太陽能硅片檢測(cè)方法

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

（200120）TelFax-mail:semilab@Website:太陽能硅片檢測(cè)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(cè)量擴(kuò)散長度SurfacePhotoVoltageDiffusionLengthInlinePL檢測(cè)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(cè)量技術(shù)SEMILABCHINA4傳統(tǒng)的μ-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(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)合傳統(tǒng)的μ-PCD測(cè)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(cè)量技術(shù)特點(diǎn)SEMILABCHINA6QSSμ-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μ-PCD與QSS

μ-PCD之間的比較SEMILABCHINA7Timeeffnnoμ-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)方法：μ-PCD對(duì)于QSS

μ-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(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）------（1,2,3…k）注:在測(cè)量中，為G的改變預(yù)留的時(shí)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(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。

timeSEMILABCHINA傳統(tǒng)的μ-PCD與QSS

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

μ-PCD的應(yīng)用：測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(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)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(cè)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(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(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SPV技術(shù)測(cè)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(cè)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(duì)SEMILABCHINA17SPV技術(shù)應(yīng)用：Fe含量的測(cè)量SEMILABCHINA18Fe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)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(cè)量SEMILABCHINA19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SPV技術(shù)應(yīng)用：ALID（加速光致衰退）測(cè)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(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)測(cè)量過程可以在20分鐘之內(nèi)完成！ALID測(cè)量：AcceleratedLightInducedDegradation,加速光致衰退SPV技術(shù)應(yīng)用：ALID全自動(dòng)測(cè)量SEMILABCHINA21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SPV技術(shù)應(yīng)用：ALID（加速光致衰退）測(cè)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(cè)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(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。SemilabALID測(cè)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(cè)量的對(duì)比SEMILABCHINA252.5e175e17[Oi]樣品由ISFH提供結(jié)果：SemilabALID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SEMILABCHINA26InlinePL檢測(cè)技術(shù)全自動(dòng)檢測(cè)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(cè)（μ-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)PLImagePLImageμ-PCD

mapμ-PCDandPLshowagoodcorrelationCZ,p-typeRaster: 500umSize: 5inchLifetime:Average: 5.88usPLI檢測(cè)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(hào)波特營B2幢3樓

（200120）TelFax-mail:semilab@Website:SEMILABCHINA30BackupslidesSEMILABCHINA31非接觸CV測(cè)量技術(shù)非接觸CV測(cè)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(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Qit非接觸CV測(cè)量的四個(gè)基本要素SEMILABCHINA33電暈放電（Coronagun）在樣品表面沉積電荷（ΔQ）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DVSB=DVDARK-DVLIGHTDVSB=DVDARK–DQ/COXC=DQ/DV非接觸CV測(cè)量的四個(gè)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(shí)間表面已有電荷的庫侖作用非接觸CV測(cè)量的測(cè)量次序SEMILABCHINA35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CV測(cè)量的四個(gè)基本要素：測(cè)量表面電勢(shì)SEMILABCHINA36J(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+dC·sin(t)J(t)=·dC(VDC+Vcpd)·cos(t)Vcpd=-VDC非接觸CV測(cè)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