CN111118609A - 一种用于气体扩散的管式炉结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于气体扩散的管式炉结构，包括炉体，炉体的炉口和炉尾处分别设置进气结构和抽气结构，所述进气结构和所述抽气结构使得整个炉体形成气体由炉口进从炉尾出的单向通道，避免了同方向进出气的气体流量不均匀导致的问题。本发明能够通过改变进气方式解决了传统进气管炉口方阻均匀性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，尤其涉及在太阳能电池制造领域，用于进行扩散的炉体设计技术。
背景技术
在所有的太阳能电池中，硅太阳能电池是商业推广范围最大的太阳能电池。光电转换的太阳能电池可以将太阳能直接转换成电能，其发电原理是基于半导体PN结的光生伏特效应。P型硅片需要扩散磷元素获得PN结，N型硅片需要扩散硼元素获得PN结。电池片的生产过程中，部分工艺需要在硅片上扩散或者沉积一些元素，形成某种薄层结构。如硼扩散工艺、磷扩散工艺、低压硼扩散工艺、低压磷扩散工艺等。扩散工艺是制备太阳电池最关键的工序之一。扩散结果的均匀性会直接影响电池片电性能参数的正态分布。影响扩散方阻均匀性的方面有，炉管压力，温度，管内气体氛围等，而管内的气体氛围在其中最难控制，所以要维持炉管内气流的稳定及均匀性至关重要。
目前市面上的扩散设备采用炉尾进出气，进出气的结构且都是一路进气和一路抽气，如图1所示(箭头为气流方向)，而且出气需要经过长度和炉体不相上下的抽气管路，这样由于进气和出气位置的单一局限性，会导致炉管中气体流动的不均匀性，进气的地方掺杂浓度气体量较大，越往抽气的地方越少，导致炉口方阻均匀性较差，管内方阻极差较大，导致最终扩散的不均匀；而对于磷扩散而言，炉尾进气炉口抽气，会导致炉口偏磷酸的堆积，造成炉口位置金属器件的腐蚀，增加了炉口维护的成本。
常规扩散炉炉体采用单进气的结构，进气方向单一，由于炉管的尺寸较大，导致气体在炉管内的氛围不会均匀。并且，这种进气管采用单一的进气口，容易导致进气的地方的掺杂的气体流量会很高，而采用炉口抽气，抽气口在炉管底部，这样在抽气的位置会导致气流流动呈现出明显的弧形，对抽气位置的方阻均匀性影响很大，在抽气的地方掺杂的气体流量较小，导致炉口与炉尾差异较大，且在一路抽气和一路进气的情况下会造成气流流动存在明显的偏向性，造成炉管内气流的不均匀。在磷扩散中，炉尾进气炉口抽气会导致炉口未参与反应的P2O5全都聚集在抽气口位置及炉门上，在开炉门后温度降低与空气中的水汽反应生成偏磷酸，造成金属器件的腐蚀。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于气体扩散的管式炉结构，能够克服背景技术中的问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种用于气体扩散的管式炉结构，包括炉体，炉体的炉口和炉尾处分别设置进气结构和抽气结构，所述进气结构和所述抽气结构使得整个炉体形成气体由炉口进从炉尾出的单向通道，避免了同方向进出气的气体流量不均匀导致的问题。
进一步地，所述进气结构包括多个进气口，多个进气口按照一定规则分布在炉口，进气口的方向朝向炉体内部，进气口尽可能分布均匀。
进一步地，所述进气结构包括至少四个进气口，四个进气口分别沿炉口截面的边缘均布，在本发明中，进气结构包括至少四个进气口，在一些情况下，进气口也可以分布得更为紧密一些。
进一步地，所述进气口的口径为所述进气口的口径为2-8mm，优选为5-6mm。
进一步地，所述进气口设置在炉口处的法兰上，例如，炉口处的法兰上设置一圈进气管，在一圈进气管上开设进气口，进气口的方向朝向炉管内。
进一步地，所述抽气结构包括匀流板，所述匀流板设置在靠近炉尾的部位30mm-40mm。
进一步地，所述匀流板是石英板。
进一步地，所述匀流板上均布有能够允许气体通过开孔。
进一步地，所述开孔的孔径为1.2-2.6mm，优选为2mm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过改变进气方式解决了传统进气管炉口方阻均匀性差的问题。
(2)本发明中管路的进出气结构，能够使管内气流流动更加均匀，提升了整管方阻均匀性。
(3)本发明通过炉尾部位的匀流板设计，改善了抽气位置的气体湍流，改善了抽气位置方阻的均匀性。
(4)本发明通过改变出气结构的位置，使得反应副产物都处在一个高温的情况下被抽走，不会在抽气位置沉积，避免了偏磷酸的形成。
附图说明
图1是背景技术中的炉体的结构示意图。
图2是本发明的炉体结构的整体示意图。
图3是本发明的进气结构的示意图。
图4是本发明的匀流板的示意图。
图5是本发明的法兰的位置示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，应当指出的是，实施例只是对本发明的具体阐述，不应视为对本发明的限定。
如图2所示，本发明的管式炉包括炉体100，炉体的口部101设有进气结构，炉体的尾部102设有出气结构，这样，就会在炉体内形成如图中箭头所示的同方向的气体通道，不需要如图1所示，在炉尾同时进行进气和抽气，避免了气体需要经过很长的抽气管回流，保证了未反应完的气体产物都是在高温下被抽走，减少了反应副产物在抽气位置的沉积，避免了磷扩散偏磷酸的形成，从而解决了图1所示的这种情况下容易产生沉积造成堵塞等问题。
出气结构包括设置在炉体尾部的抽气口103，抽气口103可以设置在炉体尾部的中部，在抽气口之前，可以沿着炉体的截面方向布置一块匀流板104，由于炉体内进行的反应主要是硅片的扩散工艺，因此对抗腐蚀性的要求较高，优选地，匀流板104采用石英材料制成，匀流板本身的优选厚度尺寸范围是5mm-10mm，匀流板104可以焊接在炉体内壁上，如图4所示，匀流板104上均布有多个能够允许气体通过开孔105，开孔105的孔径为1.2-2.6mm，优选为2mm，既能够保障气体通过的顺畅，又能够产生匀流的作用，通过匀流板的设计，将炉尾抽气湍流区与反应硅片完全隔离开，为反应硅片创造出气流稳定的区域，对硅片方阻均匀性有提升；石英板整面均匀开孔，相当于在不增加抽气泵和抽气孔的情况下增加了抽气位置，使得炉管各位置均匀抽气，比单一抽气更有利于炉管气流的稳定。
如图3所示，进气结构包括在炉口101的法兰部位109设计的一圈进气管106，进气管106可以沿法兰缠绕成圈，其中，朝向炉内的进气管106上，开设四个进气口107，进气口107可以等间距地布置在进气管106所缠绕的圈上。如图5所示，进气管106沿法兰绕圈布置，在进气管106的侧面开设进气口，在法兰外侧通过炉门108密封，进气管106采用耐高温，耐腐蚀304不锈钢材质制成。通过这样的设计，进气管被炉门盖住封闭在炉管里面相当于进气管一直处于高温状态，气体进入进气管后经过加热后再通过气孔均匀流出，而且增加了气流在进气管里的时间从而增加了预热过程并减少了气流从气孔中流出的量，可以增加炉口均匀性，分散了单一进气口的气流量，使得进气口的流量减小；进气口均匀分布在炉口上下左右的位置，使得炉管各部分进气均匀更有利于气体氛围的均匀性，提升方阻的均匀性。
炉尾的温度较低，炉口开关会有较高的温度，且炉口位置有限，泵没有空间放置，所以采用炉口进气炉尾抽气；炉尾抽气口在炉管的中间位置也是为了使抽气的气流更加均匀。
Claims (9)
1.一种用于气体扩散的管式炉结构，包括炉体，其特征是，炉体的炉口和炉尾处分别设置进气结构和抽气结构，所述进气结构和所述抽气结构使得整个炉体形成气体由炉口进从炉尾出的单向通道。
2.根据权利要求1所述的一种用于气体扩散的管式炉结构，其特征是，所述进气结构包括多个进气口，多个进气口按照一定规则分布在炉口。
3.根据权利要求2所述的一种用于气体扩散的管式炉结构，其特征是，所述进气结构包括至少四个进气口，四个进气口分别沿炉口截面的边缘均布。
4.根据权利要求1所述的一种用于气体扩散的管式炉结构，其特征是，所述进气口的口径为2-8mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于气体扩散的管式炉结构，其特征是，所述进气口设置在炉口法兰上。
6.根据权利要求1所述的一种用于气体扩散的管式炉结构，其特征是，所述抽气结构包括匀流板，所述匀流板设置在靠近炉尾的部位300mm-400mm。
7.根据权利要求6所述的一种用于气体扩散的管式炉结构，其特征是，所述匀流板是石英板。
8.根据权利要求6所述的一种用于气体扩散的管式炉结构，其特征是，所述匀流板上均布有能够允许气体通过开孔。
9.根据权利要求8所述的一种用于气体扩散的管式炉结构，其特征是，所述开孔的孔径为1.2-2.6mm。
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