專利名稱：一種擴散爐爐口回流部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種擴散爐的爐口回流部件。
背景技術(shù)：
硼擴散摻雜是光伏界實現(xiàn)高效率、低成本、提高市場競爭力的主要壁壘，其實現(xiàn)難點有工藝技術(shù)方面的原因，也有設(shè)備結(jié)構(gòu)方面的原因。工藝技術(shù)方面主要在于硼擴散摻雜的中間產(chǎn)物氧化硼(B2O3)的沸點很高，抑制了硼擴散摻雜的均勻性。硼擴散設(shè)備分為低壓擴散設(shè)備和常壓擴散設(shè)備，其中低壓擴散設(shè)備較為昂貴，低壓擴散爐需要性能良好的真空設(shè)備，提高了設(shè)備的造價，增加了太陽電池的生產(chǎn)成本，目前文獻報道較多的是與 ECN 合作的 Tempress 低溫擴散爐(A. R. Burgers, L. J. Geerligs, A. J. Carr, A. Gutjahr, et al. , 19. 5% efficient n-type Si solar cells made in production, 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition，5_9September 2011,Hamburg, Germany)。常壓擴散是目前太陽電池生產(chǎn)、研究中廣泛使用的制結(jié)擴散設(shè)備。設(shè)備技術(shù)成熟， 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，主要用于P-Si太陽電池發(fā)射極磷擴散。采用擴散方式實現(xiàn)不同類型摻雜層的過程中，擴散爐管口的密封部件起到了相對隔絕擴散石英管內(nèi)部摻雜氣體與外界氣體之間相互交換的作用，即起到管口密封的作用，對于開管擴散來說同時起到尾氣排放的作用。圖I 為目前常壓高溫開管擴散爐示意圖，主要包括擴散石英管100、石英爐門101、石英栓102、 石英套管103、彈簧104、槳固定系統(tǒng)105、槳106及尾氣管107。石英爐門101直徑大于擴散石英管100的外徑，石英爐門101通過中空部位1010安裝放置在槳106上。石英栓102 通過石英門100上的兩個小孔1011由彈簧104實現(xiàn)緩沖減震與槳固定系統(tǒng)105相互連接， 在槳106推進的前限位處由于擴散石英管100與石英爐門101之間的相互擠壓使彈簧104 發(fā)生形變，彈簧104的反作用力使擴散石英管100與石英爐門101之間相互閉合，實現(xiàn)摻雜混合氣體的相對封閉。同時尾氣排放管107與石英爐門101構(gòu)成一個整體，實現(xiàn)石英爐門 100的平衡穩(wěn)定性。這種常規(guī)開管擴散爐對于磷雜質(zhì)等這一類摻雜元素來說是能夠?qū)崿F(xiàn)較好的摻雜效果的。但是對于硼摻雜來說，由于實現(xiàn)硼擴散摻雜過程中所生成的硼物質(zhì)(包括氧化硼、硼酸及偏硼酸等)熔點較高，在恒溫區(qū)以外靠近擴散石英管100管口的附近所生成的硼物質(zhì)由于遇冷而快速冷卻凝固成為固體，不僅會造成尾氣管107的堵塞，在擴散石英管100與石英爐門101的接口處還會形成擴散石英管100與石英爐門101之間的“粘結(jié)劑”，使得擴散石英管100與石英爐門101之間相互粘結(jié)。由于石英爐門101是放置安裝在槳106上的，工藝過程完成后在槳106運動出爐的過程中，會發(fā)生擴散石英管100被拉出來的情況，容易造成擴散石英管100的損壞，甚至形成生產(chǎn)危險隱患。其次，擴散石英管100 與石英爐門101在相互擠壓過程中產(chǎn)生了相互作用力，同時彈簧104的形變也會產(chǎn)生一個反作用力，石英爐門101在兩個作用力下，由于受力不均容易發(fā)生傾斜，固化了的硼物質(zhì)使得這種傾斜難以恢復，在下一次與擴散石英管100擠壓的過程中容易造成石英爐門101的損壞或者擴散石英管100的損壞。
由此可知，目前上述“蓋板”式擴散石英管管口環(huán)島部件設(shè)計方式對于常壓高溫擴散實現(xiàn)硼摻雜會帶來以下問題及生產(chǎn)隱患。首先，在擴散過程中形成的硼物質(zhì)由于其熔點很高，容易在尾氣管中沉積固化，造成排氣管的堵塞，不僅降低擴散層摻雜的均勻性、容易導致形成石英器件的破裂，而且容易造成進出爐過程中有害氣體的外泄，形成事故；其次， 硼物質(zhì)的固化沉積，容易造成擴散爐器件之間(例如擴散石英管、石英爐門、槳等)相互粘結(jié)在一起，在擴散石英管管口與石英爐門的接口處固化沉積，造成石英爐門與擴散石英管之間相互粘結(jié)在一起，造成石英器件的損壞，提高生產(chǎn)成本,也會帶來人員傷亡,成為生產(chǎn)安全隱患；第三，石英爐門通過彈簧與固定裝置相互連接，彈簧被擠壓發(fā)生形變對石英爐門產(chǎn)生的反作用力使擴散石英管與石英爐門之間擠壓、接觸，實現(xiàn)擴散混合氣體的相對密封， 在這個過程容易造成由于作用力的不均勻而造成蓋板傾斜，提高了擴散石英管及石英爐門擠壓損壞的概率；第四，石英管內(nèi)壁光滑，尤其對于開管擴散來說擴散摻雜混合氣體難以形成回流，降低了摻雜源的有效利用率；第五，對于開管擴散來說會進一步提高摻雜的不均勻性，而閉管和軟著陸擴散來說，擴散爐器件的損壞率和事故率會更高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述常壓高溫擴散爐設(shè)備的缺點，提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)的擴散爐的爐口回流部件，本發(fā)明不會對工藝襯底造成污染，也不會影響生產(chǎn)產(chǎn)能。 本發(fā)明在實現(xiàn)常壓高溫硼擴散爐密封的同時解決了石英爐門與擴散石英管之間相互粘結(jié)的問題，避免擴散爐器件之間的相互粘結(jié)，并在實現(xiàn)硼常壓高溫擴散摻雜的同時杜絕了尾氣管的堵塞，使尾氣能夠及時排放。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案。本發(fā)明擴散爐的爐口回流部件設(shè)置在靠近石英管內(nèi)管口處，為多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)。所述的環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)包括環(huán)形阻流環(huán)和圓形的阻流板。所述的環(huán)形阻流環(huán)設(shè)置在石英管內(nèi)靠近管口的管壁上。環(huán)形阻流環(huán)具有向石英管內(nèi)突出的凸起，所述的凸起的橫截面為方形。所述的阻流板間隔地安裝在石英管內(nèi)，和所述的環(huán)形阻流環(huán)相對布置，阻流板的數(shù)量至少與所述的環(huán)形阻流環(huán)的數(shù)目相等。所述阻流板的外徑略小于與其相對的環(huán)形阻流板的內(nèi)徑。所述的阻流板和所述的環(huán)形阻流環(huán)同心布置，阻流板和環(huán)形阻流環(huán)之間留有縫隙，形成環(huán)形的流道截面，從而構(gòu)成一組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)。多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)間隔地設(shè)置在石英管內(nèi)靠近管口的內(nèi)壁上。按照每組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)中的環(huán)形阻流環(huán)的內(nèi)徑和阻流板的外徑大小由里至外向石英管管口方向間隔布置。每組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)中，所述的阻流板與所述的環(huán)形阻流環(huán)一一對應相對布置，即外徑最小的阻流板與內(nèi)徑最小的環(huán)形阻流環(huán)對應，安裝在石英管的最里處。外徑稍大的阻流板安裝在靠外的位置，與內(nèi)徑稍大的環(huán)形阻流環(huán)相對布置。直徑最大的阻流板安裝在最靠近石英管管口處，位于最靠近石英管管口的阻流板可以不設(shè)置與其相對的環(huán)形阻流環(huán)，所述的位于最靠近石英管管口的阻流板和石英管管壁之間的縫隙形成環(huán)形的流道截面，從而構(gòu)成最靠近石英管口的環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)。如上所述，環(huán)形阻流環(huán)的內(nèi)徑和與環(huán)形阻流環(huán)相對布置的阻流板的外徑由里至外，即向石英管管口方向依次遞增，多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)如此布置，構(gòu)成多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)。所述的阻流板由圓形的阻流片及其套管座組成。所述的阻流片安裝在套管座上。 所述的套管座是一段方形管。在每個圓形的阻流片上離圓心等距離處開有相同的方孔，方孔與方形套管座相配合，并固連為一體。一個方形套管座可以安裝多個所述的阻流片，構(gòu)成一組阻流板。所述的方形套管座上的阻流片至少為一片，當所述的阻流片的數(shù)量大于I時， 所述阻流片的直徑或者相等，或者由內(nèi)到外依次增大。阻流板的作用在于實現(xiàn)石英管內(nèi)部摻雜的混合氣體的阻擋和回流。所述的套管座方形管的內(nèi)尺寸與安裝在石英管內(nèi)的方形的漿的外尺寸相同。所述的阻流板通過所述的套管座套裝在所述的漿上，與所述的槳保持相對靜止。所述的環(huán)形阻流環(huán)和阻流板采用高純石英材料制作。本發(fā)明具有以下有益效果(I)所述的阻流板和所述的環(huán)形阻流環(huán)之間在相對密封的同時存在有一定的縫隙，形成了通道，能夠保證對人體有害的尾氣能夠得到及時排放，避免造成生產(chǎn)事故；(2)所述的阻流板安裝在所述的槳上，與外界任何部件及石英管之間不存在直接接觸，不會因為相互之間的擠壓或受力不均而發(fā)生傾斜或者變形，減小了石英器件的破損率,降低了生產(chǎn)成本。(3)通過設(shè)置具有不同內(nèi)徑的環(huán)形阻流環(huán)及阻流板，阻擋了摻雜氣體向管口運動， 促使形成摻雜氣體回流，提高了擴散層摻雜的均勻性。


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具體實施例方式以下結(jié)合附圖及具體實施方式
進一步說明本發(fā)明。如圖3所示，本發(fā)明擴散爐的爐口回流部件設(shè)置在靠近石英管內(nèi)管口處，為多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)。所述的環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)包括環(huán)形阻流環(huán)和圓形的阻流板。如圖4、圖5所示，所述的環(huán)形阻流環(huán)2000、2001設(shè)置在石英管2002內(nèi)部靠近管口的管壁上。環(huán)形阻流環(huán)向石英管內(nèi)突出的凸起，其橫截面為方形。2003為石英管管口處向外凸起的外沿，是目前擴散石英管已有的，其作用在于方便石英管安裝、拆裝時拖拽。如圖3所示，一組所述的阻流板2010、2011、2012間隔地安裝在石英管內(nèi)，和所述的環(huán)形阻流環(huán)相對布置，阻流板的數(shù)量至少與所述的環(huán)形阻流環(huán)的數(shù)目相等。所述阻流板的外徑略小于與其相對的環(huán)形阻流板的內(nèi)徑。所述的阻流板和所述的環(huán)形阻流環(huán)同心布置，阻流板和環(huán)形阻流環(huán)之間留有縫隙，形成環(huán)形的流道截面，從而構(gòu)成一組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)。多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)間隔地設(shè)置在石英管2002內(nèi)部靠近管口的一側(cè)。按照每組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)中的環(huán)形阻流環(huán)的內(nèi)徑和阻流板的外徑大小由里至外向石英管管口方向間隔布置。每組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)中，所述的阻流板與所述的環(huán)形阻流環(huán)一一對應相對布置， 即外徑最小的阻流板2010與內(nèi)徑最小的環(huán)形阻流環(huán)2000對應，安裝在石英管的最里處。外徑稍大的阻流板2011安裝在靠外的位置，與內(nèi)徑稍大的環(huán)形阻流環(huán)2001相對布置。直徑最大的阻流板2012安裝在最靠近石英管管口處，位于最靠近石英管管口的阻流板2012可以不設(shè)置與其相對的環(huán)形阻流環(huán)，所述的位于最靠近石英管管口的阻流板2012和石英管管壁之間的縫隙形成環(huán)形的流道截面，從而構(gòu)成最靠近石英管口的環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)。如上所述，環(huán)形阻流環(huán)的內(nèi)徑和與環(huán)形阻流環(huán)相對布置的阻流板的外徑由里至外，即向石英管管口方向均依次遞增，間隔布置，多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)如此布置，組成多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)。如圖6、圖7所示，一組所述的阻流板由圓形的阻流片2010b、2011b、2012b及其套管座2010a、2011a、2012a組成。第一阻流板2010的阻流片2010b安裝在第一套管座2010a 上，第二阻流板2011的阻流板2011b安裝在第二套管座2011a上，第三阻流板2012的阻流片2012b安裝在第三套管座2012a上。所述的第一、二、三套管座均是一段方形管。在各圓形的阻流片上離圓心等距離處開有尺寸和位置一樣的方孔，方孔的兩個直邊與阻流片上過方孔中心之直徑相垂直，所述的方孔與方形套管座相配合，并固連為一體。一個方形套管座可以安裝多個所述的阻流片。阻流板的作用在于實現(xiàn)石英管內(nèi)部摻雜的混合氣體的阻擋和回流。所述的套管座方形管內(nèi)的尺寸與安裝在石英管內(nèi)的方形的漿的外尺寸相同。所述的阻流板通過所述的套管座套裝在所述的漿上，與所述的槳保持相對靜止。所述的阻流片至少為一片，當所述的阻流片的數(shù)量大于I時，所述阻流片的直徑或者相等，或者由內(nèi)到外依次增大。圖8、圖9所示為本發(fā)明阻流板的實施例示意圖，阻流板2010、2011和2012安裝在擴散石英管內(nèi)的方形的槳203上，槳203與石英管外的固定裝置204相連，以固定槳，并控制漿的水平運動，同時保證了槳與阻流板之間的相對靜止。一組石英管管口回流石英擋板間隔地穿過槳安裝在石英管管內(nèi)，按直徑大小從內(nèi)向外布置，與所述的環(huán)狀突起部對應相對布置，如圖10所不,第一阻流板2010的中心與第一環(huán)形阻流環(huán)2000對應，即2010的中心與2000的中心對應重合；第二阻流板2011在第一阻流板2010的外側(cè)，第二阻流板2011的中心與第二阻流環(huán)2001的中心重合，第三阻流板2012放置在最外側(cè)。圖10所示為本發(fā)明多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)的實施例示意圖，環(huán)形阻流環(huán)與圓形阻流板之間的縫隙形成環(huán)流截面，此環(huán)流截面為尾氣排放通道，排放的尾氣進入到爐口密封裝置205所構(gòu)成的廢氣室206，由此排放進入到尾氣處理塔。
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為了增強密封效果，本發(fā)明所采用的阻流板可為多種結(jié)構(gòu)，如圖11所示。多種阻流板結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于阻流板上的阻流片的數(shù)量、直徑和形狀不同當所述的阻流片的數(shù)量大于I時，阻流片的直徑或者相等，或者外側(cè)阻流片的直徑略大于內(nèi)側(cè)阻流片直徑。所述的阻流擋片在所述的阻流板上的布置方式可以是均布，或者為“H”型結(jié)構(gòu)，即在套管座兩端固連阻流擋片，如圖Ilb ;并且，阻流片的厚度可以不相等。相對而言，阻流片直徑逐漸增大的阻流板的結(jié)構(gòu)對于改善常壓開管擴散的摻雜均勻性更有利。圖Ila為套管座上的圓形阻流片數(shù)目僅為I片的形狀示意圖，圖Ilb為圓形阻流板上圓形阻流片的數(shù)量為2片的形狀示意圖，為了能夠保證圓形阻流板在使用過程中的平衡穩(wěn)定性，圓形阻流片分別固連在套管座的兩端，兩個圓形阻流片的直徑或者相等，或者靠近爐口一側(cè)的直徑稍大。圖Ilc及圖Ild所示為圓形阻流片數(shù)量分別為3、4片時候的情況，圓形組六片數(shù)量的增多對于襯底摻雜層均勻性的改進有所提高，各個圓形阻流片之間直徑或者相等，或者靠近爐口一側(cè)的直徑增大。在擴散工藝過程中，本發(fā)明形成了擴散石英管內(nèi)部混合氣體向外流動的“壁壘”， 促使含有摻雜源，如氧化硼(B2O3)、溴化硼(BBr3)、硼酸(H3BO3)等硼產(chǎn)物的摻雜混合氣體形成回流，能夠提高摻雜源的利用率，減少甚至杜絕硼產(chǎn)物流向爐口的量，降低在爐口的沉積量率，避免石英器件之間相互粘結(jié)、破損。為了增強本發(fā)明擴散爐的爐口回流部件的效果，可增加所述的環(huán)形阻流板的數(shù)量。相應地，阻流板的數(shù)量也應增加?？傮w來說，所述的阻流板的數(shù)量比所述的環(huán)形阻流板的數(shù)量多一個或一個以上。
權(quán)利要求
1.一種擴散爐爐口回流部件，其特征在于，所述的爐口回流部件為多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)；所述的環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)包括環(huán)形阻流環(huán)和圓形的阻流板；所述的環(huán)形阻流環(huán)設(shè)置在石英管內(nèi)靠近管口的管壁上，環(huán)形阻流環(huán)具有向石英管內(nèi)突出的凸起，所述的凸起的橫截面為方形；所述的阻流板間隔地安裝在石英管內(nèi)，和所述的環(huán)形阻流環(huán)相對布置，阻流板的數(shù)量至少與所述的環(huán)形阻流環(huán)的數(shù)目相等；所述阻流板的外徑略小于與其相對的環(huán)形阻流環(huán)的內(nèi)徑；所述的阻流板和所述的環(huán)形阻流環(huán)同心布置，阻流板和環(huán)形阻流環(huán)之間留有縫隙，形成環(huán)形的氣流通道，構(gòu)成一組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)；所述的多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)間隔地設(shè)置在石英管內(nèi)靠近管口的一側(cè)，按照每組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)中的環(huán)形阻流環(huán)的內(nèi)徑和阻流板的外徑大小由里至外向石英管管口方向間隔布置；每組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)中，所述的阻流板與所述的環(huán)形阻流環(huán)一一對應相對布置，即外徑最小的阻流板與內(nèi)徑最小的環(huán)形阻流環(huán)對應，安裝在石英管的最里處；外徑稍大的阻流板安裝在靠外的位置，與內(nèi)徑稍大的環(huán)形阻流環(huán)相對布置；直徑最大的阻流板安裝在最靠近石英管管口處，位于最靠近石英管管口的阻流板可以不設(shè)置與其相對的環(huán)形阻流環(huán)，所述的位于最靠近石英管管口的阻流板和石英管管壁之間的縫隙形成環(huán)形的流道截面，從而構(gòu)成最靠近石英管口的環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)；如上所述，環(huán)形阻流環(huán)的內(nèi)徑和與環(huán)形阻流環(huán)相對布置的阻流板的外徑由里至外，即向石英管管口方向依次遞增，多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)如此布置，構(gòu)成多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的擴散爐爐口回流部件，其特征在于，所述的阻流板由圓形的阻流片及其套管座組成；所述的阻流片安裝在套管座上；所述的套管座是一段方形管；在每個所述的阻流片上離圓心等距離處開有相同的方孔，方孔與所述的套管座相配合，并固連為一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的擴散爐爐口回流部件，其特征在于，所述的方形套管座上的阻流片至少為一片，當所述的阻流片的數(shù)量大于I時，所述阻流片的直徑相等，或者由內(nèi)到外依次增大。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的擴散爐爐口回流部件，其特征在于，一個所述的方形套管座安裝多個所述的阻流片，構(gòu)成一組阻流板。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的擴散爐爐口回流部件，其特征在于，所述的環(huán)形阻流環(huán)和阻流板采用高純石英材料制作。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的擴散爐爐口回流部件，其特征在于，所述的套管座方形管的內(nèi)尺寸與安裝在石英管內(nèi)的方形的漿的外尺寸相同；所述的阻流板通過所述的套管座套裝在擴散爐的槳上，與所述的槳保持相對靜止。
全文摘要
一種擴散爐爐口回流部件，為多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)。環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)的環(huán)形阻流環(huán)具有向石英管內(nèi)突出的凸起。環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)的阻流板和環(huán)形阻流環(huán)相對布置，安裝在石英管內(nèi)。阻流板和環(huán)形阻流環(huán)同心布置，阻流板和環(huán)形阻流環(huán)之間留有縫隙，形成環(huán)形的氣流通道，構(gòu)成一組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)；多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)按照每組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)中的環(huán)形阻流環(huán)的內(nèi)徑和阻流板的外徑大小由里至外向石英管管口方向間隔布置，即環(huán)形阻流環(huán)的內(nèi)徑和與環(huán)形阻流環(huán)相對布置的阻流板的外徑由里至外，即向石英管管口方向依次遞增，多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)如此布置，構(gòu)成多組環(huán)島形回流結(jié)構(gòu)。
文檔編號C30B31/16GK102605431SQ20121007335
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者周春蘭, 湯葉華, 王文靜, 費建明 申請人:中國科學院電工研究所