CN211112209U - 一种组合式石墨舟套管和石墨舟 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种组合式石墨舟套管，包括公管和母管；所述母管被构造为包括前段和后段，所述前段和后段的外径相等且大于公管的外径，所述后段的内径与公管的内径相等，所述前段具有至少一种内径大小且均大于后段内径；所述公管和母管在被组合使用时，所述公管自母管前段部分伸入并与母管后段相接触，以在公管伸入母管部分的外壁与母管前段的内壁之间形成至少一圈沟槽，所述母管前段形成用于遮挡沟槽槽壁处的薄膜沉积的遮挡壁。本实用新型还公开一种采用上述组合式石墨舟套管的石墨舟。本实用新型能尽可能降低沉积在石墨舟套管上的薄膜对舟片之间的电场产生影响，稳定镀膜工艺，提升镀膜品质，减少石墨舟清洗频率。

Description

一种组合式石墨舟套管和石墨舟

技术领域

本实用新型属于太阳能电池制造设备辅助配件技术领域，具体涉及一种用于管式PECVD的石墨舟套管。

背景技术

PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）即等离子体增强化学气相沉积法，是借助微波或射频等使含有薄膜成分原子的气体电离，在局部形成等离子体，等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片表面上沉积出所期望的薄膜，成膜质量好。目前，在工业化的晶体硅电池制备过程中，多使用PECVD的方式在基片表面沉积不同特性的薄膜，例如，常见的氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜等。在工业化管式PECVD镀膜工艺中，通常将具有较好的绝缘性和较高的介电强度的陶瓷套管套设在石墨舟的陶瓷杆上，置于相邻舟片之间，并与舟片紧密接触。相邻舟片之间通过陶瓷套管实现物理支撑和电学隔离，并形成电场。

随着电池工艺和技术的不断发展，PECVD被应用在制备其它高效太阳能电池中，例如，隧穿氧化层钝化接触电池（Topcon），非晶硅异质结电池（HIT），此时，PECVD需要用于其它薄膜材料的积淀过程中，包括沉积非晶硅薄膜、掺杂的非晶硅薄膜等。随着PECVD镀膜工艺的应用场景的多样化，我们发现镀膜不均，镀膜速率降低，甚至无法继续镀膜的情形开始出现，严重影响了镀膜的品质，而且一次工艺只能沉积较薄的薄膜，无法完成厚膜等工艺要求。此外，石墨舟的清洗频率也相应增加，使石墨舟在使用一次或者数次后即需要下线清洗，造成了石墨舟的利用率低下，使用成本增加。因此，目前管式PECVD也尚未被广泛的应用到上述高效电池的工业化制备中。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出一种用于间隔石墨舟片的组合式石墨舟套管，通过公管和母管组合使用形成的沟槽以及用于遮挡沟槽槽壁处沉积的遮挡壁的结构设计，尽可能降低沉积在石墨舟套管上的薄膜对舟片之间的电场产生影响，以稳定镀膜工艺，提升镀膜品质，减少石墨舟清洗频率。

具体技术方案如下：

方案一：一种组合式石墨舟套管，包括公管和母管；所述母管被构造为包括前段和后段，所述前段和后段的外径相等且大于公管的外径，所述后段的内径与公管的内径相等，所述前段具有至少一种内径大小且均大于后段内径；所述公管和母管在被组合使用时，所述公管自母管前段部分伸入并与母管后段相接触，以在公管伸入母管部分的外壁与母管前段的内壁之间形成至少一圈沟槽，所述母管前段形成用于遮挡沟槽槽壁处的薄膜沉积的遮挡壁。

作为一种优选方案，所述前段具有一种内径大小；所述沟槽的截面为矩形。

作为一种优选方案，所述前段具有两种内径大小，使得所述沟槽的槽壁上具有一圈台阶结构。

作为一种优选方案，远离后段的内径小于靠近后段的内径。

作为一种优选方案，所述前段为变径内腔；所述沟槽的截面为直角三角形时，所述前段的最小内径不小于公管的外径；所述沟槽的截面为直角梯形时，所述前段的最小内径大于公管的外径。

作为一种优选方案，所述沟槽的深度与最宽处宽度的比不小于10，所述沟槽的深度大于公管伸出母管部分的长度；所述公管和母管均采用陶瓷材质制作。

作为一种优选方案，组合式石墨舟套管具体包括一根公管和一根母管；所述公管和母管在被组合使用时，在公管伸入母管部分的外壁与母管前段的内壁之间形成一圈沟槽。

作为一种优选方案，组合式石墨舟套管具体包括两根公管和两根母管，在被组合使用时布置为：所述公管自母管前段部分伸入并与母管后段相接触，两根母管背靠背布置且后段端面相互贴合；所述公管和母管在被组合使用时，在公管伸入母管部分的外壁与母管前段的内壁之间形成两圈沟槽。

作为一种优选方案，组合式石墨舟套管具体包括一根公管和两根母管，在被组合使用时布置为：所述公管自母管前段部分伸入并与母管后段相接触，两根母管相对布置且之间留有间隙；所述公管和母管在被组合使用时，在公管伸入母管部分的外壁与母管前段的内壁之间形成两圈沟槽。

方案二：一种石墨舟，包括石墨舟片、支撑杆，以及方案一及其优选方案任意一项所述的组合式石墨舟套管；所述支撑杆用于支撑石墨舟片；所述石墨舟套管套设于支撑杆并布置在相邻的石墨舟片之间，用于支撑和固定石墨舟片，使相邻石墨舟片之间保持相同的距离。

本实用新型具有以下有益效果：

（1）通过公管和母管的结构设计，使其组合使用后，形成特殊的沟槽结构以及用于遮挡沟槽槽壁处沉积的遮挡壁结构，由此，尽可能避免镀膜后在舟片之间形成连续的薄膜，降低或消除沉积在石墨舟套管的薄膜对舟片之间的电场产生的影响。

（2）由于沉积在石墨舟套管上的薄膜在相邻舟片方向上不连续，使陶瓷套管连接相邻舟片接触的两个端之间无贯通的平面，从而使得沉积的薄膜对舟片之间的电场产生的影响降低或消除，进而稳定镀膜工艺，提升镀膜品质（包括厚度、均匀性等），大大降低了石墨舟的清洗次数，也减小了工艺生产成本。

（3）公管和母管的分开设计、组合使用，一方面易于制造，降低陶瓷套管的制造成本，另一方面方便陶瓷套管的清洗，且在清洗过程中能与清洗药液有更好的接触，每次清洗更彻底。

（4）还可根据需求将公管和母管制作成多种尺寸的标准件，以便不同应用场景使用的灵活组合。

说明书附图

图1为实施例1所述管式PECVD石墨舟结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3 现有陶瓷套管结构示意图：(a)立体图，(b)侧视图，(c)正视图；

图4 为实施例2所述陶瓷套管的结构示意图：(a)组合前，(b) 组合后；

图5 为实施例2中公管的尺寸参数示意图：(a) 侧视图，(b) 正视图；

图6 为实施例2中母管的尺寸参数示意图：(a) 侧视图，(b) 正视图；

图7 为实施例3所述陶瓷套管的结构示意图：(a) 组合前，(b) 组合后；

图8(a)为实施例5所述陶瓷套管组合后的结构示意图；图8(b)为实施例6所述陶瓷套管组合后的结构示意图；

图9 为陶瓷套管的组合示意图1：(a)组合前，(b)组合后；

图10为陶瓷套管的组合示意图2；

图11 (a)为实施例2的使用状态示意图；图11 (b)为图9所示实施例的使用状态示意图；图11 (c)为实施例3的使用状态示意图。

具体实施方式

结合图1和图2所示，实施例1公开一种较为常见的用于管式PECVD工艺的石墨舟，主要包括石墨舟片1（简称舟片1）、陶瓷套管2、螺母3、卡点4、陶瓷杆5、电极孔6和石墨块7，其中：舟片1包括等间距平行布置的多片，舟片1上设有均匀排布的硅片放置区8和用于固定硅片的卡点4；陶瓷杆5包括穿设于舟片1的多根，用于支撑舟片1，并通过两端的螺母3进行紧固；陶瓷套管2套设于陶瓷杆3并布置在相邻的舟片1之间，一方面用于支撑和固定舟片1，使相邻舟片1之间保持相同的距离，另一方面使相邻舟片1之间保持绝缘，以形成电场。石墨块7包括对称设置在舟片1两端的两组，用于将间隔设置的具有相同电性的舟片1导通，每一根石墨块7上均设有电极孔6，通过石墨块7分别与正负电极相连，使相邻舟片1之间形成电场，并激发等离子体。

图3所示的是目前管式PECVD常用的陶瓷套管结构，陶瓷套管为采用陶瓷材质的中空圆柱体结构。在分析排查后，我们发现不同特性的薄膜沉积在硅片表面的同时也会沉积在炉管内其它材料表面，例如，陶瓷套管。陶瓷套管在沉积了薄膜之后，相邻舟片之间的绝缘性和介电强度可能会受到沉积薄膜的影响发生改变。

在镀膜工艺中，陶瓷套管表面通常也会沉积一层连续的薄膜，在沉积非晶硅和掺杂非晶硅薄膜等具有一定导电性或介电常数较高的薄膜时，该连续薄膜会使得相邻舟片之间的电场被减弱甚至导通，导致镀膜效果变差。在沉积非晶硅和掺杂非晶硅薄膜后，由于薄膜本身具有一定导电性，且介电常数相对较高，陶瓷套管在沉积了一定连续的厚度的薄膜后，工艺过程中相邻舟片连通形成导电介质层，相邻舟片之间的电场被减弱，从而导致镀膜不均，镀膜速率降低，甚至无法继续镀膜的情形，同时还会出现一次工艺只能沉积较薄的薄膜的情形，无法完成厚膜等工艺要求。为此，本实用新型对现有结构进行改进，使薄膜沉积在陶瓷套管和石墨舟片上不能形成连通的结构，下面给出几个具体实施例和相应的附图加以说明。

如图4所示，实施例2公开一种组合式陶瓷套管，采用组合式结构，主要由公管1和母管2两个部件组成。公管1为中空圆柱体结构，与现有的陶瓷套管结构基本相同，其中：公管1的外径为D1，内径为D，其内径与套设的陶瓷杆的外径相匹配；公管1的管壁厚度为d1，d1=1/2（D1-D）；公管1的长度为L1。母管2从外观看同样也为中空圆柱体结构，其包括前段21和后段22两部分，前段21和后段22的外径相等，均为D2；后段22的内径与公管1的内径相等，均为D，前段的内径为D3，D1＜ D3＜ D2；后段22的管壁厚度为d2，d2=1/2（D2-D）；前段21的管壁厚度为d3，d3=1/2（D2-D3）；母管2的长度为L2，其中，前段21的长度为L21，后段22的长度为L22。

公管1和母管2组合使用时，公管1和母管2均套设于陶瓷杆上，将公管1推入母管2（或者将母管2推向公管1）的前段21，直到公管1与母管2的后段22的端面相接触。由此，公管1和母管2组成用于间隔相邻舟片的组合式陶瓷套管，组合效果如图4(b)所示。组合后，公管1伸入母管2部分的外壁与母管2前段的外壁之前形成一圈沟槽23，沟槽23的截面为矩形。沟槽23的深度h即为前段21的长度L21，即h=L21，宽度w=d2-d3-d1。

在镀膜时，为使沉积在陶瓷套管上的薄膜在相邻舟片方向上不连续，可在陶瓷套管上设置用于遮挡沉积的部分，以避免在相邻舟片之间形成连续的薄膜。本实用新型中，母管前段21即可用于遮挡沟槽23槽壁处的薄膜沉积，因此又将前段21称为遮挡壁24。在管式PECVD镀膜时，等离子体进入沟槽23后，由于遮挡壁24的作用，往沟槽23底部薄膜沉积量越来越少，在一次工艺过程中，在前段21和后段22交界面及其附近的槽壁上沉积的薄膜厚度几乎为零。也就是说，实施例2中，通过遮挡壁24实现对沉积的遮挡，等离子体在期望的使用次数（即镀膜的次数）内不能完全覆盖整个沟槽23的槽壁，使沟槽23槽壁上沉积的薄膜在沿套管长度方向上不连续，进而使得相邻舟片之间沉积的薄膜不连续，从而降低或消除因套管表面沉积薄膜对舟片之间的电场产生的影响。

在陶瓷套管的制造工艺允许且陶瓷套管自身的强度满足的前提下，通常要求沟槽23的深度h越深越好，宽度w越窄越好，公槽1推入母槽2后露出的长度越短越好，即L1-L21越小越好，具体参数可根据工艺需求进行设计和调整，例如，h>1/2L1，h/w>10，这样，等离子体进入沟槽23后，很难到达沟槽底部，相应的，在期望的使用次数内，沟槽底部几乎没有薄膜沉积，从而避免了在相邻舟片之间形成连续的薄膜。

以实施例2为例，图5和图6给出了一种具体的陶瓷套管尺寸参数设计参考，从图中数据可知：L1=8mm，L2=9mm，D=8.2mm，D1=10.2mm，D2=12mm，D3= 11mm，L22=3mm，L21=h=6mm，d1=1mm，d2=1.9mm，d3=0.5mm，w=0.4mm。机械制作的尺寸公差范围为±0.05mm；陶瓷套管的使用温度≤600℃。

如图7所示，实施例3公开另一种组合式陶瓷套管结构，与实施例2不同之处主要在于母管前段21的结构不同，从而使得公管1和母管2组合后形成沟槽23的截面图形也有所不同。实施例3中，母管前段21具有两种内径大小，相应的，沟槽23具有两种宽度，即图中所示的w1和w2，且w1小于w2，由此，在沟槽23槽壁（母管前段21的内壁）上形成一圈台阶25。通过这种设计，等离子体在进入沟槽23后，由于台阶25背向等离子运动的方向，等离子很难在台阶25处沉积并形成薄膜，相对于实施例2，其能连续使用的时间相对更长，连续使用的次数更多，清洗频率更低。

与图7类似的另一种实施例4，不同之处仅在于，w1大于w2。这种结构使得靠近沟槽23底部处的槽宽更窄，可降低等离子体进入沟槽23底部的概率，亦可实现延长使用时间的目的，并且，相对于实施例3还可增加套管的整体强度。

如图8所示，分别给出了另外两种组合式陶瓷套管结构，与实施例2不同之处均为母管前段21的结构不同，前段21的内壁均为斜坡状，即前段21具有变径内腔，从而使得公管1和母管2组合后形成沟槽23的截面图形也有所不同。图8(a)对应的实施例5中，前段21的最小内径等于公管1的外径，公管1伸入母管2后，形成的沟槽23截面为三角形，前段21内腔类似一个喇叭状结构，其优点如实施例4所述。图8(b)对应的实施例6中，前段21的最小内径略大于公管1的外径，公管1伸入母管2后，形成的沟槽23截面为直角梯形，前段21内腔类似一个反向的喇叭状结构，其优点如实施例3所述。

进一步，为满足产业化中不同应用场景的需求，可将公管和母管做成的两类标准件，每一类标准件可设计多种尺寸，以匹配不同型号的石墨舟。在使用时，还可根据石墨舟中相邻舟片距离的改变，对标准件进行不同组合。如图9(a)所示，以实施例2所示的公管和母管为例，可以采用一根公管和两根母管进行组合，组合效果如图8(b)所示。也可以采用两根公管和两根母管进行组合，组合成图10所示的效果。但由于目前常用的石墨舟的相邻舟片之间的距离较小，通常采用一公一母组合即可满足要求，且成本也相对较小。

如图11所示，在具体应用时，在管式PECVD镀膜时，等离子体在陶瓷套管表面沉积并进入沟槽23，由于遮挡壁24的作用，等离子体很难到达沟槽23底部和台阶25处，使得沉积在陶瓷套管上的薄膜在相邻舟片方向上不连续，避免因沉积的薄膜而导致的相邻舟片之间的电场受影响。

综上可见，本实用新型所公开的组合式石墨舟套管相对于传统的石墨舟套管能较好的改善镀膜品质，延长石墨舟连续使用时长，减少清洗频次，降低生产成本。并且，采用两个、三个、四个部件等进行组合构成陶瓷套管的方式，一方面能使这些异型套管更容易进行机械加工，另一方面也能在达到使用寿命后方便清洗时药液的浸入和清洗结束后烘干。

最后需要说明的是，尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。

Claims (10)

1.一种组合式石墨舟套管，其特征在于，包括公管和母管；所述母管被构造为包括前段和后段，所述前段和后段的外径相等且大于公管的外径，所述后段的内径与公管的内径相等，所述前段具有至少一种内径大小且均大于后段内径；所述公管和母管在被组合使用时，所述公管自母管前段部分伸入并与母管后段相接触，以在公管伸入母管部分的外壁与母管前段的内壁之间形成至少一圈沟槽，所述母管前段形成用于遮挡沟槽槽壁处的薄膜沉积的遮挡壁。

2.如权利要求1所述的组合式石墨舟套管，其特征在于，所述前段具有一种内径大小；所述沟槽的截面为矩形。

3.如权利要求1所述的组合式石墨舟套管，其特征在于，所述前段具有两种内径大小，使得所述沟槽的槽壁上具有一圈台阶结构。

4.如权利要求3所述的组合式石墨舟套管，其特征在于，远离后段的内径小于靠近后段的内径。

5.如权利要求1所述的组合式石墨舟套管，其特征在于，所述前段为变径内腔；所述沟槽的截面为直角三角形时，所述前段的最小内径不小于公管的外径；所述沟槽的截面为直角梯形时，所述前段的最小内径大于公管的外径。

6.如权利要求1所述的组合式石墨舟套管，其特征在于，所述沟槽的深度与最宽处宽度的比不小于10，所述沟槽的深度大于公管伸出母管部分的长度；所述公管和母管均采用陶瓷材质制作。

7.如权利要求1所述的组合式石墨舟套管，其特征在于，包括一根公管和一根母管；所述公管和母管在被组合使用时，在公管伸入母管部分的外壁与母管前段的内壁之间形成一圈沟槽。

8.如权利要求1所述的组合式石墨舟套管，其特征在于，包括两根公管和两根母管，在被组合使用时布置为：所述公管自母管前段部分伸入并与母管后段相接触，两根母管背靠背布置且后段端面相互贴合；所述公管和母管在被组合使用时，在公管伸入母管部分的外壁与母管前段的内壁之间形成两圈沟槽。

9.如权利要求1所述的组合式石墨舟套管，其特征在于，包括一根公管和两根母管，在被组合使用时布置为：所述公管自母管前段部分伸入并与母管后段相接触，两根母管相对布置且之间留有间隙；所述公管和母管在被组合使用时，在公管伸入母管部分的外壁与母管前段的内壁之间形成两圈沟槽。

10.一种石墨舟，其特征在于，包括石墨舟片、支撑杆，以及权利要求1至9任意一项所述的组合式石墨舟套管；所述支撑杆用于支撑石墨舟片；所述石墨舟套管套设于支撑杆并布置在相邻的石墨舟片之间，用于支撑和固定石墨舟片，使相邻石墨舟片之间保持相同的距离。

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