一种硅片用石英舟及硅片放置方式的制作方法

本发明涉及太阳能硅片制备领域，尤其涉及一种硅片用石英舟及硅片放置方式。

背景技术：

太阳能电池的硅片都需要通过扩散工艺来制造pn结，硅片叠放在石英舟内，然后石英舟与硅片一起放入扩散炉内完成扩散工艺制造pn结。

现有技术方案主要存在以下缺点：石英舟内叠放的硅片是竖直方向(石英舟的长度方向为水平方向，硅片在炉管内竖直放置，即硅片所在平面与石英舟的长度方向垂直)，硅片延伸方向与气流方向垂直设置，气流从炉管一个端部进入炉管内，位于炉管前面的硅片会阻碍气流向内部硅片流通，使得部分气流来不及向硅片的中心区域扩散就被抽气系统抽走，造成了气源的浪费；气流很容易的在前端靠近气流源头的硅片上扩散，使得离气源远近不同区域的硅片之间扩散的效果差异变大；气流容易在硅片的四周边缘汇集，硅片的中心区域较难汇集到气流，使得硅片内部的扩散效果差异变大；硅片的尺寸越大，硅片中心区域越难汇集到气流，不利于大尺寸硅片的实施。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种硅片用石英舟及硅片放置方式，以解决位于炉管内不同区域的硅片间气流扩展差异大的问题，所述技术方案如下：

一方面，本发明提供一种硅片用石英舟，其包括前后相对设置的前固定板与后固定板以及设置在前固定板与后固定板之间的多个上安装柱与多个下安装柱，所述上安装柱与下安装柱一一对应设置，所述上安装柱与下安装柱之间设有用于容置硅片的中空空间；

所述上安装柱与下安装柱上均设有用于包覆硅片侧边的卡槽，所述上安装柱上的卡槽与下安装柱上的卡槽一一对应设置，且所述上安装柱上卡槽的槽口与下安装柱上对应的卡槽的槽口相对设置，以限制放置在上安装柱与下安装柱对应的卡槽内的硅片向下移动，且使得所述硅片所在平面与沿上下方向延伸的基准竖直面平行，或所述硅片所在平面与基准竖直面之间保持夹角，其中，所述基准竖直面与所述上安装柱的延伸方向、下安装柱的延伸方向均垂直设置。

进一步地，所述夹角大于0°且小于45°。

进一步地，所述上安装柱包括两个单条型上安装柱、一个或多个双条型上安装柱，所述双条型上安装柱设置在两个单条型上安装柱之间，所述单条型上安装柱的一端具有多个卡槽，所述双条型上安装柱的左右两端部均具有多个卡槽；

所述下安装柱包括两个单条型下安装柱、一个或多个双条型下安装柱，所述双条型下安装柱设置在两个单条型下安装柱之间，所述单条型下安装柱的一端具有多个卡槽，所述双条型下安装柱的左右两端部均具有多个卡槽；

所述单条型上安装柱、双条型上安装柱、单条型下安装柱与双条型下安装柱之间设有用于放置硅片的空间，和/或相邻的双条型上安装柱与相邻的双条型下安装柱之间设有用于放置硅片的空间。

进一步地，每一个卡槽具有前后相对设置的前侧壁与后侧壁、用于连接前侧壁与后侧壁的槽底壁，所述前侧壁与后侧壁平行设置。

进一步地，每一个卡槽的外边沿为弧形、方形或菱形结构。

进一步地，所述前固定板、上安装柱、下安装柱与后固定板为一体成型结构，或所述上安装柱、下安装柱均可拆卸地设置在前固定板与后固定板上。

进一步地，所述前固定板与后固定板均为长条形结构。

进一步地，所述前固定板和\或后固定板上设置有一个或多个导热开孔。

另一方面，本发明还提供一种硅片放置方式，包括如下步骤：

将硅片用石英舟放置在炉管内，所述炉管为中空管状结构，具体放置方式如下：所述石英舟水平设置在炉管内，所述石英舟的下安装柱较上安装柱靠近炉管的底部，所述上安装柱上卡槽的槽口朝下，所述下安装柱上对应的卡槽的槽底朝下且槽口朝上，所述上安装柱与下安装柱对应的卡槽内设置有硅片；所述炉管的轴心线方向与通入炉管的气体的气流方向平行，每一个硅片所在平面与炉管的轴心线平行，或每一个硅片所在平面与炉管的轴心线之间具有夹角，其中，所述炉管的轴心线与基准竖直面平行设置。

进一步地，所述夹角大于0°且小于45°。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.本发明提供的新型硅片放置方式，硅片所在平面和气流方向平行，或硅片所在平面和气流方向形成一定夹角，减小了硅片对气流的阻挡作用，生产进行扩散工艺后硅片的片内均匀性更一致，不同硅片之间的差异性更小，且具有适合尺寸较大硅片的发展趋势；

b.硅片放置方向和炉管的长度方向一致，提高炉管的空间利用率，提高了产能和能源的利用率；

c.硅片以一定的角度倾斜放置在炉管内，两个硅片以背靠背的方式叠在一起置于同一卡槽内，由于本身的重力作用，可防止产生气流通过硅片的间隙，可有效控制硅片的绕扩和饶镀的问题；

d.本发明提供的硅片用石英舟，具有结构简单，加工和制造方便的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的石英舟的立体图；

图2是本发明实施例提供的石英舟的主视图；

图3是图2中a-a方向的剖面图；

图4是本发明实施例提供的石英舟的侧视图；

图5是图1中的放大图；

图6是本发明实施例提供的炉管和石英舟的立体图；

图7是本发明实施例提供的炉管和石英舟的主视图；

图8是图7中a-a方向的剖面图；

图9是本发明实施例提供的炉管和石英舟的侧视图；

图10是图6中的放大图。

其中，附图标记包括：1-前固定板，2-后固定板，3-单条型上安装柱，4-双条型上安装柱，5-硅片，6-卡槽，7-炉管，8-单条型下安装柱，9-双条型下安装柱。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种硅片用石英舟，具体参见图1至图5，其包括前后相对设置的前固定板1与后固定板2以及固定设置在前固定板1与后固定板2之间的多个上安装柱与多个下安装柱，所述上安装柱与下安装柱均沿前后方向延伸，且所述上安装柱与下安装柱均沿上下方向一一对应设置，所述上安装柱与下安装柱之间设有用于容置硅片5的中空空间。前后指图5中y轴方向，上下指图5中z轴方向，左右指图5中x轴方向。

所述上安装柱与下安装柱上均设有用于包覆硅片5侧边的卡槽6，所述上安装柱上的卡槽6与下安装柱上的卡槽6沿上下方向一一对应设置，且所述上安装柱上卡槽6的槽口与下安装柱上对应的卡槽6的槽口相对设置，以限制放置在上安装柱与下安装柱之间的硅片5向下移动(上安装柱上卡槽6的槽底朝上，槽口朝下，下安装柱上对应的卡槽6的槽底朝下，槽口朝上，从上向下放置硅片，放置在两者之间的卡槽不会向下移动；当取出硅片时，向上提拉即可)，且使得所述硅片5所在平面与沿上下方向延伸的基准竖直面平行，或所述硅片5所在平面与基准竖直面之间保持夹角，所述夹角大于0°且小于45°，所述夹角优选大于0°且小于30°。

其中，所述基准竖直面与所述上安装柱的延伸方向、下安装柱的延伸方向均垂直设置。若所述前固定板1、后固定板2平行设置，所述上安装柱、下安装柱均与前固定板1、后固定板2垂直，所述基准竖直面与前固定板1、后固定板2平行设置，所述基准竖直面与水平面(即石英舟放置的平面)垂直。

所述上安装柱的具体结构如下：所述上安装柱包括两个单条型上安装柱3、一个或多个双条型上安装柱4，所述双条型上安装柱4设置在两个单条型上安装柱3之间，所述单条型上安装柱3的一端具有多个卡槽6，所述双条型上安装柱4的左右两端部均具有多个卡槽6。

所述下安装柱的具体结构如下：所述下安装柱包括两个单条型下安装柱8、一个或多个双条型下安装柱9，所述双条型下安装柱9设置在两个单条型下安装柱8之间，所述单条型下安装柱8的一端具有多个卡槽6，所述双条型下安装柱9的左右两端部均具有多个卡槽6。

所述单条型上安装柱3、双条型上安装柱4、单条型下安装柱8与双条型下安装柱9之间设有用于放置硅片5的空间，即硅片的四角分别放置在对应的开槽内，在上下方向(z轴)上，硅片不会向下脱离立柱；和/或相邻的双条型上安装柱4与相邻的双条型下安装柱9之间设有用于放置硅片5的空间，在上下方向(z轴)上，硅片不会向下脱离立柱。

本发明中通过设置双条型上安装柱4、双条型下安装柱9，可增加放置硅片的数量，大大提高生产效率。

进一步地，位于同一竖直面(z轴方向)上的所述上安装柱与下安装柱之间设置有一个或多个中间安装柱，所述中间安装柱、上安装柱与下安装柱上下一一对应设置，所述中间安装柱包括两个单条型中间安装柱、一个或多个双条型中间安装柱，所述双条型中间安装柱设置在两个单条型中间安装柱之间，所述单条型中间安装柱为一端具有多个卡槽的竖直柱体，所述双条型中间安装柱为左右两端部均具有多个卡槽的竖直柱体；所述单条型上安装柱、单条型中间安装柱、单条型下安装柱、双条型上安装柱、双条型中间安装柱、双条型下安装柱之间设有用于放置硅片的空间，和/或相邻的双条型上安装柱、相邻的双条型中间安装柱与相邻的双条型下安装柱之间设有用于放置硅片5的空间，即硅片的四边沿分别放置在对应的开槽内，在上下方向(z轴)上，硅片不会向下脱离立柱。

所述卡槽6的具体结构如下：每一个卡槽6具有前后相对设置的前侧壁与后侧壁、用于连接前侧壁与后侧壁的槽底壁，所述前侧壁与后侧壁平行设置。每一个卡槽6的外边沿为弧形、方形或菱形结构，优选为弧形结构，当放置硅片时，不会碰撞划伤硅片。每一个卡槽6的前侧壁与后侧壁之间的间距根据硅片的厚度进行调整。所述每个卡槽6的深度优选相同，且每个卡槽6之间相互平行。

所述前固定板1与后固定板2均为长条形结构，如方形结构、菱形、椭圆形结构。

所述前固定板1、上安装柱、下安装柱与后固定板2为一体成型结构，或所述上安装柱、下安装柱均可拆卸地设置在前固定板1与后固定板2上，方便拆卸更换，如焊接、通过紧固件(螺栓螺母组件)或通过插拔方式。

本发明还提供一种新型硅片放置方式，具体参见图6至图10，包括如下步骤：将硅片用石英舟放置在炉管内，所述炉管为中空管状结构，放置方式如下：所述石英舟包括前后相对设置的前固定板1与后固定板2以及设置在前固定板1与后固定板2之间的多个上安装柱与多个下安装柱，所述上安装柱与下安装柱均沿前后方向延伸，且所述上安装柱与下安装柱沿上下方向一一对应设置，所述上安装柱与下安装柱之间设有用于容置硅片5的中空空间；所述上安装柱与下安装柱上均设有用于包覆硅片5侧边的卡槽6，所述上安装柱上的卡槽6与下安装柱上的卡槽6一一对应设置，且所述上安装柱上卡槽6的槽口与下安装柱上对应的卡槽6的槽口相对设置，以限制放置在上安装柱与下安装柱对应的卡槽6内的硅片5向下移动，且使得所述硅片5所在平面与沿上下方向延伸的基准竖直面平行，或所述硅片5所在平面与基准竖直面之间保持夹角，其中，所述基准竖直面与所述上安装柱的延伸方向、下安装柱的延伸方向均垂直设置。

所述石英舟水平设置在炉管7内(即沿炉管的长度方向设置)，所述石英舟的下安装柱较上安装柱靠近炉管7的底部，每一个上安装柱上卡槽6的槽底朝上，槽口朝下，每一个下安装柱上对应的卡槽6的槽底朝下，槽口朝上，所述上安装柱与下安装柱对应的卡槽6内设置有硅片，所述前固定板1靠近炉管前侧，所述后固定板2靠近炉管后侧，前侧后侧指与炉管长度方向垂直的方向。

所述炉管7的轴心线方向(指图6中x轴方向)与通入炉管7的气体的气流方向(指图6中x轴方向，气流方向参见图8中箭头所指方向)平行，所述硅片5所在平面与炉管7的轴心线平行，或所述硅片5所在平面与炉管7的轴心线之间具有夹角，其中，所述炉管7的轴心线与基准竖直面平行设置。

具体地，所述炉管7的一端部所在平面为与炉管7的轴心线垂直的竖直面(即径向平面，原始硅片所在平面与竖直面平行)，所述基准竖直面与竖直面垂直，所述气体的气流方向与竖直面垂直，所述气体的气流方向与基准竖直面平行，所述竖直面与基准竖直面均沿上下方向延伸。

位于同一水平面的多个卡槽内放置一个或两个硅片，当放置一个硅片时，每相邻两个硅片5之间具有供气体沿炉管长度方向穿过的空间；当放置两个硅片时，两个硅片5与相邻的两个硅片5之间具有供气体沿炉管长度方向直线穿过的空间。所述硅片5所在平面与基准竖直面平行，或所述硅片5所在平面与基准竖直面之间保持夹角(所述夹角大于0°且小于45°，优选地，所述夹角大于0°且小于30°)，所述基准竖直面与炉管7的轴心线平行，优选地，所述基准竖直面与前固定板1、后固定板2平行设置，所述基准竖直面与水平面垂直。

所述硅片所在平面与基准竖直面平行或两者形成一定的倾斜角(一般在0-30°之间)放置在石英舟内，气流进入硅片区间时被硅片形成的类似导流板结构导流入整个硅片区域，气流通过硅片的方向没有受到硅片的阻碍，气流很容易的被导流到了离气源远端的硅片上，在气体扩散的时候，硅片的四周和硅片的中心扩散的差异性小，离气源近的硅片和离硅片远的硅片扩散的差异性也小，气流顺畅通过硅片也减少了气源的损耗，本申请提供的硅片放置方式也有利用大尺寸硅片的发展和使用。

所述硅片所在平面和气流方向平行，或所述硅片所在平面和气流方向形成一定夹角，减小了硅片对气流的阻挡作用，实际生产进行扩散工艺后硅片的片内均匀性更一致，不同硅片之间的差异性更小，适合尺寸较大硅片的发展趋势(通过调节上安装柱与下安装柱之间的间距以及相邻的安装柱之间的间距，可适应放置不同尺寸的硅片)；所述硅片延伸方向(指图6中x轴方向，所述硅片沿炉管的长度方向延伸，所述硅片延伸方向也指放置方向)与炉管的长度方向(炉管的长度方向与其轴心线方向平行)平行，使得炉管的空间利用率高，原始硅片所在平面与竖直面(炉管7的一端部所在平面)平行，本发明提供的硅片所在平面与竖直面垂直或硅片所在平面与竖直面之间形成夹角，相对原始硅片放置方式，在同等体积的炉管内，硅片放置数量增加，炉管的空间利用率高，提高了产能和能源的利用率。

将本申请与现有方案在硼扩和磷扩进行比对，相同点是相同体积的炉管内放置相同尺寸大小(m6，尺寸是166mmx166mm)的硅片，详见表1和表2：

表1本方案与现有方案的硼扩对比表

表2本方案与现有方案的磷扩对比表

在表1和表2中，均匀性通过方阻仪测试得到，两种扩散情况下，本申请的均匀性小于现有方案，均匀性数值越小，说明差异化越小越好。空间利用率是指扩散装置占炉管的空间，空间利用率越大，说明放置的相同尺寸的硅片数量越多。硼扩中，能源损耗是指通入工艺气体扩散后，当本申请的均匀性达到6％时，需要通入较低容量工艺气体，而现有方案均匀性只能达到7％，且需要通入较高容量工艺气体，本申请在通入较少量工艺气体(需要的工艺气体可节省30％)，还能保证较好的均匀性。

另外，本申请提高的石英舟可以放置m10或m12大尺寸的硅片，m10尺寸是180mmx180mm,m12尺寸是210mmx210mm。

若本申请和现有方案均使用m10的大硅片，生产进行扩散工艺后，本申请测试的均匀性数值小于现有方案；若本申请和现有方案均使用m12的大硅片，本申请测试的均匀性数值小于现有方案，使用本申请生产进行扩散工艺后，因特种气体与硅片充分反应，硅片的片内均匀性更一致，均匀性比现有方案的优势更明显。

本申请提供的硅片以一定的角度倾斜放置，角度优选在0-30°以内，实际生产中一个卡槽内放置两个以背靠背的方式叠在一起的硅片，这两个硅片之间不能有气体通过，倾斜设置后在自身重力作用下，两个硅片紧密贴合中间不会产生空隙，可防止产生气流通过硅片的间隙，这样可以有效控制硅片的绕扩和饶镀的问题。

本发明提供的新型硅片放置方式，硅片所在平面和气流方向平行，或硅片所在平面和气流方向形成一定夹角，减小了硅片对气流的阻挡作用，生产进行扩散工艺后硅片的片内均匀性更一致，不同硅片之间的差异性更小，且具有适合尺寸较大硅片的发展趋势；硅片放置方向和炉管的长度方向一致，提高炉管的空间利用率，提高了产能和能源的利用率；本发明提供的硅片用石英舟，具有结构简单，加工和制造方便的优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。