CN117660937A - 一种带辅助加热装置的pecvd及加热控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带辅助加热装置的PECVD，包括炉体，炉体包括炉壳以及设置在炉壳内的保温层、主加热组件、石英管，主加热组件绕设在石英管外壁，还包括辅助加热组件，辅助加热组件包括至少两块辅助加热板，辅助加热板分别布置在主加热组件的上方和下方。本发明还公开了一种加热控制方法。本发明具有加热均匀性更好、控温精度更高、安装维护便捷、加热板布置更灵活、能有效改善镀膜均匀性等优点。

Description

一种带辅助加热装置的PECVD及加热控制方法

技术领域

本发明主要涉及光伏电池片生产技术领域，特指一种带辅助加热装置的PECVD及加热控制方法。

背景技术

硅片经过制绒、扩散、刻蚀、退火、表面镀膜、钝化、丝印烧结等工序后成为电池片，不同工艺流程有所不一定。表面镀膜是光伏电池生产过程中的核心工序之一，而PECVD是表面镀膜的设备，PECVD设备包括炉体柜、净化台和源柜三大部分。反应室位于炉体柜内，是进行镀膜反应的场所，通常在400℃-600℃进行。现有的管式PECVD的炉体是圆柱体结构，加热丝环绕在石英管外壁，石英管内形成镀膜反应室，炉体以一个圆柱加热腔体对反应室进行加热；石墨舟位于反应室内，由于石墨舟的为竖直插片结构，因此石墨舟的外舟叶受热面积大，能够较容易的被炉体加热到；而中间的石墨舟的舟叶和硅片离加热体较远，且中间的舟叶接收加热体的辐射面积较少，因此较难被加热到；现有的解决办法通常是通过延长恒温时间来达到中间舟叶被均匀加热，但延长加热时间将较大程度降低设备镀膜产能。

为了减少工艺时间和提高镀膜均匀性，现有技术中一般会在反应室内增加辅助加热装置，单独对石墨舟上方和下方进行辅助加热，使得石墨舟及其内部的硅片的温度均匀性更好，满足工艺温度的需求，辅助加热装置能够缩短工艺时间，从而提升设备的产能和性能。例如 201920037274.6公开了在主加热炉体内部的反应腔体内安装多个辅助加热装置和加热套管，在升温阶段辅助主炉体加热，缩短加热时间和工艺时间；201920978650.1公开了采用钨丝红外辅助加热体，放置于反应室石英管内部与石墨舟底端间，产生红外光辅助加热，用于实现硅片全面受热，缩短工艺时间和减少镀膜色差；202023146457.3公开了采用电阻加热棒结合石英套管的方式实现PECVD反应腔体内的辅助加热，该方式简化了腔体内辅助加热装置，有利于辅助加热装置在PECVD中应用。

但是现有的设备所采用的辅助加热装置一般含有镁或者钨等金属，容易对镀膜工艺造成污染，导致电池片效率降低，一般都采用石英套管进行保护；在反应室内，辅助加热及其保护石英套管占据了部分石英管内空间，影响石墨舟的进出及取放舟运动，载舟装置进出石墨舟容易碰撞辅助加热装置，容易导致辅助加热装置及其石英套管损坏；且加热棒和适应套管可能由于各种原因损坏，通常红外加热棒寿命只有6～10个月，加之加热棒较重，处于上方辅热时容易损坏石英套管；反应室内空间较为狭小，要在较小的空间范围内对石墨舟进行辅助加热，通常采用较大幅度辅助加热装置的功率，使得辅助加热装置的加热表面负荷较高，造成辅助加热装置本身的寿命降低，本身损坏的概率较高。

由于反应室的镀膜沉积，石英套管通常需要定期清理维护，且当辅助加热装置或其使用套管损坏需要更换时，均需将设备反应室降温至人能操作的温度，较大程度影响设备使用时间，降低设备产能，并增加设备的维护费用；且频繁降温对石英管、炉体、密封圈等零部件的使用寿命也产生较大影响。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种加热均匀性更好、控温精度更高、安装维护更便捷、加热板布置更灵活、能有效改善镀膜均匀性的带辅助加热装置的PECVD及加热控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种带辅助加热装置的PECVD，包括炉体，所述炉体包括炉壳以及设置在炉壳内的保温层、主加热组件、石英管，所述主加热组件绕设在所述石英管外壁，还包括辅助加热组件，所述辅助加热组件至少包括两块辅助加热板，所述辅助加热板分别布置在主加热组件的上方和下方。

作为本发明的进一步改进：还包括辅热调功器，所述辅热调功器用于控制多块辅助加热板输出不同的功率。

作为本发明的进一步改进：所述辅热调功器包括第一辅热调功器和第二辅热调功器，所述第一辅热调功器和第二辅热调功器分别用于控制上方的辅助加热板和下方的辅助加热板输出的功率。

作为本发明的进一步改进：所述辅助加热板包括加热炉丝和固定板，所述固定板用于固定所述加热炉丝。

作为本发明的进一步改进：所述固定板开设有固定加热炉丝的第一凹槽。

作为本发明的进一步改进：所述第一凹槽为梯形槽或带开口的圆形槽。

作为本发明的进一步改进：所述加热炉丝在所述固定板上呈螺旋布置或蛇形布置。

作为本发明的进一步改进：所述固定板上开设有绝缘子固定槽，用于将辅助加热板固定在主加热组件的绝缘子串外部。

作为本发明的进一步改进：所述主加热组件包括多组主加热炉丝，还包括主加热调功器，所述主加热调功器用于与多组主加热炉丝相连，用于控制多组主加热炉丝进行加热。

作为本发明的进一步改进：所述多块辅助加热板的总长度不小于石墨舟的总长度。

本发明还公开一种基于上述所述的带辅助加热装置的PECVD的加热控制方法，所述步骤包括：

步骤S1：设定反应室所需的目标温度，启动主加热组件；

步骤S2：开启辅助加热组件；

步骤S3：在镀膜工艺不同阶段分别调节辅助加热组件中不同辅助加热板的功率；

步骤S4：镀膜工艺完成后，关闭辅助加热组件。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S3具体包括：

步骤S301：在PECVD的反应室升温阶段，辅助加热组件全功率输出；

步骤S302：在工艺恒温阶段，调节辅助加热组件中各辅助加热板的输出功率；使得上方的辅助加热板的输出功率小于下方的辅助加热板的输出功率；

步骤S303：在工艺淀积阶段，调小辅助加热组件中各辅助加热板的输出功率。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的带辅助加热装置的PECVD，该辅助加热组件的辅助加热板集成于炉体内，在炉体的主加热组件的的外围设置多块辅助加热板，辅助加热板内嵌多组辅助加热丝对炉体内的石墨舟进行辅助加热；该辅助加热板采用与炉体主加热组件的加热丝相同材料，寿命与炉体同寿命，不在反应室内，使用期间免维护；由于该辅助加热组件位于反应室外，不会像反应室内的辅助加热装置一样因为石英套管损坏而对反应室带来污染，避免因辅助加热装置损坏而引起的停机维护，能有效提高设备的产能；辅助加热装置位于反应室外，不占据反应室内的空间，便于石墨舟进出反应室；该辅助加热板位于炉丝外，采用多组辅助加热丝进行辅助加热，加热板位于石墨舟的上方和下方，均采用板面式加热方式，相比于加热棒结构加热更为均匀；该辅助加热板可根据石墨舟加热的需求设计为多块加热板，能够分别对石墨舟进行多段辅助加热，更有利于石墨舟的控温精度，有效改善PECVD镀膜均匀性。

2、本发明的加热控制方法，先开启主加热组件，并设定反应室所需的目标温度，然后再启动辅助加热组件，多块辅助加热板能对石墨舟进行均匀的辅助加热，在工艺恒温阶段，可以通过调节各辅助加热板的输出功率，即上方和下方的辅助加热板可以根据需求调整不同的输出功率，上方的辅助加热板由于加热热量分层作用，热量通常往上走，上方的辅助加热板会更热，要确保石墨舟受热均匀，故需要相同位置上方的辅助加热板功率比下方的辅助加热板的输出功率小，本发明的上下辅助加热板可独立控制以实现均匀镀膜，保证镀膜的均匀性。

附图说明

图1是本发明在具体实施例一中的结构示意图

图2是本发明的多块辅助加热板在具体实施例一中的结构原理示意图。

图3是本发明的辅助加热板在具体实施例一中的结构示意图。

图4是图3在A-A处的剖视图。

图5是本发明的加热控制方法的流程图。

图例说明：

1、炉壳；2、保温层；3、主加热组件；4、石英管；5、辅助加热组件；51、辅助加热板；511、加热炉丝；512、固定板；6、辅热调功器；61、第一辅热调功器；62、第二辅热调功器；7、第一凹槽；8、绝缘子固定槽；9、主加热调功器；10、石墨舟。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“侧部”、“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1至图4所示，本实施例中公开了一种带辅助加热装置的PECVD，包括炉体，炉体包括炉壳1以及设置在炉壳1内的保温层2、主加热组件3、石英管4，主加热组件3绕设在石英管4外壁，还包括辅助加热组件5，辅助加热组件5包括至少两块辅助加热板51，辅助加热板51分别布置在主加热组件3的上方和下方。

本实施例中的带辅助加热装置的PECVD，该辅助加热组件5的辅助加热板51集成于炉体内，在炉体的主加热组件3的加热丝的外围设置多块辅助加热板51，辅助加热板51内嵌多组加热炉丝511对炉体内的石墨舟10进行辅助加热；该辅助加热板51采用与炉体主加热组件3的加热丝相同材料，寿命与炉体同寿命，不在反应室内，使用期间免维护；由于该辅助加热组件5位于反应室外，不会像反应室内的辅助加热装置一样因为石英套管损坏而对反应室带来污染，避免因辅助加热装置损坏而引起的停机维护，能有效提高设备的产能；辅助加热装置位于反应室外，不占据反应室内的空间，便于石墨舟10进出反应室；该辅助加热板51位于炉丝外，采用多组辅助加热丝进行辅助加热，辅助加热板51位于石墨舟10的上方和下方，均采用板面式加热方式，相比于加热棒结构加热更为均匀；该辅助加热板51可根据石墨舟10加热的需求设计为多块加热板，能够分别对石墨舟进行多段辅助加热，更利于石墨舟10的控温精度，有效改善PECVD镀膜均匀性。

本实施例中，还包括辅热调功器6，辅热调功器6用于控制多块辅助加热板51输出不同的功率。进一步的，在优选实施例中，辅热调功器6包括第一辅热调功器61和第二辅热调功器62，第一辅热调功器61和第二辅热调功器62分别用于控制上方的辅助加热板51和下方的辅助加热板51输出的功率。

本实施例中，还包括主加热组件3，包括多组主加热炉丝31，还包括主加热调功器9，主加热调功器9用于与多组主加热炉丝31相连，用于控制多段主加热炉丝31进行加热。

本实施例中，包括主加热调功器9、多组主加热炉丝31、多块辅助加热板51；主加热调功器9与多段主加热炉丝31相连，用来控制多段主加热炉丝31进行加热，主加热采用串级双回路恒温控制；主加热炉丝31用来进行加热系统的恒温加热；第一辅热调功器61控制多块上方的辅助加热板51进行恒功率加热，根据工艺的需求分别调节上方各块辅助加热板51输出功率，从而提升石墨舟10上方各槽的温度均匀性；第二辅热调功器62控制下方多块辅助加热板51输出功率，从而提升石墨舟10下方各槽的温度均匀性；辅助加热板51的长度和数量，依据石墨舟10的设计及工艺需要调节的石墨舟10的温度的情况而定，一般分为3 段辅助加热板51或更多辅助加热板51，辅助加热板51总体长度应大于石墨舟10的总长，以确保石墨舟10的两端部也能受热均匀。

本实施例中，辅助加热板51包括加热炉丝511和固定板512，固定板512用于固定加热炉丝511，固定板512开设有固定加热炉丝511的第一凹槽7，本实施例中，加热炉丝511 在固定板512上呈螺旋布置，在其他实施例中，加热炉丝511可以采用蛇形布置或者其他方式，确保加热炉丝511能对石墨舟10均匀加热即可。

本实施例中，第一凹槽7为梯形槽，采用开口窄的梯形槽能确保加热炉丝511可靠稳定地布置在第一凹槽7中，不易从梯形槽中脱落。在其他实施例中，第一凹槽7也可以为带开口的圆形槽或者其他形状，能满足加热炉丝511稳定可靠的固定住即可。

本实施例中，固定板512上开设有绝缘子固定槽8，用于将辅助加热板51固定在主加热组件3的绝缘子串外部。进一步的，在优先实施例中，多块辅助加热板51分别布置在主加热组件3的外围，形成上方的辅助加热板51和下方的辅助加热板51，对反应室的石墨舟10进行辅助加热。辅助加热板51包括辅助加热炉丝511，辅助加热炉丝511呈现螺旋结构布置，辅助加热炉丝511嵌入绝缘保温材料板(如陶瓷纤维板)的固定加热丝梯形槽内，辅助加热板51设计绝缘子固定槽8的凹槽结构，便于将辅助加热板51固定在主加热炉丝的绝缘子串外部。

实施例二

如图5所示，本实施例中提供一种基于实施例一的带辅助加热装置的PECVD的加热控制方法，步骤包括：

步骤S1：设定反应室所需的目标温度，启动主加热组件3；

步骤S2：开启辅助加热组件5；

步骤S3：在镀膜工艺不同阶段分别调节辅助加热组件5中不同辅助加热板51的功率；

步骤S4：镀膜工艺完成后，关闭辅助加热组件5。

本实施例的加热控制方法，设定反应室所需的目标温度，开启主加热组件3，然后再启动辅助加热组件5，多块辅助加热板51能对石墨舟10进行均匀的辅助加热，在工艺恒温阶段，可以通过调节各辅助加热板51的输出功率，即上方和下方的辅助加热板51可以根据需求调整不同的输出功率，上方的辅助加热板51由于加热热量分层作用，热量通常往上走，上方的辅助加热板51会更热，要确保石墨舟10受热均匀，故需要相同位置的上方的辅助加热板51功率比下方的辅助加热板51的输出功率小，本实施例中的上下辅助加热板51可独立控制以实现均匀镀膜，保证镀膜的均匀性。

本实施例中，步骤S3具体包括：

步骤S301：在PECVD的反应室升温阶段，辅助加热组件5全功率输出；加热石墨舟10及硅片快速升温至目标工艺温度；

步骤S302：在工艺恒温阶段，调节各辅助加热板51的输出功率；调节各辅助加热板51 的输出功率：使得上方的辅助加热板51的输出功率小于下方的辅助加热板51的输出功率；

舟脚舟块吸热较多，在舟脚处的辅助加热板51输出功率稍大；在舟叶处根据硅片镀膜的均匀性，调节辅热的功率输出大小，如该槽硅片镀膜偏薄，则调节该段辅热增大输出功率，反之则调小辅热输出功率；

步骤S303：在工艺淀积阶段，调小各辅助加热板51的输出功率；为保证镀膜速度均匀性，上方和下方的辅助加热板51的功率输出调至较小，如将输出功率调至低于全功率的20％。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种带辅助加热装置的PECVD，包括炉体，所述炉体包括炉壳(1)以及设置在炉壳(1)内的保温层(2)、主加热组件(3)、石英管(4)，其特征在于，所述主加热组件(3)绕设在所述石英管(4)外壁，还包括辅助加热组件(5)，所述辅助加热组件(5)包括至少两块辅助加热板(51)，所述辅助加热板(51)分别布置在主加热组件(3)的上方和下方。

2.根据权利要求1所述的带辅助加热装置的PECVD，其特征在于，还包括辅热调功器(6)，所述辅热调功器(6)用于控制多块辅助加热板(51)输出不同的功率。

3.根据权利要求2所述的带辅助加热装置的PECVD，其特征在于，所述辅热调功器(6)包括第一辅热调功器(61)和第二辅热调功器(62)，所述第一辅热调功器(61)和第二辅热调功器(62)分别用于控制上方的辅助加热板51和下方的辅助加热板51输出的功率。

4.根据权利要求2所述的带辅助加热装置的PECVD，其特征在于，所述辅助加热板(51)包括加热炉丝(511)和固定板(512)，所述固定板(512)用于固定所述加热炉丝(511)。

5.根据权利要求4所述的带辅助加热装置的PECVD，其特征在于，所述固定板(512)开设有固定加热炉丝(511)的第一凹槽(7)。

6.根据权利要求5所述的带辅助加热装置的PECVD，其特征在于，所述第一凹槽(7)为梯形槽或带开口的圆形槽。

7.根据权利要求4所述的带辅助加热装置的PECVD，其特征在于，所述加热炉丝(511)在所述固定板(512)上呈螺旋布置或蛇形布置。

8.根据权利要求4所述的带辅助加热装置的PECVD，其特征在于，所述固定板(512)上开设有绝缘子固定槽(8)，用于将辅助加热板(51)固定在主加热组件(3)的绝缘子串外部。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的带辅助加热装置的PECVD，其特征在于，所述主加热组件(3)包括多组主加热炉丝(31)，还包括主加热调功器(9)，所述主加热调功器(9)用于与多组主加热炉丝(31)相连，用于控制多组主加热炉丝(31)进行加热。

10.根据权利要求1至8任意一项所述的带辅助加热装置的PECVD，其特征在于，所述多块辅助加热板(51)的总长度不小于石墨舟(10)的总长度。

11.一种基于权利要求1至10任意一项所述的带辅助加热装置的PECVD的加热控制方法，其特征在于，所述步骤包括：

步骤S1：设定反应室所需的目标温度，启动主加热组件(3)；

步骤S2：开启辅助加热组件(5)；

步骤S3：在镀膜工艺不同阶段分别调节辅助加热组件(5)中不同辅助加热板(51)的功率；

步骤S4：镀膜工艺完成后，关闭辅助加热组件(5)。

12.根据权利要求11所述的带辅助加热装置的PECVD的加热控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

步骤S301：在PECVD的反应室升温阶段，辅助加热组件(5)全功率输出；

步骤S302：在工艺恒温阶段，调节辅助加热组件(5)中各辅助加热板(51)的输出功率，使得上方的辅助加热板(51)的输出功率小于下方的辅助加热板(51)的输出功率；

步骤S303：在工艺淀积阶段，调小辅助加热组件(5)中各辅助加热板(51)的输出功率。