CN104916740B - 退火氧化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种退火氧化设备，该设备包括炉体、传送装置、进气装置、加热装置、冷却装置、保温层和控制装置。炉体一端设有进料口，另一端设有出料口，所述炉体包括相互连通的加热区和冷却区，所述冷却区靠近所述出料口；进气装置位于炉体内部并与炉体连通，加热装置和冷却装置均位于炉体外部，控制装置分别与传送装置、加热装置、进气装置和冷却装置连接。硅片经进料口进入炉体，经传送装置自进料口向出料口运动，硅片在炉体内的运动过程中，进气装置不断向炉体内输送氧气，控制装置通过控制加热装置、冷却装置以及传送装置进而调节炉体内的温度和硅片的传送速度，从而完成硅片的退火氧化工艺。硅片在从炉体中传送并输出的同时完成了硅片的退火氧化，减少了操作步骤，节约了生产时间。

Description

退火氧化设备
技术领域
本发明涉及太阳能电池制备领域，特别是涉及退火氧化设备。
背景技术
目前，高效、低成本为晶硅太阳电池发展的主要趋势。其中，离子注入技术、表面SiO2/SiNx叠层膜钝化技术广泛地应用在高效电池的制备工艺中。离子注入技术是一种把掺杂剂的原子引入固体中的一种材料改性方法。简单地说，离子注入的过程，就是在真空系统中，用经过加速的，要掺杂的原子的离子照射(注入)固体材料，从而在所选择的(即被注入的)区域形成一个具有特殊性质的表面层(注入层)。
在离子注入技术后续的过程中需要增加退火工艺以激活硅片内的掺杂源，使其从间隙式掺杂形成有效的替位式掺杂，同时高温通入氧气，在硅片表面形成一层氧化硅薄膜，达到良好的表面钝化效果。一般地，离子注入技术的退火工艺是在离子注入后进行特定的湿法化学处理，甩干后放入管式设备中进行退火氧化处理，管式设备需经过上料、进管、升温、氧化、降温、退管、下料等流程，步骤较多，生产时间长。
发明内容
基于此，有必要提供一种可以节约生产时间的退火氧化设备。
一种退火氧化设备，包括：
炉体，一端设有进料口，另一端设有出料口，所述炉体包括相互连通的加热区和冷却区，所述冷却区靠近所述出料口；
传送装置，位于所述炉体内部，自所述进料口向所述出料口延伸；
进气装置，位于所述炉体内部并与所述炉体连通；
加热装置，位于所述炉体外部，用于升高所述加热区内的温度；
冷却装置，位于所述炉体外部，用于控制所述冷却区内的降温速度；
保温层，包覆所述炉体的外壁，并位于所述加热装置和所述冷却装置的外部；以及
控制装置，分别与所述传送装置、所述加热装置、所述进气装置和所述冷却装置连接。
上述退火氧化设备，硅片经进料口进入炉体，经传送装置自进料口向出料口运动，硅片在炉体内经加热区向冷却区运动的过程中，进气装置不断向炉体内输送氧气，控制装置通过控制加热装置、冷却装置、进气装置以及传送装置进而调节加热区内的升温速度、炉体内气体流量、冷却区的降温速度和硅片的传送速度，同时保温层保持炉体内温度的稳定，从而完成硅片的退火工艺。硅片在从炉体中传送并输出的同时完成了硅片的退火氧化，减少了操作步骤，节约了生产时间。
在其中一个实施例中，所述进料口处设有进料挡板，所述出料口处设有出料挡板，所述进料挡板和所述出料挡板均与所述炉体连接。
在其中一个实施例中，还设有降温装置，所述降温装置位于所述保温层外部，所述降温装置与所述控制装置连接。
在其中一个实施例中，所述加热装置的数量为多个，多个所述加热装置对称地设置在所述炉体外部。
在其中一个实施例中，所述冷却装置的数量为多个，多个所述冷却装置对称地设置在所述炉体外部。
在其中一个实施例中，所述加热区的数量为多个，每个所述加热区均设有所述加热装置。
在其中一个实施例中，所述加热装置为电阻丝或红外灯管。
在其中一个实施例中，所述炉体的材质为石英。
在其中一个实施例中，所述传送装置为导轨或传送带。
在其中一个实施例中，所述导轨或传送带的材质为非金属耐高温材料。
附图说明
图1为一实施方式的退火氧化设备的截面图；
图2为图1所示的退火氧化设备的侧视图；
附图标记：
10、退火氧化设备；20、硅片；100、炉体；200、传送装置；300、进气装置；400、加热装置；500、冷却装置；600、保温层；700、控制装置；800、降温装置；110、加热区；120、冷却区；102、进料口；104、出料口；130、进料挡板；140、出料挡板。
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较佳的实施例。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的理解更加透彻全面。
如图1和图2所示，一实施方式的退火氧化设备10包括炉体100、传送装置200、进气装置300、加热装置400、冷却装置500、保温层600和控制装置700。炉体100的两端设有开口，一端为进料口102，另一端为出料口104。炉体100包括相互连通的加热区110和冷却区120，冷却区120靠近出料口104。硅片20经进料口102进入炉体100，完成退火氧化处理后，再经出料口104输出。在硅片20经进料口102向出料口104的运动过程中依次经过加热区110和冷却区120，从而根据不同的温度需求完成硅片20的退火处理。
在本实施例中，加热区110的数量为多个，每个加热区110均设有加热装置400。加热装置400与控制装置700连接，每个加热区110的温度可以根据需要进行差异化设置。多个加热区110相互连通，每个加热区110可以设置不同温度，一般在0℃-1100℃之间。在本实施例中，加热装置400为电阻丝或红外灯管。可以理解的是，在其它实施例中，加热装置400也可以是其它加热元件，只要能够使炉体100内的温度升高即可。
同时，冷却区120的数量也可以根据实际需要进行设置，例如，可以为一个，两个或多个。可以理解的是，多个冷却区120也是相互连通的。可以通过控制装置700控制冷却装置500，进而控制冷却区120的降温速度。
炉体100的形状既可以是长方体也可以是圆柱体。炉体100的宽度不限，可以根据实际的需要进行设计，只要能满足硅片20能够进入炉体100并可以从炉体100输出即可。例如，当待处理的硅片20为单片时，可以选择较小宽度的炉体100。当待处理的硅片20要多片并排进入炉体100时，可以选择较大宽度的炉体100。在本实施例中，炉体100的材质为石英，可以避免高温条件下金属离子对硅片20的污染。
更进一步地，如图1所示，在本实施例中，进料口102处设有进料挡板130，出料口104处设有出料挡板140，进料挡板130和出料挡板140均与炉体100连接。挡板可以在一定程度上隔绝外部空气，防止外部空气对硅片20的污染，提高硅片20的良率。在本实施例中，进料挡板130和出料挡板140的材质均为石英，进料挡板130和出料挡板140与炉体100的连接方式为熔接。在其他实施例中，进料挡板130和出料挡板140与炉体100的连接方式也可以为可拆卸连接。进料挡板130和出料挡板140的大小可以根据实际需要进行选择，只要不影响硅片20进出炉体100即可。
传送装置200位于炉体100内部，自进料口102向出料口104延伸。传送装置200位于炉体100内部，与外部环境隔离，其作用是将硅片20从进料口102运送至出料口104，硅片20在炉体100内运动的同时也完成了氧化退火。在本实施例中，传送的方式为水平链式，即硅片20在传送装置200的作用下是沿着炉体100的长度方向运动的。传送装置200为石英导轨或传送带，当传送装置200为传送带时，传送带的材质为耐高温的非金属材料，例如，陶瓷，可以避免污染硅片20。更进一步地，当传送装置200为传送带时，传送带的结构为网格状或线状，保证硅片20的氧化退火效果。另外，传送装置200与控制装置700连接，可以控制硅片20的传送速度。
进气装置300位于炉体100内部并与炉体100连通。进气装置300的作用是向炉体100内输送氧气，使整个炉体100内为氧气饱和环境，同时也可以驱赶走炉体100内的空气，保证硅片20的良率。在其他实施例中，进气装置300输送的气体也可以是水蒸气、氮气或氢气和氮气的混合气体。在本实施例中，进气装置300为设置在炉体100内的进气管，进气管上开设有进气孔，进气孔均匀地分布在进气管上。气体经进气管进入炉体100，然后再经由进气孔分散在炉体100内。为保证气流的均匀性，根据炉体100宽度的不同，可以在炉体100内设置并排设置多根进气管。进气管的材质为耐高温非金属材料，例如，石英、陶瓷等。
加热装置400位于炉体100外部，用于升高加热区110内的内的温度。在本实施例中，加热装置400的数量为多个，多个加热装置400对称地设置在炉体100外部。炉体100的上部和下部均设置加热装置400，可以使炉体100内的加热更加均匀，加热装置400为电阻丝或红外灯管。
冷却装置500位于炉体100外部，用于控制冷却区120内的降温速度。当硅片20经加热区110处理后进入冷却区120时，可以根据工艺的需要设置不同的降温速度。冷却装置500可以为风冷装置或水冷装置。在本实施例中，冷却装置500的数量为多个，多个冷却装置500对称地设置在炉体100外部。冷却装置500的设置在冷却区120对应的炉体100外部，多个冷却装置500对称地设置在炉体100外部，可以使炉体100内的降温速度更加均匀。
保温层600包覆炉体100的外壁，并位于加热装置400和冷却装置500的外部。保温层600是为了维持加热区110和冷却区120内温度的稳定，同时，也可以防止过高的炉体100温度对其它器件造成影响。保温层600的厚度可以根据实际情况进行选择，其材质为一般为高温硅酸铝纤维毡、石棉等。
控制装置700分别与传送装置200、进气装置300、加热装置400、和冷却装置500连接。控制装置700与传送装置200连接，进而控制传送装置200的速度，从而控制硅片20在炉体100内的运动时间。控制装置700分别与加热装置400和冷却装置500连接，可以控制不同加热区110的温度以及冷却区120的降温速度，进而满足不同温区的不同温度需求；控制装置700与进气装置300连接，可以调节炉体100内气体流量。
如图1所示，在本实施例中，退火氧化设备10还包括降温装置800，降温装置800位于保温层600外部，降温装置800与控制装置700连接。降温装置800可以降低退火氧化设备10的外部温度，防止烫伤现象的出现，进而提高退火氧化设备10的安全性功能。在本实施例中，降温装置800可以为风冷装置或水冷装置。
将硅片20进行退火氧化处理前，先利用进气装置300使腔体内呈氧气饱和环境，待处理的硅片20经进料口102进入炉体100，并经由传送带在炉体100内向出料口104方向运动，控制装置700根据不同的温度需求控制加热区110的温度、冷却区120的降温速度以及传送装置200的传送速度，保温层600维持加热区110和冷却区120内温度的稳定，硅片20在炉体100内运动并到达出料口104时便完成了退火氧化处理。上述退火氧化设备10省去了上料、硅片20进管、出管、下料、设备升温、降温等步骤的时间，节约了生产了时间，提高了硅片20的产能和良率。同时，上述退火氧化设备10便于前后工序的集成化，有利于实现全自动化的连续生产。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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。

Claims (7)

1.一种退火氧化设备，其特征在于，包括：
炉体，一端设有进料口，另一端设有出料口，所述炉体包括相互连通的加热区和冷却区，所述加热区的数量为多个，所述冷却区靠近所述出料口；所述进料口处设有进料挡板，所述出料口处设有出料挡板，所述进料挡板和所述出料挡板均与所述炉体连接；
传送装置，位于所述炉体内部，自所述进料口向所述出料口延伸；
进气装置，位于所述炉体内部并与所述炉体连通；
加热装置，位于所述炉体外部，用于升高所述加热区内的温度，所述加热装置的数量为多个，多个所述加热装置对称地设置在所述炉体外部；
冷却装置，位于所述炉体外部，用于控制所述冷却区内的降温速度，所述冷却装置的数量为多个，多个所述冷却装置对称地设置在所述炉体外部；
保温层，包覆所述炉体的外壁，并位于所述加热装置和所述冷却装置的外部；以及
控制装置，分别与所述传送装置、所述加热装置、所述进气装置和所述冷却装置连接。
2.根据权利要求1所述的退火氧化设备，其特征在于，还设有降温装置，所述降温装置位于所述保温层外部，所述降温装置与所述控制装置连接。
3.根据权利要求1所述的退火氧化设备，其特征在于，每个所述加热区均设有所述加热装置。
4.根据权利要求1所述的退火氧化设备，其特征在于，所述加热装置为电阻丝或红外灯管。
5.根据权利要求1所述的退火氧化设备，其特征在于，所述炉体的材质为石英。
6.根据权利要求1-5任一项所述的退火氧化设备，其特征在于，所述传送装置为导轨或传送带。
7.根据权利要求6所述的退火氧化设备，其特征在于，所述导轨或传送带的材质为非金属耐高温材料。
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