太陽能硅片檢測方法

1、瑟米萊伯（中國）公司瑟米萊伯（中國）公司 Semilab China上海浦東新區(qū)商城路889號波特營B2幢3樓 （200120）Tel: Fax:-mail: Web site: 太陽能硅片檢測方法太陽能硅片檢測方法2011年7月SEMILAB CHINA2內(nèi)容提要準穩(wěn)態(tài)微波反射光電導（QSS -PCD）技術Quasi Static State Microwave PhotoConductivity Decay表面光電壓（SPV）技術測量擴散長度Surface PhotoVoltageDiffusion LengthInline PL檢測

2、技術Photoluminescence ISEMILAB CHINA3準穩(wěn)態(tài)微波反射光電導（QSS -PCD）技術傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的-PCD 測量技術測量技術SEMILAB CHINA4傳統(tǒng)的-PCD 測量技術：不能得到準確的注入水平值不能得到太陽能電池片工作狀態(tài)下的有效壽命值光生載流子光生載流子復合中心復合中心表面復合表面復合紅外激發(fā)光穿透深度 30m10 GHz微波1cm的硅片中穿透深度500mSi 厚度厚度225mP型型探頭：產(chǎn)生微波探測反射的微波信號光生載流子在硅片內(nèi)擴散并復合表面復合表面復合傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的-PCD 測量技術測量技術SEMILAB CHINA5Semilab引入準穩(wěn)態(tài)微波反射光

3、電導QSS -PCD技術QSS -PCD測量技術特點測量技術特點SEMILAB CHINA6QSS -PCD技術測量過程中使用兩束光背景光（用于產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)）和激發(fā)光（用于激發(fā)過剩載流子）背景光是連續(xù)光，光強可調(diào)0-1.5 Sun，未來范圍更寬測量過程中一直處于準穩(wěn)態(tài)激發(fā)光強遠小于背景光的光強，只對穩(wěn)態(tài)造成造成微擾背景光強，即產(chǎn)生速率，是經(jīng)過標定的，因此可以準確得到注入水平值可以測量真實工作狀態(tài)下的有效壽命傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的-PCD與與QSS -PCD之間的比較之間的比較SEMILAB CHINA7Timeeffnno-PCD技術測量光電導的衰減，是一種相對測量，不需要測量過剩載流子的絕對值a) 瞬態(tài)方

4、法：-PCD對于QSS -PCD測量技術，產(chǎn)生速率是已知的，通過測量壽命值，可以推算出準確的注入水平值（即過剩載流子濃度nSS)穩(wěn)態(tài)壽命：eff = nss/G產(chǎn)生+復合nonssb) 穩(wěn)態(tài)方法： QSS -PCDn產(chǎn)生速率 =復合速率復合dn/dt = - n/eff產(chǎn)生dn/dt = GG - nss/eff = 0dn/dt = QSS -PCD中注入水平可調(diào) 8QSS -PCD可以測量不同穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生速率下的有效壽命值 ，而且對應的注入水平是精確確定的（G1, G2, G3, Gk）- （n1, n2, n3 nk）- （1, 2, 3k ）注: 在測量中，為 G的改變預留的時間要遠大于少

5、子的有效壽命。G1; n1G2; n2G3; n3132nkGk; nkQSS -PCD中激發(fā)光強要小于產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的背景光強，因此激發(fā)光只會對穩(wěn)態(tài)造成微擾，不會破壞穩(wěn)態(tài)。在此條件下，測量得到的有效壽命值就是穩(wěn)態(tài)下的有效壽命。 time SEMILAB CHINA傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的-PCD與與QSS -PCD之間的比較：測試舉例之間的比較：測試舉例SEMILAB CHINA9傳統(tǒng) -PCD技術QSS -PCD技術測試條件樣品： SiN/a-Si/SiQSS光強： 1 Sun測試結果壽命值：41s Vs 305s 均勻性不同利用QSS -PCD測試技術可以得到更多的信息QSS -PCD的應用：測試舉例的應

6、用：測試舉例SEMILAB CHINA10樣品高質(zhì)量FZ硅片，表面生長有氧化層，L0 = 1400m (用SPV技術測得)，b = 590s，F(xiàn)e含量低用CORONA電荷將硅表面置于反型、耗盡或累積狀態(tài)注入水平n, 是用測量得到的有效壽命 eff 和產(chǎn)生速率（QSS光強）計算得到的有效壽命-QSS光強曲線有效壽命- QSS 注入水平曲線QSS -PCD的應用：測試舉例的應用：測試舉例SEMILAB CHINA11鈍化效果不好鈍化效果好樣品鈍化層為a-SiQSS 光強： 1 Sun測試結果表明：鈍化均勻性不大好。這與測試結果表明：鈍化均勻性不大好。這與a-Si鈍化的普遍特點鈍化的普遍特點符合符合

7、。QSS -PCD的應用：發(fā)射極飽和電流的應用：發(fā)射極飽和電流J0SEMILAB CHINA12Injection Level, n (cm-3)slope =2i0qWnJ2Injection Level, n (cm-3)雙面鈍化的發(fā)射極W211bulkeff2iAoqn)nN(JSEMILAB CHINA13表面光電壓（SPV）技術測量擴散長度（體壽命）傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的-PCD、QSS -PCD和和SPV技術比較技術比較SEMILAB CHINA14傳統(tǒng)的-PCD和QSS -PCD的共性不能完全排除表面的貢獻，測量結果為有效壽命Semilab引入SPV測量擴散長度可以直接測量體壽命（擴散長度

8、相當于體壽命）絕大多數(shù)樣品不需要進行預處理Semilab SDI的SPV技術處于世界領先水平，已在IC中得到了廣泛的應用為PV行業(yè)做了量體裁衣的改進：增加光強，提高信噪比測量擴P或擴B后的半成品以及最終的電池片成品時需要高光強測試速度快不同光波長使用不同的調(diào)制頻率，因此可以同時提取多個波長產(chǎn)生的SPV信號，實現(xiàn)快速、精確測量擴散長度測量范圍的上限最高可以達到樣品厚度的4倍 可以測量硅片、擴P或擴B后的半成品以及最終的電池片成品可以測量背面的有效表面復合速率Sbulkeff111S/dD/dSSPV技術測量擴散長度技術測量擴散長度: Ultimate SPVSEMILAB CHINA15sign

9、al ratiophase最新的Ultimate SPV技術采用：光束中包括全套波長不同波長使用不同的調(diào)制頻率SPV技術測量擴散長度舉例技術測量擴散長度舉例SEMILAB CHINA16Diffusion Length mAvg : 113.5STDEV: 11.8Max: 151.3Min: Semilab SDI擴散長度與擴散長度與NREL IQE擴散長度擴散長度結果的比對結果的比對SEMILAB CHINASPV技術應用：技術應用：Fe含量的測量SEMILAB CHINA18Fe在P型硅中有兩種狀態(tài)Fe-B 對，對少子的復合幾乎沒有貢獻間隙原子，很強的少子復合中心一般情況下都以Fe-B對

10、的形式存在SiSiSiSiSiSiSiSiBFeSiSiSiSiSiSiSiSiSiFe BSi分解前SiSiSiSiSiSiFeiSiSiBSiSiSiSiSiSiSiSiBFeiSiSiSiSiSiSi分解后SPV技術應用：技術應用：Fe含量的測量SEMILAB CHINA19具體的測試次序先測量擴散長度然后用強光把Fe-B打開再次測量擴散長度最后計算出Fe含量擴散長度（光照前）擴散長度（光照后）計算出Fe含量2211beforeafterFeLLCNSPV技術應用：技術應用：ALID（加速光致衰退）加速光致衰退）測量SEMILAB CHINA20弱復合中心 強復合中心B + O2i光致分

11、解h 1.1eV200 光致分解EA = 1.38eVBO2i強復合中心FeiB+ BFei200 熱分解EA = 1.17eV光致耦合h 1.1eV針對FeiB 和 BO2i 在光照和加熱條件下的不同特性，采用一定的光照和加熱次序，可以區(qū)分這兩種雜質(zhì)，從而分別測得兩種雜質(zhì)的含量。整個整個測量過程可以在測量過程可以在2020分鐘之內(nèi)分鐘之內(nèi)完成！完成！ALID測量：Accelerated Light Induced Degradation, 加速光致衰退SPV技術應用：技術應用：ALID全自動全自動測量SEMILAB CHINA21光學激發(fā)平臺SPV掃描熱處理平臺Cu復合體分解Fe-B對分離S

12、PV技術應用：技術應用：ALID（加速光致衰退）加速光致衰退）測量SEMILAB CHINA22L mAvg: 103.6Std: 2.872Min: 93.68Max: 109.3L_ mAvg: 75.40Std: 5.673Min: 61.02Max: 85.86L_ mAvg: 63.68Std: 5.034Min: 51.28Max: 73.63BO2 和 Fe 都處于非激活狀態(tài)只有BO2 處于激活狀態(tài)BO2 和 Fe 都處于激活狀態(tài)SPV技術應用：技術應用：ALID（加速光致衰退）加速光致衰退）測量SEMILAB CHINA23BO2icm-3Avg: 8.672E+11Std:

13、2.766E+11Min: 4.492E+11Max: 1.691E+12Fecm-3Avg: 7.309E+11Std: 2.409E+11Min: 3.224E+11 Max: 1.728E+12一般地，來料硅片中都有較高的Fe和BO2含量，而最終的電池片中的含量較低，其原因是生產(chǎn)工藝常常有吸雜的作用；如果吸雜作用不能移除全部的Fe，剩余的Fe就會影響電池片的性能；ALID 技術測量出的來料硅片中的Fe和BO2含量，可以提前提供預警。Semilab ALID測量舉例：成品電池片測量舉例：成品電池片SEMILAB CHINA24BO2 cm-3Avg: 2.75E+10Std: 2.02E+

14、10Min: 5.27E+8Max: 1.10E+11BO2含量低Avg. 2.75 e10 cm-3BO2 cm-3Avg: 1.35E+12Std: 2.85E+11Min: 6.37E+11Max: 1.79E+12BO2含量高Avg: 1.35 e12 cm-與傳統(tǒng)與傳統(tǒng)ALID測量的對比測量的對比SEMILAB CHINA252.5e175e17Oi樣品由ISFH提供結果：Semilab ALID測量方法在數(shù)十分鐘內(nèi)給出了結果ISFH用了數(shù)小時的時間（測量方法不同）二者的氧含量結果完全相同SEMILAB CHINA26Inline PL 檢測技術全自動檢測速度快(3600 wfr/h

15、)圖像質(zhì)量好低噪聲高分辨率可用少子壽命檢測（-PCD）標定可在線檢測硅片、電池片半成品或成品有在線和離線兩種PLI檢測技術的特點檢測技術的特點PL ImagePL Image-PCD map-PCD and PL show a good correlationCZ, p-typeRaster: 500 umSize:5 inchLifetime:Average:5.88 usPLI檢測舉例檢測舉例： ：用用-PCD標定標定PLI結果結果PL ImagePL Image-PCD map樣品CZ 硅片P 型5 in掃描步進500 m少子壽命平均值5.88 SEMILAB CHINA29Thank

16、You Very Much! 非常謝謝！ 瑟米萊伯（中國）公司瑟米萊伯（中國）公司 Semilab China上海浦東新區(qū)商城路889號波特營B2幢3樓 （200120）Tel: Fax:-mail: Web site: SEMILAB CHINA30Backup SEMILAB CHINA31非接觸 CV 測量技術非接觸非接觸CV測量技術的必要性測量技術的必要性SEMILAB CHINA32影響鈍化層鈍化效果的因素界面陷阱的數(shù)量Nit界面陷阱為復合過程提供復合中心硅表面勢壘VSB硅表面勢壘會影響少子向硅/鈍化（介質(zhì)）層界面的擴散良好的鈍

17、化效果需要滿足兩個條件：界面陷阱的數(shù)量少硅表面處于累積（Accumulation）狀態(tài)Semilab的非接觸CV技術可以測量：可以直接測量硅表面勢壘VSB相關參數(shù)：鈍化層中的總電荷Qtot可以直接測量界面陷阱密度Dit譜以及Dit在禁帶中間的值相關參數(shù)：界面電荷Q非接觸非接觸 CV 測量的四個基本要素測量的四個基本要素SEMILAB CHINA33電暈放電（Corona gun ）在樣品表面沉積電荷（Q）非接觸測量樣品的表面電勢Kelvin 探頭光照用于在硅表面產(chǎn)生光電壓，從而測量硅表面勢壘（硅表面能帶彎曲）電容的計算若Cox已知VSB = VDARK - VLIGHTVSB = VDARK

18、Q/COXC = Q/V非接觸非接觸 CV 測量的四個基本要素：沉積電荷測量的四個基本要素：沉積電荷SEMILAB CHINA34極性是由高壓的極性控制的 帶電離子團: CO3- ， (H2O)nH+在介質(zhì)層表面沉積低能量帶電離子團沉積的電荷量由以下因素控制：高壓放電裝置與樣品表面的距離放電時間表面已有電荷的庫侖作用非接觸非接觸 CV 測量的測量次序測量的測量次序SEMILAB CHINA35直接測得的參數(shù)：表面電勢硅表面勢壘(Vsb)平帶電壓 VFB: Vdark = Vlight 總電荷 QTOT : 從初始狀態(tài)到平帶狀態(tài)所需的電荷計算得到的參數(shù):界面電荷：Qit界面陷阱密度: DitCn = Qc / Vn 非接觸非接觸 CV 測量的四個基本要素：測量表面電勢測量的四個基本要素：測量表面電勢SEMILAB CHINA36J(t)VDC振動電極C(t)樣品樣品臺在回路中實現(xiàn)零電流的狀態(tài)下C=C0 + dCsin(t)J(t)=dC(VDC+Vcpd)cos(t)Vcpd=-VDC非接觸非接觸 CV 測量的應用舉例：測量的應用舉例：電池片中鈍化層及界面質(zhì)量控制電池片中鈍化層及界面質(zhì)量控制SEMILAB CHINA37降低Dit可以 減 少 硅片 與 電 介質(zhì) 層 之 間的 缺 陷 ，改 善 鈍 化效果非接觸非接觸 CV 測量的應用舉例測量的應用舉例S