CN220597694U - 一种气氛炉体 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种气氛炉体，包括加热管、多个设在加热管内的反应管及炉门，反应管内被用于放置多个承载了待反应硅片的载舟；多个反应管外设有独立的第一加热体，加热管的内壁设有第二加热体；多个反应管上设有反应气体输入管，反应管的顶壁包含在加热管的顶壁内侧，炉门用于对接加热管的管口及将反应管密封形成封闭的腔体。本实用新型解决了现有技术中立式炉体内因炉体内温度不均，控制难度高而导致硅片扩散质量较低的问题，提升了气氛炉体内温度的均匀性，提升了硅片扩散的质量。

Description

一种气氛炉体

技术领域

本申请涉及光伏电池片制备技术领域，具体涉及一种气氛炉体。

背景技术

硅片在高温反应炉体内经过扩散反应后可在硅片表面生成PN结，使硅片制成光伏电池元件，硼扩是一种扩散反应，即以带有硼元素的化学粉末介质为反应原料，如氯化硼。在反应时，硅片被放在气氛炉体内，向炉体内通入氯化硼，经过预设时间的高温硼扩后获得表面生成PN结的硅片。

现有的扩散设备包括立式和卧式两种结构，其中立式的扩散设备中炉体在竖直空间内分布，而卧式扩散设备中炉体在水平面内分布。立式扩散设备以其特有的占地面积小，产量大而深受大家青睐。但是，当立式炉体的直径过大时，炉体内温度分区程度严重，温度控制难度大，使不同区域的温度差距较大，严重影响了硅片扩散的质量。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种气氛炉体，以解决现有技术中立式炉体内因炉体内温度不均，控制难度高而导致硅片扩散质量较低的问题。

本实用新型提供的一种气氛炉体，包括加热管、多个设在所述加热管内的反应管及炉门，所述反应管内被用于放置多个承载了待反应硅片的载舟；多个所述反应管外设有独立的第一加热体，所述加热管的内壁设有第二加热体；多个所述反应管上设有反应气体输入管，所述反应管的顶壁包含在所述加热管的顶壁内侧，所述炉门用于对接所述加热管的管口及密封所述反应管形成封闭的腔体。

可选的，所述加热管内在所述反应管之间设有辅热棒。

可选的，所述炉门用于与所述的气氛炉体对接并密封，所述炉门包括第一炉门和门托，所述第一炉门设有多个且与所述门托的安装面柔性连接；所述第一炉门被用于与所述反应管的底部管口对接并将其密封，所述门托被用于与所述加热管的底部管口对接。

可选的，所述反应管的顶端设有封头，所述封头与所述反应管的管体密封设置，所述反应气体输入管设置于所述封头。

可选的，所述加热管的外壁还设有壳体，所述壳体包括保温材料，所述保温材料贴近所述加热管的外壁。

可选的，所述反应管还包括抽气管口，所述抽气管口设置于靠近所述反应管底部管口，或设置于所述第一炉门。

可选的，多个所述载舟沿着所述反应管长度方向叠放，多个所述反应管在所述加热管的周向等间距分布。

可选的，所述门托通过法兰与所述加热管的管口连接。

可选的，还包括托盘，所述托盘可拆卸的设置于相邻两个所述载舟之间，以固定相邻所述载舟的相对位置。

可选的，所述反应管内还包括第一热偶组件，所述加热管与所述反应管之间还包括第二热偶组件；所述第一热偶组件被用于检测所述反应管内腔的温度，所述第二热偶组件被用于检测所述反应管与所述加热管之间区域内的温度。

因为立式炉体的直径增大，使得炉体在竖直方向上温度分区明显，而且在同一高度，不同直径范围内的温度也有较大的差别，因此，本实用新型提供一种双炉管套设的炉体结构，通过在外部的加热管内套设用于提供反应环境的多个反应管，每个反应管外设独立的第一加热体，使得反应管内腔被两层炉管加热，封锁反应管内的热量，有效减小了反应管内热量的散失，即而降低了反应管内温度控制的难度，确保整个反应管内温度均匀；同时，多个载舟沿着每个反应管长度方向叠放，反应管的体积正好容纳一列载舟，反应空间减小，进一步降低了炉管温度的控制难度；另外，反应管单独加热，外部的加热管不仅可以辅助反应管加热，还可以起到保持内部反应管的温度，提升了内部反应管内温度的均匀性。在气氛炉体开始工作时，反应管上的反应气体输入管向反应空间内提供反应的原料。

附图说明

图1表示本申请提供的气氛炉体中加热管和反应管相对位置示意图；

图2表示本申请中加热管、反应管与炉门对接示意图；

图3表示本申请中炉门和辅热棒相对位置示意图；

图4表示本申请中载舟在反应管与加热管径向截面图中位置示意图；

图5表示本申请载舟的结构示意图；

图6表示本申请提供的气氛炉体的整体结构正向示意图。

附图标记：

1：加热管；11：第二加热体；2：反应管；21：第一加热体；22：反应气体输入管；23：封头；3：辅热棒；4：炉门；41：第一炉门；42：门托；5：载舟。

具体实施方式

下面将结合申请实施例中的附图，对申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。另外，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品中还存在另外的相同要素。

本实用新型提供了一种气氛炉体，如图1和图4所示，包括加热管1、炉门4及多个设在加热管1内的反应管2，反应管2内被用于放置多个承载了待反应硅片的载舟5。多个反应管2外设有独立的第一加热体21，加热管1的内壁设有第二加热体11；多个反应管2上设有反应气体输入管22，反应管2的顶壁包含在加热管1的顶壁内侧，炉门4用于对接加热管1的管口及密封反应管2形成封闭的腔体。

参考图1所示，本实用新型提供的炉体包括外设的加热管1，和设置在加热管1内部的多个反应管2，反应管2内载有多个立式叠放的载舟5，载舟5中横向或竖向插有待反应的硅片。其中，在反应管2的外壁设有向反应管2内部加热的第一加热体21，在加热管1的内壁设有向加热管1的内加热的第二加热体11，并从每个反应管2的顶壁或侧壁向反应管2内通入反应气体，提供了反应环境。

可以实施的是，前述的第一加热体21和第二加热体11为通电发热的金属丝。将金属丝缠绕在反应管2的外壁，并与炉管上的固定卡槽卡接，或者将金属丝吊装在反应管2的顶部，本实施例对金属丝的固定方式不做具体的限制。还可以实施的是，将第一加热体21设置在反应管2的内壁，此时第一加热体21需要设置在石英材料的套管内，以防止高温下金属丝上的金属析出渗入硅片表面，从而破坏硅片的表面结构。

因为立式炉体的直径增大，使得炉体在竖直方向上温度分区明显，而且在同一高度，不同直径范围内的温度也有较大的差别，因此，本实用新型提供一种双炉管套设的炉体结构，通过在外部的加热管1内套设用于提供反应环境的多个反应管2，每个反应管2外设独立的第一加热体21，使得反应管2内腔被两层炉管加热，封锁反应管2内的热量，有效减小了反应管2内热量的散失，即而降低了反应管2内温度控制的难度，确保整个反应管2内温度均匀；同时，载舟5沿着每个反应管2长度方向叠放，反应管2的体积正好容纳一列载舟5，反应空间减小，进一步降低了炉管温度的控制难度；另外，反应管2单独加热，外部的加热管1不仅可以辅助反应管2加热，还可以起到保持内部反应管2的温度，提升了内部反应管2内温度的均匀性。

需要说明的是，该反应空间的组成，如图2所示，一种组成方式是：设置反应管2的顶部封闭，底端开口，待反应的载舟5通过外部机构从反应管2的底部管口送入，并利用外部机构上的炉门4将该管口密封；如，在反应管2的顶端设至封头23，用该封头23密封反应管2的管体，将反应气体输入管22设置在封头23处，炉门4将反应管2的底部密封并将加热管1的底部封堵。

另一种组成方式是：设置反应管2的顶部开口底部封闭，待反应的载舟5通过外部机构从反应管2的顶端开口处送入，使载舟5吊射在反应管2内，然后将反应管2的顶部密封；该方案中反应气体输入管22可以设置在反应管2的顶部，也可以将输入管顺着反应管2的内壁延伸至反应管2的底部，该反应气体输入管22可以通载舟5一起吊射在反应管2的顶部；分别设置用于封闭反应管2顶部的炉门4，和用于封闭加热管1的炉门4。

如前所述，当炉门4与反应管2的底部、加热管1的底部对接时，该炉门4包括第一炉门41和门托42，其中第一炉门41与反应管2一一对应，且与门托42的安装面柔性连接，可以利用带缓冲波纹套管的件实现柔性对接；其中，第一炉门41与反应管2的底部管口对接并将反应管2密封，门托42与加热管1的底部管口对接。

在一些实施例中，可以将门托42设置成与加热管1的底部管口非密封状态，即门托42只与加热管1上的结构对接即可，可以不用将加热管1底部区域设置成完全密封的状态。因为，反应腔是反应管2的内腔，在反应管2与加热管1之间的区域只需要可以维持一定的温度以减少反应管2内温度流失即可，所以，门托42与加热管1之间可以无需密封连接。这样不仅可以降低炉门4与加热管1、反应管2对接的难度，而且，降低了炉门4的成本。当然在实际使用中，为了加快对内部反应管2的加热速率，可以将门托42与加热管1之间设置成密封连接的方式，本实施例对此不做具体的限定。可以实施的是，将前述的炉门4设置在一个移动机构上，使其自动和反应管2、加热管1对接，即实现炉门4的自动开合，以提升设备的自动化程度。

另外，可以设置门托42通过法兰与加热管1的管口连接，法兰连接的稳定性强，方便密封，而且还可以在法兰上设置抽气管或其他检测密封结构。

需要说明的是，因为硅片扩散反应的反应温度较高，因此可以实施的一种是，设置反应管2为石英管炉管，设置加热管1为不锈钢炉管，因为高温环境下一般需要考虑反应管2内不能发生金属析出，一旦有金属析出将影响硅片扩散的质量。外部加热管1设置成不锈钢炉管，在实现加热保温的目的下，还增加了炉管的耐受性，提升了加热管1的使用寿命。

另外，本气氛炉体中，所述反应管2内还包括第一热偶组件，加热管1与反应管2之间还包括第二热偶组件；第一热偶组件被用于检测反应管2内腔的温度，第二热偶组件被用于检测反应管2与加热管1之间区域内的温度。

第一热偶组件和第二热偶组件用于检测并检测反应管2的管内温度和反应管2管外的温度，根据检测的温度以控制第一加热体21、第二加热体11或辅热棒3的加热功率，以精确控制反应管内的温度使其保持均匀加热。其中，第一热偶组件和第二热偶组件包括温度检测传感器以及固定温度传感器的结构，该固定温度传感器的结构与实际温度传感器的设置位置相关，本实施例对此不做具体的限制。

在一些实施例中，前述加热管1内的多个反应管2在加热管1的圆周方向等间距分布，使得外部的加热管1的第二加热体11与每个反应管2的距离相等，提升热量辐射的均匀性，使得多个反应管2受热均匀。

在另一些实施例中，如图3所示，为了提升反应炉管的加热速率，加热管1内在反应管2之间设有辅热棒3。通过添加辅热棒3，填充了多个反应管2之间的空隙，使得这部分空隙也具有加热能力，可以有效提升向反应管2内辅助加热的效率，同时也阻止反应管2内的热量从这部分空隙中散失。载舟5叠放在图3中辅热棒3的周围，本实施例对第一炉门41与载舟5之间放置和固定的方式不做具体的限定。

需要说明的是，前述辅热棒3可以设置成从加热管1的顶部插入，插入到预定高度后将辅热棒3固定于加热管1的顶部；还可以是，将辅热棒3设置在炉门4中多个第一炉门41之间，通第一炉门41一起上升插在反应管2之间。具体辅热管的位置和数量与实际中反应管2的数量和排列方式有关，本实施例对此不做具体的限制。

在一些实施例中，前述加热管1的外壁还设有壳体，壳体包括保温材料，保温材料贴近加热管1的外壁。壳体一方面可以保护加热管1，另一方面可以减少加热管1内外热量的向外散失。该保温材料可以选择耐高温的材料，如针刺棉等。

在一些实施例中，如图6所示，扩散反应需要在真空或负压环境下进行，因此每个反应管2还包括抽气管口，抽气管口设置于靠近反应管2底部管口，或设置于第一炉门41上。

在本实施例中，通过抽气管将反应管2内的气体抽出使得管内形成负压或真空的环境，因为真空或负压环境下反应气体扩散效果优于常压环境。另外，该抽气管的另一个作用在于，使管内气体流动，即增加管内反应气体的流动性，以增加管内反应气体的均匀性，进而提升扩散的质量。如图3和图6所示，该抽气管口可以设置于靠近反应管2底部管口，还可以设置于第一炉门41上，在实际使用中可以根据反应管2的底部管口结构和第一炉门41的结构适应选择抽气管口的位置。

在一些实施例中，还可以包括托盘，托盘可拆卸的设置于相邻两个载舟5之间，以固定相邻载舟5的相对位置。

在本实施例中，载舟5如图5所示的结构，反应管2内的载舟5是设置多个并在反应管2长度方向上叠放，考虑到载舟5长期在高温下可能出现变形，一旦出现较大的变形量将导致无法正常叠放，也有可能在反应管2内发生侧倾。因此，在叠放时，在相邻载舟5之间设置一个托盘，托盘可以兼容载舟5的形变量，保证载舟5之间正常叠放。其中，托盘需要选择耐温优于载舟5的材料，以保证在反应温度下托盘不会变形。

最后，本实用性公开的气氛炉体包括加热管1、多个设在加热管1内的反应管2及炉门4，反应管2内被用于放置多个承载了待反应硅片的载舟5，多个载舟5沿着反应管2长度方向叠放；多个反应管2外设有独立的第一加热体21，加热管1的内壁设有第二加热体11；多个反应管2上设有反应气体输入管22，反应管2的顶壁包含在加热管1的顶壁内侧，炉门4用于对接加热管1的管口及密封反应管2形成封闭的腔体。本实用新型解决了现有技术中立式炉体内因炉体内温度不均，控制难度高而导致硅片扩散质量较低的问题，提升了气氛炉体内温度的均匀性，降低了温度控制难度，提升了硅片扩散的质量。

另外需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

Claims (9)

1.一种气氛炉体，其特征在于，包括加热管(1)、炉门(4)及多个设在所述加热管(1)内的反应管(2)，所述反应管(2)内被用于放置多个承载了待反应硅片的载舟(5)；每个所述反应管(2)外设有独立的第一加热体(21)，所述加热管(1)的内壁设有第二加热体(11)；多个所述反应管(2)上设有反应气体输入管(22)，所述反应管(2)的顶壁包含在所述加热管(1)的顶壁内侧，所述炉门(4)用于对接所述加热管(1)的管口及密封所述反应管(2)形成封闭的腔体。

2.根据权利要求1所述的气氛炉体，其特征在于，在所述加热管(1)内且所述反应管(2)之间设有辅热棒(3)。

3.根据权利要求1或2所述的气氛炉体，其特征在于，所述炉门(4)包括第一炉门(41)和门托(42)，所述第一炉门(41)设有多个且与所述门托(42)的安装面柔性连接；所述第一炉门(41)被用于与所述反应管(2)的底部管口对接并将其密封，所述门托(42)被用于与所述加热管(1)的底部管口对接。

4.根据权利要求1或2所述的气氛炉体，其特征在于，所述反应管(2)的顶端设有封头(23)，所述封头(23)与所述反应管(2)的管体密封设置，所述反应气体输入管(22)设置于所述封头(23)。

5.根据权利要求4所述的气氛炉体，其特征在于，所述加热管(1)的外壁还设有壳体，所述壳体包括保温材料，所述保温材料贴近所述加热管(1)的外壁。

6.根据权利要求3所述的气氛炉体，其特征在于，所述反应管(2)还包括抽气管口，所述抽气管口设置于靠近所述反应管(2)底部管口，或设置于所述第一炉门(41)。

7.根据权利要求1所述的气氛炉体，其特征在于，多个所述载舟(5)沿着所述反应管(2)长度方向叠放，多个所述反应管(2)在所述加热管(1)的周向等间距分布。

8.根据权利要求1所述的气氛炉体，其特征在于，还包括托盘，所述托盘可拆卸的设置于相邻两个所述载舟(5)之间，以固定相邻两个所述载舟(5)的相对位置。

9.根据权利要求6所述的气氛炉体，其特征在于，所述反应管(2)内还包括第一热偶组件，所述加热管(1)与所述反应管(2)之间还包括第二热偶组件；所述第一热偶组件被用于检测所述反应管(2)内腔的温度，所述第二热偶组件被用于检测所述反应管(2)与所述加热管(1)之间区域内的温度。