太陽能硅片檢測(cè)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(hào)波特營B2幢3樓 （200120）Tel: Fax:-mail: Web site: 太陽能硅片檢測(cè)方法太陽能硅片檢測(cè)方法2011年7月SEMILAB CHINA2內(nèi)容提要準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)微波反射光電導(dǎo)（QSS -PCD）技術(shù)Quasi Static State Microwave PhotoConductivity Decay表面光電壓（SPV）技術(shù)測(cè)量擴(kuò)散長度Surface PhotoVoltageDiffusion LengthInline PL檢測(cè)

2、技術(shù)Photoluminescence ISEMILAB CHINA3準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)微波反射光電導(dǎo)（QSS -PCD）技術(shù)傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的-PCD 測(cè)量技術(shù)測(cè)量技術(shù)SEMILAB CHINA4傳統(tǒng)的-PCD 測(cè)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光生載流子復(fù)合中心復(fù)合中心表面復(fù)合表面復(fù)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(cè)反射的微波信號(hào)光生載流子在硅片內(nèi)擴(kuò)散并復(fù)合表面復(fù)合表面復(fù)合傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的-PCD 測(cè)量技術(shù)測(cè)量技術(shù)SEMILAB CHINA5Semilab引入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)微波反射光

3、電導(dǎo)QSS -PCD技術(shù)QSS -PCD測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)SEMILAB CHINA6QSS -PCD技術(shù)測(cè)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(cè)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(duì)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(cè)量真實(shí)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(shù)測(cè)量光電導(dǎo)的衰減，是一種相對(duì)測(cè)量，不需要測(cè)量過剩載流子的絕對(duì)值a) 瞬態(tài)方

4、法：-PCD對(duì)于QSS -PCD測(cè)量技術(shù)，產(chǎn)生速率是已知的，通過測(cè)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nSS)穩(wěn)態(tài)壽命：eff = nss/G產(chǎn)生+復(fù)合nonssb) 穩(wěn)態(tài)方法： QSS -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 = QSS -PCD中注入水平可調(diào) 8QSS -PCD可以測(cè)量不同穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生速率下的有效壽命值 ，而且對(duì)應(yīng)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(cè)量中，為 G的改變預(yù)留的時(shí)間要遠(yuǎn)大于少

5、子的有效壽命。G1; n1G2; n2G3; n3132nkGk; nkQSS -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(huì)對(duì)穩(wěn)態(tài)造成微擾，不會(huì)破壞穩(wěn)態(tài)。在此條件下，測(cè)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(cè)試舉例之間的比較：測(cè)試舉例SEMILAB CHINA9傳統(tǒng) -PCD技術(shù)QSS -PCD技術(shù)測(cè)試條件樣品： SiN/a-Si/SiQSS光強(qiáng)： 1 Sun測(cè)試結(jié)果壽命值：41s Vs 305s 均勻性不同利用QSS -PCD測(cè)試技術(shù)可以得到更多的信息QSS -PCD的應(yīng)用：測(cè)試舉例的應(yīng)

6、用：測(cè)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(shù)測(cè)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(cè)量得到的有效壽命 eff 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 -PCD的應(yīng)用：測(cè)試舉例的應(yīng)用：測(cè)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(qiáng)： 1 Sun測(cè)試結(jié)果表明：鈍化均勻性不大好。這與測(cè)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)鈍化的普遍特點(diǎn)符合符合

7、。QSS -PCD的應(yīng)用：發(fā)射極飽和電流的應(yīng)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(shù)測(cè)量擴(kuò)散長度（體壽命）傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的-PCD、QSS -PCD和和SPV技術(shù)比較技術(shù)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(xiàn)，測(cè)量結(jié)果為有效壽命Semilab引入SPV測(cè)量擴(kuò)散長度可以直接測(cè)量體壽命（擴(kuò)散長度

8、相當(dāng)于體壽命）絕大多數(shù)樣品不需要進(jìn)行預(yù)處理Semilab SDI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(cè)量擴(kuò)P或擴(kuò)B后的半成品以及最終的電池片成品時(shí)需要高光強(qiáng)測(cè)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(shí)提取多個(gè)波長產(chǎn)生的SPV信號(hào)，實(shí)現(xiàn)快速、精確測(cè)量擴(kuò)散長度測(cè)量范圍的上限最高可以達(dá)到樣品厚度的4倍 可以測(cè)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(cè)量背面的有效表面復(fù)合速率Sbulkeff111S/dD/dSSPV技術(shù)測(cè)量擴(kuò)散長度技術(shù)測(cè)量擴(kuò)散長度: Ultimate SPVSEMILAB CHINA15sign

9、al ratiophase最新的Ultimate SPV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(cè)量擴(kuò)散長度舉例技術(shù)測(cè)量擴(kuò)散長度舉例SEMILAB CHINA16Diffusion Length mAvg : 113.5STDEV: 11.8Max: 151.3Min: Semilab SDI擴(kuò)散長度與擴(kuò)散長度與NREL IQE擴(kuò)散長度擴(kuò)散長度結(jié)果的比對(duì)結(jié)果的比對(duì)SEMILAB CHINASPV技術(shù)應(yīng)用：技術(shù)應(yīng)用：Fe含量的測(cè)量SEMILAB CHINA18Fe在P型硅中有兩種狀態(tài)Fe-B 對(duì)，對(duì)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(duì)

10、的形式存在SiSiSiSiSiSiSiSiBFeSiSiSiSiSiSiSiSiSiFe BSi分解前SiSiSiSiSiSiFeiSiSiBSiSiSiSiSiSiSiSiBFeiSiSiSiSiSiSi分解后SPV技術(shù)應(yīng)用：技術(shù)應(yīng)用：Fe含量的測(cè)量SEMILAB CHINA19具體的測(cè)試次序先測(cè)量擴(kuò)散長度然后用強(qiáng)光把Fe-B打開再次測(cè)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2211beforeafterFeLLCNSPV技術(shù)應(yīng)用：技術(shù)應(yīng)用：ALID（加速光致衰退）加速光致衰退）測(cè)量SEMILAB CHINA20弱復(fù)合中心 強(qiáng)復(fù)合中心B + O2i光致分

11、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(duì)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(cè)得兩種雜質(zhì)的含量。整個(gè)整個(gè)測(cè)量過程可以在測(cè)量過程可以在2020分鐘之內(nèi)分鐘之內(nèi)完成！完成！ALID測(cè)量：Accelerated Light Induced Degradation, 加速光致衰退SPV技術(shù)應(yīng)用：技術(shù)應(yīng)用：ALID全自動(dòng)全自動(dòng)測(cè)量SEMILAB CHINA21光學(xué)激發(fā)平臺(tái)SPV掃描熱處理平臺(tái)Cu復(fù)合體分解Fe-B對(duì)分離S

12、PV技術(shù)應(yīng)用：技術(shù)應(yīng)用：ALID（加速光致衰退）加速光致衰退）測(cè)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(shù)應(yīng)用：技術(shù)應(yīng)用：ALID（加速光致衰退）加速光致衰退）測(cè)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(huì)影響電池片的性能；ALID 技術(shù)測(cè)量出的來料硅片中的Fe和BO2含量，可以提前提供預(yù)警。Semilab ALID測(cè)量舉例：成品電池片測(cè)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(cè)量的對(duì)比測(cè)量的對(duì)比SEMILAB CHINA252.5e175e17Oi樣品由ISFH提供結(jié)果：Semilab ALID測(cè)量方法在數(shù)十分鐘內(nèi)給出了結(jié)果ISFH用了數(shù)小時(shí)的時(shí)間（測(cè)量方法不同）二者的氧含量結(jié)果完全相同SEMILAB CHINA26Inline PL 檢測(cè)技術(shù)全自動(dòng)檢測(cè)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(cè)（-PCD）標(biāo)定可在線檢測(cè)硅片、電池片半成品或成品有在線和離線兩種PLI檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)PL ImagePL Image-PCD map-PCD and PL show a good correlationCZ, p-typeRaster: 500 umSize:5 inchLifetime:Average:5.88 usPLI檢測(cè)舉例檢測(cè)舉例： ：用用-PCD標(biāo)定標(biāo)定PLI結(jié)果結(jié)果PL ImagePL Image-PCD map樣品CZ 硅片P 型5 in掃描步進(jìn)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(hào)波特營B2幢3樓 （200120）Tel: Fax:-mail: Web site: SEMILAB CHINA30Backup SEMILAB CHINA31非接觸 CV 測(cè)量技術(shù)非接觸非接觸CV測(cè)量技術(shù)的必要性測(cè)量技術(shù)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(fù)合過程提供復(fù)合中心硅表面勢(shì)壘VSB硅表面勢(shì)壘會(huì)影響少子向硅/鈍化（介質(zhì)）層界面的擴(kuò)散良好的鈍

17、化效果需要滿足兩個(gè)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(cè)量：可以直接測(cè)量硅表面勢(shì)壘VSB相關(guān)參數(shù)：鈍化層中的總電荷Qtot可以直接測(cè)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Q非接觸非接觸 CV 測(cè)量的四個(gè)基本要素測(cè)量的四個(gè)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(cè)量樣品的表面電勢(shì)Kelvin 探頭光照用于在硅表面產(chǎn)生光電壓，從而測(cè)量硅表面勢(shì)壘（硅表面能帶彎曲）電容的計(jì)算若Cox已知VSB = VDARK - VLIGHTVSB = VDARK

18、Q/COXC = Q/V非接觸非接觸 CV 測(cè)量的四個(gè)基本要素：沉積電荷測(cè)量的四個(gè)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(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(shí)間表面已有電荷的庫侖作用非接觸非接觸 CV 測(cè)量的測(cè)量次序測(cè)量的測(cè)量次序SEMILAB CHINA35直接測(cè)得的參數(shù)：表面電勢(shì)硅表面勢(shì)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 非接觸非接觸 CV 測(cè)量的四個(gè)基本要素：測(cè)量表面電勢(shì)測(cè)量的四個(gè)基本要素：測(cè)量表面電勢(shì)SEMILAB CHINA36J(t)VDC振動(dòng)電極C(t)樣品樣品臺(tái)在回路中實(shí)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(cè)量的應(yīng)用舉例：測(cè)量的應(yīng)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(cè)量的應(yīng)用舉例測(cè)量的應(yīng)用舉例S