УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИРОЛИТИЧЕСКОГО УПЛОТНЕНИЯ ЛЕНТЫ ИЗ ГРАФИТОВОЙ ФОЛЬГИ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области получения пироуглеродных покрытий, предназначенных для уплотнения графитовых лент, используемых в электротехнической промышленности в качестве подложек, на которых выращивают из расплава листовой кремний, применяемый для изготовления солнечных элементов.
Уровень техники
Из уровня техники известно устройство для пиролитической обработки углеродных изделий, содержащее реакционную камеру, ролики, электроды [патент US 4048953, публ. 20.09.1977]. Недостатки устройства заключаются в том, что подготовленная таким образом пленка, не пригодна для эффективного выращивания слоев кремния. При выращивании слоя кремния дырочного типа проводимости на границе раздела кремний-фольга образуется тонкий слой микрокристаллов карбида кремния электронного типа проводимости, являющийся электрическим барьером, снижающим эффективность солнечных элементов.
Сведения, подтверждающие сущность полезной модели
Задача на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании устройства для пиролитического уплотнения ленты из графитовой фольги, обеспечивающего качество наносимого пироуглеродного покрытия, позволяющее эффективно выращивать слои кремния на ее поверхности.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, состоит в повышении качества пиролитического уплотнения лент из графитовой фольги за счет легирования пироуглеродного слоя бором в процессе пиролитического уплотнения.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что устройство для пиролитического уплотнения ленты из графитовой фольги включает реакционную камеру, в которой размещены, по меньшей мере, две бобины, на одну из которых намотана лента из графитовой фольги, по меньшей мере, два электрода, обеспечивающих нагрев ленты, барботер, заполненный борсодержащей жидкостью, через который осуществляют подачу углеводородного реагента в реакционную камеру.
Отличительной особенностью заявляемой полезной модели является то, что устройство для пиролитического уплотнения ленты из графитовой фольги дополнительно содержит барботер, заполненный борсодержащей жидкостью, через который осуществляют подачу углеводородного реагента в реакционную камеру.
Подача углеводородного реагента через барботера, позволяет легировать пироуглеродный слой бором непосредственно в процессе термического разложения реагента на поверхности ленты. Наличие барботера, заполненного борсодержащей жидкостью обеспечивает получение слоя пироуглерода на ленте из графитовой фольги легированного бором, что позволяет предотвратить электрический барьер между графитовой фольгой и слоем выращенного на ее поверхности кремния и повысить эффективность изготавливаемых на основе полученных структур солнечных элементов.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в реакционной камере размещены, по меньшей мере, две прижимные щетки, обеспечивающие прижатие ленты к электродам
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели прижимные щетки выполнены из графита, покрытого углеродным войлоком
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели бобины электрически изолированы от корпуса реакционной камеры
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели устройство снабжено источником тока, обеспечивающим подачу тока к электродам.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, по меньшей мере, одна бобина снабжена механизмом, обеспечивающим ее вращение.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в качестве борсодержащей жидкости целесообразно использовать раствор борной кислоты в изопропиловом спирте.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели устройство снабжено вакуумным насосом, обеспечивающим удаление из реакционной камере продуктов реакции.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели устройство снабжено горелкой, соединенной с вакуумным насосом.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели реакционная камера выполнена с возможностью влагоохлаждения.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели устройство снабжено регулятором расхода углеводородного реагента, регулирующим подачу реагента из барботера в реакционную камеру.
В результате проведенного поиска в уровне техники не выявлено технического решения, содержащего совокупность существенных признаков независимого пункта формулы полезной модели, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности "новизна".
Осуществление изобретения
Фиг.1 - Устройство для пиролитического уплотнения ленты из графитовой фольги
Устройство для пиролитического уплотнения лент из графитовой фольги включает вакуумноплотую водоохлаждаемую реакционную камеру 1 в которой размещены две электрически изолированные от корпуса камеры бобины: пассивная 2, на которой намотана лента из графитовой фольги, и активная 3, на которую наматывается уплотненная пироуглеродом и легированная бором лента. Бобина 3 снабжена механизмом ее вращения (на чертеже не показан). В промежутке между бобинами 2 и 3 расположены два графитовых электрода 4 и 5, между которыми подается постоянное электрическое напряжение. Для улучшения электрического контакта между обрабатываемой лентой и электродами 4 и 5 используются прижимные щетки 6 и 7, выполненные из графита, покрытого слоем мягкого углеродного войлока. Барботер 8, заполненный борсодержащей жидкостью, через который в реакционную камеру 1 непрерывно подается углеводородный реагент, например, метан посредством регулятора 9 расхода газа. После пиролиза метана на поверхности нагретой ленты реакционные продукты выводятся из реакционной камеры 1 вакуумным насосом 10 и дожигаются на горелке 11.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
3
Уплотняют пирографитом ленту из графитовой фольги средней плотностью 1, 2 г/см, толщиной 0,2 мм, шириной 12 см и длиной 10 м. Намотанную на пассивную бобину 2 ленту пропускают через
графитовые электроды 4 и 5 диаметром 45 мм каждый, и направляют на активную бобину 3. В барботер 8 заливают 300 мл изопропилового спирта, содержащего 62 г борной кислоты. Герметично закрыв реакционную камеру 1, откачивают из нее воздух вакуумным насосом 10 до давления 0,13 МПа. Через барботер 8, заполненный борсодержащей жидкостью, в реакционную камеру 1 подают углеводородный реагент, например, метан, расход которого с помощью регулятора 9 устанавливают на уровне 1 л/мин. Затем с помощью регулируемого вентиля устанавливают давление метана на уровне 2 МПа. Включают электропривод вращения активной бобины 3, установив линейную скорость перемещения ленты 5 см/мин. На графитовые электроды 4 и 5 подают напряжение от источника тока, измеряя температуру нагреваемого участка ленты с помощью радиационного пирометра. При токе 460 А температура ленты составляет 1620°С, в дальнейшем ее не изменяют. Через 3 часа после выработки ленты выключают электропривод вращения активной бобины 3 и источник напряжения, а также перекрывают подачу метана. После вскрытия реакционной камеры 1 извлекают уплотненную на длине 920 см пироуглеродом ленту. Получаемый слой пироуглерода на ленте из графитовой фольги легируется бором в процессе термического разложения метана. Легирование бором пироуглеродного слоя позволяет предотвратить электрический барьер между графитовой фольгой и слоем выращенного на ее поверхности кремния и повысить эффективность изготавливаемых
на основе полученных структур солнечных элементов. Гидростатическое взвешивание показывает, что содержание пироуглерода в материале ленты составляет 12%. Микроскопическое исследование демонстрирует закрытие пор материала ленты пироуглеродом. При использовании полученной подложки для выращивания на ее поверхности слоя кремния с последующим изготовлением солнечных элементов коэффициент заполнения нагрузочной вольтамперной характеристики составил в среднем 76%, а к.п.д. солнечных элементов - 12,5%.
Заявляемое устройство возможно осуществить с использованием известных средств производства и материалов, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности "промышленная применимость".