CN209537622U - 一种管式pecvd的真空反应炉管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种管式PECVD的真空反应炉管，包括石英管、加热炉体、前端保温棉圈、后端保温棉圈、前端法兰及炉门组件、后端法兰组件以及两个电极杆，前端保温棉圈、后端保温棉圈和加热炉体套于石英管外侧，且加热炉体两端通过前端法兰及炉门组件和后端法兰组件密封，前端法兰及炉门组件位于石英管的前端并与前端保温棉圈相邻，后端法兰组件位于石英管的后端并与后端保温棉圈相邻，石英管内设有至少一根红外加热管。本实用新型通过设置红外加热管，利用电磁辐射传热效率高以及石墨材料的短波辐射特性，加速石墨材料的热吸收，以达到提高石英管内的石墨舟升温速率的目的。

Description

一种管式PECVD的真空反应炉管

技术领域

本实用新型涉及管式PECVD设备，尤其涉及一种管式PECVD的真空反应炉管。

背景技术

光伏发电系统是一种利用太阳能电池半导体材料的“光伏效应”将太阳光辐射能直接装换为电能的一种新型发电系统。太阳能电池，又称光伏电池，是光伏发电系统中最核心的器件。目前，技术最成熟，并具有商业价值的、市场应用最广的太阳能电池是晶体硅太阳能电池。太阳光在晶体硅表面的反射损失率高达35％左右，严重影响太阳能电池的最终转换效率。为提高转换效率，即，减少晶体硅表面对太阳光的反射，增加太阳光的折射率，常在晶体硅表面蒸镀一层或多层二氧化硅或氮氧硅或氮化硅减反射膜。减反射膜不但可以减少晶体硅表面对太阳光的发射，而且可以对晶体硅表面起到钝化和保护作用。PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)设备采用的等离子体增强化学气相沉积技术，在低压条件下，利用射频电场使反应气体产生辉光放电，电离出等离子体，促进反应活性基团的生成，从而使得硅烷和氨气能在较低的温度(200℃～450℃)下反应，减少了工艺的复杂性，并有效防止了晶体硅太阳能电池寿命的衰减，广泛应用于晶体硅太阳能电池表面减反射膜的蒸镀。

管式PECVD设备的典型PECVD工艺流程如图1所示。典型PECVD工艺流程中的第3步恒温主要作用是将送入反应炉管的硅片及石墨舟从室温加热到PECVD反应所需温度，即工艺温度，并使石墨舟截面温度均匀分布。在现有条件下，恒温步在一次工艺过程中约占总工艺时间的45％，意味着工艺运行过程中，需要浪费很多时间等待硅片及石墨舟升温。随着晶体硅太阳能电池的发展，要求进一步降低每一度电的发电成本，而提升单台设备的产能、发展大规模生产以降低生产成本是除继续深入研究提升转换效率之外的另一个行之有效的方法，也是当前生产企业最为迫切的需求之一。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可快速升温的管式PECVD的真空反应炉管。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种管式PECVD的真空反应炉管，包括石英管、加热炉体、前端保温棉圈、后端保温棉圈、前端法兰及炉门组件、后端法兰组件以及两个电极杆，所述前端保温棉圈、后端保温棉圈和加热炉体套于石英管外侧，且加热炉体两端通过前端法兰及炉门组件和后端法兰组件密封，所述前端法兰及炉门组件位于石英管的前端并与前端保温棉圈相邻，所述后端法兰组件位于石英管的后端并与后端保温棉圈相邻，所述石英管内设有至少一根红外加热管。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述红外加热管的波长为短波长，其短波长的范围为0.76μm～1.6μm。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，各红外加热管设置在石英管内石墨舟的上方，各红外加热管的轴线之间的连接形成一个圆弧。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，相邻两个红外加热管之间的距离相等。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，两个电极杆的电极相反，分别与石英管内石墨舟上的两个电极孔连接。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述石英管内设有检测内部温度的内热偶，所述内热偶固定于后端法兰组件上。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述前端法兰及炉门组件包括依次设置的前端进气法兰、前端水冷法兰、前端固定法兰和炉门，所述前端进气法兰和前端水冷法兰之间安装有密封圈，所述炉门和前端进气法兰之间安装有密封圈。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述后端法兰组件包括依次设置的后端端面法兰、后端过渡法兰、后端水冷法兰和后端固定法兰，所述后端端面法兰与后端过渡法兰之间安装有密封圈，所述后端过渡法兰和后端水冷法兰之间安装有密封圈。

本实用新型的创新在于：热量的传递有三种方式：传导、对流和辐射。热传导是由大量分子、原子等相互碰撞，使物体的内能从温度较高部分传至较低部分的过程；热对流是靠液体或气体的流动，使内能从温度较高部分传至较低部分的过程；热辐射是物体不依靠介质，直接将能量发射出来，传给其他物体的过程。现有反应炉管组成中包含的电阻丝加热炉体的传热方式同时包含有三种热传递方式，其中也以热辐射为主。但是热辐射传热效果很大程度上取决于被加热物的吸收特性与加热体的辐射特性的匹配程度，而电阻丝加热作为通用的加热器件，其辐射特性与石墨材料的吸收特性没有做到很好的匹配，总体而言仍然属于间接对石墨舟进行加热。因为硅片都在放置在石墨舟中，不会被热射线直接照射到，因而在此只考虑了石墨材料的吸收特性与加热体的辐射特性的匹配问题。考虑到石墨材料的吸收特性会随着温度的变化而改变，红外加热管辐射的热射线能够被石墨材料吸收，石墨材料内部分子和原子发生“共振”——产生强烈的振动、旋转，而振动和旋转室物体温度升高，达到加快石墨材料升温的目的，因此加快了石英管内的石墨舟升温。

当红外加热管的波长为0.76μm～1.6μm的短波长时，短波红外加热管辐射的热射线能够很好的被石墨材料吸收，从而快速加热石墨材料，使得石英管内的石墨舟迅速升温。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的管式PECVD的真空反应炉管，采用红外加热管在升温阶段辅助加热石墨舟，利用电磁辐射传热效率高的特性，匹配石墨材料的吸收波长与短波红外加热波长，使得石墨分子发生“共振”——产生强烈的振动、旋转，而振动和旋转使石墨材料温度升高以最为直接地方式快速加热石墨舟。

进一步的，当红外加热管的波长为0.76μm～1.6μm的短波长时，短波红外加热管辐射的热射线能够很好的被石墨材料吸收，从而快速加热石墨材料，使得石英管内的石墨舟迅速升温。

进一步的，将红外加热管的辅助加热过程与原有温度控制过程分开，即将升温过程一分为二：前半部分，原有电阻丝加热和红外加热管同时全功率输出，温度控制功能关闭；后半部分，关闭短波红外加热管，只使用原有电阻丝加热，开启温度控制功能。在保持反应炉管温度控制精度的同时减少温度控制功能的改动量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1左视图。

图中各标号表示：

1、石英管；2、加热炉体；3、前端保温棉圈；4、后端保温棉圈；5、前端法兰及炉门组件；51、前端进气法兰；52、前端水冷法兰；53、前端固定法兰；54、炉门；6、后端法兰组件；61、后端端面法兰；62、后端过渡法兰；63、后端水冷法兰；64、后端固定法兰；7、电极杆；8、红外加热管；9、石墨舟。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本实施例的管式PECVD的真空反应炉管，包括石英管1、加热炉体2、前端保温棉圈3、后端保温棉圈4、前端法兰及炉门组件5、后端法兰组件6以及两个电极杆7，加热炉体2套于石英管1外侧，两端通过前端法兰及炉门组件5和后端法兰组件6密封，前端法兰及炉门组件5位于石英管1的前端并与前端保温棉圈3相邻，后端法兰组件6位于石英管1的后端并与后端保温棉圈4相邻，石英管1内设有至少一根红外加热管8。本实施例以三根红外加热管8为例。本实施例中，加热炉体2为电阻丝加热炉体。前面保温棉圈3套在石英管1外面，并夹在加热炉体2与前端法兰及炉门组件5之间，后端保温棉圈4套在石英管1外面，并夹在加热炉体2与后端法兰组件6之间。

通过设置红外加热管8，利用电磁辐射传热效率高的特性，红外加热管8辐射的热射线能够被石墨材料吸收，石墨材料内部分子和原子发生“共振”——产生强烈的振动、旋转，而振动和旋转室物体温度升高，达到加快石墨材料升温的目的，因此加快了石英管内的石墨舟升温。

本实施例中，当红外加热管8的波长为0.76μm～1.6μm的短波长时，短波红外加热管8辐射的热射线能够很好的被石墨材料吸收，从而快速加热石墨材料，使得石英管内的石墨舟迅速升温。

本实施例中，三根红外加热管8设置在石英管1内石墨舟9上方，各红外加热管8的轴线之间的连接形成一个圆弧。相邻两个红外加热管8之间的距离相等。

本实施例中，两个电极杆7的电极相反，分别与石英管1内石墨舟9上的两个电极孔(图中未示出)连接。

本实施例中，石英管1内设有检测内部温度的内热偶(图中未示出)，内热偶固定于后端法兰组件6上。红外加热管改变了原有电阻丝加热炉体的加热特性，那么原有的温度控制功能也需要对此进行调整。在这里，为了保持反应炉管温度控制精度的同时尽可能的减少温度控制功能的改动量，将红外加热管的辅助加热过程与原有温度控制过程分开，即将升温过程一分为二：前半部分，原有电阻丝加热和红外加热管同时全功率输出，保持温度控制功能关闭；后半部分，当温度到底一定的值之后，关闭短波红外加热管的加热，只使用原有电阻丝加热，中间过渡一定时间后，开启温度控制功能，对反应炉管内部温度进行精确控制。

本实施例中，前端法兰及炉门组件5包括依次设置的前端进气法兰51、前端水冷法兰52、前端固定法兰53和炉门54，前端进气法兰51和前端水冷法兰52之间安装有密封圈，炉门54和前端进气法兰51之间安装有密封圈(图中未示出)。后端法兰组件6包括依次设置的后端端面法兰61、后端过渡法兰62、后端水冷法兰63和后端固定法兰64，后端端面法兰61与后端过渡法兰62之间安装有密封圈，后端过渡法兰62和后端水冷法兰63之间安装有密封圈。

本实用新型的管式PECVD的真空反应炉管，上述实施例使用了三个短波红外加热管8的组合，在实际应用中也并不限定短波红外加热管8的数量，在实际应用中并不限红外加热管8在石英管1中的安装方位；上述实施例温度控制过程中将升温过程一分为二，在实际应用中也并不限定分段的数量。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种管式PECVD的真空反应炉管，其特征在于：包括石英管(1)、加热炉体(2)、前端保温棉圈(3)、后端保温棉圈(4)、前端法兰及炉门组件(5)、后端法兰组件(6)以及两个电极杆(7)，所述前端保温棉圈(3)、后端保温棉圈(4)和加热炉体(2)套于石英管(1)外侧，且加热炉体(2)两端通过前端法兰及炉门组件(5)和后端法兰组件(6)密封，所述前端法兰及炉门组件(5)位于石英管(1)的前端并与前端保温棉圈(3)相邻，所述后端法兰组件(6)位于石英管(1)的后端并与后端保温棉圈(4)相邻，所述石英管(1)内设有至少一根红外加热管(8)。

2.根据权利要求1所述的管式PECVD的真空反应炉管，其特征在于：所述红外加热管(8)的波长为短波长，其短波长的范围为0.76μm～1.6μm。

3.根据权利要求1所述的管式PECVD的真空反应炉管，其特征在于：各红外加热管(8)设置在石英管(1)内石墨舟(9)上方，各红外加热管(8)的轴线之间的连接形成一个圆弧。

4.根据权利要求3所述的管式PECVD的真空反应炉管，其特征在于：相邻两个红外加热管(8)之间的距离相等。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的管式PECVD的真空反应炉管，其特征在于：两个电极杆(7)的电极相反，分别与石英管(1)内石墨舟(9)上的两个电极孔连接。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的管式PECVD的真空反应炉管，其特征在于：所述石英管(1)内设有检测内部温度的内热偶，所述内热偶固定于后端法兰组件(6)上。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的管式PECVD的真空反应炉管，其特征在于：所述前端法兰及炉门组件(5)包括依次设置的前端进气法兰(51)、前端水冷法兰(52)、前端固定法兰(53)和炉门(54)，所述前端进气法兰(51)和前端水冷法兰(52)之间安装有密封圈，所述炉门(54)和前端进气法兰(51)之间安装有密封圈。

8.根据权利要求1至4任意一项所述的管式PECVD的真空反应炉管，其特征在于：所述后端法兰组件(6)包括依次设置的后端端面法兰(61)、后端过渡法兰(62)、后端水冷法兰(63)和后端固定法兰(64)，所述后端端面法兰(61)与后端过渡法兰(62)之间安装有密封圈，所述后端过渡法兰(62)和后端水冷法兰(63)之间安装有密封圈。