专利名称：具有高反射率加热区段的快速热焙烧红外线传送带式热处理炉的制作方法
技术领域：
本发明是针对提高的红外线传送式热处理炉，特別用于丝网印刷的硅太阳能电池晶片的金属化焙烧，其具有导致更高的加工生产能力和合成太阳能电池光电材料元件的效率的焙烧エ艺和改良的高峰(spike)区域。该改良系统特征为简化的高峰区域加热室，其利用布置在与反射器间隔的红外线加热灯元件后的高反射效率平板反射器表面。可选择地，该反射器可配置为创建冷却通道，其允许该炉的有用功密度基本上増加从而红外线加热灯在超过时间延长期直到额定功率输出的100%操作而没有过热。在反射器元件的这个可选配置中，由灯产生的红外线被聚焦从而大量顶射线进人工艺区这样增加加热效果和效率。
背景技术：
硅基太阳能电池的加工需要一些专门的エ艺以特定顺序产生。一般地这些エ艺包括单晶硅锭，其在晶体生长炉中生长或在“定向凝固”炉里浇铸成多晶块。这些エ艺的结果是称为锭的长“腊肠型”单晶团或多晶块，硅的薄片用“线状锯”被从中横向切割形成粗糙的太阳能晶片。这些晶片，无论是由单晶还是多晶结合在一起形成的，随后被加工以形成在 150-330微米的厚度范围内的光滑晶片。由于合适的硅不足，当前趋势是使晶片更薄，典型地180微米厚度。完成的原始晶片进而被加工成功能的太阳能电池，能够通过光伏效应产生电。晶片加工从各种清洗和蚀刻操作开始，以产生半导体“p-n”面结型ニ极管的称为扩散的エ艺结束。扩散在高温下在有可选的磷源的情况下发生，例如稀释的磷酸喷射液体或由气泡氮、 N2通过液体POCL3产生的三氯氧磷(POCL3)蒸汽。这样掺杂的Si形成光伏电池的“发射” 层，一旦暴露在阳光(普通光子源)下，该层发射电子。这些电子通过烧结进入电池表面的丝网印刷的金属接触的精細网格收集，更详细的描述如下。
为了加强形成低阻丝网印刷的金属接触到下面硅p-n结发射层的能力，额外量的磷沉积到晶片的前表面。磷通过持续到30分钟的高温扩散エ序被送入晶片。额外的“电活性”磷使得低阻接触形成。然而，这种接触的形成以电池效率的损失为代价。电池效率损失起源于通过吸收更高能量但短波长的光子产生在或接近表面的电子-空穴对。这些“蓝光” 光子迅速重组和消失，因而消除它们对电池产生的能量的贡献。在扩散和各种清洗和刻蚀エ艺来从晶片的侧面移除不需要半导体结后，晶片被涂敷抗反射涂膜，典型地氮化硅(SiN3),—般通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。在这些エ艺的某些之间，晶片为随后的エ艺准备而在低温干燥炉里干燥。SiN3抗反射涂层(ARC)沉积成大约0. 6微米的光的1/4波长的厚度。在ARC应用后，电池表现深蓝表面色。ARC最小化了具有0. 6微米左右的波长的入射光子的反射。ARC SiNx涂层在PECVDエ艺中通过在高或低频率微波场下混合不同浓度的硅烷、 SIH4、氨、NH3和纯氮、N2、气体形成。氢非常快速地分离和扩散进硅晶片。氢具有修复体积缺陷的偶然效应，特別在多晶材料中。缺陷是在电子-空穴对能够重组因而减少电池效率或能量输出的地方的阱。在随后顶焙烧(见下面)期间，升高的温度(高于400°C)将导致氢扩散出晶片。这样，短的焙烧时间对于阻止这氢从晶片中“气化出”是必要的。最好氢被捕捉和保持在块体材料(特別是多晶材料的情況)中。太阳能电池的背部覆盖铝粉浆涂层，其通过丝网印刷工艺施加。这个Al涂层首先干燥，然后在顶炉中“焙烧”以使它与掺杂硼的硅形成合金，因而形成“背表面区域”。可选择地，背表面铝粉浆被干燥，然后晶片被突然翻转，以在随后也被干燥的电接触图案上用银粉浆丝网印刷前表面。两个材料，背表面铝和前表面银的接触浆随后在単一焙烧步骤共焙烧(随后的焙烧參见上面)。这个共焙烧节省了一个エ艺步骤。背表面典型的全部覆盖铝基浆，同时前或顶表面丝网印刷有精細网状银基线，其连接到更大的母线导体来“收集”在下层掺杂Si发射层的耗尽区中或接近表面产生的电子。同吋，最高可能开ロ区域未覆盖为了光向电的转化。在这些浆干燥后，它们“共焙烧”。 背表面铝合金同时前表面浆在传送炉中高速高温烧结以在太阳能电池的前表面上形成光滑、低欧姆电阻导体。本发明直接涉及这样的共焙烧合金化/烧结エ艺和用于这样的共焙烧或其他エ 业エ艺的顶炉。目前可用于这样的共焙烧、合金化/烧结エ艺的顶传送带式炉具有分成多个区域的加热室。每ー个区域由各种形式的隔离体与外面环境隔绝，压缩隔离纤维板是最常见的。典型地，第一区域，仅在入口内供有比下2或3个区域更多的红外(IR)灯，从而迅速增加进来的硅晶片的温度到大约425°C -450°C。这个温度被保持为了下ー些区域以稳定晶片的温度和保证完全烧掉银粉浆的所有有机成分。目的是最小化接触中的所有碳含量， 由于碳被认为增加接触电阻。快速焙烧通常产生最有利的結果，因为杂质没有时间扩散进入发射层。高速率焙烧是关键的，由于使杂质扩散进入掺杂硅的发射区的活化能通常低于烧结银颗粒的活化能。为了获得该高焙烧速率，晶片进入高顶強度“高峰”区域，这里晶片的温度快速升到 700-950°C区间，然后通过各种方法冷却，直到晶片出炉。晶片在峰值温度不保持。一定程度上，峰值宽度应该最小化，也就是，保持短，同时上升和下降速度坡度应该是陡峭的。然而，在顶炉技术的现有状态中，这些必要条件没有满足。一定程度上，高強度高峰区域是简单地复制第一区域，其中顶灯沿晶片传输带布置，在带的上方和带的下方及其支撑系统。結果，现有技术受到在不同エ艺区域加热晶片的顶灯的高无效使用和在高峰区域中其特征在于宽峰和缓速度坡温度曲线的过度保持之苦。目前可用炉在高峰区域中能够产生从大约80°C到大约100°C/秒的区间的温度上升速度。由于峰值温度必须接近1000°C， 目前可用的以恒定传输带传送速率上升的速率需要高峰区域物理上是长的，因为带以恒定速度移动。目前エ艺的保持峰也太长。目前可用炉的浅曲线/宽峰特征エ艺限制在顶表面的金属接触上具有有害效果， 其明显限制如下的电池效率。前表面银粉浆典型地包含四相(1)作为粉末的载体和包含挥发溶剂和非挥发聚合物的媒介相；溶剂在干燥步骤挥发和聚合物在烧尽步骤期间除去；两个步骤都在实际峰区域焙烧步骤之前发生；(2)在焙烧期间保持浆到基板、溶解金属粉末和提供到基板的粘结的粘合相(有机树脂和玻璃料)；(3)功能相(形状为小球或薄片状的金属颗粒)；以及(4)调节剂(例如熔剂)，其为专用到浆カ加工的少量的添加剂，但其影响在焙烧中使用的需要的热分布图。溶剂在干燥机中在焙烧之前完全蒸发。随后树脂必须被完全烧掉以阻止碳妨碍金属接触的电性质量。这在大约425°C到450°C获得。随着温度在焙烧エ艺中继续上升， 玻璃料开始熔化。エ艺的这方面的温度根据玻璃料的成分和它的玻璃化转变温度Tg。氧化铅是玻璃料的重要成分，由于它溶解银颗粒。Tg典型的在550°C -600°C左右，在该温度，玻璃料从固态、无定形结构转换成更流态和可流动的结构。エ艺中的温度继续升高到 7000C -950°C区间来一起烧结银颗粒，这样形成较低电阻的导体。由于几个原因快速完成这顺序是重要的。第一，玻璃料玻璃必须不能流动太多， 否则丝网印刷接触线会变宽，因而通过阻塞更多来自入射太阳能辐射的电池表面而减小有效收集区域。第二，玻璃料很大程度上不该混合银颗粒由于这会増加接触的串联电阻。最后，所有该材料必须蚀刻穿透SiNx抗反射(ARC)涂层(厚度大约0. 15微米或0. 6微米的 1/4的目标波长来反射最小化)，但不继续传送穿过以前通过磷扩散到ρ型硅的顶表面上形成的“浅的”、掺杂Si的发射层。发射层通常厚度为0. 1到0. 5微米，但浅发射层通常在 0. 1-0. 2微米区间。这样，为了控制蚀刻深度，烧结必须快和彻底地被淬火。淬火，也就是，在蚀刻AR 涂层和形成玻璃到硅基底的良好的粘合性后，阻止银颗粒扩散进发射层(形成微晶)之下的硅，必须通过迅速冷却完成。这是关键的。如果银穿入太深而到掺杂Si的发射层，那么结被缩短。结果是电池释放效率，归因于用于产生的电子的短的电路路径。作为电池的低并联电阻特性，这也是已知的。但相反地，也绝对必要缓慢快速冷却，为了退火玻璃相来増加粘结性。总之，冷却曲线看起来像这样从峰焙烧温度快速冷却到大约700°C，然后慢速冷却用于退火目的，然后快速冷却来允许晶片在足够低的温度以能够通过机器人设备处理而出炉，机器人设备必须具有涂上橡胶的吸盘来从移动的传输器拿起晶片而不损伤表面。由于具有尺寸的和顶灯的成本限制，在高峰区域増加灯密度通常是不可行的方案。此外，峰温度在高峰区域仅保持几秒，下降热分布图需要陡峭。増加灯密度将明显适得其反，因为增加的密度容易导致更多的缓坡，由于高峰区域的内表面和产品上的反射。同样地，増加灯的功率目前也不可行，因为更高的输出将导致灯単元的过热，尤其是外部的石英管。大多数炉是热电偶控制的。既然顶灯并排布置，以1.25英寸量级的间距，每个灯加热相邻的灯。当热电偶检测温度接近900°C时，它们自动地削减给灯的功率。 这导致低功率密度，改变顶灯发射的光谱输出(所以较低能量输出)，导致需要降低传输带速度，这样慢化处理。依次，这导致进入其它区域的连锁反应，由于带是连续的和在ー个区域慢化将减慢在所有区域带的速度，所以调整必须在所有区域进行来补偿。依次，慢化上游或下游区域影响焙烧区域。灯的过热，例如，由于热电偶延迟或失败，能导致灯变形、下陷和最终失败。这种变形也影响传送到产品的顶输出的一致性。在炉中气氛控制是重要的。当许多镀金属炉操作在空气气氛中操作时，气氛必须是相对控制的和层状的或最低限度的湍流的，由于进入的空气能引导污染基底表面的颗粒，内部湍流能扰乱产品基底晶片，因为它们很薄、轻和脆，在150-350微米厚度的量级。此外，在高温处，内部湍流能导致灯振动，其导致疲劳衰坏、或不一致或降低的输出。相应地，在顶炉和顶焙烧エ艺技术中有未满足的需求，其为明显提高传统灯的净有效加热速度，以提供高峰区域的热分布图和更好的控制，以允许炉温度和气氛条件的改进控制，以改进淬火和退火分布图，以提高炉区域的热的一致性，和以改进这样的炉的生产量，同时在相同或减少的炉着陆区域上完成这些目的。
发明内容
本发明涉及具有多个热加热区的传送带或间歇式顶炉，包括至少ー个高峰区域 (spike zone)，其中顶加热元件被超高反射率(在高于大约95%顶反射率的量级)平板型反射器元件支持，区别于通常的块绝缘材料。可选择地，灯元件(elementa)可通过将它们放置在高反射率支持単元中的槽中而侧向隔离。在另ー个选择中，空气或惰性气体可沿通道表面被弓I导来实现灯的冷却。发明的高反射率支持平板导致有效地加倍加热速率和高级材料的炉加工生产量， 高级材料例如硅、硒、锗或镓基太阳能电池晶片。本发明也包括所有エ序控制系统，其导致改进的太阳能电池产量；和作为エ序操作的更好的控制的结果而获得提高效率的太阳能电池的焙烧方法，其特征在于，陡的温度上升和下降温度曲线、淬火和退火温度分布图的精确控制和非常陡的峰。本发明的改进控制延伸遍及烧尽、高峰、淬火、中断淬火和退火(回火)区来改进接触构成，降低氢的除气， 控制蚀刻深度和提高黏着性，此外改进电池输出的效率。发明的灯隔离系统通过在具有被顶灯阵列后面间隔的平板的高峰区模块中以实例说明执行。典型地，该顶灯以1.5英寸中心被间隔，反射器板在后地被间隔(分别高于或低于灯，沿炉方向的顶和底灯)，在从大约1英寸到4英寸的范围内，优选1英寸-2. 5英寸。在平的反射器板的选择中，所述板可逐渐地侧向波动，在灯的横向中心线之间，波动的肋平行和均勻间隔地布置来助于反射率的集中。在另ー选择中，可使用多个高反射率元件，其具有平行的深槽，或在单一高反射率元件中形成的深槽，其中，屏蔽肋布置在相邻对的灯之间。对于多数生产操作，该槽不必用顶透明传输窗覆盖。可选择地，在或接近灯处横跨炉导入的空气可用来冷却灯。在使用槽的情况下，空气可沿槽以层流被导引，和从在灯上的中心开ロ或从传输带区域的相反侧被排出。加热模块可単独使用，一个在炉传送带上，可选择地ー对被使用，布置成互相面对和间隔分开，ー个在炉传送带之上和一个在其之下，以在其中限定生产加工区域，区别于炉中其它区域。在一个灯由于干涉肋看不到相邻灯的深槽的可选实施例中，这提供了灯的互相之间的顶隔离，其阻止相邻灯互相之间加热。在使用深槽的地方，它们有宽范围的横截面图形，包括正方形、矩形、三角形、半圆形、抛物线形或它们形成部分五边形、六边形、八边形或椭圆形。槽的几何形状被选择以将顶辐射能量朝向产品引导穿过炉传送带，而不通过直接辐射加热相邻灯。可选择地，槽在它们的相反端开ロ用于在层流中沿槽指向的冷却气体流的进ロ或 /和排出。冷却气体至少在每一个通道的一端通过歧管被引入，且在另一端或端的中间排
M I ο高反射率元件的使用，在平板中，在发明的加热模块中的波形或深槽结构允许增加给灯的功率以基本全额定功率。这导致加热速率从大约160°C /秒増加到大约200°C / 秒，也就是，有效地加倍传统的100瓦/英寸灯的加热速率而没有导致灯调低、关闭或变形。 此外，发明的灯隔离系统允许増加传送带的速度，由此增加产品的生产量和收益。仅以实例说明，但现有可利用的传输炉以大约150英寸/分钟的传输速度操作，发明的加热元件隔离系统允许加倍速率到大约300英寸/分钟，旦那増加的速率是在900°C 士40°C的区间的高峰区域峰温度处。而ー些现有可用的传输炉声称在一直到大约250英寸/分钟可操作，它们不能在高功率密度下操作。本发明传输炉包括外套或外売，其形成与传统形式的绝缘体隔热的腔室，绝缘体例如纤维、纤维板或耐火砖。本发明的加热模块布置在外部隔热的外壳中。传送带位于上部和下部加热模块之间，且合适的功率和控制系统集成在炉系统中。在灯平面间的间隔是传送被焙烧的高级材料基板的传送带的通道。这是加工区域；这里描述的值得仿效的加工区域作为高峰区域。然而，应该理解炉的多个区域、直到所有区域能使用本发明的高反射率灯组件。对于前表面钝化应用，为快速热扩散(磷或硼)和/或快速热氧化，本发明的快速斜坡高峰区可位于炉的入口，当晶片被传输通过炉时，多个区域可用来维持扩散温度或氧化温度。来自上部的和/或下部的红外灯的辐射能量被优选由机械加工或铸造高级铝、白陶瓷材料形成的高反射率元件导引或聚焦，进入エ序加热管道，贯穿全部加工区域(烧尽、 高峰和淬火/中断区)以提供非常強烈的加热环境。本发明的高峰区域通常在700°C到 1000°C的范围内操作。灯功率的顶和底可単独或成组地被调整来获得每个区域的精确温度梯度控制。温度控制可使用热电偶基温度调节或电压控制功率调节来实行。优选电压控制功率调节，因为它由于稳定灯功率的维持而提供最快速的加热速率和更一致的加热結果，和一直可重复、可定义和恒定光谱输出。它约定波动灯输出对应于PID控制系统，其典型用来温度維持性能。在本发明的ー个重要方面，本发明的ェ序包括可操作配置功率、冷却系统(冷却空气流速率、量和流动路径、和热交換參数)和带速度，不仅互相単独地控制区域，而且控制单个灯，来获得纵向地沿贯穿不同区域的材料加工流动路径的热分布图的宽范围以生产具有明显改进的性能和效率的太阳能电池。本发明的高反射率元件提供了允许商业顶灯在或接近它们的最大允许功率水平的操作的重要特征，没有推动灯的温度超过石英灯封套开始软化、失去刚性、下陷和最终失效的安全操作温度。那特征是高反射率元件的几何结构，特别是在波动或槽的构造的例子，导致顶灯的输出被导引或/和聚焦成能量的高功率束导，其被引入加工区域用于加工区域中的优良可用的功率密度。此外，在深槽型构造的的情况下，相邻槽间的间隔肋阻止灯加热相邻灯，限制和导引顶辐射朝向加工区域。最后，层冷却气体或空气的使用有助于延长灯的寿命。在第一实施例中，冷却空气/气体从灯管的一端导引到另一端。在第二个、优选的实施例中，冷却空气从分配歧管通过灯的每一端的入口开ロ被供向灯的中心以通过位于或在反射器通道的中心的孔排出。典型地，冷却空气从压缩空气源被引入灯端，并且沿灯而不是向焙烧区域中导引，压缩空气源例如具有过滤器和干燥器的压缩系统。可选择使用的冷气体或空气穿过在位于大约沿区域的加工流动中心线的高反射率元件的背部(顶或底)中的中心排气孔或缝而离开冷却槽。冷却气体，现在是热的，可被收集和排出，或它们可通过歧管或槽循环进入炉的其它区域；例如，举例来说预热产品进入炉；通过反向循环上游到烧尽区域的能量重获；通过减慢感光和易碎材料的冷却速率的产品的过高峰区域回火；或在其它部分的加工中的基底上简单地移除有机残余物。加热冷却气体的这个循环允许能量的更高效使用。为了控制蚀刻深度，高峰区域中出现的烧结必须快速和彻底的淬火。淬火，也就是，在蚀刻AR涂层和产生玻璃到硅基底的良好的粘合性后，阻止银颗粒扩散进发射层(形成微晶)之下的硅，必须通过迅速冷却完成。这是关键的。如果银穿入太深到掺杂Si的发射层，那么结被缩短。结果是电池释放效率，归因于产生的电子的短的电路路径。作为电池的低并联电阻特性，这也是知道的。在本发明系统和エ艺中，该淬火完成在淬火区域，其特征在干，气刀组件的使用， 气刀组件仔細地使用控制的压缩空气体积，其具有的水平的空气在晶片的顶和/或底部被导向来迅速将温度从峰值区域的焙烧温度区间从大约800°C到大约1000°C下降到从大约 500°C到700°C的区间，典型地在一秒或两秒内下降200°C _400°C。此外，绝对必要的是，减慢或停止在淬火区域中产生的快速冷却以使玻璃相退火以改进黏着性。这完成在紧跟着淬火区域的可选的、新的中断淬火区域。这个区域包括限制数量的灯，典型地仅在晶片的接触面上方，但也可包括晶片下方的灯。这些灯的使用中断快速冷却、将温度稳定在450°C -700°C的区间，从而慢的、回火冷却能在随后的下游退火区域提供，从大约450°C -700°C降低到炉出ロ端的大约30°C -100°C的范围的温度。可选地且优选地，冷却空气导入这个中断淬火区域来改进温度分布图的控制。也就是，控制冷却空气和灯从而有小或没有冷却过调量是重要的，其在退火区域被反射式(bounce-back)跟随(曲线通常像数学平方根运算符号，V的形状)。在三个区域(峰值、淬火和中断淬火)中控制灯功率和空气的结果是陡峭上升和下降峰，短停滞和平滑曲线转换到中断淬火区域的退火区域的下游。
維持晶片温度来回火以改进在退火区域中的黏着性，接近出口处晶片进ー步冷却到30°C -100°C的量级以允许机器手或其他处理设备或人工从传送带和/或从/到编组台， 晶片被移动到其而转移离开帯。总之，冷却曲线可仔细地控制到目标加工的任何选择和配置的温度分布图，其具有在从大约80°C -200°C毎秒的加热和冷却曲线。在焙烧和下游区域的合成控制曲线通常看起来像这样快速加热到陡的、明确界定的、短停滞峰，从大约850°C -950°C的峰值焙烧温度快速冷却到大约400°C -500°C，然后为了退火目的缓慢冷却，以及最后冷却到允许晶片在足够低的温度(30°C -IOO0C )出炉，该足够低的温度能够使晶片被使用聚合体吸盘来从移动传送器拿起而不损坏表面地自动设备处理。峰值温度的停滞的短暂，也就是，峰分布图的锐度，可被控制和控制冷却的能力成为可能，正如选择性地规划带的速度，至在峰区域的单个灯的功率和下游区域的冷却，尤其是在淬火和中断淬火区域，如上述。本发明的炉系统控制器可为所有区域根据需要配置来提供用于焙烧的特定产品的预选择热分布图。本发明顶加热区的特征在于具有高反射率的陶瓷/绝缘材料的反射器，其使用任何几何形状，从平到深沟或槽型，来反射或/和聚焦最大可能的顶光，导引它进入加工区来加热被加工的产品。此外，由于灯设计或材料和浆组分(前面接触浆和背面场浆)的改进在未来成为可用，所以，本发明的高反射率元件模块容易容纳本领域的这种进步来提供改进的エ艺和更高效率的电池。高反射率元件的波纹或槽表面可包含任何几何形状例如抛物面或更高阶表面 例如，椭圆；半球；三角形；正方形；矩形；或梯形。
本发明參考附图详细描述，其中图1是四侧标高线图系列，显示出，首先在图IA中，使用至少ー个集成烧尽区、淬火区、中断淬火区和退火区的高反射率加热区域的本发明的炉的示例性侧视图；图IB是贯穿烧尽区的垂直截面图；图IC是通过峰值焙烧区、淬火区和中断淬火区又转变到退火区的垂直截面图；和图ID是通过退火区的垂直截面图；图2是采用本发明的高反射率元件模块、顶和低和示出到烧尽区的循环的典型峰值加热区的示意性等轴视图；图3是横向于产品流轴线的一系列示意性正视图，示出反射器槽的几何形状，其中图3A示出了带有在每个灯上方的冷却空气排气缝的灯上的平板高反射率元件，图:3B示出了在高反射率元件中形成的三角形反射槽几何形状，和图3C示出了在高反射率元件中形成的可选的抛物线几何形状槽，具有在带上和另ー个在下面的间隔的模块；图4是间隔的、成对的高反射率元件的模块的横向示例性等视轴图，该模块具有可选的深槽，在其中示出顶灯，和示出灯中心配件；图5是ー对沿加工路径的轴的示例性侧视图，示出在高反射率加热元件模块中的部件的关系，可选择的侧-到-中心冷却路径，和它们与传送带的关系，其中，图5A示出了侧-到-中心冷却流的第一实施例，和图5B示出了没有使用冷却空气或气体的平板高反射率元件的优选实施例；
图6是示出可选择的顶灯末端中心配件的系列图，其中图6A示出了横向截面图， 图6B等角地示出了灯中心配件的第一实施例，和图6C等角地示出了第二、优选中心配件； 以及图7是示出了控制參数和反馈回路的本发明エ艺的结构和方法方面的流程图。
具体实施例方式下面详细的描述以实施例的方式阐述了本发明，不是为了限制本发明的保护范围、等同或原则。这个说明书将清楚地使本领域技术人员制造和使用本发明，和描述ー些实施例，适应性变化、变形、可选择的和本发明的使用，包括现在被认为执行本发明的最佳方式。在这点上，本发明在几个图中阐述，和是足够复杂的，很多部件、相互关系、和其中简单的子組合不能完全在单ー专利性图中阐述。为了清楚和简洁，一些附图示例性示出，或省略，不必在图中来特定特征描述的部件，公开的本发明的方面或原则。例如，各种电动和气动连接到光、制动器和升降风箱，对本领域技术人员来说是常规的，没有示出。这样在一个附图中可示出一个特征的最佳模式实施例，和另ー特征的最佳模式将在另ー附图标出。图IA示意性地示出了传输炉10，其包含传送带13，传送带传输掺杂太阳能电池的晶片12经过加工区11，其连续经过多个炉加工模块或部分，包括烧尽段14 ；紧跟的峰焙烧段16 ；它的下游顺次是淬火段18 ；中断淬火段20 ；以及回火或退火段22，后者使用空气和/或水冷却。每ー炉段中的各自加工区域部分采用那段的名字；这样，烧尽，峰；淬火，中断淬火和退火“区”指加工体积和那段的炉硬件，传送带横向通过加工体积。传送带13，示意性地示出，从左向右移动并定义水平中心线(其上是段或区域的上模块和其下是段或区域的下模块)和纵向方向；这样，垂直于带移动定义为侧向或尺寸。 由于附图比例，没有产品示出在图1中的加工区域14、16、18、20和22中。入口和可选的出 ロ挡板Ma、24b分別布置在炉的入口端和出口端。典型地有上游干燥器，未示出。中间挡板，例如，在区域16和18之间，可提供。烧尽段包括多个三个或四个加热模块14a_14d，和焙烧段包括ー个或多个高峰区域模块16。注意烧尽、峰和中断淬火模块可为本发明的高反射率元件类型的顶灯加热模块，或仅高峰区域模块16可是本发明类型。图IA和IB也示出了热空气45的循环，为更大地改进能量效率，热空气45从高峰区域高反射率元件模块16返回上游到烧尽区域14中。空气通过強制通风系统27a作为排气28a在炉的上游端排出畑道外。此外，注入到淬火区18的空气通过強制通风系统27b作为排气28b排出。图IB和IC示出了环境空气沈，从中断淬火区域20中的底部导引和从退火区域22的底部和/或侧面导引，环境空气沈允许在这些区域控制温度分布图。注意在图IC中，在中断淬火区域20的底部引入的冷却空气沈通过那个区域和退火区域22间的区域分离壁KMe中的传输带间隙排出。可选择的，中断淬火区域20可通过其自己的畑道(未示出)单独排放。在退火区域22中，如图ID中最好所示，热交換系统，例如，水管歧管可用来帮助冷却(除冷却空气沈之外)。冷却空气沈通过强制通风系统27c作为排气 28c离开区域22。现在转向图IB的详细描述，这以纵向截面示出了烧尽区的左侧(右侧是对称的相同)，具有用于传送带13的在左手区域隔离壁10 的入口，其作为宽、平箭头示例性示出。 传送带路径通过传送中心线86示出为它横向区域朝向右。带之上和之下是示例性示出作为部分管和图中轴位置点的灯40的插入的端ロ 88从而使空气流动特征不模糊。上和下热循环歧管54U和ML，其可选择的，具有间隔孔47，用于从下游峰区域将热空气45排出，在图2中最好地示出。此外，压缩空气或惰性气体沈可被注入通过线92来帮助温度控制和烧尽挥发物和烟的排出。这热循环空气和控制气体形成通常的层流，通过从右向上左的延伸的大带状物45示出，其中它作为排气28a排出烟道歧管27a和烟道管。图IC从烧尽区14的右端向下游继续，示出在左端，到退火区22的左端，开始于区域分割壁l(Me的右側，在右端示出。如前，传送带的中心线显示为86。离开烧尽区14穿过区分割壁104b中的縫，在加工区11中运载生产的电池晶片12(为了简化未示出)的带13， 进入高反射率元件峰区域16，其在图2-6A中详细示出。顶灯，通过峰区域的高反射率元件被背靠支持，这里示出在可选的深槽构造中，将产品晶片温度从典型地在400°C-45(TC的范围内的烧尽温度迅速地提高到选择的峰温度，用于熔化印刷在上表面的接触线的银和烧结熔剂和合金化背侧浆。峰温度基于接触和背浆组分的特性被选择。本发明的高反射率元件峰区域模块以在超过80°C /秒到大约200°C /秒的范围的、优选地在超过大约100°C /秒到大约160°C /秒的范围的速率迅速焙烧太阳能电池晶片典型地进入到从大约750°C到大约950°C的范围。那个焙烧速率在两倍于现有炉容量的量级，且允许加热速率一直到最大灯额定功率而没有不适当的灯损坏，当以大于太阳能电池的生产量的2X量级提供有更大的操作效率吋。本发明的高反射率元件顶灯模块因此提供阻止氢从基板电池过量消除的高速率的温度增加坡度。在这个区域的灯能在子区域被供能，或単独程序供能从而峰值温度在接近出口区域分割壁10 处达到。峰值区域在区域分割壁l(Mc结束，且具有产品的带立即进入淬火区域18，其限定在壁l(Mc和壁104d之间。压缩空气或惰性气刀组件90包含侧面间隔的压缩空气管92，其具有在其中的狭縫，其形成和导引空气94的平面到带上的产品上。这以几百摄氏度非常快速地降低温度，阻止蚀刻穿过熔化的银接触进入掺杂的发射层。冷却曲线坡度相同陡峭，从而允许温度曲线峰的宽度控制，即，在接触熔化和烧结形成温度处的停留。总之，在高反射率元件峰区域和快速的、控制的淬火的灯功率的控制，允许这个关键峰停留加工步骤的精确控制。在离开刀之后的冷却空气变热和排出烟道强制通风系统和烟囱27b，作为独立于其它空气流的热空气^b。对于给定的传送带的速度和区域壁l(Mc和104d间的淬火区域的长度，压缩空气温度和体积可控制来提供用于特定エ业加工的任何预选量的冷却。在几秒内400°C到600°C的温度下降全部在本发明炉的能力之内。为了保证无过冷，也称为“过调量”，淬火通过灯40的組合在可选择的中断淬火区域20中停止，且可选择地辅助冷却空气沈通过挡板从下面进入。如在其他灯区域，至这些灯的能量能容易控制以提供任何水平的热，从而曲线转变光滑到需要回火和提升好的黏着性的退火温度，其在退火区域22中发生，仅在区域分割l(Me的下游(在这图的右側)。注意中断淬火和退火区域的缝是大的，允许空气流动而没有紊流进入下游区域22。图ID图示了退火区特征，其中电池在预选温度保持一定周期，足够提升粘着性， 然后冷却用于区域出ロ壁104f的卸货的下游。这个区域的温度分布图通过入口空气沈的組合可选择性控制，空气26通过底部入口 102导入，和/或通过侧壁端ロ 96。空气当它冷却晶片基底时被加热并作为热排出空气28c被排出強制通风系统27c，且这可以通过使用 ID风扇100控制和辅助。用于制备光电电池的金属化炉的两个实例在表1中示出，下面，一个没有干燥器段，实施例1，和一个带有干燥器段，实施例2。表1金属化焙烧炉结构
权利要求
1.一种用于具有至少ー个加工区的热加工炉的顶灯加热模块，在操作組合中包括a)高反射率氧化铝陶瓷元件，具有配置为平的、波纹或槽表面的至少一面；b)顶灯阵列，间隔自所述高反射率元件配置的面，其中所述面配置有波纹或通道，所述阵列的每ー个所述灯的中心线被中心定位在且平行于所述波纹或通道的中心线；以及c)装置，用于维持所述灯与所述高反射率元件的间隔关系以有效地将来自所述灯的顶光导引进入所述エ艺区。
2.如权利要求1所述的顶灯加热模块，其中所述高反射率元件包括通道，通道中的每 ー个配置有一般选自抛物线、椭圆、半圆、三角、正方形、矩形或梯形的横截面几何形状。
3.如权利要求1所述的顶灯加热模块，其包括在每ー个所述通道的每一端的在每ー个所述维持装置中的端ロ，用作冷却用气体穿过的通路。
4.如权利要求3所述的顶灯加热模块，其包括通过所述高反射率元件与所述通道的每一个相通的排出ロ，所述排出ロ布置在所述通道的侧端的中间，所述端ロ适合于将在所述端ロ处进入的在所述通道的表面和所述灯之间的环形中的冷却气体传到所述中间排出ロ。
5.如权利要求3所述的顶灯加热模块，其中与每个灯关联的一个所述端ロ是用于冷却气体的入ロ，和与相同灯关联的相对端ロ是排出ロ，从而冷却气体在ー个ロ被导入，通过在灯和通道表面之间的环中的传送来冷却灯，通过相对的端ロ排出。
6.如权利要求3所述的顶灯加热模块，其包括至少ー个排出气体管，用来从所述通道上游排出到所述炉的第二加工区的热冷却气体的循环。
7.ー种具有多个加工区的改进的顶灯加热炉，所述区包括用于传输要被连续加工通过所述区的产品的传送带和冷却系统，在操作組合中，改进包括a)具有至少一面配置为平的、波纹或槽表面的高反射率氧化铝陶瓷元件；b)顶灯阵列，间隔自所述高反射率元件配置的面，其中所述面配置有波纹或通道，所述阵列的每ー个所述灯的中心线被中心定位在且平行于所述波纹或通道的中心线；以及c)装置，用于维持所述灯与所述高反射率元件的间隔关系，以有效地将来自所述灯的顶光导引进入所述加工区。
8.如权利要求7所述的改进的顶灯加热的加工炉，其中所述高反射率顶灯模块提供给高峰焙烧区。
9.如权利要求8所述的改进的顶灯加热的加工炉，其包括排出系统，其将从所述高峰焙烧区的上游回收的加热气体循环到烧尽区和干燥区中的至少ー个。
10.如权利要求9所述的改进的顶灯加热的加工炉，其中所述炉包括所述高峰焙烧区的下游的回火区。
11.如权利要求10所述的改进的顶灯加热的加工炉，其中所述炉包括在所述高峰焙烧区和所述回火区之间的中间的淬火区和中断淬火区中的至少ー个。
12.如权利要求11所述的改进的顶灯加热的加工炉，其中所述淬火区包括至少ー个气刀组件，用于在它离开所述高峰焙烧区时快速降低在所述传送带上的产品的温度。
13.如权利要求12所述的改进的顶灯加热的加工炉，其中所述中断淬火区包括至少ー 个顶灯，以中断为在所述退火区内回火准备的所述产品的冷却。
14.如权利要求13所述的改进的顶灯加热的加工炉，其中所述退火区包括用于控制量的冷却空气的导入的口和热交換组件中的至少ー个，以将所述产品的温度带到期望处理的温度。
15.如权利要求7所述的改进的顶灯加热的加工炉，其包括控制器，用于控制所述传送带的移动的速率、给所述顶灯隔离模块中的每ー个所述顶灯的和所述冷却系统的功率，以提供相对无限范围的贯穿所述炉的区的热加热和冷却曲线。
16.在具有运载产品通过多个加工区的传送带的エ业加工炉中加热产品的方法，包括步骤a、在至少ー个焙烧区中提供阵列排列的多个顶灯；b、提供高反射率元件，其在所述焙烧区中邻近所述灯，并布置成使得所述灯在所述高反射率元件和在所述焙烧区中运载产品的所述传送带之间，以有效地将顶光从所述灯导引到所述加工区中的所述产品上；c、所述高反射率元件配置有选自平的、波纹和槽的面对所述灯的表面，所述元件包括具有至少高于95%的顶反射率的白色的高温度氧化铝陶瓷；d、控制气流进入所述加工焙烧区而不扰乱在所述传送带上的产品，所述空气流动进入所述加工焙烧区，在所述产品的加工期间被加热；以及e、从所述焙烧区排出所述即时热的气体并将它循环到所述炉的第二区。
17.如权利要求16所述的方法，其包括将来自所述焙烧区上游的所述加热气体循环到烧尽区和干燥区的至少ー个中来提高热交換的热操作的效率的步骤。
18.如权利要求16所述的方法，其包括通过传送所述产品进入接触被导引到所述产品的至少ー个表面上的冷空气喷射流，将在所述焙烧区的仅下游的淬火区中的所述产品快速淬火的步骤。
19.如权利要求18所述的方法，其包括通过提供来自至少一个顶灯的控制水平的热来阻止产品的冷却低于预选的最小值的所述产品的中断淬火的步骤。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述加工适合于焙烧太阳能电池晶片，所述加工包括如下配置步骤灯功率的控制、所述传输带速度、和所述焙烧区的下游的所述产品的冷却来提供预选择的热加热和冷却分布图以生产具有改进效率的太阳能电池。
全文摘要
高反射率元件IR灯模块和用于太阳能电池加工的烧结多区IR炉的方法，包括通过超高反射率陶瓷材料的平的或配置板的背部支持布置的灯。可选择地，高反射率板可配置为有波纹或槽来分隔加工区中的每个灯与相邻的灯。炉冷却空气被排出和为了能量守恒而上游循环。灯间隔可变化和每个灯的功率独立控制来提供每一加热区的温度分布图的无限控制。高反射率元件可由密度陶瓷纤维板构成，然后覆盖高反射率陶瓷组分，和烤或焙烧以形成最终元件。
文档编号F27B9/30GK102538453SQ201110372480
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者彼得·G·拉给, 理查·W·帕克斯, 路易斯·阿雷安卓·芮·加希亚 申请人:Tp太阳能公司