CN102544228B - 晶体硅太阳能电池气体动态扩散装置 - Google Patents
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Abstract
一种晶体硅太阳能电池气体动态扩散装置，包括石英管，石英管上设有进气管、出气管，石英管内设有放置硅片的石英舟，石英管内设有固定石英舟的支撑台，支撑台放置在一横向螺杆上，横向螺杆横向穿过石英管，横向螺杆的外端通过齿轮箱连接有步进电机，横向螺杆上设有位于支撑台两侧的限位块；支撑台的底端面支撑有穿过石英管的纵向螺杆，纵向螺杆的外端通过齿轮箱连接步进电机，齿轮箱、步进电机均固定在固定架上。本发明通过在石英管内加装动作机构的方法，实现气态磷源的动态扩散，可以使硅片做上下左右的微小移动，从而改变气体流场的流向，使得硅片上沉积的磷源全面均匀。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池制造设备，尤其是一种晶体硅太阳能电池气体动态扩散装置。
背景技术
在目前的晶硅的生产工艺中，扩散的方式有三种:1、喷涂磷酸水溶液后链式扩散；2、丝网印刷磷浆后链式扩散；3、三氯氧磷气态扩散。其中三氯氧磷气态扩散是目前最为主要的扩散方式。
扩散PN结质量的好坏很大程度上影响了多晶硅电池的转换效率，扩散的质量主要由方块电阻和少子寿命两个参数来表征。扩散的发展方向是高方块电阻，因为高阻(80-120/sq)可以有效减少常规低阻（60Ω/sq）电池的死层效应，提高少子寿命，增加短波的响应，提高短路电流，从而提高转换效率。方块电阻越均匀，表明PN结越平坦，有利于后续的烧结工艺，降低了烧穿的几率，减少了失败率，稳定了转换率。同时高阻减少了晶格畸变、能带收缩等因素，因此均匀的高方块电阻是提高转换效率的很好的途径。
当前的三氯氧磷气态扩散均为静态扩撒，扩散的过程中石英舟静止在石英管内，炉管内的气流场不均匀，因此硅片上磷源的沉积也很不均匀，造成方块电阻的均匀性很差，无法做到单片±3Ω/sq ，影响了转换效率的提升。
如附图1所示：在石英管1上设有进气管2、出气管3，石英管1内设有放置硅片5的石英舟4，在石英舟4下设有支撑架6，该结构为目前最为常见的晶体硅太阳能电池气体扩散装置，该结构较为简单，但是气体扩散方式产生效果不好，扩散在硅片表面的磷源均匀度差。
如中国专利（专利号为201020263438.6）的一种太阳能电池硅片扩散炉，包括炉体，炉体内设有石英舟，硅片放置于石英舟上，炉体上设有用于扩散气体进入炉体内的进气管和扩散处理后排放尾气的排放管，排放管位于石英舟下方，所述的进气管内所流向硅片的扩散气体沿平行于硅片表面的方向流动。该结构采用扩散气体平行于电池硅片表面流动的方式，使得扩散气体不会因为硅片自身的阻挡而到达不了硅片的背面以及硅片与硅片之间的空隙内，使得扩散气体能够均匀分布在硅片表面，由于气体的稳定性不好，想要使整个炉内的气体均匀非常困难，因此这种气体扩散方式产生效果不好，扩散在硅片表面的磷源均匀度差。
如中国专利（专利号为200810162962.1）的一种晶体硅太阳电池PN结的制备方法，取硅片置于石英舟内，且石英舟内每槽仅插入一片硅片，然后将石英舟置于扩散炉碳化硅悬臂桨上，然后进舟，进舟时采用分段进舟的方式，第一段设定步进电机的转速为250～999mm/min，运行时间1～3min；第二段设定步进电机的转速为250～999mm/min，运行时间1～3min；第三段设定步进电机的转速在250～999mm/min，运行时间1～3min。这种采用旋转的硅片的方式提高方块电阻的均匀度，但是硅片在旋转时具有离心作用，而且硅片的外端的转动速度较快，因此会造成硅片外端部分的方块电阻覆盖较厚。
发明内容
本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种晶体硅太阳能电池气体动态扩散装置，通过在石英管里面加装定位以及动作机构的方式，带动石英舟做微小的移动，在扩散的过程中改变气流场的流向，可以使扩散的方块电阻更加均匀，达到单片极差±3Ω/sq ，提升转换效率。
本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种晶体硅太阳能电池气体动态扩散装置，包括石英管，石英管上设有进气管、出气管，石英管内设有放置硅片的石英舟，石英管内设有固定石英舟的支撑台，支撑台放置在一横向螺杆上，横向螺杆横向穿过石英管，横向螺杆的外端通过齿轮箱连接有步进电机，横向螺杆上设有位于支撑台两侧的限位块；支撑台的底端面支撑有穿过石英管的纵向螺杆，纵向螺杆的外端通过齿轮箱连接步进电机，齿轮箱、步进电机均固定在固定架上。该结构在原有静态扩散的基础上，通过在石英管内加装动作机构，实现气态磷源的动态扩散，即在气态磷源扩散时，使硅片做上下、左右的微小移动，从而改变接近硅片表面的气体流场的流向，使接近硅片表面的气体变得均匀。而且在硅片微小移动的过程中，使得硅片上沉积的磷源随着硅片移动，使其更加均匀，以获得更加均匀的高方块电阻，从而有效的提升转换效率。
支撑台的中间设有凹槽，该凹槽内设有输送石英舟的送舟浆。这样可以方便、平稳地将石英舟放入到石英管内，而且拿出来也方便。
纵向螺杆的顶端设有支撑板，支撑板上设有便于支撑台左右移动的滚动辊。这样使石英舟移动更加灵活。
横向螺杆、纵向螺杆均有两根，分别置于支撑台的两端。这样支撑稳固。
动作机构带动石英舟移动的距离小于35mm。这样，硅片在这个范围内微小移动，使得硅片上沉积的磷源最均匀。
石英舟移动的方向与进气管所排入气体的方向相平行。这样使硅片表面上沉积的磷源更加均匀。
本发明有益的效果是：本发明通过在石英管内加装动作机构的方法，实现气态磷源的动态扩散，可以使硅片做上下左右的微小移动，从而改变气体流场的流向，使得硅片上沉积的磷源全面均匀，在500片扩散的情况下，能够制得（80-100）Ω/sq 的高阻，同时单片极差控制在±3Ω/sq，这是静态扩散方法无法达到的高度。
附图说明
图1为现有技术中气体静态扩散的剖视图；
图2为本发明的整体结构示意图；
图3为本发明卸掉石英管的结构示意图；
图4为本发明横向移动的局部结构示意图；
图5为本发明纵向移动的局部结构示意图；
图6为本发明支撑板的结构示意图。
附图标记说明：石英管1，进气管2，出气管3，石英舟4，硅片5，支撑架6，支撑台7，凹槽7-1，送舟浆8，横向螺杆9，限位块9-1，纵向螺杆10，齿轮箱11，步进电机12，固定架13。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参照附图：这种晶体硅太阳能电池气体动态扩散装置，包括石英管1，石英管1上设有进气管2、出气管3，石英管1内设有放置硅片5的石英舟4，石英管1内设有固定石英舟4的支撑台7，支撑台7放置在一横向螺杆9上，横向螺杆9横向穿过石英管1，横向螺杆9的外端通过齿轮箱11连接有步进电机12，横向螺杆9上设有位于支撑台7两侧的限位块9-1；支撑台7的底端面支撑有穿过石英管1的纵向螺杆10，纵向螺杆10的外端通过齿轮箱11连接步进电机12，横向螺杆9、纵向螺杆10均有两根，分别置于支撑台7的两端。其中齿轮箱11、步进电机12均固定在固定架13上。支撑台7的中间设有凹槽7-1，该凹槽7-1内设有输送石英舟4的送舟浆8。纵向螺杆10的顶端设有支撑板14，支撑板14上设有便于支撑台7左右移动的滚动辊15。
本发明的操作过程：
1、将硅片5插在石英舟4上，用送舟浆8将石英舟4送入石英管1内，并放置在支撑台7上，从进气管2内通入气态磷；
2、同时启动连接在纵向螺杆10上的步进电机12，两纵向螺杆10同时带动支撑台7上下移动，支撑台7移动的上下距离小于35mm，移动速度控制在100～300mm/min，上下移动时间1～2min，停止连接在纵向螺杆10上的步进电机12；
3、同时启动连接在横向螺杆9上的步进电机12，两横向螺杆9同时带动支撑台7左右移动，支撑台7移动的左右距离小于35mm，移动速度控制在100～300mm/min，左右移动时间1～2min，停止连接在横向螺杆9上的步进电机12；
4、停止通入气态磷，用送舟浆8取出石英舟4，并从石英舟4内取出硅片5即可。
本发明在石英管1内加装动作机构，此机构均为石英器件，不会引入污染，通过电气控制的方式，在扩散的过程中，动作机构能够带动石英舟4在石英管1内做上下左右轻微（0-35mm）的移动，改变接近到硅片表面的气流场的流向，获得高而均匀的方块电阻。石英舟4移动的方向与进气管2所排入气体的方向相平行。
本发明通过在石英管内加装动作机构的方法，实现气态磷源的动态扩散，可以使硅片做上下左右的微小移动，从而改变气体流场的流向，使得硅片上沉积的磷源全面均匀，在500片扩散的情况下，能够制得（80-100）Ω/sq 的高阻，同时单片极差控制在±3Ω/sq，这是静态扩散方法无法达到的高度。
虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。
Claims (5)
1. 一种晶体硅太阳能电池气体动态扩散装置，包括石英管（1），石英管（1）上设有进气管（2）、出气管（3），石英管（1）内设有放置硅片（5）的石英舟（4），其特征是：所述石英管（1）内设有固定石英舟（4）的支撑台（7），支撑台（7）放置在一横向螺杆（9）上，横向螺杆（9）横向穿过石英管（1），横向螺杆（9）的外端通过齿轮箱（11）连接有步进电机（12），横向螺杆（9）上设有位于支撑台（7）两侧的限位块（9-1）；所述支撑台（7）的底端面支撑有穿过石英管（1）的纵向螺杆（10），纵向螺杆（10）的外端通过齿轮箱（11）连接步进电机（12），所述齿轮箱（11）、步进电机（12）均固定在固定架（13）上。
2. 根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池气体动态扩散装置，其特征是：所述支撑台（7）的中间设有凹槽（7-1），该凹槽（7-1）内设有输送石英舟（4）的送舟浆（8）。
3. 根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池气体动态扩散装置，其特征是：所述纵向螺杆（10）的顶端设有支撑板（14），支撑板（14）上设有便于支撑台（7）左右移动的滚动辊（15）。
4. 根据权利要求3所述的晶体硅太阳能电池气体动态扩散装置，其特征是：所述横向螺杆（9）、纵向螺杆（10）均有两根，分别置于支撑台（7）的两端。
5.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池气体动态扩散装置，其特征是：所述石英舟（4）移动的距离小于35mm。
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