CN105552000B - 一种减压扩散炉及载板承载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减压扩散炉及载板承载装置，包括箱式电阻炉体、炉门组件和石英反应腔，所述石英反应腔安放于箱式电阻炉体内，且通过炉门组件密封，所述炉门组件的内侧设有与石英反应腔端面紧密贴合的环形密封圈，所述石英反应腔靠近环形密封圈的端部套设风冷降温装置。本发明具有结构简单、高产能等优点。

Description

一种减压扩散炉及载板承载装置

技术领域

本发明涉及半导体电子元器件制造技术领域，尤其涉及一种减压扩散炉及载板承载装置。

背景技术

目前传统的太阳能生产线主要采用常压扩散工艺制备太阳能电池的PN结，即扩散炉反应管内为常压或微正压。随着太阳能电池向高效、低成本方向发展，硅片表面掺杂浓度不断降低，PN结的结深越来越浅，方块电阻越来越高，常压扩散对硅片掺杂均匀性的控制越来越差，难以制备高质量的浅表面PN结。随着半导体电子工业的发展，减压扩散为晶体硅太阳电池扩散工艺设定了全新标准，是未来扩散工艺发展的趋势，适用于PER系列、N型、IBC电池等高效电池工艺技术，是实现先进电池制造的最佳途径。

随着能源需求的不断增加和各国政府的大力支持，光伏发电年装机量稳步快速增长，增幅维持在30%左右。经过近3年时间的消化之后，目前光伏产业已经进入复苏阶段，据IHS Technology最新报告预计，2014年全球光伏装机量将增至45.4GW，与2013年35GW相比增长28%。按照国家中长期发展规划，到2015年中国的累计装机将达到35GW，到2020年将达到 100GW，2020年到2050年光伏装机量还会大幅提高，平均每年新增装机容量30GW，市场容量非常巨大。先进的钝化、掺杂等高技术水平的光伏装备将在今后较长一段时间内成为市场热点。未来的光伏电池生产线将更注重高产能与高效自动化，生产线上单台设备的装片量和产能越来越高，以通过规模化效应最大限度地降低电池和组件每瓦的成本。因此，研发高产能、高效率且具备减压扩散功能的扩散炉设备是现阶段亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、高产能的减压扩散炉及载板承载装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种减压扩散炉，包括箱式电阻炉体、炉门组件和石英反应腔，所述石英反应腔安放于箱式电阻炉体内，且通过炉门组件密封，所述炉门组件的内侧设有与石英反应腔端面紧密贴合的环形密封圈，所述石英反应腔靠近环形密封圈的端部套设风冷降温装置。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述风冷降温装置包括外圈、内圈、挡风板和进风接头，所述内圈上均布若干通风孔，所述外圈罩设于内圈外部且外圈和内圈之间形成风冷通道，所述风冷通道的一端覆盖挡风板，另一端由固定板封装并固定安装于箱式电阻炉体上，所述进风接头安装于外圈上，且与所述风冷通道、通风孔均连通。

所述炉门组件包括石英炉门和设于石英炉门外侧的金属炉门，所述石英炉门上向外凸设多个石英柱，所述金属炉门上设有与石英柱对应的凹槽，所述金属炉门通过垫圈套装于石英柱上，并由固定环锁紧。

所述石英反应腔通过石英托安放于箱式电阻炉体内。

所述箱式电阻炉体包括炉壁、加热电阻丝、保温层和水冷装置，所述加热电阻丝、保温层位于石英反应腔与炉壁的内壁之间，所述水冷装置位于炉壁外。

所述保温层紧贴炉壁的内壁，所述加热电阻丝通过绝缘支撑座固定于保温层的内表面上，所述绝缘支撑座上套设加热主控引线以实现对加热电阻丝的加热，所述加热电阻丝采用整根加粗电阻丝制备而成，所述保温层采用三层摩根保温棉毯压实制备而成。

所述水冷装置包括多根铺设于炉壁外部的水冷管，每一根水冷管顺次、均匀折叠布置，所述水冷管通过加强块铆接固定于炉壁外侧。

一种载板承载装置，安放于上述的减压扩散炉的石英反应腔内，所述载板承载装置包括载板和多个均布于载板上用于承载硅片的承载单元，所述承载单元包括至少两根安装立柱，每一根安装立柱内侧沿高度方向均开设若干间隔的承载槽，各安装立柱在同一平面的承载槽相互配合以形成承载一片或两片硅片的承载面，多片硅片逐层堆叠于各安装立柱的承载槽上。

作为上述技术方案的进一步改进：

每一根所述安装立柱上的各承载槽间隔均匀，间隔距离为2.38mm～4.72mm，各安装立柱上对应的承载槽位于同一水平面内形成承载硅片的水平承载面。

所述承载单元还包括设于安装立柱底部的支撑台和设于安装立柱顶部的顶板，所述载板上设有若干安装孔，所述支撑台的底部设有与安装孔配合的凸台。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的减压扩散炉，待处理的硅片在石英反应腔内进行减压扩散工艺，此扩散炉的环形密封圈通过风冷降温装置降温冷却来提高密封性能，扩散炉的密封性好，为减压扩散工艺提供了密封的环境，密封性好的扩散炉内能形成稳定的气流场，扩散均匀性好，硅片掺杂原子分压比大，从而减少表面复合，降低掺杂源耗；此外，减压扩散环境下化学品的吸收效率大幅提高，可大大降低工艺过程中化学品的用量，节省成本。

本发明的载板承载装置，其安放于减压扩散炉的减压扩散环境中；其承载单元包括至少两根安装立柱，各安装立柱在同一平面的承载槽相互配合以形成承载一片或两片硅片的承载面，多片硅片逐层堆叠于各安装立柱的承载槽上，扩散均匀性好；一个载板上可均布多个承载单元，大大提高产能且结构简单。

附图说明

图1是本发明的减压扩散炉内部结构示意图。

图2是本发明的减压扩散炉的俯视结构示意图。

图3是本发明的风冷降温装置的结构示意图。

图4是本发明的水冷管的结构示意图。

图5是本发明的载板承载装置的承载单元的结构示意图。

图6是图5在A处的放大示意图。

图7是本发明的载板的结构示意图。

图中各标号表示：

1、载板；11、安装孔；2、承载单元；21、支撑台；210、凸台；22、安装立柱；220、承载槽；23、顶板；100、载板承载装置；3、箱式电阻炉体；4、炉门组件；41、石英炉门；410、石英柱；42、金属炉门；43、垫圈；44、固定环；45、环形密封圈；5、石英反应腔；50、石英托；6、风冷降温装置；61、外圈；62、内圈；63、挡风板；64、进风接头；65、固定板；7、加热电阻丝；8、保温层；9、炉壁；10、水冷装置；12、绝缘支撑座；13、水冷管；14、不锈钢薄板。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1至图4示出了本发明的一种减压扩散炉，其包括箱式电阻炉体3、炉门组件4和石英反应腔5，石英反应腔5安放于箱式电阻炉体3内，且通过炉门组件4密封，炉门组件4的内侧设有与石英反应腔5端面紧密贴合的环形密封圈45，石英反应腔5靠近环形密封圈45的端部套设风冷降温装置6，此风冷降温装置6可用于冷却环形密封圈45，避免过热失效，提高减压扩散炉的密封性能。待处理的硅片放置于石英反应腔5内。本发明的减压扩散炉，待处理的硅片在石英反应腔5内进行减压扩散工艺，此扩散炉的环形密封圈45通过风冷降温装置6降温冷却来提高密封性能，扩散炉的密封性好，为减压扩散工艺提供了密封的环境，密封性好的扩散炉内能形成稳定的气流场，扩散均匀性好，硅片掺杂原子分压比大，从而减少表面复合，降低掺杂源耗；此外，减压扩散环境下化学品的吸收效率大幅提高，可大大降低工艺过程中化学品的用量，节省成本。

本实施例中，风冷降温装置6包括外圈61、内圈62、挡风板63和进风接头64，内圈62上均布若干通风孔，外圈61罩设于内圈62外部且外圈61和内圈62之间形成风冷通道，风冷通道的一端覆盖挡风板63，另一端由固定板65封装并固定安装于箱式电阻炉体3上，进风接头64安装于外圈61上，且与风冷通道、通风孔均连通。安装时，内圈62套设于石英反应腔5外周，冷风经进风接头64、风冷通道后，由通风孔喷出，喷向环形密封圈45周边，为环形密封圈45进行局部冷却。

本实施例中，炉门组件4包括石英炉门41和设于石英炉门41外侧的金属炉门42，石英炉门41上向外凸设多个石英柱410，金属炉门42上设有与石英柱410对应的凹槽，金属炉门42通过垫圈43套装于石英柱410上，并由固定环44锁紧。垫圈43增加石英炉门41与金属炉门42之间的软接触面积，防止由于直接接触造成的石英炉门41的损害。

本实施例中，石英反应腔5通过石英托安放于箱式电阻炉体3内，受热均匀。

本实施例中，箱式电阻炉体3包括炉壁9、加热电阻丝7、保温层8和水冷装置10，加热电阻丝7、保温层8位于石英反应腔5与炉壁9的内壁之间，水冷装置10位于炉壁9外。加热电阻丝7对石英反应腔5内进行加热，保温层8对炉壁9内部进行保温隔热，有效减少热量散失，维持稳定的温度场，为减压扩散提供良好的环境。水冷装置10对炉壁9外进行降温。

本实施例中，保温层8紧贴炉壁9的内壁，加热电阻丝7通过绝缘支撑座12固定于保温层8的内表面上，绝缘支撑座12上套设加热主控引线以实现对加热电阻丝7的加热，加热电阻丝7采用整根加粗电阻丝制备而成，保温层8采用三层摩根保温棉毯压实制备而成。

本实施例中，水冷装置10包括多根铺设于炉壁9外部的水冷管13，每一根水冷管13顺次、均匀折叠布置，水冷管13通过加强块铆接固定于炉壁9外侧。炉壁9外侧通过螺钉固定铺设不锈钢薄板14，水冷管13铺设于不锈钢薄板14上，且与不锈钢薄板14的间隙中填充保温棉并压实。此外，本发明减压扩散炉的顶部还铺设有排热风机、排废管道等。

图5和图7示出了本发明的一种载板承载装置的实施例，此载板承载装置安放于上述的减压扩散炉的石英反应腔5内，减压扩散环境中。其包括载板1和多个均布于载板1上用于承载硅片的承载单元2，承载单元2包括至少两根安装立柱22，每一根安装立柱22内侧沿高度方向均开设若干间隔的承载槽220，各安装立柱22在同一平面的承载槽220相互配合以形成承载一片或两片硅片的承载面，多片硅片逐层堆叠于各安装立柱22的承载槽220上。在本实施例中，安装立柱22为三根，三根安装立柱22处于同一平面的承载槽220相互配合以形成一个整体的承载面共同承载一片或两片硅片，当承载两片硅片时，两片硅片叠合一起，且两片硅片的待加工均朝向减压扩散气流场中。载板1上均匀阵列9个承载单元2。本发明的载板承载装置，其安放于减压扩散炉的减压扩散环境中；其承载单元2包括至少两根安装立柱22，各安装立柱22在同一平面的承载槽220相互配合以形成承载一片或两片硅片的承载面，多片硅片逐层堆叠于各安装立柱22的承载槽220上，扩散均匀性好；一个载板1上可均布多个承载单元2，大大提高产能且结构简单。

操作时，硅片逐层堆叠于载板承载装置内，载板承载装置由特定的滑动机构（图未示出）向石英反应腔5内进舟，扩散工艺完成后，从石英反应腔5内出舟，操作性强，效率高。

本实施例中，每一根安装立柱22上的各承载槽220间隔均匀，间隔距离为2.38mm～4.72mm，此间距区间可以根据减压环境来匹配。此间隔既可满足硅片在减压扩散环境下均匀扩散，又大大提高产能。较佳地，间隔距离设定为2.38mm，产能大大提高。各安装立柱22上对应的承载槽220位于同一水平面内形成承载硅片的水平承载面，便于均匀扩散。

本实施例中，承载单元2还包括设于安装立柱22底部的支撑台21和设于安装立柱22顶部的顶板23，载板1上设有若干安装孔11，支撑台21的底部设有与安装孔11配合的凸台210，承载单元2通过凸台210与安装孔11配合固定安装于载板1上，防止承载单元2的轴向旋转，便于硅片的装取。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种减压扩散炉，其特征在于：包括箱式电阻炉体（3）、炉门组件（4）和石英反应腔（5），所述石英反应腔（5）安放于箱式电阻炉体（3）内，且通过炉门组件（4）密封，所述炉门组件（4）的内侧设有与石英反应腔（5）端面紧密贴合的环形密封圈（45），所述石英反应腔（5）靠近环形密封圈（45）的端部套设风冷降温装置（6）；所述箱式电阻炉体（3）包括炉壁（9）、加热电阻丝（7）、保温层（8）和水冷装置（10），所述加热电阻丝（7）、保温层（8）位于石英反应腔（5）与炉壁（9）的内壁之间，所述水冷装置（10）位于炉壁（9）外。

2.根据权利要求1所述的减压扩散炉，其特征在于：所述风冷降温装置（6）包括外圈（61）、内圈（62）、挡风板（63）和进风接头（64），所述内圈（62）上均布若干通风孔，所述外圈（61）罩设于内圈（62）外部且外圈（61）和内圈（62）之间形成风冷通道，所述风冷通道的一端覆盖挡风板（63），另一端由固定板（65）封装并固定安装于箱式电阻炉体（3）上，所述进风接头（64）安装于外圈（61）上，且与所述风冷通道、通风孔均连通。

3.根据权利要求2所述的减压扩散炉，其特征在于：所述炉门组件（4）包括石英炉门（41）和设于石英炉门（41）外侧的金属炉门（42），所述石英炉门（41）上向外凸设多个石英柱（410），所述金属炉门（42）上设有与石英柱（410）对应的凹槽，所述金属炉门（42）通过垫圈（43）套装于石英柱（410）上，并由固定环（44）锁紧。

4.根据权利要求1所述的减压扩散炉，其特征在于：所述石英反应腔（5）通过石英托（50）安放于箱式电阻炉体（3）内。

5.根据权利要求1所述的减压扩散炉，其特征在于：所述保温层（8）紧贴炉壁（9）的内壁，所述加热电阻丝（7）通过绝缘支撑座（12）固定于保温层（8）的内表面上，所述绝缘支撑座（12）上套设加热主控引线以实现对加热电阻丝（7）的加热，所述加热电阻丝（7）采用整根电阻丝制备而成，所述保温层（8）采用三层摩根保温棉毯压实制备而成。

6.根据权利要求5所述的减压扩散炉，其特征在于：所述水冷装置（10）包括多根铺设于炉壁（9）外部的水冷管（13），每一根水冷管（13）顺次、均匀折叠布置，所述水冷管（13）通过加强块铆接固定于炉壁（9）外侧。

7.一种载板承载装置，其特征在于：安放于权利要求1至6中任意一项所述的减压扩散炉的石英反应腔（5）内，所述载板承载装置包括载板（1）和多个均布于载板（1）上用于承载硅片的承载单元（2），所述承载单元（2）包括至少两根安装立柱（22），每一根安装立柱（22）内侧沿高度方向均开设若干间隔的承载槽（220），各安装立柱（22）在同一平面的承载槽（220）相互配合以形成承载一片或两片硅片的承载面，多片硅片逐层堆叠于各安装立柱（22）的承载槽（220）上。

8.根据权利要求7所述的载板承载装置，其特征在于：每一根所述安装立柱（22）上的各承载槽（220）间隔均匀，间隔距离为2.38mm～4.72mm，各安装立柱（22）上对应的承载槽（220）位于同一水平面内形成承载硅片的水平承载面。

9.根据权利要求7或8所述的载板承载装置，其特征在于：所述承载单元（2）还包括设于安装立柱（22）底部的支撑台（21）和设于安装立柱（22）顶部的顶板（23），所述载板（1）上设有若干安装孔（11），所述支撑台（21）的底部设有与安装孔（11）配合的凸台（210）。