低压扩散炉工艺异常研究及处理

低压扩散炉工艺异常研究及处理

任杰宋标

（国家电投西安太阳能电力有限公司西宁分公司青海西宁810000）

摘要：本文就我司使用捷佳伟创DS-300C四管低压扩散炉展开相关讨论，主要介绍低压扩散炉在生产中异常的研究及解决方法。

关键词：低压扩散；受控；方阻；压力偏差；流量偏差

引言

太阳能电池是一种取之不尽用之不竭的可再生清洁能源，所以被认为是当下最有前景的新能源，因此出现了现在各大电池组件生产、制造以及相关主工艺设备制造商百花齐放，百家争鸣的状态，这势必促使光伏行业的飞快发展。近几年我国光伏行业发展迅猛，各家巨头企业研发和制作的高效电池更是引领着国内光伏市场，为此国内市场对光伏相关设备需求量也相应变大，进口设备价格昂贵而且技术受制于人，目前国内多数企业已经选择信任国产设备，开始批量使用国产设备扩线，扩散工序作为太阳能电池制造的核心工序，设备的使用和选型也至关重要，目前随着电池工艺向大尺寸，薄片化，低表面浓度发展，因此在产量单管产量1000pcs，方阻90-130ohm/sq之间均匀性仍优于常压设备3%的低压扩散设备成为各大公司扩散工序首选设备。

一、方阻不受控（逐渐飙高）

出现此类情况排查

1.进气管、排气管污染或堵塞

1.1进气管污染

低压扩散设备由于尾部有真空泵存在一般进行方式为炉口进气，所以较一般常扩散设备相比进气管由尾部伸至炉口部位，进气管相对较长，容易在进气管内残留偏磷酸酸液或者清洗进气管后残留水分、酸液、金属杂质造成进气管污染以至于三氯氧磷通入炉管的过程中受到污染，或被杂质反应导致反应物变少最终导致在外围动力条件不变，工艺参数不变的情况下方阻会不断飙高

此种现象不会造成压力或流量偏差报警，从软件或硬件上排查起来比较困难，在确定其他方面无异常的情况下可以拆卸进气管进行清洗，一般偏磷酸液残留建议只是使用纯水清洗，若污染严重怀疑金属杂质则需要配比一定的氢氟酸溶液进行清洗然后纯水清洗，建议2%氢氟酸溶液酸洗1h，纯水鼓泡循环清洗3h

1.2尾气管污染或堵塞

低压设备一般采用尾部排废，尾气管较短，除长时间未清洗处理积压偏磷酸以外容易造成尾气管堵塞的有以下几种情况

a.总排废管下端积液瓶积液体积超过1/3未清理

如上图所示：积液瓶偏磷酸积液超过积液瓶体积的1/3处

1/3刻度

b.未增加废气纯水气化过滤系统，或纯水气化过滤系统管路连接异常，正确气路连接如下图：

c.真空泵有漏，管内内压力不稳定

不管因以上任何情况导致，尾气管堵塞都会导致关内压力波动，造成三氯氧磷压力波动、流量波动，以至于方阻飙高，此类现象严重情况下会造成设备压力偏差或气体流量偏差报警，即使未报警也可以通过工艺运行记录查看压力、气体流量参数来排查，排查起来比较简单

出现上述情况应立即清洗尾气管，因尾气管堵塞一般情况为偏磷酸液结晶，故建议只使用纯水进行清洗2-3h，于此同时建议添加了水过滤系统的设备每15天清洗一次尾气管以及管路接头，未添加水过滤系统的每5天清洗一次尾气管以及管路接头

2.PC（压力控制）计被三氯氧磷腐蚀损坏

2.1气路中未设计PC计清洗管路、或管路设计存在问题，造成通过PC计的三氯氧磷回流至PC计，将PC计腐蚀损坏，导致源瓶压力异常进而导致气体流量异常，时而会造成小氮流量终止或近似于0，最终导致方阻飙高

2.2工艺中未设置PC计清洗步骤，气路中电磁阀无法正确开关，造成通过PC计的三氯氧磷回流至PC计，将PC计腐蚀损坏，导致源瓶压力异常进而导致气体流量异常，时而会造成小氮流量终止或近似于0，最终导致方阻飙高

2.3源瓶安装时进出气接口未安装好或未紧固好，由于进行工艺时炉管内为负压且对源瓶压力要求较高，由于进出气阀连接不好导致源瓶压力波动，源瓶与炉管内压力不平衡导致三氯氧磷回流至PC计腐蚀损坏PC计

正确的带有PC计清洗系统的小氮气路示意图：

出现以上任何情况，只要PC计损坏，源瓶以及管内压力就会出现很大波动，导致小氮流量出现波动，严重时会有流量偏差报警，可以通过工艺运行记录参数中压力或流量记录来排查，并可以打开气源柜查看PC计是否有啪啪的响声来确定，如果确定需更换新的PC计，建议使用MKS厂家PC计，尤其出现第一二种情况，PC计被腐蚀损坏有一个过程，非正常使用的情况下大概一周左右，而且不容易报警，工艺方面就表现出方阻不受控制，不管调试气体流量，还是调试工艺温度方阻一直在升高，因为随着PC计损坏进入炉管的气体会越来越少而且波动越来越大，因此PC计的使用是低压扩散设备上最需要注意的一环；

二、压力偏差报警

1.真空泵异常

1.1真空泵密封圈未安装好，导致真空泵有漏，造成压力波动导致设备压力偏差报警，可以通过漏率测试，一般可以设置50mbar腔室压力，查看达到设定值的时间，或达到设定值后每分钟泄压是否超过3mbar

1.2真空泵膜片内有杂质，导致真空泵有漏且抽速异常，造成压力波动导致设备压力偏差报警，最终导致工艺异常，排查方法同上

1.3真空泵与炉管或与尾气系统连接的管路内有偏磷酸积液，导致泵抽出气体无法轻易排除造成压力波动，最终导致设备压力偏差报警引起工艺异常，可以直观的从气源柜观察来排查，如果有积液将积液清理后再进行检漏测试

2气路异常

2.1源瓶进出气阀门未安装或紧固好，从源瓶内开始泄压，导致炉管与源瓶之间压力不平衡造成设备压力偏差报警，甚至会因回流现象损坏压力控制器，可通过查看工艺运行记录参数或通过手动侧漏来排查，也可以在不确定的情况下佩戴好防护用品检查进出气阀以及进出气管路是否有漏气或链接紧固异常情况

2.2尾气中与炉管或与泵之间链接的软管接头处未紧固好漏气，测试检查方法同上

2.3尾气与总排废管道链接的软管中有偏磷酸积液或总排废管道底部积液瓶废液超过总体积的1/3，还有尾气管堵塞会造成设备压力偏差报警引起工艺异常

3炉管异常

3.1由于目前石英管设计，尾部除进出气、热电偶外还有多余备用的孔需要使用堵头以及石英棉封闭吃力，如果密封性差也会导致漏气，造成设备压力偏差报警

3.2石英炉门密封性不好，或长期使用炉门密封圈或炉门变形，导致设备压力偏差报警，可以使用专用卡塞尺测量，也可通过手动检漏

上述任何情况都与设备硬件有关，如果排查出异常需及时清理或更换，避免造成设备、工艺或生产更大的成本损失

三、流量偏差报警

1.前文中提到的PC计损坏以及所有会造成压力偏差报警的都可能导致流量偏差报警，由于压力波动、流量波动本来是相互影响的，因此会因为通讯延迟或优先问题本来是压力异常也优先流量偏差报警，所以大多数流量偏差报警排查方向与压力偏差报警一致

2.流量计异常

2.1流量计与PLC通讯异常，需要检查流量计与PLC之间通讯线连接情况，若通讯线损坏需更换通讯线

2.2检查通讯模块是否损坏，若是则更换新模块

2.3检查流量是否损坏，可以先尝试初始化流量计，初始化完成后进行通气试验，若多次尝试无果，则流量计损坏需更换新流量计

1.检查气动阀、手动阀、或电磁阀是否异常是否完全打开，建议配合设备方面人员共同排查

2.检查气体、尾气管路是否有漏

3.软件中流量偏差设置或流量偏差系数设置是否存在为题

上述异常均会造成设备流量偏差报警，甚至连带工艺等待或工艺终止，如果报警需及时处理，以免产生大批量返工浪费成本

总结：本文中讨论三大点低压扩散炉最容易出现的影响工艺生产的问题，研究后发现不管是工艺控制，还是设备运行都是相辅相成，而且互相影响深远，总之了解设备运行情况以及运行原理是解决工艺异常问题的最重要途径，所有的工艺异常除参数设置异常之外大多数均为设备硬件问题，而大多数设备硬件问题又都可以从工艺软件或软件中工艺运行记录中排查解决，所以任何工序任何工艺必须清楚了解设备的重要性，文章最后还是提醒各位低压扩散炉设备用户气路、流量计PC计、真空泵为低压设备重要组成部分也是最容易出问题最不容易排查的部分，设计好的气路，好的工艺，勤快保养维护是解决异常的唯一法宝。