CN107190326B - 可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉，其包括有炉体，炉体之中设置有经由其外部导通至内部的进气管道与排气管道，排气管道之上设置有抽风机；所述炉体内部设置有用于安置硅片的石英舟；所述炉体之中包括有安置端面，安置端面之上设置有炉门，所述安置端面的边部与炉门之间设置有朝向炉体外部进行延伸的散热管道；所述炉体之中，排气管道之上设置有多个导通至散热管道之中的散热端口，多个散热端口沿散热管道的轴向均匀分布；上述可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉可在硅片退炉过程中有效消除硅片内部的残余热应力，以确保硅片的完整性。

Description

可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉

技术领域

本发明涉及太阳能电池的制备领域，尤其是一种可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉。

背景技术

太阳能是一种洁净、无污染且可以循环利用的可再生能源，把太阳能转换为电能是有效利用太阳能的一项重要技术。自1839年Bequeral首先发现光伏效应到1954年贝尔实验室开发出效率为4.5％的单晶硅太阳电池，直到现在该市场仍然以每年36％左右的速度在增长，目前，太阳电池已经完成第一代晶体硅电池研究，正处于第二代薄膜电池研究高峰，并向第三代高效率电池研究努力。而作为现今占据太阳电池绝大部分市场的晶体硅太阳电池，其制备技术一直代表着整个太阳电池工业的制备技术水平。

最近几年里，无论是在降低生产成本方面，还是在提升电池转换效率方面，晶体硅太阳电池的制备工艺都取得飞速的发展。晶体硅太阳电池是一种用晶体硅材料制成的太阳电池，大致分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池两种，这两种电池在很多技术领域都有着广泛的应用，如人造卫星、太阳能热水器、通信通讯等领域。晶体硅太阳电池的核心结构是PN结的构建，其采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面形成的空间电荷区就叫做PN结。目前，关于PN结的制备方法主要有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法。

现有技术在晶体硅太阳电池的生产中，几乎所有厂家都采用扩散的方法制备PN结，即在扩散炉内将掺杂介质扩散至硅片表面。然而，现有的扩散炉在完成扩散工艺后，其往往直接将硅片自扩散炉内取出；扩散炉内的工作温度往往达到800至950℃，直接将硅片自上述温度环境取出至室温的过程中，硅片在加工过程中其内部的热应力难以消除，硅片中的残余热应力在受到温度骤变的影响下极易导致硅片发生破损甚至断裂，进而致使影响硅片的生产与加工进程。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种太阳能电池用硅片扩散炉，其可在硅片完成扩散处理后使其内部残余热应力得以消除，进而避免其造成硅片的损坏。

为解决上述技术问题，本发明涉及一种可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉，其包括有炉体，炉体之中设置有经由其外部导通至内部的进气管道与排气管道，排气管道之上设置有抽风机；所述炉体内部设置有用于安置硅片的石英舟；所述炉体之中包括有安置端面，安置端面之上设置有炉门，所述安置端面的边部与炉门之间设置有朝向炉体外部进行延伸的散热管道；所述炉体之中，排气管道之上设置有多个导通至散热管道之中的散热端口，多个散热端口沿散热管道的轴向均匀分布。

作为本发明的一种改进，所述散热管道之上设置有多个采用环形结构的冷凝套管，多个冷凝套管沿散热管道的轴向均匀分布；所述排气管道之中，每一个散热端口之上设置有采用环形结构的辅助冷凝套管，多个冷凝套管以及多个辅助冷凝套管内均填充有冷凝介质，且多个冷凝套管以及多个辅助冷凝套管中冷凝介质的温度在散热管道的延伸方向上逐渐降低。

采用上述技术方案，其可通过多个冷凝套管以及辅助冷凝套管以对于散热管道进行辅助冷却处理，以确保散热管道内的温度较于炉体内温度得以降低；同时，冷凝套管以及辅助冷凝套管内部冷凝介质温度的渐变设置可使得散热管道内部温度在硅片输出方向上成梯度逐渐降低，进而使得石英舟以及硅片在通过散热管道的过程中可得以逐步冷却处理，以有效避免硅片在输出过程中的任意位置的外部温度发生骤变，致使硅片内部残余热应力得以消除进而避免其造成硅片损坏现象。

作为本发明的一种改进，所述散热管道之中，任意两个相邻的散热端口之间分别设置有导流端体，导流端体沿散热管道的内壁呈环形延伸，导流端体在散热管道轴向上的侧端面均采用向导流端体内部弯曲的曲面结构。采用上述技术方案，其可通过导流端体的设置以对于散热端口输出的气流进行其运动方向的导流处理，以使得每一个散热端口输出的气流在与其相邻的两个导流端体的曲面结构作用下，在其对应区域内形成运动范围相对固定的环流，进而使得散热管道内部每一个散热端口对应位置均可形成相对独立的温度区间，上述温度区间内的温度趋于稳定；上述散热管道内的温度区间分布可使其内部形成更为明显的温度梯级变化，以使得硅片所受到的逐渐冷却效果得以进一步改善。

作为本发明的一种改进，所述散热管道包括有连接至炉体安置端面之上的第一管道，以及设置在第一管道端部的第二管道；所述第一管道的长度至多为20厘米，第一管道的端部设置有外螺纹，第二管道的端部设置有内螺纹，第一管道与第二管道之间通过螺纹进行彼此连接；所述第一管道的外壁之上设置有与第二管道端部彼此相对的第一固定端体，第一固定端体与第二管道的相对端面之上设置有第一牙体，第一牙体与第二管道彼此咬合，所述第二管道的内壁之上设置有与第一管道端部彼此相对的第二固定端体，第二固定端体与第一管道的相对端面之上设置有第二牙体，第二牙体与第一管道彼此咬合。采用上述技术方案，其可通过散热管道的结构设计以使其形成可拆卸结构，使得工作人员可在第二管道与第一管道分离状态下，从第一管道内部实现对于炉门开闭的管理，以避免工作人员在操作炉门时因散热管道的设置而造成其操作不便；与此同时，第一管道与第二管道的连接位置可通过第一固定端体以及第二固定端体之上的牙体与对应管道之间的咬合实现紧固处理，进而使得第一管道与第二管道之间的连接稳定性以及密闭性得以显著改善。

作为本发明的一种改进，所述可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉之中包括有推舟装置，其包括有设置在炉体外部的直线驱动装置，以及设置在直线驱动装置端部的悬臂桨，所述石英舟设置在悬臂桨之上；所述悬臂桨包括有连接至直线驱动装置之上的连接端，以及用于承载石英舟的承载端，悬臂桨的承载端采用中空结构，其内部设置有辅助导热腔室，辅助导热腔室之中包括有延伸至承载端前端面的吸热端口，吸热端口之中设置有吸热喉部，吸热端口的直径经由其两端朝向吸热喉部对应位置逐渐减小；所述石英舟之中设置有多个经由其底端部延伸至其内部的辅助导热槽，多个辅助导热槽沿石英舟的长度方向均匀分布。

采用上述技术方案，其可通过悬臂桨内部辅助导热腔室的设置，以使得其在炉体内部对于石英舟进行承载与退炉处理过程中，使得炉体内的高温气体经由其前端的吸热端口进入至辅助导热腔室内部；吸热端口在工作过程中，其内部吸热喉部的设置使得吸热端口于辅助导热腔室内部一侧的区域相对于外部侧区域形成负压效应，进而使其对于高温气体形成一定的吸附效果，进而改善其进气效率与效果。位于辅助导热腔室内部的高温气体则可在石英舟连同硅片进行退炉过程中从底部对其进行辅助保温处理，进而进一步的控制了硅片在退炉过程中的温度降低速率。与此同时，石英舟底端部的辅助导热槽可使得上述辅助导热腔室内的高温气体经由其通过至硅片所在位置，以对硅片进行更为高效的保温处理，而辅助导热腔室内的高温气体在通过辅助导热槽逐渐排出过程中，其可使得辅助导热腔室对于硅片的加热效果逐渐降低，以在硅片完全退出散热管道时可得以充足的冷却处理。此外，上述辅助导热槽亦可在石英舟连同硅片于炉体内进行气体扩散过程中改善气体相对于硅片的运动角度，以改善硅片的扩散效果。

作为本发明的一种改进，所述悬臂桨的侧端部设置有多个辅助导热端体，其采用导热材料制成，辅助导热端体在竖直方向上贴合石英舟的外壁进行延伸；所述辅助导热端体的端部延伸至辅助导热腔室内部。采用上述技术方案，其可通过辅助加热端体的设置以使得辅助导热腔室内部的热量可从石英舟的侧端部对其进行辅助加热处理，以使得石英舟内硅片的辅助导热效果得以进一步的改善。

采用上述技术方案的可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉，其可在太阳能电热用硅片于炉体内完成扩散处理而需进行退舟处理时，可另石英舟连同硅片经由散热管道实现其自炉体内部至外界的传输。上述硅片在进入散热管道前，排气管道将炉体内部工作过程中产生的高温气体抽出，并经由散热端口输送至散热管道内部，致使散热管道内部实际温度介于炉体的工作温度以及室温之间；上述散热管道的温度变化使得硅片进入至散热管道后，其所处温度环境与炉体内的工作温度相对接近，进而有效避免硅片直接由炉内温度降至室温而导致其内部的残余热应力造成硅片损坏。上述散热管道内部温度受热量传递影响由其朝向炉体一侧向其开口一侧逐渐降低，且其温度变化趋于平缓，故使得硅片沿其传输过程中可实现逐级降温处理，致使硅片在任意时段内均不会发生其所处温度的骤变，进而使得硅片内部残余热应力得以逐步消除，在其完全与外界接触时则可保持良好的完整性。

上述可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉可在硅片退炉过程中有效消除硅片内部的残余热应力，以确保硅片的完整性；与此同时，本申请中的扩散炉对于散热管道进行加热的热源来源于硅片扩散处理过程中的高温气体，故其可在避免产生额外的加热能耗的同时，实现了对于扩散炉工作过程中所产生废气的回收利用处理，进而使得本申请中的太阳能电池用硅片扩散炉可同时改善其工作成本以及环保效益。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为本发明中实施例3示意图；

图3为本发明中实施例4示意图；

图4为本发明中实施例5示意图；

附图标记列表：

1—炉体、101—安置端面、2—进气管道、3—排气管道、4—抽风机、5—石英舟、6—炉门、7—散热管道、701—第一管道、702—第二管道、8—散热端口、9—冷凝套管、10—辅助冷凝套管、11—导流端体、12—第一固定端体、13—第二固定端体、14—第一牙体、15—第二牙体、16—直线驱动装置、17—悬臂桨、1701—连接端、1702—承载端、18—辅助导热腔室、19—吸热端口、1901—吸热喉部、20—辅助导热槽、21—辅助导热端体。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1

如图1所示的一种可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉，其包括有炉体1，炉体1之中设置有经由其外部导通至内部的进气管道2与排气管道3，排气管道3之上设置有抽风机4；所述炉体1内部设置有用于安置硅片的石英舟5；所述炉体1之中包括有安置端面101，安置端面101之上设置有炉门6，所述安置端面101的边部与炉门6之间设置有朝向炉体1外部进行延伸的散热管道7；所述炉体1之中，排气管道3之上设置有多个导通至散热管道7之中的散热端口8，多个散热端口8沿散热管道7的轴向均匀分布。

作为本发明的一种改进，所述散热管道7之上设置有多个采用环形结构的冷凝套管9，多个冷凝套管9沿散热管道7的轴向均匀分布；所述排气管道3之中，每一个散热端口8之上设置有采用环形结构的辅助冷凝套管10，多个冷凝套管9以及多个辅助冷凝套管10内均填充有冷凝介质，且多个冷凝套管9以及多个辅助冷凝套管10中冷凝介质的温度在散热管道7的延伸方向上逐渐降低。采用上述技术方案，其可通过多个冷凝套管以及辅助冷凝套管以对于散热管道进行辅助冷却处理，以确保散热管道内的温度较于炉体内温度得以降低；同时，冷凝套管以及辅助冷凝套管内部冷凝介质温度的渐变设置可使得散热管道内部温度在硅片输出方向上成梯度逐渐降低，进而使得石英舟以及硅片在通过散热管道的过程中可得以逐步冷却处理，以有效避免硅片在输出过程中的任意位置的外部温度发生骤变，致使硅片内部残余热应力得以消除进而避免其造成硅片损坏现象。

采用上述技术方案的可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉，其可在太阳能电热用硅片于炉体内完成扩散处理而需进行退舟处理时，可另石英舟连同硅片经由散热管道实现其自炉体内部至外界的传输。上述硅片在进入散热管道前，排气管道将炉体内部工作过程中产生的高温气体抽出，并经由散热端口输送至散热管道内部，致使散热管道内部实际温度介于炉体的工作温度以及室温之间；上述散热管道的温度变化使得硅片进入至散热管道后，其所处温度环境与炉体内的工作温度相对接近，进而有效避免硅片直接由炉内温度降至室温而导致其内部的残余热应力造成硅片损坏。上述散热管道内部温度受热量传递影响由其朝向炉体一侧向其开口一侧逐渐降低，且其温度变化趋于平缓，故使得硅片沿其传输过程中可实现逐级降温处理，致使硅片在任意时段内均不会发生其所处温度的骤变，进而使得硅片内部残余热应力得以逐步消除，在其完全与外界接触时则可保持良好的完整性。

上述可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉可在硅片退炉过程中有效消除硅片内部的残余热应力，以确保硅片的完整性；与此同时，本申请中的扩散炉对于散热管道进行加热的热源来源于硅片扩散处理过程中的高温气体，故其可在避免产生额外的加热能耗的同时，实现了对于扩散炉工作过程中所产生废气的回收利用处理，进而使得本申请中的太阳能电池用硅片扩散炉可同时改善其工作成本以及环保效益。

实施例2

作为本发明的一种改进，如图1所示，所述散热管道7之中，任意两个相邻的散热端口8之间分别设置有导流端体11，导流端体11沿散热管道7的内壁呈环形延伸，导流端体11在散热管道7轴向上的侧端面均采用向导流端体11内部弯曲的曲面结构。采用上述技术方案，其可通过导流端体的设置以对于散热端口输出的气流进行其运动方向的导流处理，以使得每一个散热端口输出的气流在与其相邻的两个导流端体的曲面结构作用下，在其对应区域内形成运动范围相对固定的环流，进而使得散热管道内部每一个散热端口对应位置均可形成相对独立的温度区间，上述温度区间内的温度趋于稳定；上述散热管道内的温度区间分布可使其内部形成更为明显的温度梯级变化，以使得硅片所受到的逐渐冷却效果得以进一步改善。

本实施例其余特征与优点均与实施例1相同。

实施例3

作为本发明的一种改进，如图2所示，所述散热管道7包括有连接至炉体1安置端面101之上的第一管道701，以及设置在第一管道701端部的第二管道702；所述第一管道701的长度为15厘米，第一管道701的端部设置有外螺纹，第二管道702的端部设置有内螺纹，第一管道701与第二管道702之间通过螺纹进行连接；所述第一管道701的外壁之上设置有与第二管道702端部彼此相对的第一固定端体12，第一固定端体12与第二管道702的相对端面之上设置有第一牙体14，第一牙体14与第二管道702彼此咬合，所述第二管道702的内壁之中设置有与第一管道701端部彼此相对的第二固定端体13，第二固定端体13与第一管道701的相对端面之上设置有第二牙体15，第二牙体15与第一管道701彼此咬合。采用上述技术方案，其可通过散热管道的结构设计以使其形成可拆卸结构，使得工作人员可在第二管道与第一管道分离状态下，从第一管道内部实现对于炉门开闭的管理，以避免工作人员在操作炉门时因散热管道的设置而造成其操作不便；与此同时，第一管道与第二管道的连接位置可通过第一固定端体以及第二固定端体之上的牙体与对应管道之间的咬合实现紧固处理，进而使得第一管道与第二管道之间的连接稳定性以及密闭性得以显著改善。

本实施例其余特征与优点均与实施例2相同。

实施例4

作为本发明的一种改进，如图3与图4所示，所述可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉之中包括有推舟装置，其包括有设置在炉体外部的直线驱动装置16，以及设置在直线驱动装置16端部的悬臂桨17，所述石英舟5设置在悬臂桨17之上；所述悬臂桨17包括有连接至直线驱动装置16之上的连接端1701，以及用于承载石英舟5的承载端1702，悬臂桨17的承载端1702采用中空结构，其内部设置有辅助导热腔室18，辅助导热腔室18之中包括有延伸至承载端1702前端面的吸热端口19，吸热端口19之中设置有吸热喉部1901，吸热端口19的直径经由其两端朝向吸热喉部1901对应位置逐渐减小；所述石英舟5之中设置有多个经由其底端部延伸至其内部的辅助导热槽20，多个辅助导热槽20沿石英舟5的长度方向均匀分布。

采用上述技术方案，其可通过悬臂桨内部辅助导热腔室的设置，以使得其在炉体内部对于石英舟进行承载与退炉处理过程中，使得炉体内的高温气体经由其前端的吸热端口进入至辅助导热腔室内部；吸热端口在工作过程中，其内部吸热喉部的设置使得吸热端口于辅助导热腔室内部一侧的区域相对于外部侧区域形成负压效应，进而使其对于高温气体形成一定的吸附效果，进而改善其进气效率与效果。位于辅助导热腔室内部的高温气体则可在石英舟连同硅片进行退炉过程中从底部对其进行辅助保温处理，进而进一步的控制了硅片在退炉过程中的温度降低速率。与此同时，石英舟底端部的辅助导热槽可使得上述辅助导热腔室内的高温气体经由其通过至硅片所在位置，以对硅片进行更为高效的保温处理，而辅助导热腔室内的高温气体在通过辅助导热槽逐渐排出过程中，其可使得辅助导热腔室对于硅片的加热效果逐渐降低，以在硅片完全退出散热管道时可得以充足的冷却处理。此外，上述辅助导热槽亦可在石英舟连同硅片于炉体内进行气体扩散过程中改善气体相对于硅片的运动角度，以改善硅片的扩散效果。

本实施例其余特征与优点均与实施例3相同。

实施例5

作为本发明的一种改进，如图4所示，所述悬臂桨的侧端部设置有多个辅助导热端体21，其采用导热材料制成，辅助导热端体21在竖直方向上贴合石英舟5的外壁进行延伸；所述辅助导热端体21的端部延伸至辅助导热腔室18内部。采用上述技术方案，其可通过辅助加热端体的设置以使得辅助导热腔室内部的热量可从石英舟的侧端部对其进行辅助加热处理，以使得石英舟内硅片的辅助导热效果得以进一步的改善。

本实施例其余特征与优点均与实施例4相同。

Claims (6)

1.一种可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉，其包括有炉体，炉体之中设置有经由其外部导通至内部的进气管道与排气管道，排气管道之上设置有抽风机；所述炉体内部设置有用于安置硅片的石英舟；其特征在于，所述炉体之中包括有安置端面，安置端面之上设置有炉门，所述安置端面的边部与炉门之间设置有朝向炉体外部进行延伸的散热管道；所述炉体之中，排气管道之上设置有多个导通至散热管道之中的散热端口，多个散热端口沿散热管道的轴向均匀分布。

2.按照权利要求1所述的可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉，其特征在于，所述散热管道之上设置有多个采用环形结构的冷凝套管，多个冷凝套管沿散热管道的轴向均匀分布；所述排气管道之中，每一个散热端口之上设置有采用环形结构的辅助冷凝套管，多个冷凝套管以及多个辅助冷凝套管内均填充有冷凝介质，且多个冷凝套管以及多个辅助冷凝套管中冷凝介质的温度在散热管道的延伸方向上逐渐降低。

3.按照权利要求2所述的可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉，其特征在于，所述散热管道之中，任意两个相邻的散热端口之间分别设置有导流端体，导流端体沿散热管道的内壁呈环形延伸，导流端体在散热管道轴向上的侧端面均采用向导流端体内部弯曲的曲面结构。

4.按照权利要求3所述的可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉，其特征在于，所述散热管道包括有连接至炉体安置端面之上的第一管道，以及设置在第一管道端部的第二管道；所述第一管道的长度至多为20厘米，第一管道的端部设置有外螺纹，第二管道的端部设置有内螺纹，第一管道与第二管道之间通过螺纹进行彼此连接；所述第一管道的外壁之上设置有与第二管道端部彼此相对的第一固定端体，第一固定端体与第二管道的相对端面之上设置有第一牙体，第一牙体与第二管道彼此咬合，所述第二管道的内壁之上设置有与第一管道端部彼此相对的第二固定端体，第二固定端体与第一管道的相对端面之上设置有第二牙体，第二牙体与第一管道彼此咬合。

5.按照权利要求1至4任意一项所述的可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉，其特征在于，所述可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉之中包括有推舟装置，其包括有设置在炉体外部的直线驱动装置，以及设置在直线驱动装置端部的悬臂桨，所述石英舟设置在悬臂桨之上；所述悬臂桨包括有连接至直线驱动装置之上的连接端，以及用于承载石英舟的承载端，悬臂桨的承载端采用中空结构，其内部设置有辅助导热腔室，辅助导热腔室之中包括有延伸至承载端前端面的吸热端口，吸热端口之中设置有吸热喉部，吸热端口的直径经由其两端朝向吸热喉部对应位置逐渐减小；所述石英舟之中设置有多个经由其底端部延伸至其内部的辅助导热槽，多个辅助导热槽沿石英舟的长度方向均匀分布。

6.按照权利要求5所述的可实现残余热应力消除处理的太阳能电池用硅片扩散炉，其特征在于，所述悬臂桨的侧端部设置有多个辅助导热端体，其采用导热材料制成，辅助导热端体在竖直方向上贴合石英舟的外壁进行延伸；所述辅助导热端体的端部延伸至辅助导热腔室内部。