热处理炉结构制造技术

一种供气体反应使用的热处理炉结构，包括：一外炉体、一内炉体、一加热机构、一供气机构，及一控制机构，由控制机构控制进气量可有效使得，内炉体外侧流动空间中第一压力(P1)，始终大于内炉体内侧反应空间中第二压力(P2)。由此设计可使得反应气体流速可加快，增快薄膜反应速率，且提升膜质均匀度，同时也可提升降温速率，增加操作安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种热处理炉结构，特别是有关于一种于高压环境下执行热处理的热处理炉，使得热处理炉具有气体流动空间(chamber)及反应空间的双空间设计，由对双空间中的相对的密度或压力进行控制，可使得热处理炉反应空间中的反应气体于高压环境下反应时，反应气体混合更为均匀，以利加速完成反应，且生成薄膜膜质更佳，并提升操作安全性。
技术介绍
随化合物薄膜太阳能电池工艺技术的演进，已有愈来愈多的产品需要使用薄膜工艺设备，在基板上成长一层薄膜或薄膜前驱物(Precursor)。然而，目前主要用来成长薄膜前驱物的方法有几种，包括派镀法(Spattering)、共蒸镀法(Co-evaporation)等。特别是在化合物薄膜太阳能光电相关产业中成功达成大型量产化者，大都使用溅镀法(Spattering)技术来成长薄膜前驱物再进行化合反应形成薄膜。此外，在薄膜前驱物再进行化合反应用以形成薄膜有机金属化学气相沉积的技术中，是以在热处理炉中提供气相化合物对薄膜前驱物进行化合反应最具量产性，这是因为，以气相化合物方式来提供给薄膜 前驱物必要的反应元素，具有准确控制前驱物内部浓度扩散的优点，使得以热处理炉进行薄膜化合反应的相关技术及设备发展愈益蓬勃。举一实际例子说明当一个铜铟镓硒化合物层(CIGS)太阳能电池要进行硒化工艺时，即是经由溅镀法(Spattering)沉积技术在钠I丐玻璃(Soda Lime Glass)基板上所形成的含铜、镓及铟的合金或单体的多层前驱物(Precusors)薄膜堆叠的电池结构送至硒化炉(即一种热处理炉)中，并将硒化氢(H2Se)气体通入至硒化炉中，当硒化炉内的温度被加热到达400°C以上时，硒化氢(H2Se)气体即开始与多层前驱物薄膜发生反应；然而，在CIGS太阳能电池的硒化工艺中，还需要将多层薄膜堆叠的电池结构加热后，才能够与硒化氢气体起良好反应，进而得到好的CIGS薄膜层。例如于制作完成铜镓合金/铜铟合金/铟三层交互堆叠的CuGa/CuIn/In结构后，即可获得膜厚均匀的CuGa/Cu In/In前驱物堆叠膜层。随后将此三层交互堆叠的CuGa/CuIn/In前驱物堆叠膜层取出，并立即移入硒化炉内，接着通入的硒化氢(H2Se)气体，并以40°C /min升温速度对CuGa/CuIn/In前驱物堆叠膜层加热，当温度到达400°C时，铜镓铟合金层与硒元素反应并转化成为铜铟镓硒化合物层。接着再以15°C /min的升温速度加热铜镓铟合金层至550°C，以达成铜铟镓硒化合物的最佳结晶化结构。接着将硒化炉内的温度降低后，即可完成铜铟镓硒化合物层的制作。由于硒化工艺在一般情况下会加温至520 590°C，但由于公知热处理炉都使用巨型厚石英管作为内炉体，而外侧边直接与隔热材料相紧密接触，故于热处理炉内部呈封闭态，再由于热胀冷缩效应影响下，使得炉体内部较高温反应气体往上，较低温反应气体往下，造成硒化反应均匀度不佳，使得铜铟镓硒化合物层在玻璃基板各处的薄膜厚度及膜质不同。再者，由于硒化工艺所使用的气体(例如硒化氢H2Se气体)，均为有毒，基于安全设计，其硒化炉内的压力在整个硒化过程中，都仅能在于低压(即必须要小于Iatm)下反应，以避免硒化氢H2Se气体外漏，造成工安问题。然而，于低压环境下进行硒化反应时，易造成气体分子总数量不足使得硒化炉内的温度梯度差恶化，也再使得硒化炉内的分子浓度分布不均匀的情形更恶化，此种恶性循环的情况进而造成反应速率变差同时也使得形成薄膜的均匀度变差。很明显地，目前的硒化炉在低压及温度不均的环境下，普遍会造成硒的浓度分布不均，也造成生成薄膜效果不佳，而致使CIGS太阳能电池的光电转换率无法有效提升。接着，请参考图1a及图lb，为美国公告专利号US7871502专利技术专利的实施例的公知技术示意图。图1a所示，硒化炉只有一密闭的反应空间，用以提供铜铟镓硒化合物层的硒化反应，且于硒化反应过程中，其反应空间中的压力始终是小于一个大气压力；再如图1b所示，为硒化反应过程中的加热曲线。而于图1a所示的硒化炉进行硒化反应的温度及压力分布示意图如图1c所示。当硒化炉关闭后，需要经过多次的抽出内部空气并送进氮气至反应空间，以确保硒化炉内的反应空间全为氮气；由于传统硒化炉基于安全性考虑，大都将反应空间中的压力控制于低压(即小于Iatm)下操作，故在整个反应过程中，其反应空间中的压力始终维持于O. 8 O. 9atm之间。于升高温度至590°C时，由于反应空间中的气体压力变大，故必须进行数次泄气来达到泄压的目的，来使内部压力维持目标值；然而，在这些泄气过程中，会浪费能量与过剩气体；当到达反应温度时，即送入反应气体至反应空间中；一般会使用10% H2Se+90% N2 (carrier gas)来进行反应。由图1c中可看出，硒化反应时间小于IOOmin即可完成反应。很明显地，在这么短的反应时间内，反应空间内的气流无法对流且温度分布不均，会造成硒化反应均匀度不佳，使得铜铟镓硒化合物层在基板各处的薄膜厚度及膜质不同。于完成铜铟镓硒化合物层的化合反应后，还需要将硒化炉内的温度降低后才能取出CIGS太阳能电池基板，但由于内炉体内反应空间完全为密闭空间，仅能以氮气缓缓充入炉体并同时抽气方式降温，故要将硒化炉内的温度降低至常温时，往往需时甚久；如图1c所示，一般约需5 8hr，如基板尺寸放大时，甚至需时10小时以上，严重耗费人力与物力同时也形成工艺上的瓶颈。此外，如图1a所示，硒化炉的气体管路及信号传输管路设计皆位于闸门上，由于每次进行工艺操作时，闸门均须开启，使得管路容易松脱或破裂，增加工安危险性。本专利技术即试图针对上述种种问题进行改善，并进一步提出一新式热反应炉设计。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种热处理炉结构，以解决公知技术中存在的上述问题。为实现上述目的，本专利技术提供的供气体反应使用的热处理炉结构，包括一外炉体，具有一第一侧边及相对该第一侧边的第二侧边，且于该第一侧边上装设一可开启第一闸门，于该第二侧边上装设一可开启第二闸门，且该第一闸门的内侧配置一第一气密结构，而该第二闸门的内侧配置一第二气密结构；一内炉体，具有一外侧壁及一内侧壁，间隔地固设于该外炉体的内部，使得该内炉体的该外侧壁与该外炉体间形成一气体流动空间，且于该内炉体内侧壁的中形成一反应空间，该内炉体具有一第三侧边及相对该第三侧边的第四侧边，于该第一闸门闭合时，该第一气密结构与该第三侧边气密地接合，而 第二气密结构与该第四侧边气密地接合，使得该气体流动空间与该反应空间各自形成独立的气密空间；—加热机构，固设于该内炉体外侧壁上，且与该内炉体外侧壁相接触；及一供气机构，配置于该外炉体的外部，经过多个气体管路与该外炉体一侧边及该内炉体一侧边相连接，可控制地提供一第一气体至该气体流动空间与提供一第二气体至该反应空间中；以及一控制机构，配置于该外炉体的外部，用以控制该供气机构提供该第一气体及该第二气体至该气体流动空间与该反应空间中的量，使得该气体于流动空间形成一第一压力(P1)，而反应空间形成一第二压力(P2)。所述的热处理炉结构，其中，该外炉体的材质为由下列组成中选出钢(steel)、不锈钢(SUS304、SUS316)。所述的热处理炉结构，其中，该内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种供气体反应使用的热处理炉结构，包括：一外炉体，具有一第一侧边及相对该第一侧边的第二侧边，且于该第一侧边上装设一可开启第一闸门，于该第二侧边上装设一可开启第二闸门，且该第一闸门的内侧配置一第一气密结构，而该第二闸门的内侧配置一第二气密结构；一内炉体，具有一外侧壁及一内侧壁，间隔地固设于该外炉体的内部，使得该内炉体的该外侧壁与该外炉体间形成一气体流动空间，且于该内炉体内侧壁的中形成一反应空间，该内炉体具有一第三侧边及相对该第三侧边的第四侧边，于该第一闸门闭合时，该第一气密结构与该第三侧边气密地接合，而第二气密结构与该第四侧边气密地接合，使得该气体流动空间与该反应空间各自形成独立的气密空间；一加热机构，固设于该内炉体外侧壁上，且与该内炉体外侧壁相接触；及一供气机构，配置于该外炉体的外部，经过多个气体管路与该外炉体一侧边及该内炉体一侧边相连接，可控制地提供一第一气体至该气体流动空间与提供一第二气体至该反应空间中；以及一控制机构，配置于该外炉体的外部，用以控制该供气机构提供该第一气体及该第二气体至该气体流动空间与该反应空间中的量，使得该气体于流动空间形成一第一压力(P1)，而反应空间形成一第二压力(P2)。...

【技术特征摘要】
1.一种供气体反应使用的热处理炉结构，包括 一外炉体，具有一第一侧边及相对该第一侧边的第二侧边，且于该第一侧边上装设一可开启第一闸门，于该第二侧边上装设一可开启第二闸门，且该第一闸门的内侧配置一第一气密结构，而该第二闸门的内侧配置一第二气密结构； 一内炉体，具有一外侧壁及一内侧壁，间隔地固设于该外炉体的内部，使得该内炉体的该外侧壁与该外炉体间形成一气体流动空间，且于该内炉体内侧壁的中形成一反应空间，该内炉体具有一第三侧边及相对该第三侧边的第四侧边，于该第一闸门闭合时，该第一气密结构与该第三侧边气密地接合，而第二气密结构与该第四侧边气密地接合，使得该气体流动空间与该反应空间各自形成独立的气密空间； 一加热机构，固设于该内炉体外侧壁上，且与该内炉体外侧壁相接触；及一供气机构，配置于该外炉体的外部，经过多个气体管路与该外炉体一侧边及该内炉体一侧边相连接，可控制地提供一第一气体至该气体流动空间与提供一第二气体至该反应空间中；以及 一控制机构，配置于该外炉体的外部，用以控制该供气机构提供该第一气体及该第二气体至该气体流动空间与该反应空间中的量，使得该气体于流动空间形成一第一压力(P1)，而反应空间形成一第二压力(P2)。2.根据权利要求1所述的热处理炉结构，其中，该外炉体的材质为由下列组成中选出钢、不锈钢 SUS304、SUS316。3.根据权利要求1所述的热处理炉结构，其中，该内炉体的材质为由下列组成中选出石英、二氧化硅。4.根据权利要求1所述的热处理炉结构，其中，该第一气密结构与该第三侧边气密接触的一侧面上，及该第二气密结构的与该第四侧边气密接触的一侧面上，各自形成一二氧化硅层或可防止腐蚀的镀层。5.根据权利要求1所述的热处理炉结构，其中，该气体流动空间中配置有至少一第一传感器，且每一该第一传感器与该控制机构连接。6.根据权利要求1所述的热处理炉结构，其中，该反应空间中配置有至少一第二传感器，且每一该第二传感器与该控制机构连接。7.根据权利要求5或6所述的热处理炉结构，其中，该第一传感器及该第二传感器为压力计。8.根据权利要求5或6所述的热处理炉结构，其中，该第一传感器及该第二传感器为密度计。9.根据权利要求1所述的热处理炉结构，其中，该加热机构为由下列组合中选出石墨加热器、卤素灯。10.根据权利要求1所述的热处理炉结构，其中，该第一压力(P1)大于一大气压力。11.一种供气体反应使用的热处理炉结构，包括 一外炉体，具有一第一侧边及相对该第一侧边的第二侧边，且于该第一侧边上装设一可开启第一闸门，于该第二侧边上装设一可开启第二闸门； 一内炉体，具有一外侧壁及一内侧壁，间隔地固设于该外炉体的内部，使得该内炉体的该外侧壁与该外炉体间形成一气体流动空间，且于该内炉体内侧壁的中形成一反应空间，于该第一闸门及该第二闸门闭合时，使得该气体流动空间与该反应空间各自形成独立的气密空间； 一加热机构，固设于该内炉体外侧壁上，且与该内炉体外侧壁相接触； 一供气机构，配置于该外炉体的外部，经过多个气体管路与该外炉体一侧边及该内炉体一侧边相连接，可控制地提供一第一气体至该气体流动空间与提供一第二气体至该反应空间中；以及 一控制机构，用以控制该供气机构提供该第一气体及该第二气体至该气体流动空间与该反应空间中的量，使得该气体于流动空间形成一第一压力(P1),而反应空间形成一第二压力(P2)。12.—种供气体反应使用的热处理炉结构，包括 一外炉体，具有一第一侧边及相对该第一侧边的第二侧边，及与该第一侧边及该第二侧边相连接的一上侧面与一下侧面，以形成一容置空间，且该第一侧边上配置一可开启的第一闸门，而该第二侧边为一封闭面，该第一闸门的内侧配置一第一气密结构； 一内炉体，间隔地固设于该外炉体的容置空间中，具有一外侧壁及一内侧壁，以及具有一第三侧边及相对该第三侧边的第四侧边，并将该第四侧边与该封闭面连接，使得该内炉体的该外侧壁与该外炉体间形成一气体流动空间，且于该内炉体内侧壁的中形成一反应空间，于该第一闸门闭合时，该第一气密结构与该第三侧边气密地接合，使得该气体流动空间与该反应空间各自形成独...

【专利技术属性】
技术研发人员：萧盈诗，吉村俊秋，
申请(专利权)人：核心能源实业有限公司，吉村俊秋，
类型：发明
国别省市：