用于氧化铝膜的制备装置的制作方法

本实用新型涉及太阳能电池硅片加工设备领域，尤其是一种用于氧化铝膜的制备装置。

背景技术：

为了提高晶体硅电池的转换效率，减少电池片的表面复合是一种有效的方法，这种效果称做钝化。在电池片的正面，减反射薄膜起到了良好的表面钝化作用；在电池片的背面，经过研究人员的分析和测试，铝背场的钝化效果还有很大的提升空间。研究人员从这个角度开发了背钝化电池，即通过在电池片背面镀钝化膜的方式来提升钝化效果。背钝化电池降低了电池片背面的载流子复合，增强了长波光的响应，提高了电池的开路电压，最终电池的效率也将得到提升。SiO2、非晶硅和氧化铝都可以作为背钝化膜，目前的背钝化电池常采用氧化铝作为背钝化膜。

在晶体硅太阳能电池制造过程中，制备氧化铝膜通常采用等离子体增强化学气相沉积法，简称为PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)，PECVD是利用强电场使所需的气体源分子电离产生等离子体，等离子体中含有很多活性很高的化学基团，这些基团经过经一系列化学和等离子体反应，在硅片表面形成固态薄膜。

目前，在晶体硅太阳能电池制造过程中，用于氧化铝膜的制备装置主要包括设置有炉门的真空沉积室，真空沉积室内设有石墨舟，硅片放置于石墨舟上，真空沉积室上设有进气口与排气口，所述真空沉积室内设置有进气主管和排气主管，所述进气主管水平设置在石墨舟上方，所述进气主管与进气口连通，所述进气口上连接有用于通入制程气体的导气管，所述排气主管水平设置在石墨舟下方，所述排气主管与排气口连通，所述排气口上连接有真空泵，真空泵的进口与排气口连通，真空泵的出口连接有尾排管，所述制程气体是指在氧化铝膜制备过程中用于反应的气体，一般情况下，在氧化铝膜制备过程中所使用的制程气体主要有以下三种：氩气、气态三甲基铝、一氧化二氮，该用于氧化铝膜的制备装置的工作过程如下：将三制程气体分别通入真空沉积室内，不同的制程气体在真空沉积室内混合后并且在真空沉积室内电离成离子，经过多次碰撞产生大量的活性基，逐步附着在太阳能电池硅片的表面，形成一层氧化铝薄膜。这种用于氧化铝膜的制备装置在实际使用过程中存在以下问题：首先，在用于氧化铝膜的制备装置工作的过程中，真空沉积室内的三种制程气体混合的越均匀，硅片表面形成的氧化铝膜才会更加均匀，现有的真空沉积过程中三种制程气体都是先通入真空沉积室后才进行自然混合，其混合均匀度非常差，经常导致同一批次的硅片表面氧化铝膜厚度层次不齐，严重影响镀膜的质量；其次，在用于氧化铝膜的制备装置工作的过程中，真空沉积室内的温度需保持在一个稳定的范围内，由于现有的用于氧化铝膜的制备装置都是直接将氩气、气态三甲基铝、一氧化二氮的混合气直接通入真空沉积室内，由于氩气、一氧化二氮的温度较低，一般接近室温，当二者进入温度高达400摄氏度的高温环境后，势必会对真空沉积室内的温度造成较大的影响，如果真空沉积室内温度波动变化较大会导致最后形成的氧化铝膜质量层次不齐，影响电池片的转换效率；另外，现有的用于氧化铝膜的制备装置在沉积过程中产生的尾气都是在真空泵的作用下，依次沿排气主管、真空泵、尾排管排放到外界，由于沉积过程中三甲基铝有一部分不能完全反应，没有反应的三甲基铝和尾气混合在一起排出，三甲基铝气体遇到空气就会爆炸，由于尾气在排放管以及真空泵内都不会遇到空气，也就不会发生爆炸，但是一旦尾气进入尾排管后，由于尾排管与外界空气连通，因此，进入尾排管的尾气中含有的三甲基铝很容易爆炸，使得尾排管经常爆炸，造成生产事故，其安全性较差；最后，进入真空沉积室内的混合制程气体如何均匀的分布在真空沉积室内直接影响硅片表面的镀膜质量，目前对于如何使进入真空沉积室内的混合制程气体均匀的分布在真空沉积室内一直是一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够使真空沉积室内各处的三种制程气体得浓度都大体相同的用于氧化铝膜的制备装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该用于氧化铝膜的制备装置，包括设置有炉门的真空沉积室，真空沉积室内设有石墨舟，硅片放置于石墨舟上，真空沉积室上设有进气口与排气口，所述真空沉积室内设置有进气主管和排气主管，所述进气主管水平设置在石墨舟上方，所述进气主管与进气口连通，所述进气口上连接有用于通入制程气体的导气管，所述排气主管水平设置在石墨舟下方，所述排气主管与排气口连通，所述排气口上连接有真空泵，真空泵的进口与排气口连通，真空泵的出口连接有尾排管，所述导气管与进气口之间设置有气体混合装置，所述气体混合装置包括一级气体混合装置和二级气体混合装置，所述一级气体混合装置包括锥形筒体、汇流管以及密闭的柱状壳体，所述柱状壳体的左端面中心开设有导气孔，所述导气孔与导气管连通，所述柱状壳体内设置有圆形的固定板，所述固定板的一侧表面正对导气孔，且导气孔的中心对准固定板的中心，所述固定板朝向导气孔的一侧表面设置有扰流板，所述扰流板与固定板表面的夹角小于九十度，且扰流板向导气孔方向倾斜，所述扰流板表面开设有多个通气孔，所述锥形筒体的大径端固定在柱状壳体的右端面上且锥形筒体的大径端与柱状壳体内部连通，所述锥形筒体的小径端与汇流管的左端固定相连且二者互相连通，所述汇流管的右端连接有二级气体混合装置，所述二级气体混合装置包括气体压缩机，所述气体压缩机的进口与汇流管的右端连通，所述气体压缩机的出口连接有气体喷嘴，所述气体喷嘴上连接有锥形的降压管，所述降压管的小径端与气体喷嘴相连，所述降压管的大径端与进气口连通。

进一步的是，所述气体混合装置与进气口之间设置有预热装置，所述预热装置包括保温箱体，所述保温箱体内设置有换热管，所述换热管的左端伸出保温箱体并且与降压管的大径端连通，所述换热管的右端伸出保温箱体与进气口连通，所述保温箱体的右端连接有导气管 A，所述导气管A的末端与真空泵的出口连通，所述保温箱体的左端连接有导气管B，所述导气管B的末端与尾排管的入口连通。

进一步的是，所述换热管为盘管。

进一步的是，所述导气管B的末端与尾排管之间设置有尾气处理装置，所述尾气处理装置包括依次相连的气爆室、水爆室、甲烷燃烧室，所述气爆室上连接有空气导管，所述空气导管的末端设置有鼓风机，所述空气导管上设置有第一单向气阀，所述水爆室内盛装有水，所述导气管B上设置有第二单向气阀。

进一步的是，所述甲烷燃烧室为内径为150mm-300mm不锈钢圆筒。

进一步的是，所述圆筒的外表面设置有多个紧固圈，相邻的紧固圈之间通过金属条连接在一起。

进一步的是，所述进气口与进气主管之间设置有进气布气装置，所述排气口与排气主管之间设置有排气布气装置；所述进气布气装置包括M级分气结构，所述M≥2，第一级分气结构包括第一进气管，所述第一进气管的前端与进气口相连，第一进气管的末端连接有第一级分气器，所述第一级分气器包括设置在第一进气管内的第一圆筒，所述第一圆筒的外径与第一进气管的内径相同，所述第一圆筒内设置有N1个第一分隔板，所述N1≥2，所述N1个第一分隔板将第一圆筒的内部通道分割成N1个第一子通道，每个第一子通道的横截面面积均相同，每个第一子通道的末端密封连接有一个第二进气管，第二级分气结构包括设置在第二进气管的末端的第二级分气器，所述第二级分气器包括设置在第二进气管内的第二圆筒，所述第二圆筒的外径与第二进气管的内径相同，所述第二圆筒内设置有N2个第二分隔板，所述 N2≥2，所述N2个第二分隔板将第二圆筒的内部通道分割成N2个第二子通道，每个第二子通道的横截面面积均相同，每个第二子通道的末端密封连接有一个第三进气管，依次类推，第 M级分气结构包括设置在第M进气管末端的第M级分气器，所述第M级分气器包括设置在第M进气管内的第M圆筒，所述第M圆筒的外径与第M进气管的内径相同，所述第M圆筒内设置有NM个第M分隔板，所述NM≥2，所述NM个第M分隔板将第M圆筒的内部通道分割成NM个第M子通道，每个第M子通道的横截面面积均相同，每个第M子通道的末端密封连接有一个第M+1进气管；所述进气主管的两端封闭，进气主管侧壁上沿其轴线方向设置有一排通孔A和一排通孔B，所述通孔A和通孔B的数量相同，所述通孔A位于通孔B 上方，且通孔A和通孔B的位置上下一一对应，所述通孔A的数量和第M+1进气管的数量相同，且每个第M+1进气管的末端均与一个通孔A连通，所述通孔B朝向石墨舟；所述排气布气装置包括M级引气结构，所述M≥2，第一级引气结构包括第一排气管，所述第一排气管的前端与排气口相连，第一排气管的末端连接有第一级引气器，所述第一级引气器包括设置在第一排气管内的第一筒体，所述第一筒体的外径与第一排气管的内径相同，所述第一筒体内设置有N1个第一隔板，所述N1≥2，所述N1个第一隔板将第一筒体的内部通道分割成N1个第一子引气道，每个第一子引气道的横截面面积均相同，每个第一子引气道的末端密封连接有一个第二排气管，第二级引气结构包括设置在第二排气管的末端的第二级引气器，所述第二级引气器包括设置在第二排气管内的第二筒体，所述第二筒体的外径与第二排气管的内径相同，所述第二筒体内设置有N2个第二隔板，所述N2≥2，所述N2个第二隔板将第二筒体的内部引气道分割成N2个第二子引气道，每个第二子引气道的横截面面积均相同，每个第二子引气道的末端密封连接有一个第三排气管，依次类推，第M级引气结构包括设置在第M排气管末端的第M级引气器，所述第M级引气器包括设置在第M排气管内的第M筒体，所述第M筒体的外径与第M排气管的内径相同，所述第M筒体内设置有NM个第M隔板，所述NM≥2，所述NM个第M隔板将第M筒体的内部引气道分割成NM个第M子引气道，每个第M子引气道的横截面面积均相同，每个第M子引气道的末端密封连接有一个第 M+1排气管；所述排气主管的两端封闭，排气主管侧壁上沿其轴线方向设置有一排通孔C和一排通孔D，所述通孔C和通孔D的数量相同，所述通孔C位于通孔D上方，且通孔C和通孔D的位置上下一一对应，所述通孔D的数量和第M+1排气管的数量相同，且每个第M+1 排气管的末端均与一个通孔D连通，所述通孔C朝向石墨舟。

进一步的是，所述M＝4，所述N 1＝2,所述N2＝3,所述N3＝3,所述N4＝3。

本实用新型的有益效果是：该用于氧化铝膜的制备装置通过在导气管与进气口之间设置气体混合装置，使得三种制程气体先经过固定板、扰流板的干扰后打乱混合气体的流向，使得三种制程气体初步进行混合，初步混合后的混合气体在通过气体压缩机压缩后从气体喷嘴喷出，便可以使的三种制程气体混合更加均匀，由于经过气体压缩机压缩，气体的压力较大，因此需要经过锥形的降压管进行降压后再通入真空沉积室内内进行反应，这样真空沉积室内各处的三种制程气体浓度都相同，可以使真空沉积室内不同地方的硅片形成的氧化铝膜均匀性大大提高，能够大大提高产品质量。

附图说明

图1是本实用新型用于氧化铝膜的制备装置的结构示意图；

图2是图1的A局部放大图；

图3是图1的B局部放大图；

图中标记为：炉门1、真空沉积室2、石墨舟3、进气口4、排气口5、进气主管6、排气主管7、导气管8、真空泵9、尾排管10、气体混合装置11、锥形筒体1101、、汇流管1102、柱状壳体1103、导气孔1104、固定板1105、扰流板1106、通气孔1107、气体压缩机1108、气体喷嘴1109、降压管1110、预热装置12、保温箱体1201、换热管1202、导气管A 1203、导气管B 1204、尾气处理装置13、气爆室1301、水爆室1302、甲烷燃烧室1303、空气导管 1304、鼓风机1305、第一单向气阀1306、第二单向气阀1307、进气布气装置14、第一进气管1401、第一级分气器1402、第一圆筒140201、第一分隔板140202、第一子通道140203、第二进气管1403、第二级分气器1404、第二圆筒140401、第二分隔板140402、第二子通道 140403、第三进气管1405、通孔A 1406、通孔B 1407、排气布气装置15、第一排气管1501、第一级引气器1502、第一筒体150201、第一隔板150202、第一子引气道150203、第二排气管1503、第二级引气器1504、第二筒体150401、第二隔板150402、第二子引气道150403、第三排气管1505、通孔C 1506、通孔D 1507。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

如图1至3所示，该用于氧化铝膜的制备装置，包括设置有炉门1的真空沉积室2，真空沉积室2内设有石墨舟3，硅片放置于石墨舟3上，真空沉积室2上设有进气口4与排气口5，所述真空沉积室2内设置有进气主管6和排气主管7，所述进气主管6水平设置在石墨舟3上方，所述进气主管6与进气口4连通，所述进气口4上连接有用于通入制程气体的导气管8，所述排气主管7水平设置在石墨舟3下方，所述排气主管7与排气口5连通，所述排气口5上连接有真空泵9，真空泵9的进口与排气口5连通，真空泵9的出口连接有尾排管10，所述导气管8与进气口4之间设置有气体混合装置11，所述气体混合装置11包括一级气体混合装置11和二级气体混合装置11，所述一级气体混合装置11包括锥形筒体1101、汇流管1102以及密闭的柱状壳体1103，所述柱状壳体1103的左端面中心开设有导气孔1104，所述导气孔1104与导气管8连通，所述柱状壳体1103内设置有圆形的固定板1105，所述固定板1105的一侧表面正对导气孔1104，且导气孔1104的中心对准固定板1105的中心，所述固定板1105朝向导气孔1104的一侧表面设置有扰流板1106，所述扰流板1106与固定板1105 表面的夹角小于九十度，且扰流板1106向导气孔1104方向倾斜，所述扰流板1106表面开设有多个通气孔1107，所述锥形筒体1101的大径端固定在柱状壳体1103的右端面上且锥形筒体1101的大径端与柱状壳体1103内部连通，所述锥形筒体1101的小径端与汇流管1102的左端固定相连且二者互相连通，所述汇流管1102的右端连接有二级气体混合装置11，所述二级气体混合装置11包括气体压缩机1108，所述气体压缩机1108的进口与汇流管1102的右端连通，所述气体压缩机1108的出口连接有气体喷嘴1109，所述气体喷嘴1109上连接有锥形的降压管1110，所述降压管1110的小径端与气体喷嘴1109相连，所述降压管1110的大径端与进气口4连通。通过在导气管8与进气口4之间设置气体混合装置11，使得三种制程气体先经过固定板1105、扰流板1106的干扰后打乱混合气体的流向，使得三种制程气体初步进行混合，初步混合后的混合气体在通过气体压缩机1108压缩后从气体喷嘴1109喷出，便可以使的三种制程气体混合更加均匀，由于经过气体压缩机1108压缩，气体的压力较大，因此需要经过锥形的降压管1110进行降压后再通入真空沉积室2内内进行反应，这样真空沉积室2内各处的三种制程气体浓度都相同，可以使真空沉积室2内不同地方的硅片形成的氧化铝膜均匀性大大提高，能够大大提高产品质量。

进一步的是，所述气体混合装置11与进气口4之间设置有预热装置12，所述预热装置 12包括保温箱体1201，所述保温箱体1201内设置有换热管1202，所述换热管1202的左端伸出保温箱体1201并且与降压管1110的大径端连通，所述换热管1202的右端伸出保温箱体 1201与进气口4连通，所述保温箱体1201的右端连接有导气管A1203，所述导气管A1203 的末端与真空泵9的出口连通，所述保温箱体1201的左端连接有导气管B1204，所述导气管 B1204的末端与尾排管10的入口连通。由于在气体混合装置11与进气口4之间设置有预热装置12，预热装置12可以对三种制程气体的混合气体进行加热，避免温度较低的制程气体对真空沉积室2内的温度造成较大的影响，在用于氧化铝膜的制备装置工作的过程中，可以保证真空沉积室2内的温度保持在一个稳定的范围内，使得最后形成的氧化铝膜质量均匀一致，保持电池片的转换效率，而且预热采用的是温度较高的尾气，无需额外增加加热设备，做到废气利用，节约能源。

为了提高换热效率，所述换热管1202可以设计为盘管。从而增大换热面积，提高换热效率。

再者，所述导气管B1204的末端与尾排管10之间设置有尾气处理装置13，所述尾气处理装置13包括依次相连的气爆室1301、水爆室1302、甲烷燃烧室1303，所述气爆室1301 上连接有空气导管1304，所述空气导管1304的末端设置有鼓风机1305，所述空气导管1304 上设置有第一单向气阀1306，所述水爆室1302内盛装有水，所述导气管B1204上设置有第二单向气阀1307。真空沉积室2内反应完毕的废气在真空泵9的作用下，依次沿排气主管、真空泵9、预热装置12、气爆室1301、水爆室1302、甲烷燃烧室1303、尾排管10排放到外界，由于尾气在排气主管、真空泵9以及预热装置12内都不会遇到空气，也就不会发生爆炸，因而，尾气从导气管B1204排出后进入气爆室1301便会与空气接触，尾气中含有的三甲基铝就会在气爆室1301内空气发生反应，为了使反应更加完全，气爆室1301上连接有空气导管1304，所述空气导管1304的末端设置有鼓风机1305，尾气在气爆室1301内将其含有的三甲基铝反应后再进入水爆室1302内将尾气中残留的三甲基铝反应掉，由于三甲基铝和空气以及水反应后会产生甲烷，因此，尾气再进入甲烷燃烧时将生成的甲烷燃烧殆尽后再进入尾排管10，进入尾排管10的尾气由于不含有三甲基铝也就不会发生爆炸，避免了尾排管10经常发生爆炸的危险情况发生，其安全性大大提高，而且尾气的有害气体大都被处理掉，排放的尾气不会对环境造成较大影响，更加环保。

所述甲烷燃烧室1303可以采用结构强度较大的筒体制成，且要有足够大的空间，作为优选的，所述甲烷燃烧室1303为内径为150mm-300mm不锈钢圆筒。该方式结构简单，改造方便，便于加工和维护。

为了进一步提高圆筒的结构强度，所述圆筒的外表面设置有多个紧固圈，相邻的紧固圈之间通过金属条连接在一起。

另外，所述进气口4与进气主管6之间设置有进气布气装置14，所述排气口与排气主管 7之间设置有排气布气装置15；所述进气布气装置14包括M级分气结构，所述M≥2，第一级分气结构包括第一进气管1401，所述第一进气管1401的前端与进气口4相连，第一进气管1401的末端连接有第一级分气器1402，所述第一级分气器1402包括设置在第一进气管 1401内的第一圆筒140201，所述第一圆筒140201的外径与第一进气管1401的内径相同，所述第一圆筒140201内设置有N1个第一分隔板140202，所述N1≥2，所述N1个第一分隔板 140202将第一圆筒140201的内部通道分割成N1个第一子通道140203，每个第一子通道 140203的横截面面积均相同，每个第一子通道140203的末端密封连接有一个第二进气管1403，第二级分气结构包括设置在第二进气管1403的末端的第二级分气器1404，所述第二级分气器1404包括设置在第二进气管1403内的第二圆筒140401，所述第二圆筒140401的外径与第二进气管1403的内径相同，所述第二圆筒140401内设置有N2个第二分隔板140402，所述N2≥2，所述N2个第二分隔板140402将第二圆筒140401的内部通道分割成N2个第二子通道140403，每个第二子通道140403的横截面面积均相同，每个第二子通道140403的末端密封连接有一个第三进气管1405，依次类推，第M级分气结构包括设置在第M进气管末端的第M级分气器，所述第M级分气器包括设置在第M进气管内的第M圆筒，所述第M 圆筒的外径与第M进气管的内径相同，所述第M圆筒内设置有NM个第M分隔板，所述NM≥2，所述NM个第M分隔板将第M圆筒的内部通道分割成NM个第M子通道，每个第M子通道的横截面面积均相同，每个第M子通道的末端密封连接有一个第M+1进气管；所述进气主管6的两端封闭，进气主管6侧壁上沿其轴线方向设置有一排通孔A1406和一排通孔 B1407，所述通孔A1406和通孔B1407的数量相同，所述通孔A1406位于通孔B1407上方，且通孔A1406和通孔B1407的位置上下一一对应，所述通孔A1406的数量和第M+1进气管的数量相同，且每个第M+1进气管的末端均与一个通孔A1406连通，所述通孔B1407朝向石墨舟3；所述排气布气装置15包括M级引气结构，所述M≥2，第一级引气结构包括第一排气管1501，所述第一排气管1501的前端与排气口5相连，第一排气管1501的末端连接有第一级引气器1502，所述第一级引气器1502包括设置在第一排气管1501内的第一筒体 150201，所述第一筒体150201的外径与第一排气管1501的内径相同，所述第一筒体150201 内设置有N1个第一隔板150202，所述N1≥2，所述N1个第一隔板150202将第一筒体150201 的内部通道分割成N1个第一子引气道150203，每个第一子引气道150203的横截面面积均相同，每个第一子引气道150203的末端密封连接有一个第二排气管1503，第二级引气结构包括设置在第二排气管1503的末端的第二级引气器1504，所述第二级引气器1504包括设置在第二排气管1503内的第二筒体150401，所述第二筒体150401的外径与第二排气管1503的内径相同，所述第二筒体150401内设置有N2个第二隔板，所述N2≥2，所述N2个第二隔板将第二筒体150401的内部引气道分割成N2个第二子引气道150403，每个第二子引气道 150403的横截面面积均相同，每个第二子引气道150403的末端密封连接有一个第三排气管 1505，依次类推，第M级引气结构包括设置在第M排气管末端的第M级引气器，所述第M 级引气器包括设置在第M排气管内的第M筒体，所述第M筒体的外径与第M排气管的内径相同，所述第M筒体内设置有NM个第M隔板，所述NM≥2，所述NM个第M隔板将第M 筒体的内部引气道分割成NM个第M子引气道，每个第M子引气道的横截面面积均相同，每个第M子引气道的末端密封连接有一个第M+1排气管；所述排气主管7的两端封闭，排气主管7侧壁上沿其轴线方向设置有一排通孔C1506和一排通孔D1507，所述通孔C1506和通孔D1507的数量相同，所述通孔C1506位于通孔D1507上方，且通孔C1506和通孔D1507 的位置上下一一对应，所述通孔D1507的数量和第M+1排气管的数量相同，且每个第M+1 排气管的末端均与一个通孔D1507连通，所述通孔C1506朝向石墨舟3。通过在进气口4与进气主管6之间设置有进气布气装置14，所述排气口与排气主管7之间设置有排气布气装置 15，通过进气布气装置14将通入真空沉积室2的混合制程气体平均分布到进气主管6内，然后再从进气主管6流出流向石墨舟3，这样可以最大程度的保证每一片硅片附近的混合制程气体量都相差无几，同时通过排气布气装置15，将尾气均匀的吸入排气主管7内，然后再排出，这样从进气布气和排气布气两方面同时控制制程气体的进入和流出，可以最大限度的保证每个硅片附近的混合制程气体的浓度和量都近似一致，这样每个硅片表面形成的氧化铝膜厚度都会更加均匀，可以大大提高硅片镀膜的质量和效率。进一步的是，所述M＝4，所述N 1＝2,所述N2＝3,所述N3＝3,所述N4＝3。