TWI489075B - 具有高反射率加熱區段的快速點火ｉｒ輸送帶爐 - Google Patents

Description

具有高反射率加熱區段的快速點火IR輸送帶爐 【相關申請案交互參考】

本申請是於2007年6月25日提交的美國正常申請SN 11/768，067的CIP申請，現在美國專利7,805,064於2010年9月28日公告，題目為具有高強度加熱區段的快速熱焙燒紅外線傳送帶式熱處理爐，其相應地是於2006年6月26日提交的美國臨時申請SN 60/805，856的正常申請，題目為具有包括矽基太陽能電池晶片的改進材料的熱處理的高強度加熱區段的紅外線傳送帶式熱處理爐，其公開在此通過引用並入，根據35美國法典119段的規定在此要求其優先權。

本發明是針對提高的紅外線傳送式熱處理爐，特別用於絲網印刷的矽太陽能電池晶片的金屬化焙燒，其具有導致更高的加工生產能力和合成太陽能電池光電材料元件的效率的焙燒工藝和改良的高峰(spike)區域。該改良系統特徵為簡化的高峰區域加熱室，其利用佈置在與反射器間隔的紅外線加熱燈元件後的高反射效率平板反射器表面。可選擇地，該反射器可配置為創建冷卻通道，其允許該爐的有用功密度基本上增加從而紅外線加熱燈在超過時間延長期直到額定功率輸出的100%操作而沒有過熱。在反射器元件的這個可選配置中，由燈產生的紅外線被聚焦從而大量IR射線進入加工區這樣增加加熱效果和效率。

矽基太陽能電池的加工需要一些專門的工藝以特定順序產生。一般地這些工藝包括單晶矽錠，其在晶體生長爐中生長或在“定向凝固”爐裏澆鑄成多晶塊。這些工藝的結果是稱為錠的長“臘腸型”單晶團或多晶塊，矽的薄片用“線狀鋸”被從中橫向切割形成粗糙的太陽能晶片。這些晶片，無論是由單晶還是多晶結合在一起形成的，隨後被加工以形成在150-330微米的厚度範圍內的光滑晶片。由於合適的矽不足，當前趨勢是使晶片更薄，典型地180微米厚度。

完成的原始晶片進而被加工成功能的太陽能電池，能夠通過光伏效應產生電。晶片加工從各種清洗和蝕刻操作開始，以產生半導體“p-n”面結型二極體的稱為擴散的工藝結束。擴散在高溫下在有可選的磷源的情況下發生，例如稀釋的磷酸噴射液體或由氣泡氮、N₂ 通過液體POCL₃ 產生的三氯氧磷(POCL₃ )蒸汽。這樣摻雜的Si形成光伏電池的“發射”層，一旦暴露在陽光(普通光子源)下，該層發射電子。這些電子通過燒結進入電池表面的絲網印刷的金屬接觸的精細網格收集，更詳細的描述如下。

為了加強形成低阻絲網印刷的金屬接觸到下面矽p-n結發射層的能力，額外量的磷沈積到晶片的前表面。磷通過持續到30分鐘的高溫擴散工序被送入晶片。額外的“電活性”磷使得低阻接觸形成。然而，這種接觸的形成以電池效率的損失為代價。電池效率損失起源於通過吸收更高能量但短波長的光子產生在或接近表面的電子-空穴對。這些“藍光”光子迅速重組和消失，因而消除它們對電池產生的能量的貢獻。

在擴散和各種清洗和刻蝕工藝來從晶片的側面移除不需要半導體結後，晶片被塗敷抗反射塗膜，典型地氮化矽(SiN₃ )，一般通過等離子體增強化學氣相沈積(PECVD)。在這些工藝的某些之間，晶片為隨後的工藝準備而在低溫乾燥爐裏乾燥。

SiN₃ 抗反射塗層(ARC)沈積成大約0.6微米的光的1/4波長的厚度。在ARC應用後，電池表現深藍表面色。ARC最小化了具有0.6微米左右的波長的入射光子的反射。

ARC SiNx塗層在PECVD工藝中通過在高或低頻率微波場下混合不同濃度的矽烷、SIH₄ 、氨、NH₃ 和純氮、N₂ 、氣體形成。氫非常快速地分離和擴散進矽晶片。氫具有修復體積缺陷的偶然效應，特別在多晶材料中。缺陷是在電子-空穴對能夠重組因而減少電池效率或能量輸出的地方的阱。在隨後IR焙燒(見下面)期間，升高的溫度(高於400℃)將導致氫擴散出晶片。這樣，短的焙燒時間對於阻止這氫從晶片中“氣化出”是必要的。最好氫被捕捉和保持在塊體材料(特別是多晶材料的情況)中。

太陽能電池的背部覆蓋鋁粉漿塗層，其通過絲網印刷工藝施加。這個Al塗層首先乾燥，然後在IR爐中“焙燒”以使它與摻雜硼的矽形成合金，因而形成“背表面區域”。可選擇地，背表面鋁粉漿被乾燥，然後晶片被突然翻轉，以在隨後也被乾燥的電接觸圖案上用銀粉漿絲網印刷前表面。兩個材料，背表面鋁和前表面銀的接觸漿隨後在單一焙燒步驟共焙燒(隨後的焙燒參見上面)。這個共焙燒節省了一個工藝步驟。

背表面典型的全部覆蓋鋁基漿，同時前或頂表面絲網印刷有精細網狀銀基線，其連接到更大的母線導體來“收集”在下層摻雜Si發射層的耗盡區中或接近表面產生的電子。同時，最高可能開口區域未覆蓋為了光向電的轉化。在這些漿乾燥後，它們“共焙燒”。背表面鋁合金同時前表面漿在傳送爐中高速高溫燒結以在太陽能電池的前表面上形成光滑、低歐姆電阻導體。

本發明直接涉及這樣的共焙燒合金化/燒結工藝和用於這樣的共焙燒或其他工業工藝的IR爐。目前可用於這樣的共焙燒、合金化/燒結工藝的IR傳送帶式爐具有分成多個區域的加熱室。每一個區域由各種形式的隔離體與外面環境隔絕，壓縮隔離纖維板是最常見的。典型地，第一區域，僅在入口內供有比下2或3個區域更多的紅外(IR)燈，從而迅速增加進來的矽晶片的溫度到大約425℃-450℃。這個溫度被保持為了下一些區域以穩定晶片的溫度和保證完全燒掉銀粉漿的所有有機成分。目的是最小化接觸中的所有碳含量，由於碳被認為增加接觸電阻。

快速焙燒通常產生最有利的結果，因為雜質沒有時間擴散進入發射層。高速率焙燒是關鍵的，由於使雜質擴散進入摻雜矽的發射區的活化能通常低於燒結銀顆粒的活化能。為了獲得該高焙燒速率，晶片進入高IR強度“高峰”區域，這裏晶片的溫度快速升到700-950℃區間，然後通過各種方法冷卻，直到晶片出爐。晶片在峰值溫度不保持。一定程度上，峰值寬度應該最小化，也就是，保持短，同時上升和下降速度坡度應該是陡峭的。

然而，在IR爐技術的現有狀態中，這些必要條件沒有滿足。一定程度上，高強度高峰區域是簡單地複製第一區域，其中IR燈沿晶片傳輸帶佈置，在帶的上方和帶的下方及其支撐系統。結果，現有技術受到在不同加工區域加熱晶片的IR燈的高無效使用和在高峰區域中其特徵在於寬峰和緩速度坡溫度曲線的過度保持之苦。目前可用爐在高峰區域中能夠產生從大約80℃到大約100℃/秒的區間的溫度上升速度。由於峰值溫度必須接近1000℃，目前可用的以恒定傳輸帶傳送速率上升的速率需要高峰區域物理上是長的，因為帶以恒定速度移動。目前工藝的保持峰也太長。

目前可用爐的淺曲線/寬峰特徵工藝限制在頂表面的金屬接觸上具有有害效果，其明顯限制如下的電池效率。前表面銀粉漿典型地包含四相：

(1)　作為粉末的載體和包含揮發溶劑和非揮發聚合物的媒介相；溶劑在乾燥步驟揮發和聚合物在燒盡步驟期間除去；兩個步驟都在實際峰區域焙燒步驟之前發生；

(2)　在焙燒期間保持漿到基板、溶解金屬粉末和提供到基板的粘結的粘合相(有機樹脂和玻璃料)；

(3)　功能相(形狀為小球或薄片狀的金屬顆粒)；以及

(4)　調節劑(例如熔劑)，其為專用到漿加工的少量的添加劑，但其影響在焙燒中使用的需要的熱分佈圖。

溶劑在乾燥機中在焙燒之前完全蒸發。隨後樹脂必須被完全燒掉以阻止碳妨礙金屬接觸的電性質量。這在大約425℃到450℃獲得。隨著溫度在焙燒工藝中繼續上升，玻璃料開始熔化。工藝的這方面的溫度根據玻璃料的成分和它的玻璃化轉變溫度Tg。氧化鉛是玻璃料的重要成分，由於它溶解銀顆粒。Tg典型的在550℃-600℃左右，在該溫度，玻璃料從固態、無定形結構轉換成更流態和可流動的結構。工藝中的溫度繼續升高到700℃-950℃區間來一起燒結銀顆粒，這樣形成較低電阻的導體。

由於幾個原因快速完成這順序是重要的。第一，玻璃料玻璃必須不能流動太多，否則絲網印刷接觸線會變寬，因而通過阻塞更多來自入射太陽能輻射的電池表面而減小有效收集區域。第二，玻璃料很大程度上不該混合銀顆粒由於這會增加接觸的串聯電阻。最後，所有該材料必須蝕刻穿透SiNx抗反射(ARC)塗層(厚度大約0.15微米或0.6微米的1/4的目標波長來反射最小化)，但不繼續傳送穿過以前通過磷擴散到p型矽的頂表面上形成的“淺的”、摻雜Si的發射層。發射層通常厚度為0.1到0.5微米，但淺發射層通常在0.1-0.2微米區間。

這樣，為了控制蝕刻深度，燒結必須快和徹底地被淬火。淬火，也就是，在蝕刻AR塗層和形成玻璃到矽基底的良好的粘合性後，阻止銀顆粒擴散進發射層(形成微晶)之下的矽，必須通過迅速冷卻完成。這是關鍵的。如果銀穿入太深而到摻雜Si的發射層，那麽結被縮短。結果是電池釋放效率，歸因於用於產生的電子的短的電路路徑。作為電池的低並聯電阻特性，這也是已知的。

但相反地，也絕對必要緩慢快速冷卻，為了退火玻璃相來增加粘結性。總之，冷卻曲線看起來像這樣：從峰焙燒溫度快速冷卻到大約700℃，然後慢速冷卻用於退火目的，然後快速冷卻來允許晶片在足夠低的溫度以能夠通過機器人設備處理而出爐，機器人設備必須具有塗上橡膠的吸盤來從移動的傳輸器拿起晶片而不損傷表面。

由於具有尺寸的和IR燈的成本限制，在高峰區域增加燈密度通常是不可行的方案。此外，峰溫度在高峰區域僅保持幾秒，下降熱分佈圖需要陡峭。增加燈密度將明顯適得其反，因為增加的密度容易導致更多的緩坡，由於高峰區域的內表面和產品上的反射。

同樣地，增加燈的功率目前也不可行，因為更高的輸出將導致燈單元的過熱，尤其是外部的石英管。大多數爐是熱電偶控制的。既然IR燈並排佈置，以1.25英寸量級的間距，每個燈加熱相鄰的燈。當熱電偶檢測溫度接近900℃時，它們自動地削減給燈的功率。這導致低功率密度，改變IR燈發射的光譜輸出(所以較低能量輸出)，導致需要降低傳輸帶速度，這樣慢化處理。依次，這導致進入其他區域的連鎖反應，由於帶是連續的和在一個區域慢化將減慢在所有區域帶的速度，所以調整必須在所有區域進行來補償。依次，慢化上游或下游區域影響焙燒區域。燈的過熱，例如，由於熱電偶延遲或失敗，能導致燈變形、下陷和最終失敗。這種變形也影響傳送到產品的IR輸出的一致性。

在爐中氣氛控制是重要的。當許多鍍金屬爐操作在空氣氣氛中操作時，氣氛必須是相對控制的和層狀的或最低限度的湍流的，由於進入的空氣能引導污染基底表面的顆粒，內部湍流能擾亂產品基底晶片，因為它們很薄、輕和脆，在150-350微米厚度的量級。此外，在高溫處，內部湍流能導致燈振動，其導致疲勞衰壞、或不一致或降低的輸出。

相應地，在IR爐和IR焙燒工藝技術中有未滿足的需求，其為明顯提高傳統燈的淨有效加熱速度，以提供高峰區域的熱分佈圖和更好的控制，以允許爐溫度和氣氛條件的改進控制，以改進淬火和退火分佈圖，以提高爐區域的熱的一致性，和以改進這樣的爐的生產量，同時在相同或減少的爐著陸區域上完成這些目的。

本發明涉及具有多個熱加熱區的傳送帶或間歇式IR爐，包括至少一個高峰區域(spike zone)，其中IR加熱元件被超高反射率(在高於大約95%IR反射率的量級)平板型反射器元件支援，區別於通常的塊絕緣材料。可選擇地，燈元件(elementa)可通過將它們放置在高反射率支援單元中的槽中而側向隔離。在另一個選擇中，空氣或惰性氣體可沿通道表面被引導來實現燈的冷卻。

發明的高反射率支援平板導致有效地加倍加熱速率和高級材料的爐加工生產量，高級材料例如矽、硒、鍺或鎵基太陽能電池晶片。

本發明也包括所有工序控制系統，其導致改進的太陽能電池產量；和作為工序操作的更好的控制的結果而獲得提高效率的太陽能電池的焙燒方法，其特徵在於，陡的溫度上升和下降溫度曲線、淬火和退火溫度分佈圖的精確控制和非常陡的峰。本發明的改進控制延伸遍及燒盡、高峰、淬火、中斷淬火和退火(回火)區來改進接觸構成，降低氫的除氣，控制蝕刻深度和提高黏著性，此外改進電池輸出的效率。

發明的燈隔離系統通過在具有被IR燈陣列後面間隔的平板的高峰區模組中以實例說明執行。典型地，該IR燈以1.5英寸中心被間隔，反射器板在後地被間隔(分別高於或低於燈，沿爐方向的頂和底燈)，在從大約1英寸到4英寸的範圍內，較佳1英寸-2.5英寸。

在平的反射器板的選擇中，所述板可逐漸地側向波動，在燈的橫向中心線之間，波動的肋平行和均勻間隔地佈置來助於反射率的集中。在另一選擇中，可使用多個高反射率元件，其具有平行的深槽，或在單一高反射率元件中形成的深槽，其中，遮罩肋佈置在相鄰對的燈之間。對於多數生產操作，該槽不必用IR透明傳輸窗覆蓋。可選擇地，在或接近燈處橫跨爐導入的空氣可用來冷卻燈。在使用槽的情況下，空氣可沿槽以層流被導引，和從在燈上的中心開口或從傳輸帶區域的相反側被排出。

加熱模組可單獨使用，一個在爐傳送帶上，可選擇地一對被使用，佈置成互相面對和間隔分開，一個在爐傳送帶之上和一個在其之下，以在其中限定生產加工區域，區別於爐中其他區域。

在一個燈由於干涉肋看不到相鄰燈的深槽的可選實施例中，這提供了燈的互相之間的IR隔離，其阻止相鄰燈互相之間加熱。在使用深槽的地方，它們有寬範圍的橫截面圖形，包括正方形、矩形、三角形、半圓形、抛物線形或它們形成部分五邊形、六邊形、八邊形或橢圓形。槽的幾何形狀被選擇以將IR輻射能量朝向產品引導穿過爐傳送帶，而不通過直接輻射加熱相鄰燈。

可選擇地，槽在它們的相反端開口用於在層流中沿槽指向的冷卻氣體流的進口或/和排出。冷卻氣體至少在每一個通道的一端通過歧管被引入，且在另一端或端的中間排出。

高反射率元件的使用，在平板中，在發明的加熱模組中的波形或深槽結構允許增加給燈的功率以基本全額定功率。這導致加熱速率從大約160℃/秒增加到大約200℃/秒，也就是，有效地加倍傳統的100瓦/英寸燈的加熱速率而沒有導致燈調低、關閉或變形。此外，發明的燈隔離系統允許增加傳送帶的速度，由此增加產品的生產量和收益。僅以實例說明，但現有可利用的傳輸爐以大約150英寸/分鐘的傳輸速度操作，發明的加熱元件隔離系統允許加倍速率到大約300英寸/分鐘，且那增加的速率是在900℃±40℃的區間的高峰區域峰溫度處。而一些現有可用的傳輸爐聲稱在一直到大約250英寸/分鐘可操作，它們不能在高功率密度下操作。

本發明傳輸爐包括外套或外殼，其形成與傳統形式的絕緣體隔熱的腔室，絕緣體例如纖維、纖維板或耐火磚。本發明的加熱模組佈置在外部隔熱的外殼中。傳送帶位於上部和下部加熱模組之間，且合適的功率和控制系統集成在爐系統中。在燈平面間的間隔是傳送被焙燒的高級材料基板的傳送帶的通道。這是加工區域；這裏描述的值得仿效的加工區域作為高峰區域。

然而，應該理解爐的多個區域、直到所有區域能使用本發明的高反射率燈元件。對於前表面鈍化應用，為快速熱擴散(磷或硼)和/或快速熱氧化，本發明的快速斜坡高峰區可位於爐的入口，當晶片被傳輸通過爐時，多個區域可用來維持擴散溫度或氧化溫度。

來自上部的和/或下部的紅外燈的輻射能量被較佳由機械加工或鑄造高級鋁、白陶瓷材料形成的高反射率元件導引或聚焦，進入工序加熱管道，貫穿全部加工區域(燒盡、高峰和淬火/中斷區)以提供非常強烈的加熱環境。本發明的高峰區域通常在700℃到1000℃的範圍內操作。

燈功率的頂和底可單獨或成組地被調整來獲得每個區域的精確溫度梯度控制。溫度控制可使用熱電偶基溫度調節或電壓控制功率調節來實行。較佳電壓控制功率調節，因為它由於穩定燈功率的維持而提供最快速的加熱速率和更一致的加熱結果，和一直可重復、可定義和恒定光譜輸出。它約定波動燈輸出對應於PID控制系統，其典型用來溫度維持性能。

在本發明的一個重要方面，本發明的工序包括可操作配置功率、冷卻系統(冷卻空氣流速率、量和流動路徑、和熱交換參數)和帶速度，不僅互相單獨地控制區域，而且控制單個燈，來獲得縱向地沿貫穿不同區域的材料加工流動路徑的熱分佈圖的寬範圍以生產具有明顯改進的性能和效率的太陽能電池。

本發明的高反射率元件提供了允許商業IR燈在或接近它們的最大允許功率水平的操作的重要特徵，沒有推動燈的溫度超過石英燈封套開始軟化、失去剛性、下陷和最終失效的安全操作溫度。那特徵是：高反射率元件的幾何結構，特別是在波動或槽的構造的例子，導致IR燈的輸出被導引或/和聚焦成能量的高功率束導，其被引入加工區域用於加工區域中的優良可用的功率密度。此外，在深槽型構造的的情況下，相鄰槽間的間隔肋阻止燈加熱相鄰燈，限制和導引IR輻射朝向加工區域。最後，層冷卻氣體或空氣的使用有助於延長燈的壽命。

在第一實施例中，冷卻空氣/氣體從燈管的一端導引到另一端。在第二個、較佳的實施例中，冷卻空氣從分配歧管通過燈的每一端的入口開口被供向燈的中心以通過位於或在反射器通道的中心的孔排出。典型地，冷卻空氣從壓縮空氣源被引入燈端，並且沿燈而不是向焙燒區域中導引，壓縮空氣源例如具有篩檢程式和乾燥器的壓縮系統。

可選擇使用的冷氣體或空氣穿過在位於大約沿區域的加工流動中心線的高反射率元件的背部(頂或底)中的中心排氣孔或縫而離開冷卻槽。冷卻氣體，現在是熱的，可被收集和排出，或它們可通過歧管或槽迴圈進入爐的其他區域；例如，舉例來說：預熱產品進入爐；通過反向迴圈上游到燒盡區域的能量重獲；通過減慢感光和易碎材料的冷卻速率的產品的過高峰區域回火；或在其他部分的加工中的基底上簡單地移除有機殘餘物。加熱冷卻氣體的這個迴圈允許能量的更高效使用。

為了控制蝕刻深度，高峰區域中出現的燒結必須快速和徹底的淬火。淬火，也就是，在蝕刻AR塗層和產生玻璃到矽基底的良好的粘合性後，阻止銀顆粒擴散進發射層(形成微晶)之下的矽，必須通過迅速冷卻完成。這是關鍵的。如果銀穿入太深到摻雜Si的發射層，那麽結被縮短。結果是電池釋放效率，歸因於產生的電子的短的電路路徑。作為電池的低並聯電阻特性，這也是知道的。

在本發明系統和工藝中，該淬火完成在淬火區域，其特徵在於，氣刀元件的使用，氣刀元件仔細地使用控制的壓縮空氣體積，其具有的水平的空氣在晶片的頂和/或底部被導向來迅速將溫度從峰值區域的焙燒溫度區間從大約800℃到大約1000℃下降到從大約500℃到700℃的區間，典型地在一秒或兩秒內下降200℃-400℃。

此外，絕對必要的是，減慢或停止在淬火區域中產生的快速冷卻以使玻璃相退火以改進黏著性。這完成在緊跟著淬火區域的可選的、新的中斷淬火區域。這個區域包括限制數量的燈，典型地僅在晶片的接觸面上方，但也可包括晶片下方的燈。這些燈的使用中斷快速冷卻、將溫度穩定在450℃-700℃的區間，從而慢的、回火冷卻能在隨後的下游退火區域提供，從大約450℃-700℃降低到爐出口端的大約30℃-100℃的範圍的溫度。可選地且較佳地，冷卻空氣導入這個中斷淬火區域來改進溫度分佈圖的控制。也就是，控制冷卻空氣和燈從而有小或沒有冷卻過調量是重要的，其在退火區域被反射式(bounce-back)跟隨(曲線通常像數學平方根運算符號，√的形狀)。在三個區域(峰值、淬火和中斷淬火)中控制燈功率和空氣的結果是陡峭上升和下降峰，短停滯和平滑曲線轉換到中斷淬火區域的退火區域的下游。

維持晶片溫度來回火以改進在退火區域中的黏著性，接近出口處晶片進一步冷卻到30℃-100℃的量級以允許機器手或其他處理設備或人工從傳送帶和/或從/到編組台，晶片被移動到其而轉移離開帶。

總之，冷卻曲線可仔細地控制到目標加工的任何選擇和配置的溫度分佈圖，其具有在從大約80℃-200℃每秒的加熱和冷卻曲線。在焙燒和下游區域的合成控制曲線通常看起來像這樣：快速加熱到陡的、明確界定的、短停滯峰，從大約850℃-950℃的峰值焙燒溫度快速冷卻到大約400℃-500℃，然後為了退火目的緩慢冷卻，以及最後冷卻到允許晶片在足夠低的溫度(30℃-100℃)出爐，該足夠低的溫度能夠使晶片被使用聚合體吸盤來從移動傳送器拿起而不損壞表面地自動設備處理。峰值溫度的停滯的短暫，也就是，峰分佈圖的銳度，可被控制和控制冷卻的能力成為可能，正如選擇性地規劃帶的速度，至在峰區域的單個燈的功率和下游區域的冷卻，尤其是在淬火和中斷淬火區域，如上述。本發明的爐系統控制器可為所有區域根據需要配置來提供用於焙燒的特定產品的預選擇熱分佈圖。

本發明IR加熱區的特徵在於具有高反射率的陶瓷/絕緣材料的反射器，其使用任何幾何形狀，從平到深溝或槽型，來反射或/和聚焦最大可能的IR光，導引它進入加工區來加熱被加工的產品。

此外，由於燈設計或材料和漿組分(前面接觸漿和背面場漿)的改進在未來成為可用，所以，本發明的高反射率元件模組容易容納本領域的這種進步來提供改進的工藝和更高效率的電池。

高反射率元件的波紋或槽表面可包含任何幾何形狀例如：抛物面或更高階表面：例如，橢圓；半球；三角形；正方形；矩形；或梯形。

下面詳細的描述以實施例的方式闡述了本發明，不是為了限制本發明的保護範圍、等同或原則。這個說明書將清楚地使本領域技術人員製造和使用本發明，和描述一些實施例，適應性變化、變形、可選擇的和本發明的使用，包括現在被認為執行本發明的最佳方式。

在這點上，本發明在幾個圖中闡述，和是足夠複雜的，很多部件、相互關係、和其中簡單的子組合不能完全在單一專利性圖中闡述。為了清楚和簡潔，一些附圖示例性示出，或省略，不必在圖中來特定特徵描述的部件，公開的本發明的方面或原則。例如，各種電動和氣動連接到光、制動器和升降風箱，對本領域技術人員來說是常規的，沒有示出。這樣在一個附圖中可示出一個特徵的最佳模式實施例，和另一特徵的最佳模式將在另一附圖標出。

圖1A示意性地示出了傳輸爐10，其包含傳送帶13，傳送帶傳輸摻雜太陽能電池的晶片12經過加工區11，其連續經過多個爐加工模組或部分，包括：燒盡段14；緊跟的峰焙燒段16；它的下游順次是淬火段18；中斷淬火段20；以及回火或退火段22，後者使用空氣和/或水冷卻。每一爐段中的各自加工區域部分採用那段的名字；這樣，燒盡，峰；淬火，中斷淬火和退火“區”指加工體積和那段的爐硬體，傳送帶橫向通過加工體積。

傳送帶13，示意性地示出，從左向右移動並定義水平中心線(其上是段或區域的上模組和其下是段或區域的下模組)和縱向方向；這樣，垂直於帶移動定義為側向或尺寸。由於附圖比例，沒有產品示出在圖1中的加工區域14、16、18、20和22中。入口和可選的出口擋板24a、24b分別佈置在爐的入口端和出口端。典型地有上游乾燥器，未示出。中間擋板，例如，在區域16和18之間，可提供。

燒盡段包括多個三個或四個加熱模組14a-14d，和焙燒段包括一個或多個高峰區域模組16。注意燒盡、峰和中斷淬火模組可為本發明的高反射率元件類型的IR燈加熱模組，或僅高峰區域模組16可是本發明類型。

圖1A和1B也示出了熱空氣45的迴圈，為更大地改進能量效率，熱空氣45從高峰區域高反射率元件模組16返回上游到燒盡區域14中。空氣通過強制通風系統27a作為排氣28a在爐的上游端排出煙道外。此外，注入到淬火區18的空氣通過強制通風系統27b作為排氣28b排出。圖1B和1C示出了環境空氣26，從中斷淬火區域20中的底部導引和從退火區域22的底部和/或側面導引，環境空氣26允許在這些區域控制溫度分佈圖。注意在圖1C中，在中斷淬火區域20的底部引入的冷卻空氣26通過那個區域和退火區域22間的區域分離壁104e中的傳輸帶間隙排出。可選擇的，中斷淬火區域20可通過其自己的煙道(未示出)單獨排放。在退火區域22中，如圖1D中最好所示，熱交換系統，例如，水管歧管可用來幫助冷卻(除冷卻空氣26之外)。冷卻空氣26通過強制通風系統27c作為排氣28c離開區域22。

現在轉向圖1B的詳細描述，這以縱向截面示出了燒盡區的左側(右側是對稱的相同)，具有用於傳送帶13的在左手區域隔離壁104a的入口，其作為寬、平箭頭示例性示出。傳送帶路徑通過傳送中心線86示出為它橫向區域朝向右。帶之上和之下是示例性示出作為部分管和圖中軸位置點的燈40的插入的埠88從而使空氣流動特徵不模糊。上和下熱迴圈歧管54U和54L，其可選擇的，具有間隔孔47，用於從下游峰區域將熱空氣45排出，在圖2中最好地示出。此外，壓縮空氣或惰性氣體26可被注入通過線92來幫助溫度控制和燒盡揮發物和煙的排出。這熱迴圈空氣和控制氣體形成通常的層流，通過從右向上左的延伸的大帶狀物45示出，其中它作為排氣28a排出煙道歧管27a和煙道管。

圖1C從燒盡區14的右端向下游繼續，示出在左端，到退火區22的左端，開始於區域分割壁104e的右側，在右端示出。如前，傳送帶的中心線顯示為86。離開燒盡區14穿過區分割壁104b中的縫，在加工區11中運載生產的電池晶片12(為了簡化未示出)的帶13，進入高反射率元件峰區域16，其在圖2-6A中詳細示出。IR燈，通過峰區域的高反射率元件被背靠支援，這裏示出在可選的深槽構造中，將產品晶片溫度從典型地在400℃-450℃的範圍內的燒盡溫度迅速地提高到選擇的峰溫度，用於熔化印刷在上表面的接觸線的銀和燒結熔劑和合金化背側漿。峰溫度基於接觸和背漿組分的特性被選擇。本發明的高反射率元件峰區域模組以在超過80℃/秒到大約200℃/秒的範圍的、較佳地在超過大約100℃/秒到大約160℃/秒的範圍的速率迅速焙燒太陽能電池晶片典型地進入到從大約750℃到大約950℃的範圍。那個焙燒速率在兩倍於現有爐容量的量級，且允許加熱速率一直到最大燈額定功率而沒有不適當的燈損壞，當以大於太陽能電池的生產量的2X量級提供有更大的操作效率時。本發明的高反射率元件IR燈模組因此提供阻止氫從基板電池過量消除的高速率的溫度增加坡度。在這個區域的燈能在子區域被供能，或單獨程式供能從而峰值溫度在接近出口區域分割壁104c處達到。

峰值區域在區域分割壁104c結束，且具有產品的帶立即進入淬火區域18，其限定在壁104c和壁104d之間。壓縮空氣或惰性氣刀元件90包含側面間隔的壓縮空氣管92，其具有在其中的狹縫，其形成和導引空氣94的平面到帶上的產品上。這以幾百攝氏度非常快速地降低溫度，阻止蝕刻穿過熔化的銀接觸進入摻雜的發射層。冷卻曲線坡度相同陡峭，從而允許溫度曲線峰的寬度控制，即，在接觸熔化和燒結形成溫度處的停留。總之，在高反射率元件峰區域和快速的、控制的淬火的燈功率的控制，允許這個關鍵峰停留加工步驟的精確控制。在離開刀之後的冷卻空氣變熱和排出煙道強制通風系統和煙囪27b，作為獨立於其他空氣流的熱空氣28b。對於給定的傳送帶的速度和區域壁104c和104d間的淬火區域的長度，壓縮空氣溫度和體積可控制來提供用於特定工業加工的任何預選量的冷卻。在幾秒內400℃到600℃的溫度下降全部在本發明爐的能力之內。

為了保證無過冷，也稱為“過調量”，淬火通過燈40的組合在可選擇的中斷淬火區域20中停止，且可選擇地輔助冷卻空氣26通過擋板從下面進入。如在其他燈區域，至這些燈的能量能容易控制以提供任何水平的熱，從而曲線轉變光滑到需要回火和提升好的黏著性的退火溫度，其在退火區域22中發生，僅在區域分割104e的下游(在這圖的右側)。注意中斷淬火和退火區域的縫是大的，允許空氣流動而沒有紊流進入下游區域22。

圖1D圖示了退火區特徵，其中電池在預選溫度保持一定周期，足夠提升粘著性，然後冷卻用於區域出口壁104f的卸貨的下游。這個區域的溫度分佈圖通過入口空氣26的組合可選擇性控制，空氣26通過底部入口102導入，和/或通過側壁埠96。空氣當它冷卻晶片基底時被加熱並作為熱排出空氣28c被排出強制通風系統27c，且這可以通過使用ID風扇100控制和輔助。

用於製備光電電池的金屬化爐的兩個實例在表1中示出，下面，一個沒有乾燥器段，實施例1，和一個帶有乾燥器段，實施例2。

圖2示出了本發明的用於電池12的高峰區16焙燒的典型的高反射率元件IR燈加熱模組30的簡化詳細的實例。在加工區11中的傳送帶13的路徑和方向被箭頭示出。加工區被限定在各自的上部和下部高反射率加熱元件(IR燈)隔離模組34U、34L間，其通過側壁32a、32b中的槽保持在位，如所示。加熱模組包括高反射率平板元件36U、36L(其可選地可包括形成在其中的波紋或通道)，各自佈置在上部和下部IR加熱燈管40之上或之下。燈40被在各自側壁32a、32b中的孔44中接受的陶瓷定中心和維持配件42側向維持。一系列可選排出孔46a-46n，一個用於每一個燈(或通道如果使用)，提供用於這時熱冷卻空氣或氣體的排出。在這個實施例中，排出孔或埠46沿加熱模組30的縱軸中心定置來允許冷卻空氣45穿過在間隔縱向擋板53中的孔55側向排出，並因此經過管道54反回上游，如被箭頭順序所示。管道包括如圖1所示的一直導引加熱空氣45進入燒盡區的間隔孔47。在高峰區燈管中被加熱進入燒盡區的空氣的這個迴圈是本發明的基本的熱交換和能量節省特徵。

對於每個燈的電連接在48示出。在上部和下部高反射率單元件板36U、36L的上面佈置耐火絕緣體，典型地，商業上可用的陶瓷纖維板，在本圖中未示出。這個模組安裝在爐殼50中的合適位置以形成一個加工區域段，或燒盡段14a-14d，或焙燒段16，例如高峰區，或中斷淬火區模組20。

圖3示出了可選擇實施例，認為沿爐的中心線穿過上部高反射率元件IR燈模組或全部模組，也就是，上部和下部的高反射率/燈模組的縱向截面圖。在圖3A中，外爐金屬殼在50示出，耐火絕緣層在52，和模組34U間隔在下面(在殼中)。可選擇的冷卻氣體45排出歧管在54示出，其通過鑽透高反射率元件板36的可選擇的排出口46與每個燈40相通。燈40以適合高峰區需要的陣列間隔。在圖3B中，可選擇的槽，通常以橫截面三角形示出，提供在高反射率板元件36中。在這個圖中，排出口被省略，這示出沒有冷卻空氣流、或層流一側到其他側的冷卻實施例的例子。在圖3C中，形成在高反射率上部和下部板元件36U和36L中的反射槽56通常如抛物線的橫截面示出。

高反射率元件36在平或波動實施例中典型地在1/4英寸厚度的量級，但在深槽處，在圖3B和3C所示，可在2-3cm厚度量級。高反射率元件是高氧化鋁，白陶瓷材料，具有高光滑表面和在大於大約95%的量級、較佳97-99%的IR反射率，承受大於2000℉的溫度，和是商業可用的。

在重要的替代選擇中，高反射率氧化鋁陶瓷材料可以被塗布在高溫陶瓷絕緣材料上(例如，噴漆，噴霧或粉漿澆鑄)，諸如商業上可用的稠密的、剛性的陶瓷纖維板，並焙燒成玻璃質的或接近玻璃質稠密的高反射率塗層。在使用通道的情況下，通道可被鑄塑、模塑或例如，通過銑削機械加工成板，並在其後塗布高反射率組合物並焙燒。

圖4以等視軸縱向圖示出了上部和下部模組34U、34L的抛物線通道實施例，上部和下部模組34U、34L包含具有IR燈的高反射係數元件36U和36L，來形成圖3C的加熱模組元件30。在這圖中，抛物線通道56被肋60間隔開。如所示，抛物線通道56的寬端以肋60結束，其具有直的垂直側壁。一些安裝在通道中的加熱燈40被示出，帶有全部在適當的位置的燈40a、40b、40c，燈40d拉出來示出它如何安裝在和被末端配件42維持。在這個實施例中，可選擇的排出口46可是矩形縫，較佳橫向定向(平行於通道軸線)，而不是如所示的孔。在這個實施例中，燈的長度大於加工區的寬度，故燈延伸穿過末端安裝元件42，從而它們可通過連接器48連接到電匯流排。

縱向、水平中心到中心、燈的間隙可隨加工操作需要變化，可選擇抛物線、三角形、正方形/矩形冷卻槽56的幾何形狀容易調整來容納需要的間隙。這樣，在寬間隙中，抛物線或三角形可在它的開口寬；在更近的間隔中抛物線和三角形窄，且正方形可成為垂直方向矩形。以示例方式，在寬間隔中的三角形可以是等邊的，和在靠近的間隔中，是等腰的。這樣，不僅有單個燈的功率控制，而且它們的間隔可變化。總之，它們提供功能來允許溫度分佈圖中通用的和基本上連續的變化，所以本發明高反射率元件加熱區模組30容易構造成工業加工的寬範圍。

圖5以橫截面圖示出了冷卻的幾何結構，圖5A指向可選擇實施例，其中壓縮冷孔空氣通過入口歧管62在加熱燈40的每一端處提供給空氣冷卻通道58。冷卻空氣沿燈管40上方的環形空間傳送到反射表面64和燈40之間的間隙56中。熱空氣通過連接到誘導通風噴射器扇或煙道的排出歧管54排出中心線埠46。應該注意到誘導通風的使用，不需要通過歧管62提供空氣，因為空氣可從焙燒區11中抽出協助冷卻燈。示例性摻雜矽的太陽能電池晶片12被示出放在傳送帶13上，在它的邊緣被加工區11中的滑板68支撐。

圖5B示出了關於經濟型爐的較佳實施例，其中平的高反射率板36用在上部燈40U的上面和下部燈40L的下面，沒有層流冷卻空氣沿燈導引。剩餘部件，例如側壁32，是一樣的。

圖6是示出燈末端配件的細節的系列，配件典型地由堇青石或皂石製成，它用來支撐和維持燈在合適的方向，其中圖6A示出了燈40帶有燈絲70，通過插入側壁32中(也見附圖2)的孔44中的杯狀配件42而相對地中心地置於槽56中，從而有足夠的空間用於空氣通過排出口46在可選擇的冷卻通道中從右邊的入口歧管62到中心中的中心排出歧管54中流動。圖6B示出了末端配件42的第一實施例，其中環形或凸緣72接合鑽孔44，和多個徑向腹板74，典型的2-4個，中心地終止在軸環76，其中燈管40被安裝。圖6C示出末端配件42的現有較佳實施例，其中凸緣72連接到安裝進鑽孔44(見圖6A)的圓柱形或錐形套管78中和終止在具有通過其安裝管40的三角圖案82的橫向末端件80中。

圖7是示出爐區域結構和“焙燒”太陽能電池晶片或其他能夠通過如圖1所示的本發明的爐系統加工的工業產品的操作過程的流程圖。在爐區域結構和操作下的加工、與操作者和其他人聯繫、網路-執行管理和爐操作和保存在一個或多個資料庫中的存檔歷史，如這裏描述的，典型地在軟體如電腦可執行指令中實行，其付諸實施，開始、監視和調節爐系統的操作來執行這裏圖示和描述的焙燒方法。本發明系統的伺服器可被如一個或多個電腦執行，配置有伺服器軟體以使主機成為在網際網路上的安全、私人網路或地點，以靜態服務，通常資訊頁，和產生和服務示出選擇文檔和圖形的陣列的動態頁，適於促進這裏描述的操作和方法。動態頁適應個體爐操作者的需要和可匆忙地產生以相應於來自核准的個體需求，授權使用者借助於其可以是網路連接的存取設備(桌上型和攜帶型電腦電腦，網路電腦等)。網路可連接到網際網路以能夠網際網路實行管理和操作。

本發明的電腦可配置在系統體系結構，例如，如一個或多個伺服器電腦，資料庫(例如，有關的、元資料結構和等級)電腦，存儲電腦，路由器，介面和週邊輸入和輸出設備，其一起執行系統和網路。在本發明系統使用的電腦典型地包括至少一個處理器和耦合到匯流排的記憶體。匯流排可以是任意一個或多個合適的匯流排結構，包括記憶體匯流排或記憶體控制器、週邊匯流排和使用任何一種匯流排結構和協定的處理器或局域匯流排。記憶體典型地包括易失性記憶體(例如RAM)和固定和/或可移動非易失性記憶體。非易失性記憶體可包括，但不限於，ROM，快閃記憶體卡，包括RAID陣列驅動器的硬碟驅動器，軟性磁片，迷你驅動器，壓縮驅動器，記憶棒，PCMCIA卡，磁帶，光碟機例如CD-ROM驅動器，WORM驅動器，RW-CDROM驅動器等，DVD驅動器，磁光驅動器等。不同存儲類型提供資訊和圖片的存儲，包括電腦可讀指令，區結構模板，配置個體的燈或燈組的模板，資料結構，程式模組，作業系統，和電腦使用的其他資料。

網路介面耦合到匯流排來提供至資料交換網路(LAN、WAN和/或網際網路)的介面用來在各種位置電腦、路由器，授權使用者/組織者的計算設備，和用於支援系統的服務/產品提供者和消費者中根據需要進行資料交換。系統還包括至少一個耦合到匯流排的週邊介面來提供與配置的個體的週邊設備交流，例如鍵盤，PDA，攜帶型電腦、行動電話，鍵區、接觸板，滑鼠設備，跟蹤球，掃描器，印表機，揚聲器，麥克風，存儲介質閱讀器，寫字板，照相機，數據機，網卡，RF，纖維光纖，和IR收發器等。

多種程式模組能存儲在記憶體中，包括OS、伺服器系統程式，HSM系統程式，應用者程式和其他程式模組和資料。在網際網路環境下，程式模組可分佈在一些耦合到網路的電腦設備中，和根據需要使用。當程式被執行，程式至少部分被載入到電腦記憶體中，和包含執行操作、計算、比較(例如，特定容器的空氣樣本的感應信號值VS閾值)、存檔、排序、篩選、分類、印刷、翻譯、列印和交流功能和這裏描述的加工的指令。

使用者，操作的資料關係(包括操作歷史)，操作和相關類型的資料存儲在一個或多套數據記錄中，其可配置為關聯資料庫(或元資料類型、分等級的、網路、或其他類型的資料庫)，其中資料記錄在表格中組織。這樣的記錄可選擇地與另一個按照預定和可選擇的關係關聯，從而，例如，一個表格中的資料記錄與在另一表中的關於消費者的相應記錄相互關聯，相互關係或個體資料應隨時付為表現在螢幕上、列印輸出或按照本發明的方法和系統的其他活動。

系統完全可配置，和一套完全的應用程式模板允許個體授權、已驗證的使用者單獨配置每一個區操作，如參照附圖7詳細描述的，如同接受和存儲資料報告，提供警示等。本領域技術人員將容易地能夠使本發明的多區爐作業系統適應到規定產品IR加工爐的特定需要。

如如圖7所示，爐操作工藝200的流程圖，示例性焙燒操作，例如在表I中示出，開始於配置區202，典型地通過在控制電腦顯示器上顯示的填補模板，設置帶速，其由於帶連續通過爐10(圖1)因而在所有區是恒定的，然後在所有區14-22配置熱分佈圖，其預選擇來特定高級材料以在爐中焙燒。預選擇、預設定的分佈圖跟實際運行分佈圖(不帶產品)通過傳輸熱電偶通過爐來核對以產生和螢幕上分佈圖曲線顯示。

對於區配置204，操作程式步驟依次通過每一個區域，開始於燒盡區206，設定誘導通風排風扇的速度和體積(cfm)、設定高和低過溫度警報和燈的高和低溫度設定值。峰值焙燒區配置208，可選擇設定壓縮空氣輸入來冷卻燈(使用處)和燈電壓設定值(在區中，單獨的或一或多組的燈40)來符合峰區16(見圖1)中需要的溫度增加曲線。下一步，淬火區配置210，通過設定壓縮空氣提供給氣刀和排出(自然排風或ID扇)。中斷淬火區配置212，通過設定燈電壓，單獨或作為一組，和氣流(其可從零到中斷淬火期望量的區間)。最後，退火區配置214，通過設定排出誘導通風扇和熱交換管水流。可選擇地，變化的空氣入口(側和/或低壁)能設定。

一旦配置完成，爐操作方法216在圖7的邏輯部分(也應參考圖1)示出。在燒盡區14，區內熱電偶輸出信號代表感知的溫度水平。這些是與設定值比較218，如果值在設定參數內，燈功率維持220。然而，如果值沒有落入設定參數內，PID型控制器調整燈功率222直到熱電偶報告合適值。

在峰值區16，AC電壓感測器信號(或，可選擇的，熱電偶信號)，對於每一個燈或燈組，如實施例所示，與設定參數比較224，如果在選擇範圍，電壓分佈圖維持226，但如果不是，PID控制器根據需要調整燈的電壓228，以把它們帶回到分佈圖內。燈的AC電壓控制輸出較佳熱電偶控制。

在淬火區18，溫度通過分佈圖230監視，如果在分佈圖內，到氣刀的空氣流維持232，但如果不是，到氣刀的排出或壓縮空氣值被調整234，以將溫度帶回在預設分佈圖內。

在中斷淬火區20，溫度被監視236，如果在分佈圖內，層流電壓和在下游退火區域中的誘導通風扇的設定維持238，但如果不是，燈電壓被調整240來帶回溫度到分佈圖內。

在退火區22，溫度在沿區的一個或多個位置被監視，如果分佈圖是OK242，排風扇設定是維持244，但如果不是，排風扇的氣流被調整246以將溫度帶回分佈圖內。典型地，沒有燈或其他熱源(除了來自淬火和/或中斷淬火區的排出氣)在這區域提供。

產業利用性

很清楚的，本發明的帶有可選擇冷卻通道的高反射率元件IR燈模組廣泛應用於高級基底材料的加工，在裝配有這種模組的爐系統將有基本上的加工優勢，即，更快的生產能力，因為操作燈的能力在基本上100%額定容量，用於2X或更多的量級加熱速率而沒有下降燈壽命。此外，回收的熱可迴圈到加工的其他區域，包括乾燥和預熱段，因而降低工藝能量消耗。

應該理解，在本發明範圍內的各種變形能被本領域技術人員在不脫離其精神和無需過度實驗而得到。例如，廣範圍的商業上可用的加熱元件、IR燈和其他，可被使用。代替形成在反射器塊中的通道，加熱燈可佈置在大直徑石英管中且它們間的環形成用於加壓空氣或其他冷卻氣體的冷卻通道。這些管能以陣列佈置在高反射率陶瓷板(用於上部模組)下，其間帶有或不帶有垂直擋板，以可選擇地消除管加熱鄰近管。高反射率元件代替帶有槽開口或其中形成的單片電路，能簡化具有形成垂直擋板(基於，用於上部模組的系點)的相似材料的三角形片的堅硬陶瓷纖維絕緣材料的厚片；這些擋板能粘結到帶有水玻璃性接合劑的薄板上。這結構然後噴霧高反射率陶瓷組分並被烤或焙燒以形成發明的超高反射率元件。PLC控制器能用來提供加工參數控制的可選功能表，包括但不限於帶速、選擇基底的功率修正斜坡、峰值溫度、高峰區的停留時間、冷卻速率、冷卻空氣流速度、熱交換速度等。本發明，其組合和子組合方面係通過附加申請專利範圍的範圍定義，且如果需要，考慮到說明書，包括全部範圍的目前和其未來的同等物。

10．．．IR加工爐

11．．．加工區

12．．．被焙燒的晶片

13．．．傳送帶

14．．．燒盡段

16．．．高峰區模組

18．．．淬火區(具有氣刀)

20．．．淬火中斷區

22．．．冷卻回火/退火區

24．．．擋板入口/出口

26．．．冷卻空氣

28．．．排氣

30．．．高反射率元件

32a,32b．．．側壁

34U,34L．．．高反射率元件加熱燈模組

36．．．高反射率氧化鋁陶瓷板

40．．．高密度IR加熱燈

42．．．末端配件

44．．．用於燈保持配件的鑽孔

45．．．可選擇的燈冷卻空氣流動路徑

46．．．可選擇的燈的排氣口

47．．．迴圈管熱氣體出口

48．．．用於燈的電連接器

50．．．金屬外殼

52．．．耐火絕緣體

53．．．流動擋板

54．．．可選的排氣歧管

55．．．埠

56．．．反射器通道

58．．．空氣冷卻通道

60．．．可選的分離器肋

62．．．入口冷卻空氣歧管

64．．．高反射表面

66．．．產品

68．．．滑板

70．．．燈絲

72．．．環或凸緣

74．．．腹板

76．．．軸環

78．．．圓柱的、錐形套筒

80．．．末端件

82．．．在末端件中的三角形圖案

84．．．可替換的排氣歧管

86．．．傳送帶中心線

88．．．P在燒盡區中的IR燈的埠

90．．．淬火區氣刀元件

92．．．壓縮空氣供應管

94．．．來自氣刀的空氣流平面(planes)

96．．．退火區中的側壁空氣進口

98．．．熱交換線(水冷)

100．．．ID通風扇

102．．．退火區中的底部空氣進口

104．．．區分割壁

200．．．加工操作方法

202．．．配置帶&區T分佈圖

204．．．區構造

206．．．BOZ構造

208．．．區構造

210．．．淬火區構造

212．．．中斷淬火區構造

214．．．退火區構造

216．．．焙燒方法

218．．．BOZ熱電偶讀數在限制內？

220．．．保持功率

222．．．PID控制器調節功率

224．．．峰區AC電壓讀數比較

226．．．保持V分佈圖

228．．．PID控制器調節燈電壓

230．．．淬火區T分佈圖比較

232．．．保持空氣流給氣刀

234．．．重新設定排氣或空氣流值

236．．．中斷淬火T分佈圖比較

238．．．保持區中的燈電壓和退火區中的風扇操作

240．．．調節燈電壓

242．．．退火區T分佈圖比較

244．．．在區中維持風扇操作

246．．．調節風扇空氣流以重建T分佈圖

本發明參考附圖詳細描述，其中：

圖1是四側標高線圖系列，顯示出，首先在圖1A中，使用至少一個集成燒盡區、淬火區、中斷淬火區和退火區的高反射率加熱區域的本發明的爐的示例性側視圖；圖1B是貫穿燒盡區的垂直截面圖；圖1C是通過峰值焙燒區、淬火區和中斷淬火區又轉變到退火區的垂直截面圖；和圖1D是通過退火區的垂直截面圖；

圖2是採用本發明的高反射率元件模組、頂和低和示出到燒盡區的迴圈的典型峰值加熱區的示意性等軸視圖；

圖3是橫向於產品流軸線的一系列示意性正視圖，示出反射器槽的幾何形狀，其中圖3A示出了帶有在每個燈上方的冷卻空氣排氣縫的燈上的平板高反射率元件，圖3B示出了在高反射率元件中形成的三角形反射槽幾何形狀，和圖3C示出了在高反射率元件中形成的可選的抛物線幾何形狀槽，具有在帶上和另一個在下面的間隔的模組；

圖4是間隔的、成對的高反射率元件的模組的橫向示例性等視軸圖，該模組具有可選的深槽，在其中示出IR燈，和示出燈中心配件；

圖5是一對沿加工路徑的軸的示例性側視圖，示出在高反射率加熱元件模組中的部件的關係，可選擇的側-到-中心冷卻路徑，和它們與傳送帶的關係，其中，圖5A示出了側-到-中心冷卻流的第一實施例，和圖5B示出了沒有使用冷卻空氣或氣體的平板高反射率元件的較佳實施例；

圖6是示出可選擇的IR燈末端中心配件的系列圖，其中圖6A示出了橫向截面圖，圖6B等角地示出了燈中心配件的第一實施例，和圖6C等角地示出了第二、較佳中心配件；以及

圖7是示出了控制參數和反饋回路的本發明工藝的結構和方法方面的流程圖。

11‧‧‧加工區

12‧‧‧被焙燒的晶片

13‧‧‧傳送帶

30‧‧‧高反射率元件

36‧‧‧高反射率氧化鋁陶瓷板

40‧‧‧高密度IR加熱燈

46‧‧‧可選擇的燈的排氣口

54‧‧‧可選的排氣歧管

56‧‧‧反射器通道

58‧‧‧空氣冷卻通道

62‧‧‧入口冷卻空氣歧管

64‧‧‧高反射表面

66‧‧‧產品

68‧‧‧滑板

Claims (24)

1. 一種用於具有至少一個加工區的熱加工爐的IR燈加熱模組，所述加工區包括用於連續地傳輸要被加工的產品通過所述加工區的傳送帶，在操作組合中包括：a)配置在所述加工區中的高反射率氧化鋁陶瓷元件，具有配置為平的、波紋或槽狀表面的至少一面，所述面是朝著傳送帶的方向定位；b)管狀的IR燈陣列，與所述高反射率元件配置的面分隔開，其中所述面配置有波紋或通道，所述陣列的每一個所述燈的中心線被中心定位在且平行於所述波紋或通道的中心線，每一個所述管狀燈包括管狀封套，管狀封套具有平行于所述管的軸線方向定位的燈絲，且所述燈並未被所述燈和在傳送帶上傳輸的產品之間的干涉窗與所述加工區隔離；以及c)裝置，用於維持所述燈與所述高反射率元件的間隔關係，以有效地將來自所述燈的IR光直接地導引進入所述加工區，以提供不帶有干涉窗、非常強烈的加熱環境。
2. 如申請專利範圍第1項所述的IR燈加熱模組，其中所述高反射率元件包括通道，通道中的每一個配置有選自大體上為抛物線、橢圓、半圓、三角、正方形、矩形或梯形的橫截面幾何形狀。
3. 如申請專利範圍第1項所述的IR燈加熱模組，在每一個所述維持裝置中包括一埠，其位在每一個所述通道的每一端，用作冷卻用氣體穿過的通路。
4. 如申請專利範圍第3項所述的IR燈加熱模組，其包括通過所述高反射率元件與所述通道的每一個相通的排出口，所述排出口佈置在所述通道的側端的中間，所述埠適合於將在所述埠處進入的在所述通道的表面和所述燈之間的環形中的冷卻氣體傳到所述中間排出口。
5. 如申請專利範圍第3項所述的IR燈加熱模組，其中與每個燈關聯的其中一個所述埠是用於冷卻氣體的入口，和與相同燈關聯的相對埠是排出口，從而冷卻氣體在一個口被導入，通過在燈和通道表面之間的環中的傳送來冷卻燈，通過相對的埠排出。
6. 如申請專利範圍第3項所述的IR燈加熱模組，其包括至少一個排出氣體管，用來從所述通道上游排出到所述爐的第二加工區的熱冷卻氣體的迴圈。
7. 一種具有多個加工區的改進的IR燈加熱爐，所述區包括用於傳輸要被連續加工通過所述區的產品的傳送帶和冷卻系統，在操作組合中，改進包括：a)每個加工區包括一高反射率氧化鋁陶瓷元件，其具有建構成為平的、波紋或槽狀表面的至少一面，所述面是朝著傳送帶的方向定位；b)管狀的IR燈陣列，與所述高反射率元件配置的面間隔開，其中所述面配置有波紋或通道，所述陣列的每一個所述燈的中心線被中心定位在且平行於所述波紋或通道的中心線，且所述燈並未被所述燈和在傳送帶上傳輸的產品之間的干涉窗與所述加工區隔離；以及 c)裝置，用於維持所述燈與所述高反射率元件的間隔關係，以有效地將來自所述燈的IR光直接地導引進入所述加工區，以提供不帶有干涉窗、非常強烈的加熱環境。
8. 如申請專利範圍第7項所述的改進的IR燈加熱的加工爐，其中所述高反射率IR燈模組提供給高峰焙燒區。
9. 如申請專利範圍第8項所述的改進的IR燈加熱的加工爐，其包括排出系統，其將從所述高峰焙燒區的上游回收的加熱氣體循環到燒盡區和乾燥區中的至少一個。
10. 如申請專利範圍第9項所述的改進的IR燈加熱的加工爐，其中所述爐包括所述高峰焙燒區的下游的回火區。
11. 如申請專利範圍第10項所述的改進的IR燈加熱的加工爐，其中所述爐包括在所述高峰焙燒區和所述回火區之間的中間的淬火區和中斷淬火區中的至少一個。
12. 如申請專利範圍第11項所述的改進的IR燈加熱的加工爐，其中所述淬火區包括至少一個氣刀元件，用於在它離開所述高峰焙燒區時快速降低在所述傳送帶上的產品的溫度。
13. 如申請專利範圍第12項所述的改進的IR燈加熱的加工爐，其中所述中斷淬火區包括至少一個IR燈，以中斷為在所述退火區內回火準備的所述產品的冷卻。
14. 如申請專利範圍第13項所述的改進的IR燈加熱的加工爐，其中所述退火區包括用於控制量的冷卻空氣的導入的口和熱交換元件中的至少一個，以將所述產品的溫度帶到期望處理的溫度。
15. 如申請專利範圍第7項所述的改進的IR燈加熱的加工爐，其包括控制器，用於控制所述傳送帶的移動的速率、給所述IR燈隔離模組中的每一個所述IR燈的和所述冷卻系統的功率，以提供相對無限範圍的貫穿所述爐的區的熱加熱和冷卻曲線。
16. 一種在具有運載產品通過多個加工區的傳送帶的工業加工爐中加熱產品的方法，包括步驟：a、在至少一個焙燒區中提供陣列排列的多個IR燈；b、提供高反射率元件，其在所述焙燒區中鄰近所述燈，並佈置成使得所述燈在所述高反射率元件和在所述焙燒區中運載產品的所述傳送帶之間，且所述燈並未被所述燈和在傳送帶上傳輸的產品之間的干涉窗與所述加工區隔離，所述燈有效地將IR光從所述燈直接地導引到所述加工區中的所述產品上，以提供不帶有任何干涉窗、非常強烈的加熱環境；c、所述高反射率元件配置有選自平的、波紋和槽的面對所述燈的表面，所述元件包括具有至少高於95%的IR反射率的白色的高溫度氧化鋁陶瓷；d、控制氣流進入所述加工焙燒區而不擾亂在所述傳送帶上的產品，所述空氣流動進入所述加工焙燒區，在所述產品的加工期間被加熱；以及e、從所述焙燒區排出所述即時熱的氣體並將它迴圈到所述爐的第二區。
17. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其包括將來 自所述焙燒區上游的所述加熱氣體循環到燒盡區和乾燥區的至少一個中來提高熱交換的熱操作的效率的步驟。
18. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其包括通過傳送所述產品進入接觸被導引到所述產品的至少一個表面上的冷空氣噴射流，將在所述焙燒區的僅下游的淬火區中的所述產品快速淬火的步驟。
19. 如申請專利範圍第18項所述的方法，其包括通過提供來自至少一個IR燈的控制水平的熱來阻止產品的冷卻低於預選的最小值的所述產品的中斷淬火的步驟。
20. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中所述加工適合於焙燒太陽能電池晶片，所述加工包括如下配置步驟：燈功率的控制、所述傳輸帶速度、和所述焙燒區的下游的所述產品的冷卻來提供預選擇的熱加熱和冷卻分佈圖以生產具有改進效率的太陽能電池。
21. 如申請專利範圍第20項所述的方法，其中所述選擇的熱分佈圖的特徵在於快速加熱到陡的、明確界定的短停滯峰，從大約850℃至大約950℃的峰值焙燒溫度快速冷卻到大約400℃至大約500℃，然後緩慢冷卻用以退火太陽能電池晶片。
22. 如申請專利範圍第21項所述的方法，其中所述短停滯峰是從大約1.5秒至大約7.5秒中形成。
23. 如申請專利範圍第22項所述的方法，其中所述短停滯峰是從大約1.87秒至大約6秒中形成。
24. 如申請專利範圍第21項所述的方法，其中所述快 速冷卻是在一秒或兩秒內發生。