CN205011866U - 一种低压扩散炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池生产专用设备领域，具体涉及一种低压扩散炉，该炉门机构包括：石英炉门；冷却法兰，其嵌入石英炉门中，该冷却法兰与石英炉门的结合处设有一密封圈槽，该冷却法兰包括一与密封圈槽靠近的环形冷却管道，该环形冷却管道中通入冷却液；密封圈，其设置在密封圈槽内且部分突出，其用于在石英炉门与石英管端口法兰闭合时抵靠在石英管端口法兰的外侧面，使低压扩散炉内形成密封空间。本实用新型通过设计一种低压扩散炉，通过炉门结构使扩散炉内形成密封空间，采用密封圈提高密封效果；同时，采用冷却法兰对密封圈进行降温，确保密封圈始终工作在允许长期工作的温度条件下，提高密封圈使用效果。

Description

一种低压扩散炉

技术领域

本实用新型涉及电池生产专用设备领域，具体涉及一种低压扩散炉。

背景技术

扩散工艺是晶体硅太阳能电池生产环节的核心工艺，其主要目的是在高温条件下通过向硅片中掺入杂质元素磷或硼，形成PN结。PN结是晶体硅太阳能电池的心脏，其特性对于太阳能电池的转换效率有着重要影响，是太阳能电池性能的性因素之一。

随着工艺技术的不断进步，太阳能电池转换效率不断提高，对扩散工艺也提出了新的要求：硅片表面掺杂浓度不断降低，PN结结深越来越浅，方块电阻不断增加，未来高效晶体硅太阳能电池朝着浅结扩散的技术方向不断发展。目前传统的太阳能生产线主要采用常压扩散工艺，即扩散工艺在常压下完成，而常压扩散工艺下浅结、高方阻均匀性很差，难以制备高质量的浅结PN结，且常压条件下的扩散源的利用率低、损耗高，显然常压扩散工艺很难满足低成本的需求。

而低压扩散工艺恰恰能解决上述常压扩散工艺的缺陷：在低压条件下，提高了扩散源的分子自由程，使掺杂原子空间分布更均匀、掺杂原子分压比增大，有利于推结形成均匀的浅层掺杂界面。另外，低压扩散工艺可以将常压扩散条件下的硅片间距减少到原来的一半，且不影响扩散方阻均匀性等工艺效果，这样就使得在同样的炉管恒温区内，低压扩散工艺可以比常压扩散处理高出一倍的硅片。即降低了投资成本、生产成本，为太阳能电池生产的低成本需求提供了有效途径。

然而，低压扩散工艺需在低于大气压600～800mbar的压力下完成(绝对压力200～400mbar)，故反应管必须在真空的工艺环境下才能满足需求，其必然涉及如橡胶等可以压缩的密封填充材料。但扩散工艺温度高，一般在800℃以上，即使采取隔热包等有效的隔热措施，也只能将炉门密封处温度降低至400℃左右，而能耐高温的橡胶材料如氟橡胶、硅橡胶长期使用温度也就200℃左右。因此如何保证密封圈处温度低于200℃，确保密封圈在材料允许长期使用的温度下工作，这就成为了低压扩散必须解决的难题之一。传统的高温密封方法多采用金属法兰通冷却水冷却方式实现高温下的真空密封，但是扩散炉掺杂工艺过程中不能有金属污染，整个反应管内表面与工艺反应气体接触部分不能有任何金属材料，只能是石英等高纯陶瓷材料，而石英材料具有脆而易碎、可加工性差、热传导系数低的特性，无法实现水冷的功能。

当前国内外推向市场的低压扩散炉炉门密封方式主要有两种方式：一种是纯石英炉门，橡胶密封圈镶嵌于石英炉门上，外部采取风冷方式，然而此方式具有冷却效果差、密封圈使用寿命短、密封不可靠、密封圈更换维护频度高等缺点；一种是采取两级密封方式，里层采取现有常压扩散密闭方式，石英炉门对石英管密闭，无密封圈，达到相对隔离反应管内气氛的目的，外层采取水冷金属法兰高温密封机构，此方式仅仅是相对隔离金属，没有做到绝对金属隔离，长期使用将对反应管造成金属污染并对金属炉门造成腐蚀，且石英炉门和石英管开口端法兰的贴合面加工精度要求非常高，加工难度大且加工成本高，不适于当前太阳能电池生产低成本趋势。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种低压扩散炉，提高炉门使用寿命，且降低生产成本。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种低压扩散炉，包括石英管、石英管端口法兰和置于石英管端口法兰外侧的炉门机构，该石英管的一端设有石英管口，该石英管端口法兰设置在石英管口上，该炉门机构包括：

石英炉门；

冷却法兰，其嵌入石英炉门中，该冷却法兰与石英炉门的结合处设有一密封圈槽，该冷却法兰包括一与密封圈槽靠近的环形冷却管道，该环形冷却管道中通入冷却液；

密封圈，其设置在密封圈槽内且部分突出，其用于在石英炉门与石英管端口法兰闭合时抵靠在石英管端口法兰的外侧面，使低压扩散炉内形成密封空间。

其中，较佳方案是：该石英炉门包括炉门主体和设置在炉门主体上的凸台，该冷却法兰设置在炉门主体上，该炉门主体的端面与石英管端口法兰的外侧面抵靠，该凸台与石英管端口法兰的端口配合。

其中，较佳方案是：该密封圈槽为燕尾槽，该密封圈槽的槽口与炉门主体的端面处于同一平面。

其中，较佳方案是：该石英炉门包括一隔热层。

其中，较佳方案是：该冷却法兰还包括与环形冷却管道连通的进液端和出液端。

其中，较佳方案是：该进液端和出液端邻近设置，该环形冷却管道包括设置在进液端的端口和出液端的端口之间的隔液板。

其中，较佳方案是：还包括一用于驱动炉门机构的驱动机构，该炉门机构包括一与驱动机构连接的固定支架，该固定支架与石英炉门固定连接。

其中，较佳方案是：该炉门机构还包括一固定法兰，该固定法兰分别与石英炉门和固定支架连接。

其中，较佳方案是：该炉门机构还包括设置在石英炉门和冷却法兰之间的缓冲垫片。

其中，较佳方案是：该炉门机构还包括用于联接石英炉门、冷却法兰和缓冲垫片的固定杆。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型通过设计一种低压扩散炉，通过炉门结构使扩散炉内形成密封空间，采用密封圈提高密封效果，使扩散炉内部隔绝金属，杜绝金属污染；同时，采用冷却法兰对密封圈进行降温，确保密封圈始终工作在允许长期工作的温度条件下，提高密封圈使用效果；炉门结构还具有结构简单、成本低廉和实施简便等优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型低压扩散炉的结构示意图；

图2是本实用新型低压扩散炉的局部放大结构示意图一；

图3是本实用新型低压扩散炉的局部放大结构示意图二；

图4是本实用新型石英炉门的结构示意图；

图5是本实用新型冷却法兰的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。

如图1、图2和图3所示，本实用新型提供一种低压扩散炉的优选实施例，其中，图1是低压扩散炉的结构示意图，图2是低压扩散炉的局部放大结构示意图一，图3是低压扩散炉的局部放大结构示意图二。

一种低压扩散炉，包括石英管1、石英管端口法兰3和炉门机构2，石英管1的一端设有石英管口，石英管端口法兰3设置在石英管口上，炉门机构2置于石英管端口法兰3的外侧。其中，炉门机构2与石英管端口法兰3闭合时，炉门机构2与石英管端口法兰3密封结合，石英管1内形成一密封空间。

进一步地，炉门机构2包括石英炉门21、冷却法兰22和密封圈23，具体地：

石英炉门21是炉门机构2的主体结构，具有初步密封和隔热功能，炉门机构2与石英管端口法兰3闭合时，石英炉门21与石英管端口法兰3配合结合。其中，石英炉门21是由石英材质构成的。

冷却法兰22嵌入在石英炉门21中，冷却法兰22与石英炉门21的结合处设有一密封圈槽222，冷却法兰22包括一与密封圈槽222靠近的环形冷却管道221，环形冷却管道221中通入冷却液；优选地，并参考图3，密封圈槽222为燕尾槽，该密封圈槽222的槽口与炉门主体的端面处于同一平面。其中，冷却法兰22是金属法兰，优选为不锈钢法兰。

同时，密封圈槽222有若干设计方案，具体包括：1、密封圈槽222是由冷却法兰22上的凹槽和石英炉门21的端面结合形成；2、密封圈槽222是由石英炉门21上的凹槽和冷却法兰22的端面结合形成。其中，密封圈槽222保证靠近石英炉门21中心的面是石英炉门21的端面。

密封圈23设置在密封圈槽222内且部分突出，密封圈23用于在石英炉门21与石英管端口法兰3闭合时抵靠在石英管端口法兰3的外侧面，使低压扩散炉内形成密封空间；优选地，密封圈23为O型密封圈23。其中，密封圈23采用标准规格的氟橡胶材料，氟橡胶材料具有耐高温、耐腐蚀的特性。

结合上述结构，炉门机构2与石英管端口法兰3闭合时，先通过石英炉门21与石英管端口法兰3配合，实现初步密封，再通过密封圈23与石英管端口法兰3配合，实现完全密封，并将冷却法兰22与石英管1内部隔绝，低压扩散炉的炉门机构2中所有金属构件均不参与密封工作，与石英管1内的反应完全隔离，完全杜绝金属污染，隔绝反应气体(具有强腐蚀性)对金属构件的腐蚀；同时，为保证密封圈23在低温环境工作，通过冷却法兰22中的环形冷却管道221对石英炉门21、密封圈23进行降温，确保密封圈23始终工作在允许长期工作的温度条件下，提高密封圈23使用效果，降低炉门机构2维护次数；同时，使整个低压扩散炉为一级密封，只用到一个密封圈23，大大降低多级密封机构可能存在的多处漏点的风险，使炉门机构2具有结构简单，成本低廉，实施简便等优点，使本实施例的密封、降温结构可用于新低压扩散炉的设计、制造中，也可用于电池片生产厂家已购置的常压扩散炉升级改造中。

同时，炉门机构2还包括设置在石英炉门21和冷却法兰22之间的缓冲垫片27，缓冲垫片27优选为聚四氟垫片，使冷却法兰22与石英炉门21之间形成软接触，并为抽真空过程中石英炉门21向冷却法兰22压紧时提供缓冲，避免因硬接触发生猛力冲击而造成脆而易碎的石英炉门21破碎，其中，抽真空过程是石英管1工作时内部需要真空环境。

进一步地，并参考图1，包括一用于驱动炉门机构2的驱动机构(图中未显示)，该炉门机构2包括一与驱动机构连接的固定支架24，该固定支架24与石英炉门21固定连接。

固定支架24由不锈钢加工件焊接而成，用于炉门机构2固定于驱动机构上的连接件，对于不同的驱动机构，只需改变固定支架24的结构即可，其它各零部件均不用改变，使得整个炉门机构2的应用变得广泛、灵活。

进一步地，并参考图1和图2，炉门机构2还包括一固定法兰25和固定杆26，通过固定杆26与定法兰配合将相关结构进行联接，固定法兰25上设有与固定杆26配合的通孔，具体地固定法兰25包括第一固定法兰251和第二固定法兰252。

石英炉门21、缓冲垫片27、冷却法兰22通过第一固定法兰251与固定杆26进行联接；固定支架24通过第二固定法兰252与石英炉门21联接，同时，第二固定法兰252还通过固定杆26与第一固定法兰251连接。

进一步地，冷却法兰22包括一与环形冷却管道221连通的进出液端223，用于使冷却液在环形冷却管道221中循环，实现降温。

如图4所示，本实用新型提供一种石英炉门的较佳实施例，其中，图4是石英炉门的结构示意图。

石英炉门21包括炉门主体211和设置在炉门主体211上的凸台212，冷却法兰22设置在炉门主体211上，炉门主体211的端面与石英管端口法兰3的外侧面抵靠，凸台212与石英管端口法兰3的端口配合。

石英炉门21上还设有与固定杆26配合的通孔。

其中，石英炉门21包括一隔热层213，优选设置在凸台212中，进一步进行隔热，隔热层213内塞满石英棉，以隔离石英管1内的一部分热量，降低炉门机构2处的温度。

如图5所示，本实用新型提供一种冷却法兰的较佳实施例，其中，图5是冷却法兰的结构示意图。

进出液端223包括与环形冷却管道221连通的进液端2231和出液端2232。

进液端2231和出液端2232邻近设置，环形冷却管道221包括设置在进液端2231的端口和出液端2232的端口之间的隔液板，使冷却液在进液端2231导入环形冷却管道221中，冷却液沿着环形冷却管道221运动到出液端2232处，并通过出液端2232排出，形成冷却循环。

其中，冷却法兰22采包括与第一固定法兰251配合的第一通孔224和与第二固定法兰252配合的第二通孔225。

同时，为了降低炉门机构2的重量，冷却法兰22采用镂空结构226。

以上所述者，仅为本实用新型最佳实施例而已，并非用于限制本实用新型的范围，凡依本实用新型申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本实用新型所涵盖。

Claims (10)

1.一种低压扩散炉，包括石英管、石英管端口法兰和置于石英管端口法兰外侧的炉门机构，该石英管的一端设有石英管口，该石英管端口法兰设置在石英管口上，其特征在于，该炉门机构包括：

石英炉门；

冷却法兰，其嵌入石英炉门中，该冷却法兰与石英炉门的结合处设有一密封圈槽，该冷却法兰包括一与密封圈槽靠近的环形冷却管道，该环形冷却管道中通入冷却液；

密封圈，其设置在密封圈槽内且部分突出，其用于在石英炉门与石英管端口法兰闭合时抵靠在石英管端口法兰的外侧面，使低压扩散炉内形成密封空间。

2.根据权利要求所述1的低压扩散炉，其特征在于：该石英炉门包括炉门主体和设置在炉门主体上的凸台，该冷却法兰设置在炉门主体上，该炉门主体的端面与石英管端口法兰的外侧面抵靠，该凸台与石英管端口法兰的端口配合。

3.根据权利要求所述2的低压扩散炉，其特征在于：该密封圈槽为燕尾槽，该密封圈槽的槽口与炉门主体的端面处于同一平面。

4.根据权利要求所述2的低压扩散炉，其特征在于：该石英炉门包括一隔热层。

5.根据权利要求所述1的低压扩散炉，其特征在于：该冷却法兰还包括与环形冷却管道连通的进液端和出液端。

6.根据权利要求所述5的低压扩散炉，其特征在于：该进液端和出液端邻近设置，该环形冷却管道包括设置在进液端的端口和出液端的端口之间的隔液板。

7.根据权利要求所述1的低压扩散炉，其特征在于：还包括一用于驱动炉门机构的驱动机构，该炉门机构包括一与驱动机构连接的固定支架，该固定支架与石英炉门固定连接。

8.根据权利要求所述7的低压扩散炉，其特征在于：该炉门机构还包括一固定法兰，该固定法兰分别与石英炉门和固定支架连接。

9.根据权利要求所述1的低压扩散炉，其特征在于：该炉门机构还包括设置在石英炉门和冷却法兰之间的缓冲垫片。

10.根据权利要求所述9的低压扩散炉，其特征在于：该炉门机构还包括用于联接石英炉门、冷却法兰和缓冲垫片的固定杆。