CN203855684U - 一种减压扩散炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种减压扩散炉。为了提高电池片效率，增加扩散均匀性，所述减压扩散炉包括炉体柜和气源柜，以及设置在炉体柜内与气源柜连通的反应管；所述反应管的尾气出口与一使反应管内保持负压状态的减压系统相连。本实用新型减压扩散炉采用高温负压工艺，可提高电池片扩散均匀性，并防止高温负压工艺的污染，以及对设备仪器的腐蚀。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池片工艺中使用的一种减压扩散炉。
背景技术
扩散炉是太阳能电池片工艺中的一种重要的工艺设备，主要用于掺杂工艺，用于PN结的制备，晶体硅太阳电池PN结质量的优劣直接决定光电转换效率，故而扩散炉是晶体硅太阳电池生产线上的关键工艺设备。通常包括控制柜、净化操作台、炉体柜及气源柜组成，炉体柜由加热控制系统、变压器、加热炉体、反应管、机架、冷却系统加热配件组成，靠近净化操作台侧为炉口，反应管装在加热炉体内部，通过热辐射对反应管内部进行加热，反应管内放置装载硅片的石英舟。扩散工艺的要求反应管内温场稳定、气场稳定，但是传统的扩散炉在设备的使用过程中存在着一些不足，会影响到扩散工艺质量，主要包括：
1、由于掺杂原子分压比小，硅片相邻距离小，造成硅片中间的掺杂浓度与边缘之间差距较大，扩散工艺质量差，均匀性较低。
2、扩散炉没有压力控制且密封性不可靠，反应管内的压力和流量受外部环境影响会变化，从而影响到反应管内的温度场和气场的稳定，影响到PN结的质量和批间的重复性。
3、扩散炉在扩散过程时，液态磷源扩散会产生大量扩散工艺的残留气体（P2O5）和废气（Cl2）。若遇到温度较低的冷空气，其中的水与P2O5生成偏磷酸、与Cl2生成盐酸。偏磷酸和盐酸对人体都能造成严重伤害，偏磷酸易潮解生成磷酸，磷酸和盐酸对设备仪器产生腐蚀，影响其使用寿命和工作性能。
实用新型内容
为了提高电池片效率，增加扩散均匀性，本实用新型旨在提供一种减压扩散炉，该减压扩散炉采用高温负压工艺，可提高电池片扩散均匀性，并防止高温负压工艺的污染，以及对设备仪器的腐蚀。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种减压扩散炉，包括炉体柜和气源柜，以及设置在炉体柜内与气源柜连通的反应管；其结构特点是，所述反应管的尾气出口与一使反应管内保持负压状态的减压系统相连。
以下为本实用新型的进一步改进的技术方案：
作为一种具体的结构形式，所述减压系统包括与反应管的尾气管连通的废液瓶，以及通过装有阀门的抽气管道与该废液瓶连通的真空泵。
所述抽气管道上装有压力传感器，通过压力传感器使其压力控制精确，压力控制范围及精度：（100—500）mbar±5 mbar。
为了提高反应管的结构强度，所述反应管的尾气出口端为球形端面，另一端装有炉门，且在炉门处设有密封结构，可以进一步地避免设备被尾气腐蚀。
作为一种具体的固定方式，所述反应管的尾部通过炉尾固定法兰固定在炉体柜上，该反应管的炉口部通过炉口固定法兰固定在炉体柜上。
为了减小炉门开关过程中产生的冲击力，所述反应管的尾部装有保温缓冲层。
所述密封结构包括设置在炉门与反应管主体之间的水冷密封法兰和炉门密封法兰，该炉门密封法兰固定在水冷密封法兰上，所述炉门密封法兰上开有安装炉门密封圈的密封槽，所述炉门压紧所述炉门密封圈将水冷密封法兰压进反应管主体内，而使得反应管内形成密封腔；由此，扩散炉工作时，炉门压紧炉门密封法兰密封圈，水冷密封法兰通过密封圈压进反应管，从而形成的密封腔避免了反应管内部气体与金属件的直接接触，防止扩散源的污染。
为了方便安装冷却管对密封圈进行冷却，所述水冷密封法兰上开有安装冷却管的槽口。由此，炉门密封法兰上开有安装密封圈的燕尾槽以及冷却管的槽口，通过水冷密封法兰和炉门密封法兰的冷却管来对密封圈进行冷却，从而保证密封圈的正常工作。
为了减少炉体热量向炉外扩散，所述炉门处装有炉口石棉网和炉口石棉垫圈。
为了方便控制抽气速度，所述废液瓶通过直通接头与一波纹管连通，该波纹管与一三通转换接头相连，该三通转换接头另外两端出口中的一端与主抽阀相连，另一端与慢抽阀相连，所述真空泵通过另一三通转换接头分别与该主抽阀和慢抽阀相连。
藉由上述结构，所述的抽气系统与反应管尾气管出口相连，首先反应管尾气管与废液瓶相连，废液瓶出口通过一个三通转换接头，一端与压力传感器相连，一端通过波纹管与主抽阀相连，主抽阀通过一个三通转换接头，一端与防腐真空泵相连，一端连接慢抽阀。尾气通过真空泵的作用，从尾气管进入到废液瓶，在废液瓶中尾气中的酸性气受冷发生变化并沉积，从而减少了酸性气体对后续装置，尤其是真空泵的腐蚀。所述压力传感器控制真空系统内的压力，使其达到负压（0.2bar左右）。真空系统的内部压力和密封显得尤为关键，因此抽气系统的控制和密封性能将直接影响扩散炉反应管内负压的形成。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、有效的提高了扩散的均匀性。
2、本实用新型的石英管改变了传统反应管的端面结构，提高了反应管的强度。
3、本实用新型的密封装置包含了冷却系统，提高了密封的可靠性，防止扩散工艺的污染。
4、本实用新型的抽气系统通过压力传感器可以有效的调节主/慢抽阀，使得反应管内部压力达到所需的负压，并对尾气进行处理，减少对设备的腐蚀。
总之，本实用新型的减压扩散炉采用高温负压（0.2bar左右）工艺，与传统扩散炉相比，扩散均匀性好，并具有产量高、晶格缺陷少、化学品和特气损耗大幅减少、维护周期长等优点。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步阐述。
附图说明
图1是本实用新型一种实施例的结构原理图；
图2是本实用新型反应管减压系统的结构示意图。
在图中
1-炉门密封法兰； 2-反应管； 3-尾部石棉垫圈；4-尾部石棉网； 5-废液瓶； 6-水冷密封法兰；7-管径转换接头； 8-炉门固定法兰； 9-炉门石棉垫圈； 10-炉门石棉网；11-炉尾固定法兰； 12-炉门； 13-炉门密封圈； 14-水冷密封法兰密封圈； 15-波纹管； 16-压力传感器； 17-直通接头； 18-三通转换接头； 19-主抽阀； 20- 防腐真空泵； 21-慢抽阀； 22-排毒柜； 23-炉体柜； 24-气源柜； 25-减压系统；26-净化操作台。
具体实施方式
一种减压扩散炉，如图1所示，净化操作台26与排毒柜22相连，减压系统25分布在炉体柜23和气源柜24之内。减压系统25炉口方向靠近净化操作台26。所述的反应管采用一端开口，并在开口处于石英炉门接触，一端采用球形端面的结构，提高了强度，进气管与排气管均与其相连。反应管前端套在水冷密封法兰内，另一端通过炉门固定法兰从而固定在电阻炉架内。
如图2所示，反应管2前端通过密封圈14套在水冷密封法兰6上，尾部通过石棉垫圈3、尾部石棉网4套在炉尾固定法兰11内，两者则通过螺栓固定在炉体柜上，反应管尾部塞满保温棉从而使得在炉门开关过程中可以减缓冲击力，炉口位置也分布了石棉网，从而减少炉体内的热量向炉口位置扩散。炉门密封法兰1固定在水冷密封法兰2上。当炉门12压紧炉门密封法兰1时，则形成一个密封腔，使得减压系统内形成一个密封的环境，并避免金属件直接与腔内气体接触，防止工艺污染。反应管2通过管道接头7与废液瓶5相连。所述的废液瓶5通过直通接头17与波纹管15相连接。波纹管15连接三通转换接头18，三通转换接头18一端出口连接主抽阀19，另一出口连接21慢抽阀。真空泵20也通过三通转换接头与主抽阀20与慢抽阀21相连。
总之，本实用新型通过密封装置和抽气装置使反应管内形成一个密封的环境，为扩散工艺提供一个高温负压的环境，增加分子的自由行程，提高硅片表面掺杂原子的分压比，一方面提高扩散均匀性，另一方面可以实现浅结扩散，降低硅片表面复合，从而提高了电池片的光转化效率。所述的减压系统对扩散后的尾气中的酸性气体进行处理，减少了对设备的腐蚀。所述的反应管尾部采用球形端面，增加了尾部密封的可靠性，提高了强度。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本实用新型，而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (10)
1.一种减压扩散炉，包括炉体柜（23）和气源柜（24），以及设置在炉体柜（23）内与气源柜（24）连通的反应管（2）；其特征在于，所述反应管（2）的尾气出口与一使反应管（2）内保持负压状态的减压系统（25）相连。
2.根据权利要求1所述的减压扩散炉，其特征在于，所述减压系统（25）包括与反应管（2）的尾气管连通的废液瓶（5），以及通过装有阀门的抽气管道与该废液瓶（5）连通的真空泵（20）。
3.根据权利要求2所述的减压扩散炉，其特征在于，所述抽气管道上装有压力传感器（16）。
4.根据权利要求2所述的减压扩散炉，其特征在于，所述废液瓶（5）通过直通接头（17）与一波纹管（15）连通，该波纹管（15）与一三通转换接头（18）相连，该三通转换接头（18）另外两端出口中的一端与主抽阀（19）相连，另一端与慢抽阀（21）相连，所述真空泵（20）通过另一三通转换接头分别与该主抽阀（19）和慢抽阀（21）相连。
5.根据权利要求1所述的减压扩散炉，其特征在于，所述反应管（2）的尾部通过炉尾固定法兰（11）固定在炉体柜（23）上，该反应管（2）的炉口部通过炉口固定法兰（8）固定在炉体柜（23）上。
6.根据权利要求1~5之一所述的减压扩散炉，其特征在于，所述反应管（2）的尾气出口端为球形端面，另一端装有炉门（12），且在炉门（12）处设有密封结构。
7.根据权利要求6所述的减压扩散炉，其特征在于，所述密封结构包括设置在炉门（12）与反应管（2）主体之间的水冷密封法兰（6）和炉门密封法兰（1），该炉门密封法兰（1）固定在水冷密封法兰（6）上，所述炉门密封法兰（1）上开有安装炉门密封圈（13）的密封槽，所述（12）炉门压紧所述炉门密封圈（13）将水冷密封法兰（6）压进反应管（2）主体内，而使得反应管（2）内形成密封腔。
8.根据权利要求7所述的减压扩散炉，其特征在于，所述水冷密封法兰（6）上开有安装冷却管的槽口。
9.根据权利要求7所述的减压扩散炉，其特征在于，所述炉门（12）处装有炉口石棉网（10）和炉口石棉垫圈（9）。
10.根据权利要求1~5之一所述的减压扩散炉，其特征在于，所述反应管（2）的尾部装有保温缓冲层。
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