CN111370302A - 一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的系统及方法。为了克服现有技术压力计设置在源瓶出气口，被三氯氧磷腐蚀，造成使用寿命短的问题；本发明采用的系统包括源瓶和炉管，源瓶中连接有两根管道，一根管道连接炉管，炉管通向被制备的硅片，在源瓶与炉管之间的管道上设置有出气阀；源瓶的另一根管道连接有进气阀，进气阀的另一端通过管道连接有第一流量计；第一流量计的另一端为小氮进气口，在第一流量计与进气阀之间的管道中设置有源瓶压力计；源瓶的两根管道相互连接，在两根管道的连接管道上设置有衡压阀。源瓶压力计设置在源瓶进气口前，避免了源瓶压力计受三氯氧磷的腐蚀，延长了源瓶压力计的使用寿命，节省成本。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅太阳电池生产领域，尤其涉及一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的系统及方法。
背景技术
太阳能发电技术已经日渐成熟，而PN结是晶体硅太阳能电池的核心部分，没有PN结就不能将光转换为电，因此，PN结的制造是一道重要的工序。现主要通过扩散炉扩散源瓶中的三氯氧磷蒸汽来制造太阳能电池的PN结。传统低压扩散炉压力计安装于源瓶出气端，三氯氧磷具有腐蚀性（尤其和水汽反应生成偏磷酸），由于源瓶到炉管的气路距离较长，部分三氯氧磷会聚集在气路壁中；如果发生气密性差或经历换源等情况，空气中的水汽会与残留的三氯氧磷反应生成偏磷酸，腐蚀性会大大增强。三氯氧磷蒸汽经过压力计，腐蚀导致压力计使用寿命严重偏低。
例如，一种在中国专利文献上公开的“一种适用于低压扩散炉的源压控制方法及系统”，其公告号“CN 110034011A”，包括源瓶，所述源瓶上连接有两根管道，两根管道上分别设置有第一开关阀和第二开关阀，两根管道之间连通有通管，通管上设置有平衡气动阀，一根管道的一端设置有进气气动阀，管道上设置有进气质量流量控制器，通管位于第一开关阀与进气质量流量控制器之间，所述进气质量流量控制器的一端通过管道连接有压力控制器。压力传感器设计在源瓶的出气口，容易被三氯氧磷腐蚀，大大降低压力传感器的寿命。
发明内容
本发明主要解决现有技术压力计设置在源瓶出气口，被三氯氧磷腐蚀，造成使用寿命短的问题；提供一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的系统及方法，将压力计设计在源瓶的进气口，大大增加压力计的使用寿命。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的系统包括源瓶和炉管，所述源瓶中连接有两根管道，一根管道连接炉管，炉管通向被制备的硅片，在源瓶与炉管之间的管道上设置有出气阀；所述源瓶的另一根管道连接有进气阀，所述的进气阀的另一端通过管道连接有第一流量计；所述的第一流量计的另一端为小氮进气口，在第一流量计与进气阀之间的管道中设置有源瓶压力计；源瓶的两根管道相互连接，在所述的两根管道的连接管道上设置有衡压阀。该系统结构简单；在通源时，氮气从第一流量计的小氮进气口进入，依次流经第一流量计、源瓶压力计和进气阀，之后进入到源瓶中，带走源瓶中的三氯氧磷，经过出气阀送入炉管，对炉管后的硅片进行PN结的制备工艺。设置衡压阀，在不通源时，关闭进气阀和出气阀，打开衡压阀，平衡源瓶两根管道的气压，避免了磷源（三氯氧磷）倒灌进入进气侧的源瓶压力计，延长了源瓶压力计的使用寿命。源瓶压力计设计在进气阀之前，使得在通源时源瓶中的三氯氧磷不会经过源瓶压力计，避免源瓶压力计被三氯氧磷腐蚀，大大延长了源瓶压力计的使用寿命，从原来的使用寿命在一年左右提升到了六年以上，大大减少成本。
作为优选，所述的系统还包括清洗阀，所述的清洗阀的一端连接炉管；清洗阀的另一端连接到进气阀与源瓶压力计连接管道上。在不通源时使用氮气对源瓶压力计进行清洗，保证了源瓶压力计上不会沾染或残留有三氯氧磷，做到了双保险，进一步加强了对源瓶压力计的保护。
作为优选，所述的系统还包括小氧进气回路和大氮进气回路；所述的小氧进气回路和大氮进气回路均与炉管相连接；小氧进气回路包括第二流量计和小氧阀，第二流量计的一端为氧气进气端，第二流量计的另一端连接小氧阀的一端，小氧阀的另一端来连接炉管；大氮进气回路包括第三流量计和大氮阀，第三流量计的一端为氮气进气端，第三流量计的另一端连接大氮阀的一端，大氮阀的另一端来连接炉管。小氧回路和大氮回路分别为PN结制备工艺提供氧气和氮气，第二流量计和第三流量计分别检测氧气和氮气的流量，便于操作者更加准确地控制气体流量，保证制备出来的产品的质量。
作为优选，所述的系统还包括进气压力计，所述的进气压力计设置在第一流量计的小氮进气口的管道上。进气压力计用于显示进入管道的氮气的压力，在超过阈值时报警，避免了充入过多的氮气影响PN结的制备工艺，保证了PN结产品的质量，也在一定程度上避免了充入氮气的压力过大使得管道涨裂的危险，保证了制备过程中的安全。
作为优选，所述的进气阀、出气阀、衡压阀、清洗阀、小氧阀和大氮阀均为气动阀；在出气阀与炉管之间的管道上设置有第一手动阀；在小氧阀与炉管之间的管道上设置有第二手动阀；在大氮阀与炉管之间的管道上设置有第三手动阀。设置手动阀，可以通过手动控制减少进入炉管的气体，在气动阀失去控制时保证不影响制备的PN结，保证产品质量，提高系统的可靠性。
一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的方法，包括以下步骤：
S1：在通源之前向硅片进行一端时间的预氧化工序，在硅片表面形成一层氧化硅介质；在预氧化之后进行一段时间的源瓶降压工序，使得源瓶压力稳定；
S2：打开进气阀和出气阀，关闭衡压阀和清洗阀进行通源操作；在硅片上进行一次沉积、二次沉积、升温推进、恒温推进、降温和降温沉积工序之后完成通源操作；
S3：同时进行一段时间的源瓶回压和降温氧化。
在通源之前必须对硅片进行预氧化，在表面形成一层氧化硅介质。因为源瓶压力计设置在源瓶的进气口前，所以存在一定的延时，通入少量的氮气进行源瓶降压工作，使得源瓶压力稳定，保证之后制备工艺的安全。在完成通源之后进行源瓶回压，使其恢复常压。
作为优选，所述的步骤S1包括以下步骤：
S11：预氧化，打开小氧阀和大氮阀，从小氧阀中通的500~1000sccm的氧气，从大氮阀中通500~2000sccm的氮气；与氧化的时间为180~480s；
S12：源瓶降压，打开进气阀和出气阀，关闭衡压阀和清洗阀，从进气阀向源瓶通60~100sccm的氮气，同时从小氧阀中通的500~1000sccm的氧气，从大氮阀中通500~2000sccm的氮气；源瓶降压时间至多120s。
在通源之前必须对硅片进行预氧化，在表面形成一层氧化硅介质，通入氧气和氮气，对硅片进行预氧化。在硅片预氧化之后对源瓶进行降压，因为源瓶压力计设置在源瓶的进气口前，所以存在一定的延时，通入少量的氮气进行源瓶降压工作，使得源瓶压力稳定；通入的小氮只要达到源瓶能降压的最低标准，确保因此带入炉管内的三氯氧磷量尽量少，并且在高浓度氧气氛围下，硅片沉积的源量对最终的PN结影响忽略不计；时间控制在2分钟使源瓶压力稳定在规定值。
作为优选，所述的步骤S3包括以下步骤：
S3a：源瓶回压，打开进气阀，关闭出气阀，向源瓶中通60~100sccm的氮气，直到源瓶气压回到常压，停止向源瓶中通氮气，同时关闭进气阀；
S3b：降温氧化，从小氧阀中通的500~1500sccm的氧气，从大氮阀中通1000~2500sccm的氮气。
源瓶回压与降温氧化同时进行，节省工作时间，使得源瓶内的气压恢复常压，保证系统的安全。
作为优选，所述的方法还包括：
在不进行通源时，平衡源瓶的两根管道之间的气压，关闭进气阀、出气阀和清洗阀并打开衡压阀；
在不进行通源时，使用氮气对源瓶压力计进行清洗，打开清洗阀，关闭进气阀、出气阀和衡压阀，氮气流经源瓶压力计通过清洗阀到炉管。
在不进行通源时，平衡源瓶两根管道的气压，避免三氯氧磷倒流回源瓶的进气口，保证源瓶气压不沾染三氯氧磷，保证了源瓶气压计的使用寿命。对管道与源瓶压力计使用氮气冲洗，保证了源瓶压力计不沾染或存留三氯氧磷，进一步保证了源瓶压力计的使用寿命。
本发明的有益效果是：
1.源瓶压力计设置在源瓶进气口前，避免了源瓶压力计受三氯氧磷的腐蚀，延长了源瓶压力计的使用寿命，节省成本。
2.在预氧化步骤之后增加源瓶降压步骤，在降温氧化步骤之后同时进行源瓶回压步骤，即节省了工艺的流程时间，又能够保证PN结制备工艺的安全。
3.在源瓶两根管道之间设置衡压阀，平衡气压，避免三氯氧磷倒流回源瓶压力计，保证了源瓶压力计的使用寿命。
4.设置清洗阀，在不通源时对管道与源瓶压力计使用氮气冲洗，保证了源瓶压力计不沾染或存留三氯氧磷，进一步保证了源瓶压力计的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的一种低压扩散炉源瓶系统连接图。
图2是本发明的一种PN结制造工艺流程图。
图中1.源瓶，2.源瓶压力计，3.进气阀，4.出气阀，5.衡压阀，6.清洗阀，7.第一流量计，8.第二流量计，9.第三流量计，10.小氧阀，11.大氮阀，12.炉管，13.进气压力计。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例一：
一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的系统，如图1所示，包括源瓶1和炉管12，源瓶1中连接有两根管道，分别为进气管道和出气管道，在出气管道上设置有出气阀4；出气管道连接炉管12，炉管12通向被制备的硅片。源瓶1的进气管道连接有进气阀3，进气阀3的另一端通过管道连接有第一流量计7。第一流量计7的另一端为小氮进气口。
在通源时，氮气从第一流量计7的小氮进气口进入，依次流经第一流量计7、源瓶压力计2和进气阀3，之后进入到源瓶1中，带走源瓶1中的三氯氧磷，经过出气阀4送入炉管12，对炉管12后的硅片进行PN结的制备工艺。
源瓶压力计2设计在进气阀3之前，使得在通源时源瓶1中的三氯氧磷不会经过源瓶压力计2，避免源瓶压力计2被三氯氧磷腐蚀，大大延长了源瓶压力计2的使用寿命，从原来的使用寿命在一年左右提升到了六年以上，大大延长了源瓶压力计的使用寿命，减少成本。
在进气管道中设置有源瓶压力计2。源瓶1的进气管道和出气管道相互连接，两根管道的连接管道上设置有衡压阀5。在第一流量计7的小氮进气口上还连接有进气压力计13。
在不进行通源时，平衡源瓶1的两根管道之间的气压，关闭进气阀3、出气阀4和清洗阀6并打开衡压阀5。平衡源瓶1两根管道的气压，避免了磷源（三氯氧磷）倒灌进入进气侧的源瓶压力计2，延长了源瓶压力计2的使用寿命。
进气压力计13用于显示进入管道的氮气的压力，在超过阈值时报警，避免了充入过多的氮气影响PN结的制备工艺，保证了PN结产品的质量；也在一定程度上避免了充入氮气的压力过大使得管道涨裂的危险，保证了制备过程中的安全。
炉管12还连接有清洗阀6，清洗阀6的另一端连接到进气阀3与源瓶压力计2连接管道上。
在不通源时，打开清洗阀6，关闭进气阀3、出气阀4和衡压阀5，氮气流经源瓶压力计2通过清洗阀6到炉管45。使用氮气对源瓶压力计2进行清洗，保证了源瓶压力计2上不会沾染或残留有三氯氧磷，做到了双保险，进一步加强了对源瓶压力计2的保护。
系统还包括小氧进气回路和大氮进气回路。小氧进气回路和大氮进气回路均与炉管12相连接。
小氧进气回路包括第二流量计8和小氧阀10，第二流量计8的一端为氧气进气端，第二流量计8的另一端连接小氧阀10的一端，小氧阀10的另一端来连接炉管12。
大氮进气回路包括第三流量计9和大氮阀11，第三流量计9的一端为氮气进气端，第三流量计9的另一端连接大氮阀11的一端，大氮阀11的另一端来连接炉管12。
小氧回路和大氮回路分别为PN结制备工艺提供氧气和氮气，第二流量计8和第三流量计9分别检测氧气和氮气的流量，便于操作者更加准确地控制气体流量，保证制备出来的产品的质量。
上述的进气阀3、出气阀4、衡压阀5、清洗阀6、小氧阀10和大氮阀11均为气动阀。
一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1：在通源之前向硅片进行一端时间的预氧化工序，在硅片表面形成一层氧化硅介质；在预氧化之后进行一段时间的源瓶降压工序，使得源瓶压力稳定。
S11：预氧化，打开小氧阀10和大氮阀11，从小氧阀10中通的500~1000sccm的氧气，从大氮阀11中通500~2000sccm的氮气；与氧化的时间为180~480s。
在通源之前必须对硅片进行预氧化，在表面形成一层氧化硅介质，通入氧气和氮气，对硅片进行预氧化。
S12：源瓶降压，打开进气阀3和出气阀4，关闭衡压阀5和清洗阀6，从进气阀3向源瓶1通60~100sccm的氮气，同时从小氧阀10中通的500~1000sccm的氧气，从大氮阀11中通500~2000sccm的氮气；源瓶降压时间至多120s。
在硅片预氧化之后对源瓶进行降压，因为源瓶压力计设置在源瓶的进气口前，所以存在一定的延时，通入少量的氮气进行源瓶降压工作，使得源瓶压力稳定；通入的小氮只要达到源瓶能降压的最低标准，确保因此带入炉管内的三氯氧磷量尽量少，并且在高浓度氧气氛围下，硅片沉积的源量对最终的PN结影响忽略不计；时间控制在2分钟使源瓶压力稳定在规定值。
S2：打开进气阀3和出气阀4，关闭衡压阀5和清洗阀6进行通源操作；在硅片上进行一次沉积、二次沉积、升温推进、恒温推进、降温和降温沉积工序之后完成通源操作。
S3：同时进行一段时间的源瓶回压和降温氧化。
S3a：源瓶回压，打开进气阀3，关闭出气阀4，向源瓶1中通60~100sccm的氮气，直到源瓶气压回到常压，停止向源瓶中1通氮气，同时关闭进气阀3。
S3b：降温氧化，从小氧阀10中通的500~1500sccm的氧气，从大氮阀11中通1000~2500sccm的氮气。
源瓶回压与降温氧化同时进行，节省工作时间，使得源瓶内的气压恢复常压，保证系统的安全。
在不进行通源时，平衡源瓶1的两根管道之间的气压，关闭进气阀3、出气阀4和清洗阀6并打开衡压阀5。
在不进行通源时，平衡源瓶两根管道的气压，避免三氯氧磷倒流回源瓶的进气口，保证源瓶气压不沾染三氯氧磷，保证了源瓶气压计的使用寿命。
在不进行通源时，使用氮气对源瓶压力计2进行清洗，打开清洗阀6，关闭进气阀3、出气阀4和衡压阀5，氮气流经源瓶压力计2通过清洗阀到炉管12。
对管道与源瓶压力计使用氮气冲洗，保证了源瓶压力计不沾染或存留三氯氧磷，进一步保证了源瓶压力计的使用寿命。
实施例二：
一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的系统，增加了若干手动阀。
在出气阀4与炉管12之间的管道上设置有第一手动阀；在小氧阀10与炉管12之间的管道上设置有第二手动阀；在大氮阀11与炉管12之间的管道上设置有第三手动阀。
设置手动阀，能够通过手动控制减少进入炉管12的气体流量，在气动阀失去控制时保证不影响PN结的制备，保证产品质量，提高系统的可靠性。
本实施例除了增加了手动阀，其他设置与方法均与实施例一相同。
本发明的源瓶压力计2设置在源瓶1进气口前，避免了源瓶压力计2受三氯氧磷的腐蚀，延长了源瓶压力计的使用寿命，节省成本。在预氧化步骤之后增加源瓶降压步骤，在降温氧化步骤之后同时进行源瓶回压步骤，即节省了工艺的流程时间，又能够保证PN结制备工艺的安全。
Claims (9)
1.一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的系统，包括源瓶（1）和炉管（12），所述源瓶（1）中连接有两根管道，一根管道连接炉管（12），炉管（12）通向被制备的硅片，在源瓶（1）与炉管（12）之间的管道上设置有出气阀（4）；其特征在于，所述源瓶（1）的另一根管道连接有进气阀（3），所述的进气阀（3）的另一端通过管道连接有第一流量计（7）；所述的第一流量计（7）的另一端为小氮进气口，在第一流量计（7）与进气阀（3）之间的管道中设置有源瓶压力计（2）；源瓶（1）的两根管道相互连接，在所述的两根管道的连接管道上设置有衡压阀（5）。
2.根据权利要求1所述的一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的系统，其特征在于，所述的系统还包括清洗阀（6），所述的清洗阀（6）的一端连接炉管（12）；清洗阀（6）的另一端连接到进气阀（3）与源瓶压力计（2）连接管道上。
3.根据权利要求1或2所述的一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的系统，其特征在于，所述的系统还包括小氧进气回路和大氮进气回路；所述的小氧进气回路和大氮进气回路均与炉管（12）相连接；小氧进气回路包括第二流量计（8）和小氧阀（10），第二流量计（8）的一端为氧气进气端，第二流量计（8）的另一端连接小氧阀（10）的一端，小氧阀（10）的另一端来连接炉管（12）；大氮进气回路包括第三流量计（9）和大氮阀（11），第三流量计（9）的一端为氮气进气端，第三流量计（9）的另一端连接大氮阀（11）的一端，大氮阀（11）的另一端来连接炉管（12）。
4.根据权利要求3所述的一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的系统，其特征在于， 所述的系统还包括进气压力计（13），所述的进气压力计（13）设置在第一流量计（7）的小氮进气口的管道上。
5.根据权利要求3所述的一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的系统，其特征在于，所述的进气阀（3）、出气阀（4）、衡压阀（5）、清洗阀（6）、小氧阀（10）和大氮阀（11）均为气动阀；在出气阀（4）与炉管（12）之间的管道上设置有第一手动阀；在小氧阀（10）与炉管（12）之间的管道上设置有第二手动阀；在大氮阀（11）与炉管（12）之间的管道上设置有第三手动阀。
6.一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的方法，采用权利要求1~5任意一项中的一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的系统，包括以下步骤：
S1：在通源之前向硅片进行一端时间的预氧化工序，在硅片表面形成一层氧化硅介质；在预氧化之后进行一段时间的源瓶降压工序，使得源瓶压力稳定；
S2：打开进气阀（3）和出气阀（4），关闭衡压阀（5）和清洗阀（6）进行通源操作；在硅片上进行一次沉积、二次沉积、升温推进、恒温推进、降温和降温沉积工序之后完成通源操作；
S3：同时进行一段时间的源瓶回压和降温氧化。
7.根据权利要求6所述的一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的方法，其特征在于，所述的步骤S1包括以下步骤：
S11：预氧化，打开小氧阀（10）和大氮阀（11），从小氧阀（10）中通的500~1000sccm的氧气，从大氮阀（11）中通500~2000sccm的氮气；与氧化的时间为180~480s；
S12：源瓶降压，打开进气阀（3）和出气阀（4），关闭衡压阀（5）和清洗阀（6），从进气阀（3）向源瓶（1）通60~100sccm的氮气，同时从小氧阀（10）中通的500~1000sccm的氧气，从大氮阀（11）中通500~2000sccm的氮气；源瓶降压时间至多120s。
8.根据权利要求6所述的一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的方法，其特征在于，所述的步骤S3包括以下步骤：
S3a：源瓶回压，打开进气阀（3），关闭出气阀（4），向源瓶（1）中通60~100sccm的氮气，直到源瓶气压回到常压，停止向源瓶中（1）通氮气，同时关闭进气阀（3）；
S3b：降温氧化，从小氧阀（10）中通的500~1500sccm的氧气，从大氮阀（11）中通1000~2500sccm的氮气。
9.根据权利要求8所述的一种增加低压扩散炉源瓶压力计使用寿命的方法，其特征在于，所述的方法还包括：
在不进行通源时，平衡源瓶（1）的两根管道之间的气压，关闭进气阀（3）、出气阀（4）和清洗阀（6）并打开衡压阀（5）；
在不进行通源时，使用氮气对源瓶压力计（2）进行清洗，打开清洗阀（6），关闭进气阀（3）、出气阀（4）和衡压阀（5），氮气流经源瓶压力计（2）通过清洗阀到炉管（12）。
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