進出爐體時，起到一個軌道的作用，防止石英舟偏離爐體中央，衝撞到進氣螺旋管和排氣管。另外放置和拿出石英舟時有專用的三角爪夾具。
5.本發明將太陽能矽片擴散爐豎直放置，改變了傳統的臥式方式，構建了一種新型立式太陽能矽片擴散爐；按照立式擴散爐的特點，別有新意的利用疊加型石英舟組，並利用相互照應的進排氣管將石英舟包裹在其中。
6.本發明爐體內部安裝有溫度傳感器和壓力傳感器，可以對反應過程實時監測。
附圖說明
圖1是本發明結構示意圖；
圖2是本發明未裝石英舟的擴散爐剖視圖；
圖3是圖2局部發大圖；
圖4是本發明氣體混合裝置結構示意圖；
圖5是本發明進氣螺旋管示意圖；
圖6是本發明石英舟組結構示意圖；
圖7是本發明單個石英舟結構示意圖。
附圖中，1-進氣螺旋管、2-排氣管、3-石英舟、4-石英舟組、5-氣體混合裝置、6-爐門、7-壓力傳感器、8-溫度傳感器、9-爐體、10-進氣閥、11-排氣閥、12-抽風機、13-軟管、14-廢氣儲蓄裝置、15-排氣管護欄、31-支撐板、32-石英棒、33-刻槽、34-中心筒、35-底板、36-導孔、37-排氣口、51-螺旋進氣孔、52-螺旋出氣孔。
具體實施方式
以下結合附圖對發明的具體實施進一步說明。
如圖1-7所示，立式太陽能矽片擴散爐包括立式爐體9、爐門6、石英舟組4、進氣裝置和廢氣排放裝置。爐門6鉸接在爐體9頂部，能夠向上翻轉打開爐體9爐腔，或向下翻轉閉合爐體9爐腔；爐門6對應爐體9爐腔一側設灰有溫度傳感器8和壓力傳感器7，在工作時對應監控爐體9爐腔的溫度及壓力情況。進氣裝置和廢氣排放裝置分別連通爐體9爐腔；進氣裝置用於提供混合均勻的擴散源和氮氣；廢氣排放裝置用於收集過程中產生的廢氣或尾氣，避免廢氣淤積影響擴散效果。其中，石英舟組4設置在爐體9爐腔中間，石英舟組4由單個或多個石英舟組4依次首尾疊加構成，石英舟3上設置用於放置矽片的舟槽。
如圖1-3所示，為擴散爐整體結構及爐體9結構示意圖。爐體9呈圓筒型，其內爐腔為圓柱型結構，爐門6鉸接在爐體9頂部；在爐體9底部設置有底架，用於是爐體9豎直放置在水平面上。
廢氣排放裝置包括排氣管2、排氣閥11、抽風機12和廢氣儲蓄裝置14，排氣管2沿爐體9爐腔中心軸線豎直設置，其上端低於爐體9上端面，且排氣管2上端面為閉合結構；排氣管2上均布有排氣口，排氣口均垂直指向排氣管2中心軸線，其底部連接排氣閥11。排氣閥11設置在閥體底部中間，其位於閥體內一端連接排氣管2底端，其位於閥體外一端通過抽風機12連接廢氣儲蓄裝置14。
如圖3所示，沿所述排氣管2外側安裝有排氣管護欄15，護欄圍成區域小於所述導孔36區域。排氣管護欄15具有導向功能，用於石英舟3快速準確堆疊，同時起到保護排氣管2的功能，防止排氣管2被撞擊損壞。
如圖1-5所示，進氣裝置包括進氣螺旋管1、進氣閥10和氣體混合裝置5，進氣螺旋管1設置在石英舟組4與爐體9腔壁之間，進氣螺旋管1外側與爐體9內壁貼合，其內側均布有進氣孔，進氣孔中心均垂直指向排氣管2中心軸線。進氣螺旋管1通過進氣閥10連接氣體混合裝置5，進氣閥10設置在爐體9下部，其位於爐體9內一端連接進氣螺旋管1，其位於爐體9外一端連接氣體混合裝置5。進氣閥10可以開啟使進氣螺旋管1與氣體混合裝置5連通，或閉合使進氣螺旋管1與氣體混合裝置5連通關閉。
如圖4所示，氣體混合裝置5為直角L型結構，其一端內設有一連接進氣閥10的螺旋出氣孔52，另一端均布多個螺旋進氣孔51，螺旋進氣孔51與螺旋出氣孔52連通。擴散源和氮氣在通過螺旋進氣孔51後形成螺旋氣旋，多個螺旋氣旋在回合在螺旋出氣孔52時會形成渦流，使得擴散源和氮氣能夠快速混合均勻。氣體混合裝置5其結構簡單，利於製造，在保障混合效果的同時減少了裝置的體積，並有效減少製造成本。
如圖5所示，進氣螺旋管1呈螺旋設置，進氣螺旋管1設置在石英舟組4與爐體9腔壁之間，進氣螺旋管1朝向石英舟組4一側均布有進氣孔。
氣體混合裝置5能夠將擴散源和氮氣混合均勻，進氣閥10可以將開啟或關閉進氣，進氣螺旋管1進氣孔垂直指向排氣管2中心軸線能夠使其放出的氣體指向性噴射，即水平由外至內擴散，保障混合後擴散源和氮氣有針對性對應矽片並在形成廢氣後及時排出，避免形成湍流發生及擴散不均勻情況發生，這樣矽片的加工效果得到良好保障。
如圖6和圖7所示，為石英舟組4和石英舟3結構示意圖。石英舟組4由石英舟3依次豎直疊放而成，並豎直放置在爐體9爐腔中間，石英舟3中間設有垂直貫通的導孔36，在石英舟3上以該導孔36中心軸線為中心呈放射性均勻設有用於放置矽片的舟槽。這裡，導孔36對應排氣管護欄15設置，安裝時，將石英舟3逐一通過導孔36沿排氣管護欄15放入爐體9爐腔。具體的，石英舟3包括一中心筒34、四支撐板31和多個石英棒32，中心筒34為中空結構，中心筒34沿其中心軸線設有所述導孔36，用於連通擴散爐中的排氣結構；支撐板31沿中心筒34周向均勻設置在中心筒34外側面上且相對中心筒34中心軸線平行，支撐板31用於支撐石英棒32；石英棒32通過其舟槽用於放置矽片。相鄰的支撐板31間設有四根石英棒32，石英棒32間平行設置且對應矽片的下部弧形間隔排列；石英棒32朝向矽片一側均勻設置多個刻槽33，四根石英棒32間的刻槽33一一對應並共同構成所述舟槽，舟槽以中心筒34軸心線為中心相對呈放射性設置。中心筒34位於兩相鄰支撐板31之間設置有貫通中心筒34內腔的排氣口37。
石英棒32在支撐板31之間，為圓弧結構並沿中心筒34周向設置。石英棒32的端部固定的支撐板31上，石英棒32對應矽片的下部弧形間隔排列；具體的，石英棒32為四分之一圓弧，位於相鄰支撐板31形成的扇形區最內側和最外側的石英棒32對應矽片中部對稱兩側，位於扇形區底部的石英棒32對應矽片底部對稱兩側。石英棒32朝向矽片一側均勻設置刻槽33，四根石英棒32間的刻槽33一一對應並共同構成所述舟槽，舟槽以中心筒34軸心線為中心相對呈放射性設置，這樣可以更好地提高舟槽數量，提高石英舟的利用率。
這裡同一支撐板31形成扇區間多個石英棒32間形成對應矽片下部輪廓的放置架，即石英棒32間可形成一個截面為U型的放置架，其中設置二根石英棒32位於支撐板31下部從而對應矽片下部，再在支撐板31中部設置對應矽片兩側輪廓的石英棒32，石英棒32上設置刻槽33一一對應並組成所述舟槽，並使得矽片呈豎直放置且放射性均勻設置，最大化利用石英舟3使用空間。石英舟3疊加時，中心筒34端面依次對應貼合，這時設置在中心筒34上的排氣口37對應排氣管2的通道，保證進入的擴散源和氮氣沿放置矽片的扇區由外至內水平擴散。
作為對上述方案的優化，在石英舟的底部對應設置圓形的底板35，底板35對應同軸設置中心筒34底部，並且底板35中間設置與中心筒34內徑大小的通孔；支撐板31下端連接底板35上端面。在底板35下端面設置與其同軸的圓形凸臺，支撐板31間上端面平齊並高於中心筒34的上端面，支撐板31設置與凸臺對應的凹槽，該凹槽底面與中心筒34的上端面平齊，以保證石英舟堆疊後中心筒34間形成通道。底板35可以更好的實現石英舟之間的堆疊，形成石英舟組，同時避免在石英舟組時，上層矽片或雜物掉下。
為增加石英舟之間堆疊的穩定性，底板35下端面設置與其同軸的圓形凸臺，在底板35下端面的圓形凸臺上還設置對應中心筒34上端的大小的底部凹槽；支撐板31間上端面與中心筒34的上端面平齊，在支撐板31設置與凸臺對應的環形凹槽；即堆疊時，底板35與支撐板31間相互插合，底板35的底部凹槽與中心筒34相互插合。
這裡，支撐板31的外側端對應底板35的外圓輪廓，底板35的上端面設置與其同心的圓形凹槽，該圓形凹槽的直徑大小對應舟槽寬度，或略小於舟槽寬度。
這裡，對上述提供另一併列方案，即石英棒32由石英圈替代；石英圈與中心筒34呈同心設置，並在支撐板31設有對應石英圈固定放置的卡槽。石英圈方便加工成型，其圓度可以得到有效保障，這樣減少石英棒32安裝誤差和製造誤差，降低製造難度。
這裡，排氣管2排氣口對應石英舟組4上中心筒34排氣口37位置設置，並沿排氣管2周向均勻設置；排氣管2頂端為密閉結構。這裡排氣管2設置是為了保障氣體水平擴散，避免頂部形成吸食，破壞擴散方向及均勻性。
上述方案提供通過設置立爐體9，石英舟組4可以根據不同需要而疊加石英舟3，石英舟3以其中間上的導孔36為中心呈放射性布置，能夠設置最多的用於放置矽片的舟槽。在石英舟組4中間或者說石英舟3中間設置導孔36，該導孔36對應用於排氣的排氣管2；而在石英舟組4外側，螺旋設置的進氣螺旋管1能夠沿石英舟組4四周由外之內均勻放送擴散源和氮氣，擴散源和氮氣在擴散到石英舟組4中間時，通過排氣管2及時排出。這裡進氣螺旋管1的進氣孔與排氣管2的排氣口相互映射對應，使得氮氣由外至內呈水平擴散，其均勻性得到了有效保障，同時有利於排氣的及時及效率，避免廢氣的在爐體9內形成淤積。本方案中石英舟組4可以是一個石英舟3也可以是多個石英舟3，石英舟3數量根據需要堆疊即可，簡單方便。
上述說明是針對本發明較佳可行實施例的詳細說明，但實施例並非用以限定本發明的專利申請範圍，凡本發明所提示的技術精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應屬於本發明所涵蓋專利範圍。