CN101220518B - 一种用于高温扩散系统的尾气收集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于高温扩散系统的尾气收集装置，包括石英反应管、放置在所述石英反应管内部的尾气导出管、冷却瓶、盘管和收集瓶，其中尾气导出管一侧与冷却瓶一端连接，冷却瓶另一端与盘管一端连接，盘管固定于收集瓶瓶身，且盘管另一端与收集瓶相通。本装置能够高效、安全、简便的收集有毒害工艺尾气，将传统的尾气从炉口直接排出、尾气直接与空气接触产生大量的偏磷酸改为密闭收集，排出的工艺尾气不直接与大气接触从而使废液偏磷酸生成量大大减少，极大降低了设备的维护周期，使扩散工艺更加清洁、环保。

Description

一种用于高温扩散系统的尾气收集装置
技术领域
本发明涉及一种用于高温扩散系统的尾气收集装置，具体是一种针对硅太阳能电池PN结高温扩散制备过程中有毒害尾气的安全收集装置。
背景技术
随着人们环保意识的日益提高，国际、国内对可再生能源，特别是对太阳能的开发利用的需求越来越强。在过去的10多年来世界太阳能电池的产量一直以每年30％以上的高速增长，超过半导体行业是世界上发展最快的行业之一。据统计目前世界上共有136个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中，其中有95个国家正在大规模地进行太阳能电池及相关技术的研发。我国的可再生能源法案也已于2005年2月28日正式通过，太阳能是地球上能获得的最重要的再生清洁能源，而硅太阳能电池是获得太阳能最重要的光电产品。
目前，硅太阳能电池是太阳能电池生产的主流产品，晶体硅太阳能电池的产量占世界太阳能电池总产量的90％以上。硅太阳能电池的一个必不可少的关键核心工艺是利用高温扩散系统对P型或N型衬底进行掺杂以形成硅电池必不可少的关键单元-PN结。PN结是硅太阳能电池的“心脏”，其质量的好坏直接影响到电池的光电转换效率等电性能，高质量的扩散所制得的硅太阳能电池其转换效率已达到17％以上。
但传统的高温扩散系统都是采用开管扩散的方式：待扩散的硅片装载于SiC桨上再缓慢推入到石英管中，φ300mm的石英管尾部收缩，而首部仅靠一石英平板(石英炉门)进行简单封盖。工艺气体从尾部缩口处导入到石英管中，经过恒温区与其内的硅片进行反应后再从首部排出。不管是磷扩散还是硼扩散，在工艺过程中都会产生大量的有毒害付产物，这些有毒害付产物如果不经过处理直接排出，不仅腐蚀设备，而且对操作人员身体健康与环境也造成极大的危害。
目前世界上只有二家公司能够对扩散工艺后所产生的有毒害尾气进行有效的收集与处理。一个是德国的Centrotherm公司，一个是法国的Semic公司。德国Centrotherm公司的装置炉口采用石英磨砂方式进行密封，靠尾部送入的气体的压力把管内的废气从一细小尾气管压出，经降温、收集、无害处理后再排外；法国的Semic公司的装置采用减压制程的方式(石英管内工作压力略低于1个大气压)通过尾气管把工艺过程中所产生的废气“吸”出石英管，经过降温与无害处理后再排外。这两家公司的产品尾气排放都达到了相关环境排放标准，但这两家公司的产品都有不完美之处：可靠性不是很好。法国的Semic公司由于是减压制程，配置了一防腐耐高温的真空泵，因此必须定期对其进行清洗与维护，泵的故障率较高；德国的Centrotherm公司由于炉口采用的是石英磨砂的方式进行密封，因此其密封可靠性较差，且由于是硬接触，石英炉门经常发生碰坏现象，密封效果也不是很理想。
发明内容
本发明旨在提供一种用于高温扩散系统的尾气收集装置，能够高效、安全、简便的收集有毒害工艺尾气，将传统的尾气从炉口直接排出，尾气直接与空气接触产生大量的偏磷酸改为密闭收集，排出的工艺尾气不直接与大气接触从而使废液偏磷酸生成量大大减少，极大延长了设备的维护周期，使扩散工艺更加清洁、环保。
本发明要解决的技术问题是针对现有技术缺陷，提出所述用于高温扩散系统的尾气收集装置，一种用于高温扩散系统的尾气收集装置，包括石英反应管(1)，还包括放置在所述石英反应管(1)内部的尾气导出管(2)、冷却瓶(4)、盘管(6)和收集瓶(5)，其中尾气导出管(2)一侧与冷却瓶(4)一端连接，冷却瓶(4)另一端与盘管(6)一端连接，盘管(6)固定于收集瓶(5)瓶身，且盘管(6)另一端与收集瓶(5)相通。
所述尾气导出管(2)和冷却瓶(4)之间及冷却瓶(4)与盘管(6)之间均通过四氟连接头(3)连接。
所述尾气导出管(2)和冷却瓶(4)之间及冷却瓶(4)与盘管(6)之间均通过公母球形磨口接头连接，且由弹性不锈钢夹子紧固。
所述尾气导出管(2)与盘管(6)的管径为Φ16。
所述收集瓶经过隔板(7)分为上下两层，所述隔板(7)上设有直径Φ1.5～2mm的细孔，收集瓶上层放置有气体吸附剂(8)。
本发明的设计原理是(参见图1、2)：石英反应管炉口已用石英炉门可靠密封好，因此整个反应过程与外界环境是完全隔离开的，由于工艺气体源源不断地送入到石英管内导致管内压力不断升高，但装置的尾气排外口处是大气压，因此依靠内外压差的动力作用把反应后的尾气源源不断地从导入管“挤出”尾气导出管(2)，尾气导出管(2)从石英管(1)尾部伸入到石英管口把尾气从石英管口导出后，由于气体刚导出反应室，温度很高，利用温差的作用实现气体中液体冷凝分离，首先与冷却瓶(4)相连进行降温与气液分离，该瓶为圆柱状，左右端圆面在非圆心处焊有进出气口，以方便调节进出气口与尾气导出管(2)的高度，最后降温后冷凝的液体顺着盘管导入收集瓶(5)内。收集瓶(5)瓶身外焊有斜坡状的盘管以增加散热面积并且有利于冷凝的偏磷酸(HPO3)经盘管沉淀于收集瓶(5)瓶底，该瓶分上下二层，下层用来盛装前面没有充分冷凝收集完的偏磷酸等液体，上层放置用于消除氯气等有毒气体元素的气体吸附剂(8)，中间由隔板(7)隔断(见图2所示)，隔板上密布直径2mm的细孔(见图3所示)，以便防止其上的活性碳等气体吸附剂(8)从细孔进入下层，并减小气体排外的阻力，让尾气从中通过再排外从而实现尾气的无害化排放。
本发明通过该种尾气排放方式，实现了工艺尾气与大气环境完全隔离条件下定向收集，并且通过对气体冷凝方式实现气液分离，避免了液体从石英管口处与净化台处随机滴落，极大延长了设备的维护周期，使扩散工艺更加清洁、环保。并且本发明不仅适用于硅太阳能电池高温扩散PN结的制造，它可完全应用于微电子、电力电子领域内的所有扩散PN结制造设备，节能节源效果非常明显，降低了生产成本，符合我们建设节约型社会的目标。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1中收集瓶的结构图；
图3是图2中A-A向剖视图；
图4是图1中冷却瓶的结构图；
图5是图4中B-B向剖视图。
在附图中：
1-石英反应管，        2-尾气导出管，
3-四氟连接头，        4-冷却瓶，
5-收集瓶，            6-盘管，
7-隔板，    8-气体吸附剂，
具体实施方式
石英反应管炉口用石英炉门可靠密封好，依靠内外压差的动力作用把反应后的尾气源源不断地从导入管“挤出”尾气导出管2，尾气导出管2外径Φ16mm，壁厚1mm，长度2400mm，从石英管1尾部伸入到石英管口把尾气从石英管口导出后，首先通过由四氟连接头3连接的冷却瓶4进行降温与气液分离，冷却瓶4为圆柱状，左右端圆面在非圆心处焊有进出气口，以方便调节进出气口与尾气导出管2的高度，其余气体再经由盘管6进一步冷却降温后导入另一收集瓶5，呈斜坡状焊接在收集瓶5瓶身外的盘管6有利于增加散热面积并且有利于冷凝的偏磷酸(HPO3)经盘管6沉淀于分上下二层的收集瓶5瓶底，收集瓶5下层用来盛装前面没有充分冷凝收集完的偏磷酸等液体，上层放置用于消除氯气等有毒气体元素的气体吸附剂8活性炭，中间由隔板7隔断，隔板上密布直径2mm的细孔。经过该方式处理后的尾气经检测偏磷酸排放减少60％以上、尾气中Cl2、HCl减少排放超过80％。

Claims (5)

1.一种用于高温扩散系统的尾气收集装置，包括石英反应管(1)，其特征在于，还包括放置在所述石英反应管(1)内部的尾气导出管(2)、冷却瓶(4)、盘管(6)和收集瓶(5)，其中尾气导出管(2)一侧与冷却瓶(4)一端连接，冷却瓶(4)另一端与盘管(6)一端连接，盘管(6)固定于收集瓶(5)瓶身，且盘管(6)另一端与收集瓶(5)相通。
2.根据权利要求1所述用于高温扩散系统的尾气收集装置，其特征在于，所述尾气导出管(2)和冷却瓶(4)之间及冷却瓶(4)与盘管(6)之间均通过四氟连接头(3)连接。
3.根据权利要求1所述用于高温扩散系统的尾气收集装置，其特征在于，所述尾气导出管(2)和冷却瓶(4)之间及冷却瓶(4)与盘管(6)之间均通过公母球形磨口接头连接，且由弹性不锈钢夹子紧固。
4.根据权利要求1所述用于高温扩散系统的尾气收集装置，其特征在于，所述尾气导出管(2)与盘管(6)的管径为Φ16mm。
5.根据权利要求1所述用于高温扩散系统的尾气收集装置，其特征在于，所述收集瓶经过隔板(7)分为上下两层，所述隔板(7)上设有直径Φ1.5～2mm的细孔，收集瓶上层放置有气体吸附剂(8)。
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