太陽能硅片檢測方法

瑟米萊伯（中國）公司SemilabChina上海浦東新區(qū)商城路889號波特營B2幢3樓

（200120）TelFax-mail:semilab@Website:太陽能硅片檢測方法2011年7月SEMILABCHINA2內(nèi)容提要準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)微波反射光電導(dǎo)（QSSμ-PCD）技術(shù)QuasiStaticStateMicrowavePhotoConductivityDecay表面光電壓（SPV）技術(shù)測量擴(kuò)散長度SurfacePhotoVoltageDiffusionLengthInlinePL檢測技術(shù)PhotoluminescenceImagingSEMILABCHINA3準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)微波反射光電導(dǎo)（QSSμ-PCD）技術(shù)傳統(tǒng)的μ-PCD測量技術(shù)SEMILABCHINA4傳統(tǒng)的μ-PCD測量技術(shù)：不能得到準(zhǔn)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復(fù)合中心表面復(fù)合紅外激發(fā)光穿透深度~30μm10GHz微波1Ωcm的硅片中穿透深度~500μmSi厚度225μmP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(kuò)散并復(fù)合表面復(fù)合傳統(tǒng)的μ-PCD測量技術(shù)SEMILABCHINA5Semilab引入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)微波反射光電導(dǎo)QSSμ-PCD技術(shù)QSSμ-PCD測量技術(shù)特點(diǎn)SEMILABCHINA6QSSμ-PCD技術(shù)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(qiáng)可調(diào)0-1.5

Sun，未來范圍更寬測量過程中一直處于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)激發(fā)光強(qiáng)遠(yuǎn)小于背景光的光強(qiáng)，只對穩(wěn)態(tài)造成造成微擾背景光強(qiáng)，即產(chǎn)生速率，是經(jīng)過標(biāo)定的，因此可以準(zhǔn)確得到注入水平值可以測量真實(shí)工作狀態(tài)下的有效壽命傳統(tǒng)的μ-PCD與QSS

μ-PCD之間的比較SEMILABCHINA7Timeeffnnoμ-PCD技術(shù)測量光電導(dǎo)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)方法：μ-PCD對于QSS

μ-PCD測量技術(shù)，產(chǎn)生速率是已知的，通過測量壽命值，可以推算出準(zhǔn)確的注入水平值（即過剩載流子濃度ΔnSS)穩(wěn)態(tài)壽命：eff=nss/G產(chǎn)生+復(fù)合nonssb)穩(wěn)態(tài)方法：QSSμ-PCDn產(chǎn)生速率=復(fù)合速率復(fù)合dn/dt=-n/eff產(chǎn)生dn/dt=GG-nss/eff=0dn/dt=0QSSμ-PCD中注入水平可調(diào)

8QSSμ-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(yīng)的注入水平是精確確定的（G1,G2,G3,…Gk）------（n1,n2,n3…nk）------（1,2,3…k）注:在測量中，為G的改變預(yù)留的時間要遠(yuǎn)大于少子的有效壽命。G1;n1G2;n2G3;n3132nkGk;nkQSSμ-PCD中激發(fā)光強(qiáng)要小于產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的背景光強(qiáng)，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。

timeSEMILABCHINA傳統(tǒng)的μ-PCD與QSS

μ-PCD之間的比較：測試舉例SEMILABCHINA9傳統(tǒng)μ-PCD技術(shù)QSSμ-PCD技術(shù)測試條件樣品：SiN/a-Si/SiQSS光強(qiáng)：1Sun測試結(jié)果壽命值：41μsVs305μs均勻性不同利用QSSμ-PCD測試技術(shù)可以得到更多的信息QSS

μ-PCD的應(yīng)用：測試舉例SEMILABCHINA10樣品高質(zhì)量FZ硅片，表面生長有氧化層，L0=1400μm(用SPV技術(shù)測得)，τb=590μs，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Δn,是用測量得到的有效壽命τeff

和產(chǎn)生速率（QSS光強(qiáng)）計(jì)算得到的有效壽命-QSS光強(qiáng)曲線有效壽命-QSS注入水平曲線QSS

μ-PCD的應(yīng)用：測試舉例SEMILABCHINA11鈍化效果不好鈍化效果好樣品鈍化層為a-SiQSS光強(qiáng)：1Sun測試結(jié)果表明：鈍化均勻性不大好。這與a-Si鈍化的普遍特點(diǎn)符合。QSS

μ-PCD的應(yīng)用：發(fā)射極飽和電流J0SEMILABCHINA12InjectionLevel,n(cm-3)slope=InjectionLevel,n(cm-3)雙面鈍化的發(fā)射極SEMILABCHINA13表面光電壓（SPV）技術(shù)測量擴(kuò)散長度（體壽命）傳統(tǒng)的μ-PCD、QSSμ-PCD和SPV技術(shù)比較SEMILABCHINA14傳統(tǒng)的μ-PCD和QSSμ-PCD的共性不能完全排除表面的貢獻(xiàn)，測量結(jié)果為有效壽命Semilab引入SPV測量擴(kuò)散長度可以直接測量體壽命（擴(kuò)散長度相當(dāng)于體壽命）絕大多數(shù)樣品不需要進(jìn)行預(yù)處理SemilabSDI的SPV技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，已在IC中得到了廣泛的應(yīng)用為PV行業(yè)做了量體裁衣的改進(jìn)：增加光強(qiáng)，提高信噪比測量擴(kuò)P或擴(kuò)B后的半成品以及最終的電池片成品時需要高光強(qiáng)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(shí)現(xiàn)快速、精確測量擴(kuò)散長度測量范圍的上限最高可以達(dá)到樣品厚度的4倍

可以測量硅片、擴(kuò)P或擴(kuò)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(fù)合速率SPV技術(shù)測量擴(kuò)散長度:UltimateSPVSEMILABCHINA15signalratiophase最新的UltimateSPV技術(shù)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(shù)測量擴(kuò)散長度舉例SEMILABCHINA16DiffusionLength[μm]Avg:113.5STDEV:11.8Max:151.3Min:96.52SemilabSDI擴(kuò)散長度與NRELIQE擴(kuò)散長度結(jié)果的比對SEMILABCHINA17SPV技術(shù)應(yīng)用：Fe含量的測量SEMILABCHINA18Fe在P型硅中有兩種狀態(tài)Fe-B對，對少子的復(fù)合幾乎沒有貢獻(xiàn)間隙原子，很強(qiáng)的少子復(fù)合中心一般情況下都以Fe-B對的形式存在SiSiSiSiSiSiSiSiBFeSiSiSiSiSiSiSiSiSiFeBSi分解前SiSiSiSiSiSiFeiSiSiBSiSiSiSiSiSiSiSiBFeiSiSiSiSiSiSi分解后SPV技術(shù)應(yīng)用：Fe含量的測量SEMILABCHINA19具體的測試次序先測量擴(kuò)散長度然后用強(qiáng)光把Fe-B打開再次測量擴(kuò)散長度最后計(jì)算出Fe含量擴(kuò)散長度（光照前）擴(kuò)散長度（光照后）計(jì)算出Fe含量SPV技術(shù)應(yīng)用：ALID（加速光致衰退）測量SEMILABCHINA20弱復(fù)合中心

強(qiáng)復(fù)合中心B+O2i光致分解h

1.1eV200℃光致分解EA=1.38eVBO2i強(qiáng)復(fù)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。整個測量過程可以在20分鐘之內(nèi)完成！ALID測量：AcceleratedLightInducedDegradation,加速光致衰退SPV技術(shù)應(yīng)用：ALID全自動測量SEMILABCHINA21光學(xué)激發(fā)平臺SPV掃描熱處理平臺Cu復(fù)合體分解Fe-B對分離SPV技術(shù)應(yīng)用：ALID（加速光致衰退）測量SEMILABCHINA22L[μm]Avg:103.6Std:2.872Min:93.68Max:109.3L_[μm]Avg:75.40Std:5.673Min:61.02Max:85.86L_[μm]Avg: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(shù)應(yīng)用：ALID（加速光致衰退）測量SEMILABCHINA23[BO2i][cm-3]Avg:8.672E+11Std:2.766E+11Min:4.492E+11Max:1.691E+12[Fe][cm-3]Avg:7.309E+11Std:2.409E+11Min:3.224E+11Max: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(shù)測量出的來料硅片中的Fe和BO2含量，可以提前提供預(yù)警。SemilabALID測量舉例：成品電池片SEMILABCHINA24BO2[cm-3]Avg:2.75E+10Std:2.02E+10Min:5.27E+8Max:1.10E+11BO2含量低Avg.2.75e10cm-3BO2[cm-3]Avg:1.35E+12Std:2.85E+11Min:6.37E+11Max:1.79E+12BO2含量高Avg:1.35e12cm-3與傳統(tǒng)ALID測量的對比SEMILABCHINA252.5e175e17[Oi]樣品由ISFH提供結(jié)果：SemilabALID測量方法在數(shù)十分鐘內(nèi)給出了結(jié)果ISFH用了數(shù)小時的時間（測量方法不同）二者的氧含量結(jié)果完全相同SEMILABCHINA26InlinePL檢測技術(shù)全自動檢測速度快(>3600wfr/h)圖像質(zhì)量好低噪聲高分辨率可用少子壽命檢測（μ-PCD）標(biāo)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(shù)的特點(diǎn)PLImagePLImageμ-PCD

mapμ-PCDandPLshowagoodcorrelationCZ,p-typeRaster: 500umSize: 5inchLifetime:Average: 5.88usPLI檢測舉例：用μ-PCD標(biāo)定PLI結(jié)果PLImagePLImageμ-PCD

map樣品CZ硅片P型5in掃描步進(jìn)500μm少子壽命平均值5.88μsSEMILABCHINA29ThankYouVeryMuch!

非常謝謝！

瑟米萊伯（中國）公司SemilabChina上海浦東新區(qū)商城路889號波特營B2幢3樓

（200120）TelFax-mail:semilab@Website:SEMILABCHINA30BackupslidesSEMILABCHINA31非接觸CV測量技術(shù)非接觸CV測量技術(shù)的必要性SEMILABCHINA32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(fù)合過程提供復(fù)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(kuò)散良好的鈍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(shù)可以測量：可以直接測量硅表面勢壘VSB相關(guān)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(guān)參數(shù)：界面電荷Qit非接觸CV測量的四個基本要素SEMILABCHINA33電暈放電（Coronagun）在樣品表面沉積電荷（ΔQ）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(jì)算若Cox已知DVSB=DVDARK-DVLIGHTDVSB=DVDARK–DQ/COXC=DQ/DV非接觸CV測量的四個基本要素：沉積電荷SEMILABCHINA34極性是由高壓的極性控制的

帶電離子團(tuán):CO3-，(H2O)nH+在介質(zhì)層表面沉積低能量帶電離子團(tuán)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CV測量的測量次序SEMILABCHINA35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(jì)算得到的參數(shù):界面電荷：Qit界面陷阱密度:DitCn=Qc/Vn非接觸CV測量的四個基本要素：測量表面電勢SEMILABCHINA36J(t)VDC振動電極C(t)樣品樣品臺在回路中實(shí)現(xiàn)零電流的狀態(tài)下C=C0+dC·sin(t)J(t)=·dC(VDC+Vcpd)·cos(t)Vcpd=-VDC非接觸CV測量的應(yīng)用舉例：電池片中鈍化層及界面質(zhì)量控制SEMILABCHINA37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