[发明专利]用于描述在透光基底上的薄硅层的特性的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于描述在透光基底上的薄硅层的特性、特别是用于描述太阳能电池坯件的特性的方法和装置。

背景技术

薄层太阳能电池通常在玻璃板基底上制造。在此在高真空过程中在基底上沉积硅(Si)的薄层。这些层典型地具有100nm至1000nm的层厚。在沉积之后硅通常呈现为无定形的、即非结晶的硅。通过热处理，即所谓的回火，在600℃至700℃的温度的情况下，无定形的硅(a-Si)部分地或完全地被转化为结晶硅(c-Si)。这两种相的比例(无定形相对结晶或者反之)对于所要制造的太阳能电池的效率是一个重要技术参数，视不同的电池类型而定，该参数应当仅在预定的限度内可变并且由此在制造过程中要被连续监视。该比例例如可以对太阳能电池的效率起作用。

在现有技术中US6657708B1(DE69930651T2)通过同时执行拉曼(Raman)反向散射光谱分析测量和(反射)椭球测量描述了薄硅层的光学特征。其中提出，借助拉曼反向散射光谱分析来确定结晶的成分、即无定形的和结晶的硅的比例。此外还可以借助椭球测量、即借助极化特征的改变来确定硅层在反射的光中的厚度和粗糙度。

这种形式的光学表征或光学特性描述具有如下缺陷，即拉曼光谱分析是麻烦并缓慢的，因为必须探测极其微小的散射光强度并且此外测量的精度强烈地取决于样本和探测器的相对位置和几何取向。因此，所述过程对于在连续的制造过程(英语为“in line”)期间或者在连续地检验大面积的硅层的情况下的重复的测量是不太合适的，因为此处几何取向不是恒定的并且只有短的测量时间可用。由此拉曼光谱分析在实践中仅在实验室中被用于检查抽样样本。

现有技术中公知的X射线衍射方法在更大程度上具有该缺陷。此外，可用于此的设备受工作原理所限而体积庞大并且难以实现对大面积样本的检验。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于描述在透光基底上的薄硅层的特性、特别是用于描述太阳能电池坯件的特性的方法和装置，借助其可以在短的时间内并且以对相对位置或取向变化的小的敏感性进行光学特性描述。特别是使得可以连续地大批量地描述大面积的移动的产品的特性。

光在材料中的吸收通过Lambert-Beer定律来描述：I_Rest＝I₀·e^-αd，其中，I₀是原始的光强，d是穿透的材料厚度，I_Rest是在穿透之后剩下的剩余强度，并且α是材料的吸收系数。

按照本发明得知，在薄硅层的情况下、特别是在薄层太阳能电池坯件的情况下，在硅的两种相(无定形、结晶)之间在光的吸收上呈现大的区别，从而通过测量光的吸收系数可以在比现有技术中更短的时间内并且以对在探测器和样本之间的相对的位置变化和/或取向变化的小的敏感性，光学地表征或测出硅层中的相的成分。相应地，为了表征或描述薄硅层的特性，要进行以下步骤：

-借助至少一个光学探测器接收透射通过硅层的和/或在硅层上反射的光，

-根据接收的光确定硅层对于至少一个波长的吸收系数，并且

-借助吸收系数(和硅层的厚度)确定在硅层的无定形的成分和结晶的成分之间的比例，或借助吸收系数(和硅层的厚度)确定这些成分之一和这些成分之和之间的比例。

相宜地，然后将该比例作为特征信号输出或者不输出而进一步处理。该方法还可以包括对在接收期间用于照射硅层的光源的控制。

在本发明的意义下，描述给定波长的光在薄层中的吸收强度的各参数被视为吸收系数，例如吸收系数或照明强度和透射强度(或照明强度和反射强度)的商或者反之。描述无定形硅和结晶硅的相对量以及其中一种相相对于被照射的硅总量的相对成分的各参数被视为比例，例如无定形的硅相对于结晶的硅的材料量比例、浓度比例或质量比例或者反之。

按照本发明的用于描述或测量在透光基底上的薄硅层的特性、特别是描述太阳能电池坯件特性的装置，具有至少一个用于接收透射通过硅层的和/或在硅层上反射的光的光学探测器，以及用于执行上述方法步骤的控制单元。该装置可以有利地具有在接收期间用于照射硅层的光源。为了照射、接收光和确定吸收系数，可以使用例如在DE19528855A1(在此全面引用其公开内容)中描述的方法以及那里描述的装置。