[发明专利]一种扩散炉炉口回流部件

说明书

技术领域

本发明涉及一种扩散炉的炉口回流部件。

背景技术

硼扩散掺杂是光伏界实现高效率、低成本、提高市场竞争力的主要壁垒，其实现难点有工艺技术方面的原因，也有设备结构方面的原因。工艺技术方面主要在于硼扩散掺杂的中间产物氧化硼(B₂O₃)的沸点很高，抑制了硼扩散掺杂的均匀性。硼扩散设备分为低压扩散设备和常压扩散设备，其中低压扩散设备较为昂贵，低压扩散炉需要性能良好的真空设备，提高了设备的造价，增加了太阳电池的生产成本，目前文献报道较多的是与ECN合作的Tempress低温扩散炉(A.R.Burgers，L.J.Geerligs，A.J.Carr，A.Gutjahr，et al.，19.5％efficient n-type Si solar cells made in production，26^th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition，5-9September 2011，Hamburg，Germany)。

常压扩散是目前太阳电池生产、研究中广泛使用的制结扩散设备。设备技术成熟，结构稳定，主要用于p-Si太阳电池发射极磷扩散。采用扩散方式实现不同类型掺杂层的过程中，扩散炉管口的密封部件起到了相对隔绝扩散石英管内部掺杂气体与外界气体之间相互交换的作用，即起到管口密封的作用，对于开管扩散来说同时起到尾气排放的作用。图1为目前常压高温开管扩散炉示意图，主要包括扩散石英管100、石英炉门101、石英栓102、石英套管103、弹簧104、桨固定系统105、桨106及尾气管107。石英炉门101直径大于扩散石英管100的外径，石英炉门101通过中空部位1010安装放置在桨106上。石英栓102通过石英门100上的两个小孔1011由弹簧104实现缓冲减震与桨固定系统105相互连接，在桨106推进的前限位处由于扩散石英管100与石英炉门101之间的相互挤压使弹簧104发生形变，弹簧104的反作用力使扩散石英管100与石英炉门101之间相互闭合，实现掺杂混合气体的相对封闭。同时尾气排放管107与石英炉门101构成一个整体，实现石英炉门100的平衡稳定性。这种常规开管扩散炉对于磷杂质等这一类掺杂元素来说是能够实现较好的掺杂效果的。但是对于硼掺杂来说，由于实现硼扩散掺杂过程中所生成的硼物质(包括氧化硼、硼酸及偏硼酸等)熔点较高，在恒温区以外靠近扩散石英管100管口的附近所生成的硼物质由于遇冷而快速冷却凝固成为固体，不仅会造成尾气管107的堵塞，在扩散石英管100与石英炉门101的接口处还会形成扩散石英管100与石英炉门101之间的“粘结剂”，使得扩散石英管100与石英炉门101之间相互粘结。由于石英炉门101是放置安装在桨106上的，工艺过程完成后在桨106运动出炉的过程中，会发生扩散石英管100被拉出来的情况，容易造成扩散石英管100的损坏，甚至形成生产危险隐患。其次，扩散石英管100与石英炉门101在相互挤压过程中产生了相互作用力，同时弹簧104的形变也会产生一个反作用力，石英炉门101在两个作用力下，由于受力不均容易发生倾斜，固化了的硼物质使得这种倾斜难以恢复，在下一次与扩散石英管100挤压的过程中容易造成石英炉门101的损坏或者扩散石英管100的损坏。

由此可知，目前上述“盖板”式扩散石英管管口环岛部件设计方式对于常压高温扩散实现硼掺杂会带来以下问题及生产隐患。首先，在扩散过程中形成的硼物质由于其熔点很高，容易在尾气管中沉积固化，造成排气管的堵塞，不仅降低扩散层掺杂的均匀性、容易导致形成石英器件的破裂，而且容易造成进出炉过程中有害气体的外泄，形成事故；其次，硼物质的固化沉积，容易造成扩散炉器件之间(例如扩散石英管、石英炉门、桨等)相互粘结在一起，在扩散石英管管口与石英炉门的接口处固化沉积，造成石英炉门与扩散石英管之间相互粘结在一起，造成石英器件的损坏，提高生产成本，也会带来人员伤亡，成为生产安全隐患；第三，石英炉门通过弹簧与固定装置相互连接，弹簧被挤压发生形变对石英炉门产生的反作用力使扩散石英管与石英炉门之间挤压、接触，实现扩散混合气体的相对密封，在这个过程容易造成由于作用力的不均匀而造成盖板倾斜，提高了扩散石英管及石英炉门挤压损坏的概率；第四，石英管内壁光滑，尤其对于开管扩散来说扩散掺杂混合气体难以形成回流，降低了掺杂源的有效利用率；第五，对于开管扩散来说会进一步提高掺杂的不均匀性，而闭管和软着陆扩散来说，扩散炉器件的损坏率和事故率会更高。

发明内容