一种立式太阳能硅片扩散炉的制作方法

本发明涉及太阳能电池生产技术领域，特别是一种立式太阳能硅片扩散炉。

背景技术：

太阳能电池需要一个大面积的PN结以实现光能到电能的转换，而扩散炉即为制造太阳能电池PN结的专用设备。扩散制作的PN结是晶体硅太阳电池的核心，也是太阳能电池质量好坏的关键之一。对于扩散工序，最大问题在于如何保障扩散的均匀性。扩散均匀的电池，其后续工艺参数可控性高，可以保证硅太阳能电池电性能参数的稳定性。而且工业化生产需求的单炉产量越来越高，要求一次扩散的硅片数量达400～500片。

CN203674241U公开了一种提升硅片扩散方阻均匀性的装置，其包括进气装置、石英管、排废管、匀流板和石英舟，所述的石英管上固设有进气装置，石英管的底部设有排废管，排废管的上部设有匀流板，匀流板的右部设有石英舟，该装置设有的匀流板虽然通过改善扩散后硅片方阻均匀性，提高扩散方阻的片内均匀性，但是由于单炉产量越来越高，硅片分布在石英棒内较长的范围内，这样一方面从炉尾吹入的氮气很难将扩散源均匀地分散在扩散炉内，而且容易产生波动，导致扩散均匀性较差，难以符合预期的技术要求另一方面，在较长范围内的硅片扩散过程中，需要消耗大量扩散源和氮气，大大增加了生产成本。

CN201020263438.6公开了一种“太阳能电池硅片扩散炉”，其进气管直接通入炉体内，进气管上设置有定向设置的出气孔，未进行充分混合过的气体通过出气孔匀布到硅片表面，表面上看来是将气体均匀分布在硅片表面，实质由于进入炉体内前未混合均匀，导致各出气孔出来的气体成分比例偏差较大，硅片表面依旧分布不均。

技术实现要素：

本发明的发明目的是，针对上述问题，提供一种立式太阳能硅片扩散炉，通过设置进气螺旋管并在其内侧均匀分布进气孔，而排气管布置在炉体中央，在排气管上也均匀对应的排气口，进气螺旋管与排气管相互映射对应；充分保障进气扩散的均匀性，及排气顺畅；其能够有效提高扩散均匀性，同时提高单炉产量。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种立式太阳能硅片扩散炉，包括立式炉体、炉门、石英舟组、进气装置和废气排放装置，所述炉门设置在炉体顶部，用于打开或闭合炉体炉腔，所述进气装置和废气排放装置分别连通炉体炉腔；所述石英舟组由石英舟依次竖直叠放而成，并竖直放置在炉体炉腔中间，所述石英舟中间设有垂直贯通的导孔，在石英舟上以该导孔中心轴线为中心呈放射性均匀设有用于放置硅片的舟槽；所述进气装置包括进气螺旋管和气体混合装置，所述进气螺旋管设置在石英舟组与炉体腔壁之间，进气螺旋管朝向石英舟组一侧均布有进气孔；进气螺旋管连接气体混合装置；所述废气排放装置包括排气管和废气储蓄装置，所述排气管沿炉体炉腔中心轴线竖直设置，并对应设置在所述石英舟的导孔中；所述排气管上均布有排气口，其底部连接废气储蓄装置。

本方案中通过设置立式的炉体，石英舟组可以根据不同需要而叠加不同数量的石英舟，石英舟以其中间上的导孔为中心呈放射性布置，能够设置最多的用于放置硅片的舟槽。在石英舟组中间或者说石英舟中间设置导孔，该导孔对应用于排气的排气管；而在石英舟组外侧，螺旋设置的进气螺旋管能够沿石英舟组四周由外之内均匀放送扩散源和氮气，所述扩散源和氮气在扩散到石英舟组中间时，通过排气管及时排出。这里进气螺旋管的进气孔与排气管的排气口相互映射对应，使得氮气由外至内呈水平扩散，其均匀性得到了有效保障，同时有利于排气的及时及效率，避免废气的在炉体内形成淤积。本方案中石英舟组可以是一个石英舟也可以是多个石英舟，石英舟数量根据需要堆叠即可，简单方便。

进一步地，所述石英舟包括中心筒、支撑板和石英棒，所述中心筒沿其中心轴线设有所述导孔，且在中心筒外侧面上设置至少三个支撑板，所述支撑板与中心筒的两端面对应平齐且与中心筒中心轴线处于同一平面；相邻的所述支撑板间设有多根石英棒，所述石英棒间平行设置且对应硅片的下部弧形间隔排列，所述石英棒朝向硅片一侧均匀设置多个刻槽，石英棒间的刻槽一一对应并共同构成所述舟槽，所述舟槽以中心筒轴心线为中心相对呈放射性设置；所述中心筒上设置有贯通所述导孔的排气口，所述排气口位于两相邻支撑板之间。

这里同一支撑板形成扇区间多个石英棒间形成对应硅片下部轮廓的放置架，即石英棒间可形成一个截面为U型的放置架，其中设置一至三根石英棒位于支撑板下部从而对应硅片下部，再在支撑板中部设置对应硅片两侧轮廓的石英棒，石英棒上设置刻槽一一对应并组成所述舟槽，并使得硅片呈竖直放置且放射性均匀设置，最大化利用石英舟使用空间。石英舟叠加时，中心筒端面依次对应贴合，这时设置在中心筒上的排气口对应排气管的通道，保证进入的扩散源和氮气沿放置硅片的扇区由外至内水平扩散。

进一步地，所述石英舟还包括圆形底板，所述底板对应同轴设置中心筒底部，并且所述底板中间设置与中心筒内径大小的通孔；所述底板下端面设置凸台，所述支撑板间上端面平齐，并设置与所述凸台对应的凹槽，所述凹槽底面与中心筒的上端面平齐；所述支撑板下端连接底板上端面。应清楚的是位于最低位置的石英棒到凸起上端面的垂直距离应该大于硅片的放置高度，设置底板和凸起可以使石英舟之间可以自由叠加。

进一步地，所述底板的上端面设置与其同心的圆形凹槽，所述圆形凹槽的直径大小对应舟槽宽度；所述底板下端面的凸台上还设置对应中心筒上端的大小的底部凹槽；支撑板间上端面与中心筒的上端面平齐，在支撑板设置与凸台对应的环形凹槽。

进一步地，所述进气装置还包括进气阀，所述进气阀设置在炉体下部，其位于炉体内一端连接进气螺旋管，其位于炉体外一端连接气体混合装置；所述进气螺旋管外侧与炉体内壁贴合，进气螺旋管内侧均布有进气孔，进气孔中心均垂直指向排气管中心轴线。气体混合装置能够将扩散源和氮气混合均匀，进气阀可以将开启或关闭进气，进气螺旋管进气孔垂直指向排气管中心轴线能够使其放出的气体指向性喷射，即水平由外至内扩散，保障混合后扩散源和氮气有针对性对应硅片并在形成废气后及时排出，避免形成湍流发生及扩散不均匀情况发生，这样硅片的加工效果得到良好保障。

进一步地，所述气体混合装置为直角L型结构，其一端内设有一连接进气阀的螺旋出气孔，另一端均布多个螺旋进气孔，所述螺旋进气孔与螺旋出气孔连通。扩散源和氮气在通过螺旋进气孔后形成螺旋气旋，多个螺旋气旋在回合在螺旋出气孔时会形成涡流，使得扩散源和氮气能够快速混合均匀。气体混合装置其结构简单，利于制造，在保障混合效果的同时减少了装置的体积，并有效减少制造成本。

进一步地，所述废气排放装置还包括排气阀和抽风机，所述排气阀设置在阀体底部中间，其位于阀体内一端连接排气管底端，其位于阀体外一端通过抽风机连接废气储蓄装置。这里排气阀可以开启或关闭排气，抽风机能提供高效抽风效果，这样保障了排气管的排气效果。

进一步地，所述排气管排气口对应石英舟组上中心筒排气口位置设置，并沿排气管周向均匀设置；所述排气管顶端为密闭结构。这里排气管设置是为了保障气体水平扩散，避免顶部形成吸食，破坏扩散方向及均匀性。

进一步地，沿所述排气管外侧安装有排气管护栏，所述护栏围成区域小于所述导孔区域。排气管护栏具有导向功能，用于石英舟快速准确堆叠，同时起到保护排气管的功能，防止排气管被撞击损坏。

进一步地，还包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器设置在炉门上，并对应炉体炉腔设置。所述炉体炉腔呈圆柱型，所述石英舟的横截面为圆形。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.本发明气体混合装置安装在炉体侧面，在使各种气体按规定比例充分混合后，再通过进气螺旋管均匀排放到炉体内部，这使炉体内部各部分的气的成分完全相同，可以是每炉的太阳能硅片电阻基本完全一样。

2.本发明进气螺旋管攀附在圆柱形炉体内壁，在进气螺旋管内侧均匀分布有进气孔，而且排气管布置在炉体中央，在排气管上也均匀分布有排气口，而且各气孔轴线均指向炉体轴线，同时进气螺旋管与排气管相互映射，充分保障扩散的均匀性。

3.本发明石英舟组由多个截面为圆形的石英舟依次首尾镶嵌竖直排列，然后由排气管依次穿过各石英舟，将石英舟组放置在炉体中央位置，以单个石英舟可加工100左右的太阳能硅片计算，一个炉体内部可叠加7～9个石英舟，这样大大提高了太阳能硅片的单炉产量，9降低了成本。

4.本发明排气管护栏分布在排气管的周围，可以充分保护排气管，和进气螺旋管，其目的是在各个石英舟进出炉体时，起到一个轨道的作用，防止石英舟偏离炉体中央，冲撞到进气螺旋管和排气管。另外放置和拿出石英舟时有专用的三角爪夹具。

5.本发明将太阳能硅片扩散炉竖直放置，改变了传统的卧式方式，构建了一种新型立式太阳能硅片扩散炉；按照立式扩散炉的特点，别有新意的利用叠加型石英舟组，并利用相互照应的进排气管将石英舟包裹在其中。

6.本发明炉体内部安装有温度传感器和压力传感器，可以对反应过程实时监测。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明未装石英舟的扩散炉剖视图；

图3是图2局部发大图；

图4是本发明气体混合装置结构示意图；

图5是本发明进气螺旋管示意图；

图6是本发明石英舟组结构示意图；

图7是本发明单个石英舟结构示意图。

附图中，1-进气螺旋管、2-排气管、3-石英舟、4-石英舟组、5-气体混合装置、6-炉门、7-压力传感器、8-温度传感器、9-炉体、10-进气阀、11-排气阀、12-抽风机、13-软管、14-废气储蓄装置、15-排气管护栏、31-支撑板、32-石英棒、33-刻槽、34-中心筒、35-底板、36-导孔、37-排气口、51-螺旋进气孔、52-螺旋出气孔。

具体实施方式

以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。

如图1-7所示，立式太阳能硅片扩散炉包括立式炉体9、炉门6、石英舟组4、进气装置和废气排放装置。炉门6铰接在炉体9顶部，能够向上翻转打开炉体9炉腔，或向下翻转闭合炉体9炉腔；炉门6对应炉体9炉腔一侧设灰有温度传感器8和压力传感器7，在工作时对应监控炉体9炉腔的温度及压力情况。进气装置和废气排放装置分别连通炉体9炉腔；进气装置用于提供混合均匀的扩散源和氮气；废气排放装置用于收集过程中产生的废气或尾气，避免废气淤积影响扩散效果。其中，石英舟组4设置在炉体9炉腔中间，石英舟组4由单个或多个石英舟组4依次首尾叠加构成，石英舟3上设置用于放置硅片的舟槽。

如图1-3所示，为扩散炉整体结构及炉体9结构示意图。炉体9呈圆筒型，其内炉腔为圆柱型结构，炉门6铰接在炉体9顶部；在炉体9底部设置有底架，用于是炉体9竖直放置在水平面上。

废气排放装置包括排气管2、排气阀11、抽风机12和废气储蓄装置14，排气管2沿炉体9炉腔中心轴线竖直设置，其上端低于炉体9上端面，且排气管2上端面为闭合结构；排气管2上均布有排气口，排气口均垂直指向排气管2中心轴线，其底部连接排气阀11。排气阀11设置在阀体底部中间，其位于阀体内一端连接排气管2底端，其位于阀体外一端通过抽风机12连接废气储蓄装置14。

如图3所示，沿所述排气管2外侧安装有排气管护栏15，护栏围成区域小于所述导孔36区域。排气管护栏15具有导向功能，用于石英舟3快速准确堆叠，同时起到保护排气管2的功能，防止排气管2被撞击损坏。

如图1-5所示，进气装置包括进气螺旋管1、进气阀10和气体混合装置5，进气螺旋管1设置在石英舟组4与炉体9腔壁之间，进气螺旋管1外侧与炉体9内壁贴合，其内侧均布有进气孔，进气孔中心均垂直指向排气管2中心轴线。进气螺旋管1通过进气阀10连接气体混合装置5，进气阀10设置在炉体9下部，其位于炉体9内一端连接进气螺旋管1，其位于炉体9外一端连接气体混合装置5。进气阀10可以开启使进气螺旋管1与气体混合装置5连通，或闭合使进气螺旋管1与气体混合装置5连通关闭。

如图4所示，气体混合装置5为直角L型结构，其一端内设有一连接进气阀10的螺旋出气孔52，另一端均布多个螺旋进气孔51，螺旋进气孔51与螺旋出气孔52连通。扩散源和氮气在通过螺旋进气孔51后形成螺旋气旋，多个螺旋气旋在回合在螺旋出气孔52时会形成涡流，使得扩散源和氮气能够快速混合均匀。气体混合装置5其结构简单，利于制造，在保障混合效果的同时减少了装置的体积，并有效减少制造成本。

如图5所示，进气螺旋管1呈螺旋设置，进气螺旋管1设置在石英舟组4与炉体9腔壁之间，进气螺旋管1朝向石英舟组4一侧均布有进气孔。

气体混合装置5能够将扩散源和氮气混合均匀，进气阀10可以将开启或关闭进气，进气螺旋管1进气孔垂直指向排气管2中心轴线能够使其放出的气体指向性喷射，即水平由外至内扩散，保障混合后扩散源和氮气有针对性对应硅片并在形成废气后及时排出，避免形成湍流发生及扩散不均匀情况发生，这样硅片的加工效果得到良好保障。

如图6和图7所示，为石英舟组4和石英舟3结构示意图。石英舟组4由石英舟3依次竖直叠放而成，并竖直放置在炉体9炉腔中间，石英舟3中间设有垂直贯通的导孔36，在石英舟3上以该导孔36中心轴线为中心呈放射性均匀设有用于放置硅片的舟槽。这里，导孔36对应排气管护栏15设置，安装时，将石英舟3逐一通过导孔36沿排气管护栏15放入炉体9炉腔。具体的，石英舟3包括一中心筒34、四支撑板31和多个石英棒32，中心筒34为中空结构，中心筒34沿其中心轴线设有所述导孔36，用于连通扩散炉中的排气结构；支撑板31沿中心筒34周向均匀设置在中心筒34外侧面上且相对中心筒34中心轴线平行，支撑板31用于支撑石英棒32；石英棒32通过其舟槽用于放置硅片。相邻的支撑板31间设有四根石英棒32，石英棒32间平行设置且对应硅片的下部弧形间隔排列；石英棒32朝向硅片一侧均匀设置多个刻槽33，四根石英棒32间的刻槽33一一对应并共同构成所述舟槽，舟槽以中心筒34轴心线为中心相对呈放射性设置。中心筒34位于两相邻支撑板31之间设置有贯通中心筒34内腔的排气口37。

石英棒32在支撑板31之间，为圆弧结构并沿中心筒34周向设置。石英棒32的端部固定的支撑板31上，石英棒32对应硅片的下部弧形间隔排列；具体的，石英棒32为四分之一圆弧，位于相邻支撑板31形成的扇形区最内侧和最外侧的石英棒32对应硅片中部对称两侧，位于扇形区底部的石英棒32对应硅片底部对称两侧。石英棒32朝向硅片一侧均匀设置刻槽33，四根石英棒32间的刻槽33一一对应并共同构成所述舟槽，舟槽以中心筒34轴心线为中心相对呈放射性设置，这样可以更好地提高舟槽数量，提高石英舟的利用率。

这里同一支撑板31形成扇区间多个石英棒32间形成对应硅片下部轮廓的放置架，即石英棒32间可形成一个截面为U型的放置架，其中设置二根石英棒32位于支撑板31下部从而对应硅片下部，再在支撑板31中部设置对应硅片两侧轮廓的石英棒32，石英棒32上设置刻槽33一一对应并组成所述舟槽，并使得硅片呈竖直放置且放射性均匀设置，最大化利用石英舟3使用空间。石英舟3叠加时，中心筒34端面依次对应贴合，这时设置在中心筒34上的排气口37对应排气管2的通道，保证进入的扩散源和氮气沿放置硅片的扇区由外至内水平扩散。

作为对上述方案的优化，在石英舟的底部对应设置圆形的底板35，底板35对应同轴设置中心筒34底部，并且底板35中间设置与中心筒34内径大小的通孔；支撑板31下端连接底板35上端面。在底板35下端面设置与其同轴的圆形凸台，支撑板31间上端面平齐并高于中心筒34的上端面，支撑板31设置与凸台对应的凹槽，该凹槽底面与中心筒34的上端面平齐，以保证石英舟堆叠后中心筒34间形成通道。底板35可以更好的实现石英舟之间的堆叠，形成石英舟组，同时避免在石英舟组时，上层硅片或杂物掉下。

为增加石英舟之间堆叠的稳定性，底板35下端面设置与其同轴的圆形凸台，在底板35下端面的圆形凸台上还设置对应中心筒34上端的大小的底部凹槽；支撑板31间上端面与中心筒34的上端面平齐，在支撑板31设置与凸台对应的环形凹槽；即堆叠时，底板35与支撑板31间相互插合，底板35的底部凹槽与中心筒34相互插合。

这里，支撑板31的外侧端对应底板35的外圆轮廓，底板35的上端面设置与其同心的圆形凹槽，该圆形凹槽的直径大小对应舟槽宽度，或略小于舟槽宽度。

这里，对上述提供另一并列方案，即石英棒32由石英圈替代；石英圈与中心筒34呈同心设置，并在支撑板31设有对应石英圈固定放置的卡槽。石英圈方便加工成型，其圆度可以得到有效保障，这样减少石英棒32安装误差和制造误差，降低制造难度。

这里，排气管2排气口对应石英舟组4上中心筒34排气口37位置设置，并沿排气管2周向均匀设置；排气管2顶端为密闭结构。这里排气管2设置是为了保障气体水平扩散，避免顶部形成吸食，破坏扩散方向及均匀性。

上述方案提供通过设置立炉体9，石英舟组4可以根据不同需要而叠加石英舟3，石英舟3以其中间上的导孔36为中心呈放射性布置，能够设置最多的用于放置硅片的舟槽。在石英舟组4中间或者说石英舟3中间设置导孔36，该导孔36对应用于排气的排气管2；而在石英舟组4外侧，螺旋设置的进气螺旋管1能够沿石英舟组4四周由外之内均匀放送扩散源和氮气，扩散源和氮气在扩散到石英舟组4中间时，通过排气管2及时排出。这里进气螺旋管1的进气孔与排气管2的排气口相互映射对应，使得氮气由外至内呈水平扩散，其均匀性得到了有效保障，同时有利于排气的及时及效率，避免废气的在炉体9内形成淤积。本方案中石英舟组4可以是一个石英舟3也可以是多个石英舟3，石英舟3数量根据需要堆叠即可，简单方便。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。