CN217651350U - 扩散炉 - Google Patents

Abstract

扩散炉，属于光伏技术领域。扩散炉包括炉体、设置于炉体内的炉管、炉门以及接料盘。炉管的一端具有开口，炉门用于封闭开口。为了避免炉门封闭炉管时对炉管造成损坏，在炉门处还设置有气体输送管道，以缓冲炉门对炉管的压力。为了便于清理偏磷酸，在炉管开口沿重力方向的下方设置接料盘。并在炉门处设置冷却水管道，能够便于接料盘的取放以及保护炉门，增加扩散炉的耐用性和生产质量。

Description

扩散炉

技术领域

本申请涉及光伏技术领域，具体而言，涉及扩散炉。

背景技术

扩散炉主要用于硅片太阳能器件制造中的扩散、氧化工艺，炉体是扩散、氧化工艺的反应腔室，扩散炉的结构形式非常关键。

现有的硅片太阳能电池扩散工艺均采用水平卧式扩散炉，扩散炉内配有水平卧式石英舟承载硅片，生产时需要人工向石英舟槽内插入硅片。石英舟插好硅片后，放在悬臂浆上，自动运行工艺就可以进入石英管中进行扩散工艺。扩散完成后悬臂桨会退出来，关闭炉门。工艺炉管中会发生化学反应，主要产物为偏磷酸，偏磷酸会沿石英炉管口流出滴在炉门口的铁板上，造成硅片的污染。由于工艺过程需要在高温环境中进行，现有的炉门温度较高，炉门易损坏，清理废液时要花费时间降温操作，不然很容易被烫伤，维护周期不太好控制。且炉门稳定性较差，影响硅片的生产效率。

实用新型内容

基于上述的不足，本申请提供了一种扩散炉，以部分或全部地改善相关技术中炉门稳定性较差、脏污不易清理的问题。

本申请是这样实现的：

本申请的示例提供了一种扩散炉，用于单晶硅片的真空扩散工艺，扩散炉包括：

炉体：

设置于炉体内的炉管，炉管的一端具有开口；

炉门，炉门包括第一炉门、第二炉门、连接件和调节组件，第一炉门和第二炉门通过连接件缓冲连接，第一炉门配备为从开口伸入炉管内，调节组件设置于第二炉门以调节第二炉门封闭开口；第二炉门设置有冷却水管道和气体输送管道，气体输送管道配备为调节第二炉门封闭开口时第一炉门和第二炉门之间的气压，冷却水管道用于调节第二炉门的温度；

接料盘，接料盘设置于开口沿重力方向的下方，用于承接从开口漏出的废料。

在上述实现过程中，在炉体内设置炉管，以便于炉体对炉管进行加热满足单晶硅片扩散工艺对温度的需求，并且炉体还能对较高温度下的炉管进行保护、隔热，提高扩散炉的安全性和稳定性。

在扩散炉中，设置通过连接件缓冲连接的第一炉门和第二炉门。第一炉门用于从炉管端部的开口伸入炉管内以对较高温度下的炉管进行第一次封闭隔热，能够在一定程度上避免炉管开口处温度的散失以及工艺气流的流失而导致的单晶硅片扩散不均、单晶硅片扩散质量差的问题。第一炉门的隔热作用，还能够在一定程度上降低第二炉门的温度。第二炉门在调节组件的调节作用下封闭炉管的开口(压缩第二炉门，使得第二炉门与炉管的开口接触，进而对炉管的开口进行密封)，以进一步避免工艺气流的流失以及炉管内温度的散失而导致扩散炉加热元件的损坏、生产成本的增加以及硅片质量的降低等问题。第一炉门和第二炉门缓冲连接，并且在第二炉门处还设置有气体输送管道对第二炉门以及第一炉门的间隙填充氮气等保护气体，能够避免炉门关闭过程中以及封闭状态时对炉管造成损坏(炉管内通常呈负压，填充保护气体调节第一炉门和第二炉门之间的气压能够减小第二炉门对炉管的压力)。

单晶硅片扩散工艺过程中的炉管通常呈负压，还通入有用于扩散沉积的工艺气流，炉管中会发生化学反应，反应的产物主要为偏磷酸粉末或液体。由于单晶硅片扩散工艺中的扩散炉为卧式结构，这些反应产生的偏磷酸粉末或液体会在石英舟进出过程中或工艺过程中从炉管的开口处流出，掉落在炉口下方用于支撑炉体的工作台上。掉落在工作台上的偏磷酸会污染具有较高清洁度要求的单晶硅片，偏磷酸具有一定的腐蚀性，会造成工作台的腐蚀。由于工艺过程需要在较高的温度下进行，用于封闭炉管开口的炉门仍然具有一定温度，炉管内的温度较高，如若需要清理偏磷酸需要停机降温，影响工艺进程。因此，本申请在第二炉门处还设置有冷却水管道以及在炉管开口的下方设置接料盘。接料盘能够对掉落的偏磷酸进行承接，在第二炉门处设置冷却水管道对炉门进行降温，便于操作人员进行偏磷酸的处理(在冷却管道作用下的第二炉门温度能够有所降低，此时操作人员可以直接将接料盘取走，进而避免炉管开口下方的偏磷酸污染硅片)。

在一种可能的实施方式中，接料盘包括盘底和盘体，盘底具有第一镜面，盘体围绕第一镜面四周并凸出第一镜面。

在上述实现过程中，由盘底和围绕盘底四周的盘体围合而成的接料盘能够承接偏磷酸粉末或液体。将盘底用于接触偏磷酸粉末或液体的表面设置为镜面，能够避免偏磷酸堆积(附着在盘底，不易清理)，便于接料盘内偏磷酸的清理。

在一种可能的实施方式中，第一镜面为矩形，矩形的长度为650mm，矩形的宽度为350mm；

盘体凸出第一镜面的高度为20mm，盘体垂直于高度的方向的厚度为1.5mm。

在上述实现过程中，设置厚度为1.5mm、宽度为350mm、长度为650mm和高度为20mm的接料盘，适宜的长度和宽度能够有效覆盖偏磷酸的滴落区域；适宜的高度能够避免掉落的偏磷酸溅洒至接料盘外，还能承接适宜数量的偏磷酸提高接料盘接料时长；适宜的厚度能够增加接料盘的耐用度。

在一种可能的实施方式中，第一炉门为石英炉门；和/或，第二炉门为金属炉门。

在上述实现过程中，将第一炉门设置为石英炉门，石英炉门具有良好的耐高温性能和化学稳定性，在第一炉门伸入高温炉管时能够避免第一炉门的变形或与炉管内的气体物质发生化学反应，增加扩散炉的耐用性和提高硅片的扩散质量。

将第二炉门设置为金属炉门，金属炉门具有一定的耐高温性能和良好的机械性能(例如强韧性等)，能够在调节组件压缩或拉出炉门的过程中保持良好的稳定性，提高扩散炉的稳定性。

在一种可能的实施方式中，第二炉门用于与炉管接触的接触部设置有密封圈。

由于工艺过程中的炉管内的气氛状态需要保持稳定的状态，而金属炉门与炉管的接触为硬接触，炉管内的气体或者炉管外的气体容易从第二炉门与炉管的接触位置处发生气体交换，影响扩散质量。在上述实现过程中，在第二炉门用于与炉管接触的接触部设置有密封圈，密封圈通常为具有一定弹性的耐高温材料，能够对第二炉门和炉管之间的间隙进行填充，增加密封性。

在一种可能的实施方式中，调节组件包括调节柱、三脚架和三个调节件，调节柱与第二炉门固定连接；三脚架与调节柱固定连接，且三脚架的三个支脚沿调节柱的周向均匀分布；三个调节件的一端分别设置于三个支脚远离调节柱的端部，三个调节件的另一端分别与第二炉门相抵。

在上述实现过程中，将调节柱与第二炉门固定连接，便于通过调节柱压缩或拉伸第二炉门，以实现炉门的开启和关闭。设置与调节柱固定连接的三脚架，且三脚架的三个支脚沿调节柱的周向均匀分布，在三个支脚远离调节柱的端部分别连接有调节件，且调节件的另一端与第二炉门相抵，则在关闭炉门或开启炉门时，通过调节柱施加的作用力能够通过三脚架传递至第二炉门周向的不同位置处，以避免第二炉门压缩或拉伸时由于受力不均而导致的翘曲等变形，还会影响密封性。

在一种可能的实施过程中，三个调节件为三组相互配合的螺钉和螺母，三个支脚远离调节柱的端部分别设置有第一螺纹孔，第二炉门设置有与第一螺纹孔一一对应的第二螺纹孔；螺钉一一对应地穿设于第一螺纹孔和第二螺纹孔，并通过螺母调节第一螺纹孔和第二螺纹孔之间的距离。

在上述实现过程中，将调节件设置为相互配合的螺钉和螺母，将螺钉穿设于相对应的第一螺纹孔和第二螺纹孔，然后通过调节螺母以调节第一螺纹孔和第二螺纹孔之间的距离，进而调节三个支脚对第二炉门的作用力，以使第二炉门的作用力更加均匀，增加密封效果。

在一种可能的实施方式中，扩散炉还包括炉门驱动组件，炉门驱动组件的一端与调节柱固定连接，以驱动炉门沿炉管的轴线方向的往返运动来压缩或释放第二炉门与炉管沿轴线方向的间隙。

在上述实现过程中，为了提高扩散炉的机械化水平，便于操作人员控制炉门的开启或关闭，本示例提供的扩散炉还包括炉门驱动组件。将炉门驱动组件的一端与调节柱固定连接，进而能够通过炉门驱动组件的沿炉管轴线方向的运动来压缩或拉伸第二炉门以实现炉门的关闭或开启。

在一种可能的实施方式中，扩散炉还包括真空泵；炉管的另一端设置有第一接口和第二接口，第一接口与真空泵之间通过密封管道连接，第二接口配备为工艺气体的输入和输出。

在上述实现过程中，为了便于调整炉管内的气氛状态以及工艺气体的输送，在炉管的另一端设置第一接口和第二接口，能够增加扩散炉的操作方便度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请示例提供的扩散炉的剖视图；

图2为本申请示例提供的炉门的平面示意图；

图3为本申请示例提供的接料盘的结构示意图。

图标：100-扩散炉；10-炉体；20-炉管；21-开口；22-第一接口；23-第二接口；30-炉门；31-第一炉门；32-第二炉门；321-冷却水管道；322-气体输送管道；33-连接件；34-调节组件；341-调节柱；342-三脚架；343-三个调节件；35-炉门驱动组件；40-接料盘；41-盘底；42-盘体；43-把手。

具体实施方式

下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本申请实施例的扩散炉进行具体说明：

扩散炉主要用于硅片太阳能器件制造中的扩散、氧化工艺，炉体是扩散、氧化工艺的反应腔室，扩散炉的结构形式非常关键。单晶硅片的扩散工艺需要在一定的负压条件下进行，对扩散炉的密封性能和稳定性能提出了更高的要求。

现有的硅片太阳能电池扩散工艺均采用水平卧式扩散炉，扩散炉内配有水平卧式石英舟承载硅片，生产时需要人工向石英舟槽内插入硅片。石英舟插好硅片后，放在悬臂浆上，自动运行工艺就可以进入石英管中进行扩散工艺。扩散完成后悬臂桨会退出来，关闭炉门。

由于工艺炉管中会发生化学反应，主要产物为偏磷酸，偏磷酸会沿石英炉管口流出滴在炉门口的铁板上，造成硅片的污染。由于工艺过程需要在高温环境中进行，现有的炉门温度较高，炉门易损坏，清理废液时要花费时间降温操作，不然很容易被烫伤，维护周期不太好控制。且炉门稳定性较差，影响硅片的生产效率。

因此，发明人提供了一种扩散炉100，请参阅图1。扩散炉100包括炉体10、设置于炉体10内的炉管20、炉门30以及接料盘40。炉管20的一端具有开口21，炉门30用于封闭开口21。为了避免炉门30封闭炉管20时对炉管20造成损坏，在炉门30处还设置有气体输送管道322，以缓冲炉门30对炉管20的压力。接料盘40设置于开口21沿重力方向的下方，并在炉门30处设置冷却水管道321，能够便于用于承接从开口21漏出的废料的接料盘40内的偏磷酸的清理，增加扩散炉100的生产质量。

以下结合附图对本申请的扩散炉100中的炉体10、炉管20、炉门30以及接料盘40作进一步的详细描述。

炉体10用于炉管20的安装，为炉管20提供扩散工艺所需的温度，为炉管20提供保护。

示例中，请参阅图1，炉体10为矩形壳体，矩形壳体的内部设置有一个沿水平方向延伸的圆柱形空腔用于放置炉管20。矩形壳体用于靠近炉管20的内部设置有加热元件，矩形壳体内部填充有石英材料以保温隔热。

本申请不限制炉体10的具体设置形式，相关人员可以根据需要进行相应的选择。在一种可能的实施方式中，炉体10还设置有温度控制元件、测温元件等。为了为更多的炉管20提供安放位置，矩形壳体内可以设置多个沿重力方向间隔设置的圆柱形空腔。即扩散炉100可以包括多根炉管20，多根炉管20从下至上间隔设置，以便于同时进行多批次硅片的扩散工艺。炉体10中的温控元件可以单独控制每根炉管20的温度(多根炉管20的温度可以不同，相邻炉管之间相互隔热)，也可以同时控制多根炉管20的温度(多根炉管20的温度变化相同)。

炉管20用于放置石英舟(硅片放置于石英舟中)，为硅片的扩散工艺提供稳定的工艺条件(均匀的温度、气氛条件等)。

示例中，炉管20的一端具有开口21，以便石英舟的放入或取出。炉管20的另一端设置有第一接口22和第二接口23，第一接口22用于与密封管道连接以调整炉管20内的真空度。调节真空度的方式可以为：将密封管道的出口与真空泵(图中未示出，为现有技术中的常规真空泵)连接。第二接口23配备为工艺气体的输入和输出。

本申请不限制炉管20的具体设置形式，相关人员可以根据需要进行相应的选择。在一种可能的实施方式中，炉管20的另一端可以不设置第一接口22和第二接口23，炉管20的另一端可以为封闭结构。为了便于调整炉管20内的真空度和工艺气氛，可以在炉管20的周向外壁处设置相应的接口。或者炉管20的两端均为开口结构，在工艺过程中，可以在炉管20具有开口的两端处分别设置一组炉门30对炉管20进行封闭。

炉门30用于封闭炉管20的开口，维持工艺过程中炉管20内的温度和工艺氛围。

示例中，请参阅图1和图2，炉门30包括第一炉门31、第二炉门32、连接件33和调节组件34，第一炉门31和第二炉门32通过连接件33缓冲连接，第一炉门31配备为从开口21伸入炉管20内，调节组件34设置于第二炉门32以调节第二炉门32封闭开口21；第二炉门32设置有冷却水管道321和气体输送管道322，气体输送管道322配备为调节第二炉门32封闭开口21时第一炉门31和第二炉门32之间的气压，冷却水管道321用于调节第二炉门32的温度。

本申请不限制第一炉门31和第二炉门32的具体类型，在一种可能的实施方式中，第一炉门31为石英炉门，第二炉门32为金属炉门。石英炉门具有良好的耐高温性能和化学稳定性，在第一炉门31伸入高温状态的炉管20内时能够避免第一炉门31的变形或与炉管20内的工艺物质发生化学反应。将第二炉门32设置为金属炉门，金属炉门具有一定的耐高温性能和良好的机械性能(例如强韧性等)，能够在其的压缩或拉出过程中保持良好的稳定性，提高扩散炉100的稳定性。

在一种可能的实施方式中，为了进一步增加炉门30的密封状态，在第二炉门32用于与炉管20接触的接触可以设置密封圈(图中未示出)。密封圈可以为耐高温的柔性材料，例如CN111807756提供的柔性耐高温密封材料。

本申请不限制冷却水管道321和气体输送管道322的具体设置形式，相关人员可以在保证能够通过冷却水管道321输送的冷却水冷却第二炉门32，以及通过气体输送管道322输送的保护气体缓冲第二炉门32对炉管20的压力的情况下，进行相应的调整。

在一种可能的实施方式中，第二炉门32内部设置有环形的输水管，输水管的两端延伸至第二炉门32远离第一炉门31的表面。延伸至第二炉门32外壁的输水管的两端分别设置有冷却水接头，以便于外部供水管道的接入和受热后的冷却水的输出。

在一种可能的实施方式中，第二炉门32远离第一炉门31的一侧设置有两个输气管道接头，便于氮气等气体的输入和输出。

本申请不限制连接件33的具体设置形式，相关人员可以在保证第一炉门31和第二炉门32能够缓冲连接以封闭开口21的情况下(将第一炉门31和第二炉门32缓冲连接可以避免第一炉门31伸入炉管20内过程中的动力过大而损坏炉管20)，根据需要进行相应的调整。

在一种可能的实施方式中，连接件33可以为沿第一炉门31和第二炉门32圆周向设置的多组。每组连接件33包括导向轴和缓冲弹簧。导向轴的一端与第一炉门31固定连接(连接方式可以为螺纹连接)，导向轴的另一端与缓冲弹簧固定连接，缓冲弹簧的另一端与第二炉门固定连接，进而实现第一炉门31和第二炉门32的缓冲连接。或者，为了避免弹簧的压缩或拉伸过程中发生偏移(弹簧的压缩或拉伸过程并非沿着弹簧的轴线方向运动)而导致第一炉门31和第二炉门32的错位，可以在第二炉门32处设置导向轴套，将弹簧安装于该导向轴套内，使得缓冲弹簧在导向轴套内壁所限定的柱形空间内压缩或拉伸运动，以保证第一炉门31和第二炉门32的相对稳定。

本申请不限制调节组件34的具体设置形式，相关人员可以在保证能够通过调节组件34压缩或拉伸第二炉门32以封闭或暴露开口21的情况下，根据需要进行相应的选择。

在一种可能的实施方式中，请参阅图2，调节组件34可以包括调节柱341、三脚架342和三个调节件343，调节柱341的一端与第二炉门32固定连接；三脚架342与调节柱341固定连接，且三脚架342的三个支脚沿调节柱341的周向均匀分布；三个调节件343的一端分别设置于三个支脚远离调节柱341的端部，三个调节件343的另一端分别与第二炉门32相抵。则在关闭炉门30或开启炉门30时，通过调节柱341施加的作用力能够通过三脚架342传递至第二炉门32周向的不同位置处，以避免第二炉门32压缩或拉伸时由于受力不均而导致的翘曲等变形。

在一种可能的实施方式中，三个调节件343为三组相互配合的螺钉和螺母，三个支脚远离调节柱341的端部分别设置有第一螺纹孔，第二炉门32设置有与第一螺纹孔一一对应的第二螺纹孔；螺钉一一对应地穿设于第一螺纹孔和第二螺纹孔。操作人员可以通过调节螺母以调节第一螺纹孔和第二螺纹孔之间的距离，进而调节三个支脚对第二炉门的作用力，以使第二炉门的作用力更加均匀，增加密封效果。

或者，调节组件34可以为与第二炉门32固定连接的调节块，操作人员可以通过调节块向第二炉门32施加压缩力或拉伸力，以进行炉门的关闭和开启。

在一种可能的实施方式中，为了提高扩散炉100的机械化水平，便于操作人员控制炉门的开启或关闭，本示例提供的扩散炉100还包括炉门驱动组件35。将炉门驱动组件35的一端与调节柱341固定连接，进而能够通过炉门驱动组件35沿炉管20轴线方向的运动来压缩或拉伸第二炉门32以实现炉门30的关闭或开启。

本申请不限制炉门驱动组件35的具体设置形式，相关人员可以在保证炉门驱动组件35能够对调节柱341施加沿炉管20轴线方向的拉力和压缩力的情况下进行相应的调整。

在一种可能的实施方式中，可以通过气缸推动与调节柱341或其它类型的调节组件34固定连接的滑块沿炉管20的轴线方向的导轨的滑动来实现炉门30的开启和关闭。

接料盘40用于承接从开口21处掉落的偏磷酸。

示例中，请参阅图3，接料盘40由盘底41和围绕盘底四周的盘体42围合而成。

为了便于接料盘40中偏磷酸的清理，将接料盘40中盘底41用于承接偏磷酸的表面设置为镜面。

在一种可能的实施方式中，为了有效覆盖偏磷酸的滴落区域，避免掉落的偏磷酸溅洒至接料盘40外，可以将接料盘40的盘底41设置为宽350mm、长650mm的矩形，并将盘体42的厚度和高度分别设置为1.5mm、20mm。

为了便于接料盘40的取出(可以在扩散炉100的工艺过程中将接料盘取出)，还可以在盘体42处设置把手43。

本申请不限制接料盘40的具体设置形式，在一种可能的实施方式中，可以在接料盘40内设置导流结构，便于将分散于接料盘40内的偏磷酸进行汇集。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扩散炉，用于单晶硅片的真空扩散工艺，其特征在于，包括：

炉体：

设置于所述炉体内的炉管，所述炉管的一端具有开口；

炉门，所述炉门包括第一炉门、第二炉门、连接件和调节组件，所述第一炉门和所述第二炉门通过所述连接件缓冲连接，所述第一炉门配备为从所述开口伸入所述炉管内，所述调节组件设置于所述第二炉门以调节所述第二炉门封闭所述开口；所述第二炉门设置有冷却水管道和气体输送管道，所述气体输送管道配备为调节所述第二炉门封闭所述开口时所述第一炉门和所述第二炉门之间的气压，所述冷却水管道用于调节所述第二炉门的温度；

接料盘，所述接料盘设置于所述开口沿重力方向的下方，用于承接从所述开口漏出的废料。

2.根据权利要求1所述的扩散炉，其特征在于，所述接料盘包括盘底和盘体，所述盘底具有第一镜面，所述盘体围绕所述第一镜面四周并凸出所述第一镜面。

3.根据权利要求2所述的扩散炉，其特征在于，所述第一镜面为矩形，所述矩形的长度为650mm，所述矩形的宽度为350mm；

所述盘体凸出所述第一镜面的高度为20mm，所述盘体垂直于所述高度的方向的厚度为1.5mm。

4.根据权利要求3所述的扩散炉，其特征在于，所述接料盘还包括把手，所述把手设置于所述盘体。

5.根据权利要求4所述的扩散炉，其特征在于，所述第一炉门为石英炉门；

和/或，所述第二炉门为金属炉门。

6.根据权利要求5所述的扩散炉，其特征在于，所述第二炉门用于与所述炉管接触的接触部设置有密封圈。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的扩散炉，其特征在于，所述调节组件包括调节柱、三脚架和三个调节件，所述调节柱与所述第二炉门固定连接；所述三脚架与所述调节柱固定连接，且所述三脚架的三个支脚沿所述调节柱的周向均匀分布；所述三个调节件的一端分别设置于所述三个支脚远离所述调节柱的端部，所述三个调节件的另一端分别与所述第二炉门相抵。

8.根据权利要求7所述的扩散炉，其特征在于，所述三个调节件为三组相互配合的螺钉和螺母，所述三个支脚远离所述调节柱的端部分别设置有第一螺纹孔，所述第二炉门设置有与所述第一螺纹孔一一对应的第二螺纹孔；所述螺钉一一对应地穿设于所述第一螺纹孔和所述第二螺纹孔，并通过所述螺母调节所述第一螺纹孔和所述第二螺纹孔之间的距离。

9.根据权利要求8所述的扩散炉，其特征在于，所述扩散炉还包括炉门驱动组件，所述炉门驱动组件的一端与所述调节柱固定连接，以驱动所述炉门沿所述炉管的轴线方向的往返运动来压缩或释放所述第二炉门与所述炉管沿轴线方向的间隙。

10.根据权利要求9所述的扩散炉，其特征在于，所述扩散炉还包括真空泵；

所述炉管的另一端设置有第一接口和第二接口，所述第一接口与所述真空泵之间通过密封管道连接，所述第二接口配备为工艺气体的输入和输出。

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