CN114797370B - 一种扩散尾气处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种扩散尾气处理装置及方法，所述扩散尾气处理装置包括瓶体、冷却盘管、出气盘管以及与瓶体顶部连接的波纹管；所述冷却盘管与出气盘管分别独立地盘绕于瓶体的外壁；沿气体流动方向，所述冷却盘管包括依次设置的进气段与填料段，所述填料段的末端与瓶体的内腔连通；所述出气盘管的首端与瓶体的内腔连通，出气盘管的末端与瓶体的颈部连通。本发明提供的扩散尾气处理装置，可以吸附部分磷源反应生成物并留置在扩散尾气处理装置内，有效降低了波纹管结晶堵塞的次数，延长了管路使用寿命，降低了制程异常返工的比例。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种扩散尾气处理装置及方法。
背景技术
扩散制程是晶硅太阳能电池制备过程中形成PN结的核心工艺，扩散炉管内通入大量磷源，通过激光作用瞬时高温，相应的掺杂杂质沉积在硅片表面形成PN结，反应产生的废气通过尾排系统抽走处理。在大磷源前提下，废气抽出后冷却形成液态或固态的偏磷酸，极易导致尾排系统管路堵塞问题，对制程产生不利影响。
CN 206247885U公开了一种扩散炉尾气排放管，采用扩散炉尾气排放管尾部设进气口，通过气管连接氮气气源对扩散炉尾气排放管内部吹气，解决了扩散炉尾气排放管经常会被偏磷酸堵塞现象，另一方面延长了石英扩散炉尾气排放管的使用寿命，避免了扩散炉尾气排放管因偏磷酸侵蚀造成的损坏。但仅通过对尾管吹氮气，堵塞现象改善并不显著，且提高了生产成本。
CN 208356425U公开了一种扩散尾气冷却装置及扩散尾气冷却系统，扩散尾气由进气口进入第一瓶区，再由连通管进入第二瓶区，尾气经过第二瓶区内的水处理，尾气被冷却，同时尾气中的偏磷酸被吸收，避免了后续设备被损坏，解决了现有的扩散尾气瓶对扩散尾气的冷却效果差，处理后的尾气仍易腐蚀和堵塞设备的问题。但该装置中尾气被冷却液化堵塞连通管的问题仍不能得到有效解决。
针对现有技术的不足，亟需提供一种防止副产物堵塞管路、降低制程异常的扩散尾气处理装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种扩散尾气处理装置及方法，所述扩散尾气处理装置中通过设计填料段以及吸收段，有效解决了偏磷酸结晶堵塞波纹管的问题，降低了扩散制程异常返工的比例；同时控制扩散工艺中的通源量以及泵压等参数，提高了硅基体的掺杂效果。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种扩散尾气处理装置，所述扩散尾气处理装置包括瓶体、冷却盘管、出气盘管以及与瓶体顶部连接的波纹管；
所述冷却盘管与出气盘管分别独立地盘绕于瓶体的外壁；
沿气体流动方向，所述冷却盘管包括依次设置的进气段与填料段，所述填料段的末端与瓶体的内腔连通；
所述出气盘管的首端与瓶体的内腔连通，出气盘管的末端与瓶体的颈部连通。
本发明提供的扩散尾气处理装置，在冷却盘管中设置填料段，当扩散炉管中的扩散尾气进入冷却盘管，部分扩散尾气中的磷源反应生成物被填料段中的填料吸附，其余扩散尾气通过填料段末端进入瓶体的内腔，再从出气盘管的首端流动至末端，经过瓶体的颈部，由瓶体顶部的波纹管排出。由于填料段中的填料可以有效吸附磷源反应生成物，波纹管内结晶堵塞的情况得到显著改善。
优选地，所述冷却盘管沿所述瓶体的外壁中部向下盘绕。
本发明所述“向下盘绕”是指，冷却盘管由瓶体的外壁中部沿指向瓶体底部的方向盘绕。
优选地，所述出气盘管沿所述瓶体的外壁中部向上盘绕。
本发明所述“向上盘绕”是指，冷却盘管由瓶体的外壁中部沿指向瓶体顶部的方向盘绕。
所述进气段与填料段的长度比为(6-10):1，例如可以是6:1、7:1、8:1、9:1或10:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述填料段设置有石英填料。
优选地，所述石英填料的数量为20-30个，例如可以是20个、22个、24个、26个、28个或30个，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述石英填料包括圆柱状空心结构。
所述石英填料设置为圆柱状空心结构，将磷源反应生成物充分吸附于结构内部，有效提高了填料的吸附效果。
优选地，所述石英填料的长度为9-11mm，例如可以是9mm、9.5mm、10mm、10.5mm或11mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述石英填料的内径为6.9-7.1mm，外径为7.9-8.1mm。
所述石英填料的内径为6.9-7.1mm，例如可以是6.9mm、6.95mm、7mm、7.05mm或7.1mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述石英填料的外径为7.9-8.1mm，例如可以是7.9mm、7.95mm、8mm、8.05mm或8.1mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述石英填料的柱管厚度为0.9-1.1mm，例如可以是0.9mm、0.95mm、1mm、1.05mm或1.1mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述瓶体的内腔包括吸收段，所述吸收段与瓶体的高度比为1:(14-15)，例如可以是1:14、1:14.2、1:14.5、1:14.8或1:15，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述吸收段用于放置吸收液，所述吸收液包括纯水。当磷源反应生成物通过冷却盘管进入瓶体内腔，与内腔吸收段中的纯水可发生反应生成液态正磷酸留置在瓶体内，避免磷源反应生成物气体排至波纹管，造成液化堵塞的现象。
第二方面，本发明提供了应用如第一方面所述扩散尾气处理装置的方法，所述方法包括如下步骤：扩散尾气由冷却盘管进入扩散尾气处理装置，其中，部分扩散尾气经吸附以及反应留置在扩散尾气处理装置内，其余扩散尾气流经出气盘管与波纹管排出；
所述扩散尾气由磷源真空扩散得到。
扩散的磷源三氯氧磷蒸汽在高温(＞600℃)下分解生成五氯化磷和五氧化二磷，五氧化二磷在扩散温度下与硅反应生成二氧化硅和磷原子，其中，五氧化二磷极易溶于炉管内的少量水生成偏磷酸。因此，扩散尾气中包含了五氧化二磷以及偏磷酸等磷源反应生成物。采用本发明提供的扩散尾气处理装置进行尾气收集处理，可以使五氧化二磷以及偏磷酸留置在扩散尾气处理装置内，协同调控通源量参数，降低液化堵塞波纹管概率，从而提高部件的使用寿命，降低制程异常返工的比例。
优选地，所述真空扩散的泵压为95-105mbar，例如可以是95mbar、100mbar或105mbar，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明将扩散工艺沉积步骤中的泵压提高40-50mbar，同时采用低源量慢抽方式来改善硅片内均匀性，制得的太阳能电池的光电转换效率有所提升。
优选地，所述磷源的通源量为950-1050sccm，例如可以是950sccm、1000sccm或1050sccm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明降低了扩散工艺沉积步骤中磷源的通源量，因而降低了富余磷源浓度以及扩散表面浓度，提高了电池表面短波响应，提高短路电流和开路电压。
优选地，所述磷源包括三氯氧磷。
优选地，所述扩散尾气包括五氧化二磷气体、偏磷酸气体、五氯化磷气体以及三氯氧磷气体。
作为本发明第二方面提供的方法的优选技术方案，所述方法包括如下步骤：扩散尾气由冷却盘管进入扩散尾气处理装置，其中，部分扩散尾气经吸附以及反应留置在扩散尾气处理装置内，其余扩散尾气流经出气盘管与波纹管排出；所述扩散尾气由通源量为950-1050sccm的磷源在泵压95-105mbar下真空扩散得到。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的扩散尾气处理装置，通过在冷却盘管中设置填料段，可以有效吸附部分磷源反应生成物，同时在瓶体内腔设置吸收段，将磷源反应生成物吸收留置在扩散尾气处理装置内，协同调控通源量参数降低富余磷源浓度，有效降低了波纹管结晶堵塞的次数，延长了管路使用寿命，降低了制程异常返工的比例；调节通源量以及泵压等参数，提高了硅片的掺杂效果，从而增加了制得的太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的扩散尾气处理装置的结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的石英填料的结构示意图。
其中：1，瓶体；2，冷却盘管；3，出气盘管；4，波纹管；5，进气段；6，填料段；7，石英填料；8，纯水。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种如图1所示的扩散尾气处理装置，所述扩散尾气处理装置包括瓶体1、冷却盘管2、出气盘管3以及与瓶体顶部连接的波纹管4；
所述冷却盘管2与出气盘管3分别独立地盘绕于瓶体1的外壁；所述冷却盘管2沿所述瓶体1的外壁中部向下盘绕；所述出气盘管3沿所述瓶体1的外壁中部向上盘绕；
沿气体流动方向，所述冷却盘管2包括依次设置的进气段5与填料段6，所述填料段6的末端与瓶体1的内腔连通；所述出气盘管3的首端与瓶体1的内腔连通，出气盘管3的末端与瓶体1的颈部连通；
所述进气段5与填料段6的长度比为8:1；所述填料段6设置有25个如图2所示的圆柱状空心结构的石英填料7，所述石英填料7的长度为10mm，内径为7mm，外径为8mm，柱管厚度为1mm；
所述瓶体1的内腔放置纯水8，所述纯水8的高度与瓶体1的高度之比为1:14.5。
实施例2
本实施例提供了一种扩散尾气处理装置，所述扩散尾气处理装置包括瓶体1、冷却盘管2、出气盘管3以及与瓶体顶部连接的波纹管4；
所述冷却盘管2与出气盘管3分别独立地盘绕于瓶体1的外壁；所述冷却盘管2沿所述瓶体1的外壁中部向下盘绕；所述出气盘管3沿所述瓶体1的外壁中部向上盘绕；
沿气体流动方向，所述冷却盘管2包括依次设置的进气段5与填料段6，所述填料段6的末端与瓶体1的内腔连通；所述出气盘管3的首端与瓶体1的内腔连通，出气盘管3的末端与瓶体1的颈部连通；
所述进气段5与填料段6的长度比为6:1；所述填料段6设置有30个圆柱状空心结构的石英填料7，所述石英填料7的长度为9mm，内径为7.1mm，外径为8.1mm，柱管厚度为1mm；
所述瓶体1的内腔放置纯水8，所述纯水8的高度与瓶体1的高度之比为1:14。
实施例3
本实施例提供了一种扩散尾气处理装置，所述扩散尾气处理装置包括瓶体1、冷却盘管2、出气盘管3以及与瓶体顶部连接的波纹管4；
所述冷却盘管2与出气盘管3分别独立地盘绕于瓶体1的外壁；所述冷却盘管2沿所述瓶体1的外壁中部向下盘绕；所述出气盘管3沿所述瓶体1的外壁中部向上盘绕；
沿气体流动方向，所述冷却盘管2包括依次设置的进气段5与填料段6，所述填料段6的末端与瓶体1的内腔连通；所述出气盘管3的首端与瓶体1的内腔连通，出气盘管3的末端与瓶体1的颈部连通；
所述进气段5与填料段6的长度比为10:1；所述填料段6设置有20个圆柱状空心结构的石英填料7，所述石英填料7的长度为11mm，内径为6.9mm，外径为7.9mm，柱管厚度为1mm；
所述瓶体1的内腔放置纯水8，所述纯水8的高度与瓶体1的高度之比为1:15。
实施例4
本实施例提供了一种扩散尾气处理装置，与实施例1的区别在于，所述石英填料为球形，所述球形的直径为8mm，其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供了一种扩散尾气处理装置，与实施例1的区别在于，所述纯水8的高度与瓶体1的高度之比为1:20，其余均与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供了一种扩散尾气处理装置，与实施例1的区别在于，所述纯水8的高度与瓶体1的高度之比为1:10，其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供了一种扩散尾气处理装置，与实施例1的区别在于，所述瓶体1的内腔未放置纯水8，其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供了一种扩散尾气处理装置，与实施例1的区别在于，所述冷却盘管2未设置填料段6，其余均与实施例1相同。
应用例1
本应用例提供了一种应用实施例1提供的扩散尾气处理装置处理扩散尾气的方法，所述方法包括如下步骤：
扩散尾气由冷却盘管2进入扩散尾气处理装置，其中，部分扩散尾气经石英填料7吸附以及与纯水8反应留置在扩散尾气处理装置内，其余扩散尾气流经出气盘管3与波纹管4排出；所述扩散尾气由通源量为1000sccm的磷源在泵压100mbar下真空扩散得到。
应用例2
本应用例提供了一种应用实施例1提供的扩散尾气处理装置处理扩散尾气的方法，所述方法包括如下步骤：
扩散尾气由冷却盘管2进入扩散尾气处理装置，其中，部分扩散尾气经石英填料7吸附以及与纯水8反应留置在扩散尾气处理装置内，其余扩散尾气流经出气盘管3与波纹管4排出；所述扩散尾气由通源量为950sccm的磷源在泵压105mbar下真空扩散得到。
应用例3
本应用例提供了一种应用实施例1提供的扩散尾气处理装置处理扩散尾气的方法，所述方法包括如下步骤：
扩散尾气由冷却盘管2进入扩散尾气处理装置，其中，部分扩散尾气经石英填料7吸附以及与纯水8反应留置在扩散尾气处理装置内，其余扩散尾气流经出气盘管3与波纹管4排出；所述扩散尾气由通源量为1050sccm的磷源在泵压95mbar下真空扩散得到。
应用例4
本应用例提供了一种应用实施例1提供的扩散尾气处理装置处理扩散尾气的方法，与应用例1的区别在于，所述通源量为1200sccm，其余均与应用例1相同。
应用例5
本应用例提供了一种应用实施例1提供的扩散尾气处理装置处理扩散尾气的方法，与应用例1的区别在于，所述通源量为900sccm，其余均与应用例1相同。
应用例6
本应用例提供了一种应用实施例1提供的扩散尾气处理装置处理扩散尾气的方法，与应用例1的区别在于，所述泵压为80mbar，其余均与应用例1相同。
应用例7
本应用例提供了一种应用实施例1提供的扩散尾气处理装置处理扩散尾气的方法，与应用例1的区别在于，所述泵压为120mbar，其余均与应用例1相同。
应用例8
本应用例提供了一种应用实施例2提供的扩散尾气处理装置处理扩散尾气的方法，所述方法的步骤与应用例1相同。
应用例9
本应用例提供了一种应用实施例3提供的扩散尾气处理装置处理扩散尾气的方法，所述方法的步骤与应用例1相同。
应用例10
本应用例提供了一种应用实施例4提供的扩散尾气处理装置处理扩散尾气的方法，所述方法的步骤与应用例1相同。
应用例11
本应用例提供了一种应用实施例5提供的扩散尾气处理装置处理扩散尾气的方法，所述方法的步骤与应用例1相同。
应用例12
本应用例提供了一种应用实施例6提供的扩散尾气处理装置处理扩散尾气的方法，所述方法的步骤与应用例1相同。
应用例13
本应用例提供了一种应用实施例7提供的扩散尾气处理装置处理扩散尾气的方法，所述方法的步骤与应用例1相同。
对比应用例1
本对比应用例提供了一种应用对比例1提供的扩散尾气处理装置处理扩散尾气的方法，所述方法的步骤与应用例1相同。
应用例1-13以及对比应用例1提供的应用扩散尾气处理装置的方法对扩散尾气进行处理，监测到1.5个月的使用周期中，扩散制程尾排波纹管的堵塞次数以及异常返工比例，所得结果如表1所示；
采用应用例1-13以及对比应用例1提供的扩散工艺参数制得硅片后进一步制备太阳能电池，主要技术参数如表2所示。
表1
表2
综上所述，本发明提供的扩散尾气处理装置，通过在冷却盘管中设置填料段，可以有效吸附部分磷源反应生成物，同时在瓶体内腔设置吸收段，将磷源反应生成物吸收留置在扩散尾气处理装置内，协同调控通源量参数降低富余磷源浓度，有效降低了波纹管结晶堵塞的次数，延长了管路使用寿命，降低了制程异常返工比例；通过调节通源量以及泵压等参数，提高了硅片的掺杂效果，从而在一定程度上提高了制得的太阳能电池的光电转换效率。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (12)
1.一种应用扩散尾气处理装置的方法，其特征在于，所述扩散尾气处理装置包括瓶体、冷却盘管、出气盘管以及与瓶体顶部连接的波纹管；
所述冷却盘管与出气盘管分别独立地盘绕于瓶体的外壁；
沿气体流动方向，所述冷却盘管包括依次设置的进气段与填料段，所述填料段的末端与瓶体的内腔连通；
所述出气盘管的首端与瓶体的内腔连通，出气盘管的末端与瓶体的颈部连通；
所述填料段设置有石英填料；
所述石英填料包括圆柱状空心结构；
所述石英填料用于将磷源反应生成物吸附于结构内部；
所述方法包括如下步骤：扩散尾气由冷却盘管进入扩散尾气处理装置，其中，部分扩散尾气经吸附以及反应留置在扩散尾气处理装置内，其余扩散尾气流经出气盘管与波纹管排出；
所述扩散尾气由磷源真空扩散得到；
所述真空扩散的泵压为95-105mbar；
所述磷源的通源量为950-1050sccm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却盘管沿所述瓶体的外壁中部向下盘绕。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述出气盘管沿所述瓶体的外壁中部向上盘绕。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进气段与填料段的长度比为(6-10):1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石英填料的数量为20-30个。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石英填料的长度为9-11mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石英填料的内径为6.9-7.1mm，外径为7.9-8.1mm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石英填料的柱管厚度为0.9-1.1mm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述瓶体的内腔包括吸收段，所述吸收段与瓶体的高度比为1:(14-15)。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磷源包括三氯氧磷。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扩散尾气包括五氧化二磷气体、偏磷酸气体、五氯化磷气体以及三氯氧磷气体。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：扩散尾气由冷却盘管进入扩散尾气处理装置，其中，部分扩散尾气经吸附以及反应留置在扩散尾气处理装置内，其余扩散尾气流经出气盘管与波纹管排出；所述扩散尾气由通源量为950-1050sccm的磷源在泵压95-105mbar下真空扩散得到。
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