CN110042370B - 一种管式pecvd设备的反应室结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管式PECVD设备的反应室结构，包括石英炉管、过渡筒、炉门和后端端面法兰，过渡筒在石英炉管的前端，并与炉门连接，后端端面法兰设于石英炉管的后端，后端端面法兰外侧设有进气管，内侧设有均匀布气板，均匀板上有多个布气孔，均匀板与后端端面法兰内侧之间设有缓冲进气腔，进气管和布气孔均与缓冲进气腔连通，过渡筒内设有内盖，内盖与炉门连接，内盖盖在石英炉管的管口，内盖上设有导流管，过渡筒上设有抽气口，导流管两端连石英炉管和抽气口。本发明将原有前端环形进气改为后端平面进气，工艺气体可快速均匀分布在石英炉管内，气体流场稳定性和均匀性大幅提高，抽气口设置在过渡筒上，避免了前端炉门运动又进气的问题。

Description

一种管式PECVD设备的反应室结构

技术领域

本发明涉及管式PECVD设备，尤其涉及一种管式PECVD设备的反应室结构。

背景技术

光伏发电系统是一种利用太阳能电池半导体材料的“光伏效应”将太阳光辐射能直接装换为电能的一种新型发电系统。太阳能电池，又称光伏电池，是光伏发电系统中最核心的器件。目前，技术最成熟，并具有商业价值的、市场应用最广的太阳能电池是晶体硅太阳能电池。太阳光在晶体硅表面的反射损失率高达35％左右，严重影响太阳能电池的最终转换效率。为提高转换效率，即，减少晶体硅表面对太阳光的反射，常在晶体硅表面镀一层或多层二氧化硅或氮氧硅或氮化硅减反射膜。减反射膜不但可以减少晶体硅表面对太阳光的发射，而且可以对晶体硅表面起到钝化和保护作用。PECVD设备采用的等离子体增强化学气相沉积技术，在低压条件下，利用中频电场使反应气体产生辉光放电，电离出等离子体，促进反应活性基团的生成，从而使得硅烷和氨气能在较低的温度下反应，减少了工艺的复杂性，并有效防止了晶体硅太阳能电池寿命的衰减，广泛应用于在晶体硅太阳能电池表面镀减反射膜。

针对当前用于晶体硅太阳能电池的生产制造过程中制备减反射膜的量产型管式PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)设备的产能要求提高，装载硅片的石墨舟尺寸和反应室尺寸逐步增大，现有进气结构主要为从石英炉管的前端进气，尾端抽气，并且由于前端由炉门，进气采用一个环形的进气法兰，进气法兰在石英炉管的管口，在进气法兰的径向内壁面上开设多个进气孔，环形进气。现有的这种进气方式会造成反应室截面中心区域气体稀薄，流场稳定性和均匀性降低，并且位于石墨舟中间位置的硅片减反射膜厚度较两侧位置稍薄。

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，提供一种反应室内气体流场稳定性和均匀性大幅提高的管式PECVD设备的反应室结构。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种管式PECVD设备的反应室结构，包括石英炉管、过渡筒、炉门和后端端面法兰，所述过渡筒设置在石英炉管的前端，所述炉门与过渡筒连接，所述后端端面法兰设于石英炉管的后端，所述后端端面法兰外侧设有进气管，内侧设有均匀布气板，所述均匀布气板上均匀分布多个布气孔，所述均匀布气板与后端端面法兰内侧之间设有缓冲进气腔，所述进气管和布气孔均与缓冲进气腔连通，所述过渡筒内设有内盖，所述内盖与炉门连接，所述内盖盖设在石英炉管的管口，所述内盖上设有导流管，所述过渡筒的圆周面上设有抽气口，所述导流管一端与石英炉管连通，另一端与抽气口连通。

作为上述技术方案的进一步改进，所述均匀布气板与石英炉管同轴，所述导流管的入口与石英炉管同轴。

作为上述技术方案的进一步改进，所述内盖通过伸缩组件固定在炉门上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述伸缩组件包括波纹管和位于波纹管两端的固定杆，一端的固定杆与内盖连接，另一端的固定杆与炉门连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述石英炉管的前端设有前端法兰组件，所述前端法兰组件包括前端固定法兰、前端水冷法兰和前端密封法兰，所述前端固定法兰套在石英炉管上，所述前端水冷法兰与前端固定法兰连接，所述前端密封法兰与前端水冷法兰连接，所述过渡筒与前端密封法兰连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述前端水冷法兰与前端密封法兰之间设有密封圈，所述过渡筒与前端密封法兰之间设有密封圈。

作为上述技术方案的进一步改进，所述过渡筒与炉门之间设有密封圈。

作为上述技术方案的进一步改进，所述过渡筒靠近前端密封法兰一端设有环形径向限位部，所述内盖抵靠在所述环形径向限位部上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述石英炉管的后端设有后端法兰组件，所述后端法兰组件包括后端水冷法兰、后端密封法兰和后端固定法兰，所述后端固定法兰套在石英炉管上，所述后端密封法兰与后端固定法兰连接，所述后端水冷法兰与后端密封法兰连接，所述后端端面法兰与所述后端水冷法兰连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述后端密封法兰与后端固定法兰和后端水冷法兰之间设有密封圈。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的管式PECVD设备的反应室结构，将原有前端环形进气改为后端平面进气(均匀布气板及其上的布气孔形成的方式为平面进气)，因为平面进气方式的需要，进气面需要固定不动，同时考虑到每一次工艺运行时，装卸一次硅片载具石墨舟，反应室前端炉门需进行两次开启关闭动作，因而将进气面设置在反应室后端，采用后端进气的同时前端抽气，工艺气体可快速均匀分布在石英炉管内，气体流场稳定性和均匀性大幅提高，位于石墨舟中间位置的硅片减反射膜厚度与两侧位置相比相差不大，整舟片间均匀性大幅提高；过渡筒设置是为了让抽气口不设置在炉门上，内盖、导流管和抽气口用于将石英炉管内加热后的气体排出，保证反应室内气场的均匀性和稳定性；内盖和导流管的设置将石英炉管内热气流直接引入抽气口，减少了过渡筒内的热量，降低炉门的温度；尾端平面进气，前端增加过渡筒抽气方式，避免了前端炉门进气的运动问题，降低加工难度，工艺过程稳定性和气密性好，改造兼容性好，适用电池生产线大规模应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中缓冲进气腔的结构示意图。

图3是图2的A处放大图。

图4是本发明中均匀布气板的结构示意图。

图5是本发明中内盖、导流管和抽气口的位置关系示意图。

图6是图5的B处放大图。

图7是图5的C处放大图。

图8是本发明中石英炉管内截面气场分布示意图。

图中各标号表示：

1、石英炉管；2、过渡筒；3、炉门；4、后端端面法兰；5、进气管；6、均匀布气板；7、布气孔；8、缓冲进气腔；9、内盖；10、导流管；11、抽气口；12、伸缩组件；13、波纹管；14、固定杆；15、密封圈；16、前端固定法兰；17、前端水冷法兰；18、前端密封法兰；19、环形径向限位部；20、后端水冷法兰；21、后端密封法兰；22、后端固定法兰；23、隔热板；24、石墨舟；25、电极杆。

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。

如图1至图7所示，本实施例的管式PECVD设备的反应室结构，包括石英炉管1、过渡筒2、炉门3和后端端面法兰4，过渡筒2设置在石英炉管1的前端(具有炉门3的一端为前端)，炉门3与过渡筒2连接，后端端面法兰4设于石英炉管1的后端，后端端面法兰4外侧设有进气管5，内侧设有均匀布气板6，均匀布气板6上均匀分布多个布气孔7，均匀布气板6与后端端面法兰4内侧之间设有缓冲进气腔8，进气管5和布气孔7均与缓冲进气腔8连通，过渡筒2内设有内盖9，内盖9与炉门3连接，内盖9盖设在石英炉管1的管口，内盖9上设有导流管10，过渡筒2的圆周面上设有抽气口11，导流管10一端与石英炉管1连通，另一端与抽气口11连通。石英炉管1的中间放置石墨舟24。石墨舟24的电极杆25从后端端面法兰4伸出。抽气口11与抽真空系统连接。

均匀布气板6为盘状，其端面上均匀的布满布气孔7，工艺气体从后端经进气管5进入到缓冲进气腔8，在缓冲进气腔8聚集后，从均匀布气板6的布气孔7均匀进入石英炉管1，并与石墨舟24充分接触，之后到达石英炉管1的前端，在抽真空系统作用下，进入导流管10经抽气口11抽出。

本实施例的反应室结构，将原有前端环形进气改为后端平面进气(均匀布气板6及其上的布气孔7形成的方式为平面进气)，因为平面进气方式的需要，进气面需要固定不动，同时考虑到每一次工艺运行时，装卸一次硅片载具石墨舟24，反应室前端炉门3需进行两次开启关闭动作，因而将进气面设置在反应室后端。过渡筒2的设置是为了让抽气口11不设置在炉门3上，内盖9、导流管10和抽气口11用于将石英炉管1内加热后的气体排出，保证反应室内气场的均匀性和稳定性。内盖9和导流管10的设置将石英炉管1内热气流直接引入抽气口11，减少了过渡筒2内的热量，降低炉门3的温度。采用后端进气的同时前端抽气，工艺气体可快速均匀分布在石英炉管1内，石英炉管1内截面气体分布如图8所示，气体流场稳定性和均匀性大幅提高，位于石墨舟24中间位置的硅片减反射膜厚度与两侧位置相比相差不大，整舟片间均匀性大幅提高。需要说明的是，进气管5的数量不受限制，可以是多个，工艺气体从对个进气管5进入到缓冲进气腔8内，在缓冲进气腔8内充分混合后从布气孔7出去。同理，布气孔7的数量和形状不受限制，形状可以是圆孔，也可以是方孔，数量以布满均匀布气板6为最优。

本实施例中，均匀布气板6与石英炉管1同轴，导流管10的入口与石英炉管1同轴，以使工艺气体从石英炉管1中心区域通过，能与中心区域的石墨舟24充分接触。

本实施例中，过渡筒2靠近石英炉管1一端设有环形径向限位部19，内盖9抵靠在环形径向限位部19上。内盖9通过伸缩组件12固定在炉门3上。伸缩组件12包括波纹管13和位于波纹管13两端的固定杆14，一端的固定杆14与内盖9连接，另一端的固定杆14与炉门3连接。炉门3盖上后，通过伸缩组件12将内盖9压紧在环形径向限位部19上，增加内盖9的密封效果。需要说明的是，伸缩组件12的波纹管13也可以替换成弹簧或者其他弹性零件。

本实施例中，石英炉管1的前端设有前端法兰组件，前端法兰组件包括前端固定法兰16、前端水冷法兰17和前端密封法兰18，前端固定法兰16套在石英炉管1上，前端水冷法兰17与前端固定法兰16连接，前端密封法兰18与前端水冷法兰17连接，过渡筒2通过环形径向限位部19与前端密封法兰18连接。为了保证反应室具有良好的气密性，前端水冷法兰17与前端密封法兰18之间设有密封圈15，过渡筒2与前端密封法兰18之间设有密封圈15。过渡筒2与炉门3之间设有密封圈15。

本实施例中，过渡筒2内靠近炉门3的一端设有隔热板23。隔热板23可减少内盖9与炉门3之间辐射热的传播，进一步降低炉门3密封圈15的温度，延长密封圈15的使用寿命。

本实施例中，石英炉管1的后端设有后端法兰组件，后端法兰组件包括后端水冷法兰20、后端密封法兰21和后端固定法兰22，后端固定法兰22套在石英炉管1上，后端密封法兰21与后端固定法兰22连接，后端水冷法兰20与后端密封法兰21连接，后端端面法兰4与后端水冷法兰20连接。同理，为了保证反应室具有良好的气密性，后端密封法兰21与后端固定法兰22和后端水冷法兰20之间设有密封圈15。

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)

1.一种管式PECVD设备的反应室结构，其特征在于：包括石英炉管(1)、过渡筒(2)、炉门(3)和后端端面法兰(4)，所述过渡筒(2)设置在石英炉管(1)的前端，所述炉门(3)与过渡筒(2)连接，所述后端端面法兰(4)设于石英炉管(1)的后端，所述后端端面法兰(4)外侧设有进气管(5)，内侧设有均匀布气板(6)，所述均匀布气板(6)上均匀分布多个布气孔(7)，所述均匀布气板(6)与后端端面法兰(4)内侧之间设有缓冲进气腔(8)，所述进气管(5)和布气孔(7)均与缓冲进气腔(8)连通，所述过渡筒(2)内设有内盖(9)，所述内盖(9)与炉门(3)连接，所述过渡筒(2)内靠近炉门(3)的一端设有隔热板(23)，所述内盖(9)盖设在石英炉管(1)的管口，所述内盖(9)上设有导流管(10)，所述过渡筒(2)的圆周面上设有抽气口(11)，所述导流管(10)一端与石英炉管(1)连通，另一端与抽气口(11)连通。

2.根据权利要求1所述的管式PECVD设备的反应室结构，其特征在于：所述均匀布气板(6)与石英炉管(1)同轴，所述导流管(10)的入口与石英炉管(1)同轴。

3.根据权利要求1所述的管式PECVD设备的反应室结构，其特征在于：所述内盖(9)通过伸缩组件(12)固定在炉门(3)上。

4.根据权利要求3所述的管式PECVD设备的反应室结构，其特征在于：所述伸缩组件(12)包括波纹管(13)和位于波纹管(13)两端的固定杆(14)，一端的固定杆(14)与内盖(9)连接，另一端的固定杆(14)与炉门(3)连接。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的管式PECVD设备的反应室结构，其特征在于：所述石英炉管(1)的前端设有前端法兰组件，所述前端法兰组件包括前端固定法兰(16)、前端水冷法兰(17)和前端密封法兰(18)，所述前端固定法兰(16)套在石英炉管(1)上，所述前端水冷法兰(17)与前端固定法兰(16)连接，所述前端密封法兰(18)与前端水冷法兰(17)连接，所述过渡筒(2)与前端密封法兰(18)连接。

6.根据权利要求5所述的管式PECVD设备的反应室结构，其特征在于：所述前端水冷法兰(17)与前端密封法兰(18)之间设有密封圈(15)，所述过渡筒(2)与前端密封法兰(18)之间设有密封圈(15)，所述过渡筒(2)与炉门(3)之间设有密封圈(15)。

7.根据权利要求5所述的管式PECVD设备的反应室结构，其特征在于：所述过渡筒(2)靠近前端密封法兰(18)一端设有环形径向限位部(19)，所述内盖(9)抵靠在所述环形径向限位部(19)上。

8.根据权利要求1至4任意一项所述的管式PECVD设备的反应室结构，其特征在于：所述石英炉管(1)的后端设有后端法兰组件，所述后端法兰组件包括后端水冷法兰(20)、后端密封法兰(21)和后端固定法兰(22)，所述后端固定法兰(22)套在石英炉管(1)上，所述后端密封法兰(21)与后端固定法兰(22)连接，所述后端水冷法兰(20)与后端密封法兰(21)连接，所述后端端面法兰(4)与所述后端水冷法兰(20)连接。

9.根据权利要求8所述的管式PECVD设备的反应室结构，其特征在于：所述后端密封法兰(21)与后端固定法兰(22)和后端水冷法兰(20)之间设有密封圈(15)。

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