进气组件和扩散设备的制作方法

本发明涉及太阳能电池及其制造领域，尤其涉及一种进气组件和扩散设备。

背景技术：

随着全球煤炭、石油、天然气等常规化石能源消耗速度加快，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，人类社会的可持续发展已经受到严重威胁。世界各国纷纷制定各自的能源发展战略，以应对常规化石能源资源的有限性和开发利用带来的环境问题。太阳能凭借其可靠性、安全性、广泛性、长寿性、环保性、资源充足性的特点已成为最重要的可再生能源之一，有望成为未来全球电力供应的主要支柱。

在新一轮能源变革过程中，我国光伏产业已成长为具有国际竞争优势的战略新兴产业。然而，光伏产业发展仍面临诸多问题与挑战，转换效率与可靠性是制约光伏产业发展的最大技术障碍，而成本控制与规模化又在经济上形成制约。

太阳能电池片的生产工序中，扩散是非常关键的一步。太阳能电池片的发电的核心部分pn结就是在扩散过程中形成的，扩散后的太阳能电池片的方块电阻是衡量扩散效果好坏的重要指标，所以整个太阳能电池片表面的方块电阻的均匀性至关重要，其直接影响太阳能电池的电性能。扩散步骤中，通常需要将太阳能电池片放置在扩散炉体中，再向炉体内通入特定气体，目前常规的扩散炉体的进气方式分两种：炉口进气和炉尾进气。这两种进气方式都无法保证管内气体均匀分布，真空泵在另一端抽气时管内气流会不稳定，从而导致扩散后方块电阻均匀性较差。为了解决这种问题，一种方法是向炉体内充入大量的所需气体，但这样的方案会造成特定气体的浪费。

另外，随着行业的发展，太阳能电池片的尺寸越来越大，扩散单管所容纳的电池片片数量也越来越多，所以对扩散炉体的尺寸要求也越来越大，尤其是对于210mm及以上尺寸的电池片，需要的扩散炉体的管径和总长度都增加了很多，这导致扩散过程中炉体内的气体均匀性更加难以控制。

因而需要提供一种进气组件和扩散设备，以至少部分地解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种进气组件和扩散设备，以用于太阳能电池片的制造工艺中的扩散步骤。本发明的进气组件包括至少两个进气装置，各个进气装置通过相对于彼此独立的进气管道向炉体输送特定气体，且各个进气装置的进气管道在炉体内的预定送气位置不同，使得特定气体能够在炉体内均匀、稳定地流动，使得生产得到的太阳能电池片具有均匀的方阻。

并且，各个进气装置设置有独立的调节部件来调节各自的输送管道内的气体的特定气体参数，因而在制程中可以根据需要单独地调节每一个进气装置，该操作使得向炉体内输送气体的过程更加可控，从而优化扩散过程。

根据本发明的一个方面，提供了一种进气组件，用于在太阳能电池片的制造过程中的扩散步骤中对容纳有所述太阳能电池片的炉体输送特定气体，所述进气组件包括至少两个进气装置，每一个所述进气装置包括：

输送管道，所述输送管道的首端位于所述炉体外部并与气源相连通，所述输送管道的末端位于所述炉体内的预定送气位置；以及

调节部件，所述调节部件安装在所述输送管道上并构造为能够独立于其他所述进气装置直接或间接地调节所述输送管道内的气体的特定气体参数，

其中，各个所述进气装置的所述输送管道的末端位置之间存在间隔。

在一种实施方式中，所述特定气体包括磷源氮气、氧气和普通氮气。

在一种实施方式中，每一个所述进气装置还包括：

磷源瓶，所述磷源瓶内容纳有磷扩散源；

小氮进气管，所述小氮进气管从外界延伸进入所述磷扩散源内以用于向所述磷源瓶内输送氮气，

并且，所述输送管道的所述首端与所述磷源瓶连通，以用于将磷源氮气从所述磷源瓶引入所述输送管道。

在一种实施方式中，所述输送管道上连通有用于从外界向所述输送管道引入普通氮气的大氮进气管和用于从外界向所述输送管道引入氧气的氧气进气管。

在一种实施方式中，每一个所述进气装置还包括感测部件，所述调节部件构造为能够基于所述感测部件的感测结果进行闭环控制，所述感测部件包括：

小氮进气流量计，其安装在所述小氮进气管上；

磷源氮气压力计，其安装在所述送气管道上且位于所述大氮进气管和所述氧气进气管的上游。

在一种实施方式中，所述调节部件包括：

大氮流量阀，所述大氮流量阀安装在所述大氮进气管上；

氧气流量阀，所述氧气流量阀安装在所述氧气进气管上。

在一种实施方式中，所述调节部件包括整体流量阀，所述整体流量阀安装在所述输送管道上并位于所述大氮进气管和所述氧气进气管的下游。

在一种实施方式中，所述调节部件包括多个子部件，各个所述子部件能够相对于彼此独立地调节其对应的特定气体参数。

在一种实施方式中，所述特定气体参数包括气体的流量、压力、温度、各成分比例中的至少一种。

在一种实施方式中，所述输送管道的延伸方向和所述容纳腔的长度方向相一致。

在一种实施方式中，所述至少两个进气装置中的一个所对应的预定送气位置为所述容纳腔的在所述容纳腔的长度方向上的端部处，所述至少两个进气装置中的另一个所对应的预定送气位置为所述容纳腔的在所述容纳腔的长度方向上的中部处。

在一种实施方式中，各个所述进气装置所对应的预定送气位置在所述容纳腔内沿所述容纳腔的长度方向等间隔排布。

在一种实施方式中，所述输送管道构造为使所述预定送气位置可改变。

在一种实施方式中，所述输送管道构造为能够通过调节其长度而改变其末端的位置。

在一种实施方式中，所述输送管道包括多个依次套叠连接的套管，所述输送管道构造为能够通过调节相邻的套管之间的套叠部分的长度而改变所述输送管道的长度。

在一种实施方式中，所述扩散设备还包括用于使所述磷源瓶处于恒温环境的保温装置，各个所述进气装置的所述磷源瓶位于同一保温装置内或单独地位于不同地保温装置内。

根据本发明另一方面，提供了一种扩散设备，用于太阳能电池片的制造过程中的扩散步骤，所述扩散设备包括：

炉体，所述炉体具有用于容纳所述太阳能电池片的容纳腔；以及

根据上述方案中任意一项所述的进气组件。

在一种实施方式中，所述容纳腔为圆柱形空腔，且其径向尺寸大于350mm，轴向尺寸大于3000mm。

在一种实施方式中，所述扩散设备还包括位于所述容纳腔内且贴靠所述容纳腔的壁面设置的加热管。

根据本发明，能够优化用于太阳能电池片的制造工艺中的扩散步骤。本发明的进气组件包括至少两个进气装置，各个进气装置通过相对于彼此独立的进气管道向炉体输送特定气体，且各个进气装置的进气管道在炉体内的预定送气位置不同，使得炉体内的各个位置处的特定气体均匀、稳定，使得生产得到的太阳能电池片具有均匀的方阻。并且，各个进气装置设置有独立的调节部件来调节各自的输送管道内的气体的特定气体参数，因而在制程中可以根据需要单独地调节每一个进气装置，使得向炉体内输送气体的过程更加可控、优化扩散过程。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1为根据本发明的一个优选实施方式的扩散设备的示意图。

附图标记：

扩散设备100

炉体1

排气口11

进气组件2

加热管3

第一进气装置21

第一磷源瓶211

第一扩散磷源211a

第一小氮进气管212

第一输送管道213

第一输送管道的首端213a

第一输送管道的末端213b

第一大氮进气管214

第一氧气进气管215

第一小氮进气流量计216

第一磷源氮气压力计217

第一大氮流量阀218

第一氧气流量阀219

第二进气装置22

第二磷源瓶221

第二扩散磷源221a

第二小氮进气管222

第二输送管道223

第二输送管道的首端223a

第二输送管道的末端223b

第二大氮进气管224

第二氧气进气管225

第二小氮进气流量计226

第二磷源氮气压力计227

第二大氮流量阀228

第二氧气流量阀229

硅片200

石英舟300

具体实施方式

现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。

本发明提供了一种用于制造太阳能电池片的进气组件和扩散设备，该进气组件和扩散设备具体地用于在太阳能电池片的基体片上完成扩散。太阳能电池片的基体片例如为硅片，在使用本发明所提供的进气组件和扩散设备之后例如可以在硅片表面形成pn结。需要说明的是，本文所提到的“太阳能电池片”可以为制程中的太阳能电池片，例如其可以被理解为是硅片。

图1示出了该扩散设备的一种优选实施方式。参考图1，扩散设备100包括炉体1和进气组件2。炉体1具有用于容纳硅片200的容纳腔，硅片200可以放置在石英舟300中并随石英舟一同进入炉体1。进气设备用于在扩散步骤中向炉体1内输送特定气体，在本实施方式中，特定气体包括磷源氮气、氧气和普通氮气，但在其他未示出的实施方式中，可以根据制程需要使用进气设备向炉体1内输送具有其他成分的气体。炉体1上还设置有用于将废气泵出的排气口11。

进气组件2包括相对于彼此独立的至少两个进气装置，在本实施方式中，进气组件2包括第一进气装置21和第二进气装置22，但在其他未示出的实施方式中，进气组件2还可以包括更多的进气装置。每一个进气装置均包括输送管道和调节部件，其中，输送管道的首端位于炉体1外部并与气源相连通，输送管道穿过炉体1的尾部的壁，从而使输送管道的末端213b位于炉体1内的预定送气位置；调节部件构造为能够独立于其他进气装置直接或间接地调节输送管道内的气体的特定气体参数。下面以第一进气装置21为例进行描述。

参考图1，第一进气装置21包括第一磷源瓶211、第一输送管道213、调节部件以及诸如第一小氮进气管212、第一大氮进气管214、第一氧气进气管215等的附加进气管道。其中，第一磷源瓶211内盛放有液态的第一扩散磷源211a，且第一扩散磷源211a未充满第一磷源瓶211，使得第一磷源瓶211内的第一扩散磷源211a上方为气体容纳部。第一小氮进气管212从外界延伸进入第一磷源瓶211内的第一扩散磷源211a并向其通入氮气，氮气通过液态的第一扩散磷源211a后携带磷元素到达第一磷源瓶211内的气体容纳部，因而可以理解，气体容纳部内的气体为磷源氮气。同时，第一输送管道213的首端213a伸入第一磷源瓶211内的气体容纳部，末端213b延伸进入炉体1内的预定送气位置。从图1中可以看到，第一输送管道213的末端213b位于炉体1的容纳腔的长度方向上的中间位置处，此处即为第一进气装置21的预定送气位置。

第一大氮进气管214和第一氧气进气管215与第一输送管道213连通以用于向其输送普通氮气和氧气，并且第一大氮进气管214和第一氧气进气管215也位于炉体1的外部。磷源氮气、普通氮气和氧气在第一输送管道213内混合并被送入炉体1内。第一输送管道213内的气体流动方向在图中由箭头示出，需要说明的是，本文所提到的术语“上游”和“下游”指的是相对于管道内的气体流动方向而言的，例如，在图1中所示的方案中，第一磷源瓶211位于第一大氮进气管214的上游，第一大氮进气管214位于第一氧气进气管215的上游。

第一进气装置21的调节部件能够独立于第二进气装置22直接或间接地调节第一输送管道213内的气体的特定气体参数，特定气体参数例如可以为气体成分比例、气体流速、压力、温度等。

例如，调节部件可以包括安装在第一大氮进气管214上的第一大氮流量阀218以及安装在第一氧气进气管215上的第一氧气流量阀219，第一大氮流量阀218和第一氧气流量阀219能够直接被使用者操纵来调节普通氮气和氧气的流量。并且/或者，第一进气装置21还可以包括用于辅助调节部件的感测部件，调节部件的部分子部件能够构造为基于感测部件的感测结果进行闭环控制，例如，感测部件可以包括第一小氮进气流量计216和第一磷源氮气压力计217，第一小氮进气流量计216安装在第一小氮进气管212上，第一磷源氮气压力计217安装在第一送气管道上且位于第一大氮进气管214的上游。对应地，调节部件可以包括小氮进气流量控制阀(未示出)，第一小氮流量计能够对小氮进气流量阀提供闭环反馈；调节部件还包括磷源氮气压力阀(未示出)，第一磷源氮气压力计217能够对磷源氮气压力阀提供闭环反馈。

优选地，第一输送管道213上还可以设置整体流量阀，该整体流量阀应布置在第一氧气进气管215的下游。整体流量阀用于调节磷源氮气、普通氮气和氧气的混合后的气体的流量。

从上述示例可以看到，调节部件的各个子部件可以相对于彼此独立，以能够被针对性的操控，从而调节其对应的特定气体参数。这样的设置可以使得对输送进炉体1内的气体的调节更具针对性，可以单独地更改某一特定气体参数，而同时保持与该特定气体参数无关的气体参数不变。例如，可以通过操控整体流量控制阀来调节磷源氮气、普通氮气和氧气的混合后的气体的流量，但该操作不会影响混合后的气体内的各组分的比例。

优选地，第一输送管道213的末端213b的位置(即第一输送管道213的预定送气位置)可改变，例如可以通过调节第一输送管道213的长度来改变该预定送气位置。为了将第一输送管道213设置为长度可调节，第一输送管道213可以包括多个依次套叠连接的套管，第一输送管道213构造为能够通过调节相邻的套管之间的套叠部分的长度而改变输送管道的长度。例如，若希望预定送气位置进一步靠近炉口(即远离第一磷源瓶211)，可以适当减小相邻的套管之间的套叠部分的长度；若希望预定送气位置进一步靠近炉尾(即靠近第一磷源瓶211)，可以适当增加相邻的套管之间的套叠部分的长度。优选地，可以仅仅调节位于第一输送管道213尾部处地套管，而第一输送管道213的位于炉体1外的部分可以保持不变。

下面转到图1中的第二进气装置22，第二进气装置22包括容纳有第二扩散磷源221a的第二磷源瓶221、第二输送管道223(其具有首端223a和末端223b)、第二小氮进气管222、第二大氮进气管224、第二氧气进气管225、第二小氮进气流量计226、第二磷源氮气压力计227、第二大氮流量阀228、第二氧气流量阀229。第二进气装置22和第一进气装置21类似，对于第二进气装置22的与第一进气装置21的用途和构造相同或相似的部分不再进行描述。

不同于第一进气装置21，第二进气装置22的第二输送管道223的末端223b延伸至炉体1的容纳腔的炉口端部处。即，第二输送管道223的预定送气位置为靠近炉口位置处。这样，当第一进气装置21和第二进气装置22共同作业向炉体1内送气时，来自第一进气装置21的气体会在炉体1的长度方向上的中部位置处被释放，来自第二进气装置22的气体会在炉体1的长度方向上的端部位置处释放。相比于炉体内仅具有单一的排气点的方案，这样的设置能够提升炉体1内的气体的均匀程度，使得位于炉体1内的不同位置处的硅片200在扩散完成之后都能具有均匀的表面方阻。

优选地，若进气组件具有三组或三组以上进气装置，还可以使各个进气装置所对应的预定送气位置(即输送管道的末端位置)在炉体内的容纳腔内沿其长度方向等间隔排布。这样的设置能够进一步提升炉体内的气体的均匀程度。

为了使各个磷源瓶保持在恒温环境，通常进气组件2还设置有保温装置。其中，各个进气装置的磷源瓶可以位于同一保温装置内也可以单独地位于不同的保温装置内。

另一方面，扩散设备100的炉体1的结构也可以具有多种优选设置。例如，炉体1内的容纳腔可以为圆柱形空腔，且优选地，各输送管道的延伸方向可以与炉体1的容纳腔的长度方向相一致。同时，炉体1的容纳腔内可以设置有贴靠容纳腔的壁面的加热管3。优选地，炉体1以及各输送管道的进入炉体1内的部分可以采用耐高温的石英材料制成。

需要特别说明的是，本实施方式所提供的进气组件2尤其适用于生产大尺寸太阳能电池片的容积较大的炉体1。在本实施方式中，炉体1可以具有较大的容积，例如，其容纳腔的径向尺寸大于350mm、轴向尺寸大于3000mm。

根据本发明所提供的方案，进气组件包括至少两个进气装置，各个进气装置通过相对于彼此独立的进气管道向炉体输送特定气体，且各个进气装置的进气管道在炉体内的预定送气位置不同，使得炉体内的各个位置处的特定气体均匀、稳定，使得生产得到的太阳能电池片具有均匀的方阻。在此前提下还能够避免气体浪费。并且，各个进气装置设置有独立的调节部件来调节各自的输送管道内的气体的特定气体参数，因而在制程中可以根据需要单独地调节每一个进气装置，使得向炉体内输送气体的过程更加可控、优化扩散过程。并且，本发明所提供的方案与传统设备具有较好的兼容性，方便实践中的具体应用。

本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上所述，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。