CN211848136U - 具有温度补偿的管式pecvd装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有温度补偿的管式PECVD装置，包括工作台室、主机室及气源柜，工作台室内部设有一套机械驱动机构，机械驱动机构上安装至少一个推拉舟，推拉舟上放置有两个以上对接的石墨舟，主机室内至少具有一个工艺腔室，工艺腔室的内壁为石英管，石英管的外周沿轴向套设石英套管，石英套管外部为加热炉体，石墨舟进入工艺腔室后，加热炉体对应石墨舟对接的部位设置有加热电阻丝和对接部温度控制系统。本实用新型使工艺腔室内的温度趋于相同，解决硅片沉积薄膜质量受温度变化影响等问题。

Description

具有温度补偿的管式PECVD装置

技术领域

本实用新型涉及光伏电池制造设备领域，尤其是一种具有温度补偿的管式PECVD装置。

背景技术

太阳能光伏电池是一种把太阳的光能直接转化为电能的新型电池。目前通常使用的是以硅为基底的硅光伏电池，包括单晶硅、多晶硅和非晶硅光伏电池。PERC电池（Passivated Emitter and Rear Cell，发射极和背面钝化技术）是一种新型的光伏电池技术， PERC电池背表面的有效钝化是提升太阳能电池转换效率的重要因素。目前较为成熟的钝化膜材料包括氧化铝(Al₂O₃)、氧化硅(SiO₂)、氮氧化硅（SiO_xN_y）、氮化硅(Si₃N₄)等，为了提升钝化效果，多层钝化膜结构是一个重要的发展方向。管式PECVD装置（Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积）用于氮化硅、氧化硅等的等离子体增强化学气相沉积，PECVD技术是在低气压条件下，在工艺腔室内使硅片样品升温到预定温度，然后通入适量的工艺气体，这些气体经一系列化学反应和等离子体反应，最终在硅片样品表面形成沉积薄膜。

为了提高反应效率，有时管式PECVD装置的工艺腔室可以容纳双石墨舟甚至多个石墨舟，由于石墨吸热较快的特点，在两个石墨舟对接的位置会发生吸热量较大，温度骤降，整个工艺腔室温度分布不均导致反应后的硅片出现色差。温度对沉积速率的影响小，但对沉积薄膜的质量影响很大。温度越高，淀积膜的致密性越大，高温增强了表面反应，改善了沉积簿膜的成分。温度对薄膜质量的影响主要在于局域态密度、电子迁移率以及膜的光学性能，衬底温度的提高有利于薄膜表面悬挂键的补偿，使薄膜的缺陷密度下降。因此，管式PECVD装置中两石墨舟对接处发生的温度不均是亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请人针对上述现有管式PECVD装置存在的双石墨舟的对接处温度骤降导致工艺腔室内分布不均、影响硅片沉积薄膜质量等缺点，提供了一种结构合理的具有温度补偿的管式PECVD装置，能够通过设置专用的对接部温度控制系统，对双石墨舟对接处进行温度补偿，使工艺腔室内的温度趋于相同，解决硅片沉积薄膜质量受温度变化影响等问题。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种具有温度补偿的管式PECVD装置，包括工作台室、主机室及气源柜，工作台室内部设有一套机械驱动机构，机械驱动机构上安装至少一个推拉舟，推拉舟上放置有两个以上对接的石墨舟，主机室内至少具有一个工艺腔室，工艺腔室的内壁为石英管，石英管的外周沿轴向套设石英套管，石英套管外部为加热炉体，石墨舟进入工艺腔室后，加热炉体对应石墨舟对接的部位设置有加热电阻丝和对接部温度控制系统。

作为上述技术方案的进一步改进：

对接部温度控制系统与加热电阻丝对应连接，对加热电阻丝进行单独温度控制。

当推拉舟上的石墨舟为两个时，工艺腔室的长度方向对应两个石墨舟的位置分别为前段、对接部和后段三个温区，加热炉体对应的部位设有前段温度控制系统、对接部温度控制系统以及后段温度控制系统。

加热炉体上安装有对应的多个加热电阻丝和多个外热电偶，所述多个加热电阻丝和多个外热电偶通过对应的温度控制系统分为三组连接。

对接部温度控制系统与对接部的加热电阻丝对应连接，对接部温度控制系统的外热电偶与对应的温控表的输入端连接，所述加热电阻丝与对应的可控硅的输出端连接，温控表的输出端通过触发电路与可控硅的输入端连接，构成对接部控制回路。

前段温度控制系统与前段若干个加热电阻丝对应连接，前段温度控制系统中的若干个外热电偶与逐个对应的温控表的输入端连接，所述若干个加热电阻丝与各自对应的可控硅的输出端连接，所述若干个温控表的输出端通过触发电路与所述若干个可控硅的输入端连接，构成前段控制回路。

后段温度控制系统与后段若干个加热电阻丝对应连接，后段温度控制系统中的若干个外热电偶与逐个对应的温控表的输入端连接，所述若干个加热电阻丝与各自对应的可控硅的输出端连接，所述若干个温控表的输出端通过触发电路与所述若干个可控硅的输入端连接，构成后段控制回路。

在工艺腔室内设置有内热电偶，内热电偶分别与所述前段温度控制系统、对接部温度控制系统以及后段温度控制系统的多个温控表的输入端连接。

前段温度控制系统、对接部温度控制系统以及后段温度控制系统均通过总线与PLC控制器连接，PLC控制器通过以太网与上位机连接。

工艺腔室的第一端为进石墨舟的炉口，第一端的炉口与推拉舟具有的工艺腔室盖紧密配合，第二端与气源柜以及外部的尾气处理装置连通。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型通过在两个石墨舟的对接处设置独立的加热电阻丝和对接部温度控制系统，提前将此位置上的温度进行热量补偿，补充石墨吸收的热量，使温度变化大幅度减轻。通过石墨舟对接部的吸热和对接部温度控制系统的热量补偿，使前段、对接部和后段的温度曲线趋于平缓，达到设定的温度曲线要求，从而实现硅片质量的一致。本实用新型使工艺腔室内的温度趋于相同，解决硅片沉积薄膜质量受温度变化影响等问题。本实用新型将工艺腔室分为前段、对接部和后段三部分温区，并对应设置前段温度控制系统、对接部温度控制系统以及后段温度控制系统，便于控制温度，通过线路改造即可实现，无须对工艺腔室的结构进行改变，易于实现。本实用新型可以类推到两个以上石墨舟的情形，应用于两个或者两个以上的石墨舟对接部位，提供了更为广阔的应用场景。

附图说明

图1为本实用新型的示意图。

图2为本实用新型温度控制的示意图。

图中：1、工艺腔室第二端；2、加热炉体；3、推拉舟；4、石墨舟；5、工艺腔室第一端。

具体实施方式

下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型所述的具有温度补偿的管式PECVD装置包括工作台室、主机室及气源柜，工作台室内部设有一套机械驱动机构，机械驱动机构上安装至少一个推拉舟3，机械驱动机构驱动推拉舟3前进或后退。推拉舟3上放置有两个对接的石墨舟4，石墨舟4内承载多片硅片，石墨舟4由推拉舟3带动进入主机室。主机室内至少具有一个工艺腔室，工艺腔室的第一端5为进石墨舟4的炉口，第一端5的炉口与推拉舟3具有的工艺腔室盖紧密配合，第二端1与气源柜以及外部的尾气处理装置连通。气源柜的进气管由第二端1伸入并在工艺腔室内延伸到第一端5附近，从第一端5位置向工艺腔室内供气。工艺腔室的内壁为石英管，石英管的外周沿轴向套设石英套管，石英套管外部为加热炉体2。

如图2所示，加热炉体2上安装有对应的七个加热电阻丝和七个外热电偶，七个加热电阻丝和七个外热电偶通过对应的温度控制系统分为三组连接。工艺腔室的长度方向对应两个石墨舟4的位置分别为前段、对接部和后段三个温区，加热炉体2对应的部位设有前段温度控制系统、对接部温度控制系统以及后段温度控制系统。其中，前段温度控制系统与前段三个加热电阻丝对应连接，前段温度控制系统中的三个外热电偶与逐个对应的温控表的输入端连接，三个加热电阻丝与各自对应的可控硅的输出端连接，三个温控表的输出端通过触发电路与三个可控硅的输入端连接，构成前段控制回路。对接部温度控制系统与对接部的单个加热电阻丝对应连接，对接部温度控制系统的单个外热电偶与对应的温控表的输入端连接，单个加热电阻丝与对应的可控硅的输出端连接，温控表的输出端通过触发电路与可控硅的输入端连接，构成对接部控制回路。后段温度控制系统与后段三个加热电阻丝对应连接，后段温度控制系统中的三个外热电偶与逐个对应的温控表的输入端连接，三个加热电阻丝与各自对应的可控硅的输出端连接，三个温控表的输出端通过触发电路与三个可控硅的输入端连接，构成后段控制回路。前段温度控制系统、对接部温度控制系统以及后段温度控制系统均通过总线与PLC控制器连接，PLC控制器通过以太网与上位机连接。在工艺腔室内设置有内热电偶，内热电偶分别与所述七个温控表的输入端连接。

本实用新型在工作时，工艺腔室会发生的腔内温度变化的情形分别是炉门打开时、炉门关闭时以及对接部石墨的热量吸收。当炉门打开时，工艺腔室内的温度会大幅度下降，此时，加热炉体2对应连接的七个温控表发出满功率加热的控制信号，七个加热电阻丝全力加热，使炉管内的温度在开炉门时不至于下降的太低。当关上炉门时，炉管内的温度会迅速上升，此时，七个温控表根据温度上升速率的快慢发出零功率加热或者小功率加热的控制信号，防止过大的超温现象发生。当工艺腔室内的温度变化趋于稳定时，转为正常的PID运算控制。当温度趋于稳定后，两个石墨舟4的对接处由于石墨的吸收热量较大，热量迅速被吸收，此时，通过对接部温度控制系统提前将此位置上的温度进行热量补偿，补充石墨吸收的热量，使温度变化大幅度减轻。通过石墨舟4对接部的吸热和对接部温度控制系统的热量补偿，使前段、对接部和后段的温度曲线趋于平缓，达到设定的温度曲线要求，从而实现硅片质量的一致。整个过程中，PLC控制器对温度进行全局控制，根据温度变化提前设置温控表的参数。

以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，在不违背本实用新型精神的情况下，本实用新型可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种具有温度补偿的管式PECVD装置，其特征在于：包括工作台室、主机室及气源柜，工作台室内部设有一套机械驱动机构，机械驱动机构上安装至少一个推拉舟（3），推拉舟（3）上放置有两个以上对接的石墨舟（4），主机室内至少具有一个工艺腔室，工艺腔室的内壁为石英管，石英管的外周沿轴向套设石英套管，石英套管外部为加热炉体（2），石墨舟（4）进入工艺腔室后，加热炉体（2）对应石墨舟（4）对接的部位设置有加热电阻丝和对接部温度控制系统。

2.根据权利要求1所述的具有温度补偿的管式PECVD装置，其特征在于：对接部温度控制系统与加热电阻丝对应连接，对加热电阻丝进行单独温度控制。

3.根据权利要求1所述的具有温度补偿的管式PECVD装置，其特征在于：当推拉舟（3）上的石墨舟（4）为两个时，工艺腔室的长度方向对应两个石墨舟（4）的位置分别为前段、对接部和后段三个温区，加热炉体（2）对应的部位设有前段温度控制系统、对接部温度控制系统以及后段温度控制系统。

4.根据权利要求3所述的具有温度补偿的管式PECVD装置，其特征在于：加热炉体（2）上安装有对应的多个加热电阻丝和多个外热电偶，所述多个加热电阻丝和多个外热电偶通过对应的温度控制系统分为三组连接。

5.根据权利要求4所述的具有温度补偿的管式PECVD装置，其特征在于：对接部温度控制系统与对接部的加热电阻丝对应连接，对接部温度控制系统的外热电偶与对应的温控表的输入端连接，所述加热电阻丝与对应的可控硅的输出端连接，温控表的输出端通过触发电路与可控硅的输入端连接，构成对接部控制回路。

6.根据权利要求5所述的具有温度补偿的管式PECVD装置，其特征在于：前段温度控制系统与前段若干个加热电阻丝对应连接，前段温度控制系统中的若干个外热电偶与逐个对应的温控表的输入端连接，所述若干个加热电阻丝与各自对应的可控硅的输出端连接，所述若干个温控表的输出端通过触发电路与所述若干个可控硅的输入端连接，构成前段控制回路。

7.根据权利要求6所述的具有温度补偿的管式PECVD装置，其特征在于：后段温度控制系统与后段若干个加热电阻丝对应连接，后段温度控制系统中的若干个外热电偶与逐个对应的温控表的输入端连接，所述若干个加热电阻丝与各自对应的可控硅的输出端连接，所述若干个温控表的输出端通过触发电路与所述若干个可控硅的输入端连接，构成后段控制回路。

8.根据权利要求7所述的具有温度补偿的管式PECVD装置，其特征在于：在工艺腔室内设置有内热电偶，内热电偶分别与所述前段温度控制系统、对接部温度控制系统以及后段温度控制系统的多个温控表的输入端连接。

9.根据权利要求3所述的具有温度补偿的管式PECVD装置，其特征在于：前段温度控制系统、对接部温度控制系统以及后段温度控制系统均通过总线与PLC控制器连接，PLC控制器通过以太网与上位机连接。

10.根据权利要求1所述的具有温度补偿的管式PECVD装置，其特征在于：工艺腔室的第一端（5）为进石墨舟（4）的炉口，第一端（5）的炉口与推拉舟（3）具有的工艺腔室盖紧密配合，第二端（1）与气源柜以及外部的尾气处理装置连通。

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