[发明专利]硅光伏电池的钝化缺陷的光致发光绘图

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年7月3日提交的、题为“PHOTOLUMINESCENCE MAPPING OF PASSIVATION DEFECTS FOR SILICON PHOTOVOLTAICS(硅光伏电池的钝化缺陷的光致发光绘图)”的美国临时申请第61/842,857号的优先权，其全部内容在此并入作为参考。

技术领域

本发明涉及硅晶片的测试，特别是用于太阳能电池的硅晶片的在线测试。

背景技术

在太阳能电池的制造期间，钝化不良可能导致存在局部的具有劣质属性的晶片区域从而恶化电池效率。具有钝化发射极的晶片中的这种典型缺陷出现在具有高发射极饱和电流J₀或低开路电压V_OC的区域中。

J₀是描述晶片的发射极区域中过剩载流子(电子与空穴)的复合(包括表面或界面复合)所引起的损耗的参数，该参数对于太阳能电池操作而言是重要的。钝化是设计用于减少这种损耗的过程。有效钝化的工艺包括两个因素：1)减少充当复合中心的界面阱的密度；和2)生成排斥来自发射极的一种载流子(例如电子)的电场势垒，从而防止需要两种载流子(电子和空穴)的复合过程。

对于由较高本体寿命硅晶片制成的极高效率薄硅电池而言，与发射极中的复合所引起的损耗相比，本体硅(基极区域)中载流子的复合损耗就变得不那么重要了。对于这种电池而言，研发非常有效的发射极钝化变得更加重要。钝化过程是一个困难的过程。它可以通过在发射极上沉积堆叠的介电膜结构(顶部介电层也用作抗反射涂层，ARC)来完成。在某些高效率电池中，采用非晶Si层而不是介电质来完成钝化，与硅的相应异质结势垒减少了复合。可通过氢化作用和适当的沉积后快速退火来增强钝化的有效性。

通过消除钝化缺陷，可改善硅太阳能电池的效率，特别是对于高效率电池。这对硅光伏电池在清洁能源市场中的竞争力能够产生积极的影响。

该努力的一个重要因素是能够生产出适于硅PV制造过程中的在线处理监控的J₀和V_OC(或暗含(implied)的V_OC)的完整的晶片图。

发明内容

披露了用于快速且精确地对钝化缺陷进行绘图的实施例，其可以应用于在太阳能电池制造过程中硅晶片的在线诊断。所披露的实施例是基于在晶片移动的同时，例如，当在制造线中晶片在带上输送时对光致发光(PL)图像的采集。实施例包括从光致发光强度的单个图像(图)获得整个晶片钝化缺陷图像的过程，并且可以为过程控制提供快速的反馈。

在一些实施例中，整个晶片图像由在移动晶片上连续采集的线图像组成。对于每个线图像而言，利用线照相机采集从移动晶片上的窄线发射出的光致发光强度PL。PL采集线可以垂直于晶片移动。它们的几何结构可以由限定照相机所看到的晶片区域的照相机狭缝或机械狭缝所定义。为了进行精确的测量，将这种窄线定位在利用激发自由载流子并产生光致发光的光所均匀照射的较宽的条带内。这样，在移动晶片上产生稳态激发条件，并且通过监测从窄线发射出的辐射可采集到稳态光致发光。使用短波长照射以产生过剩自由载流子、电子和空穴。光致发光是由于光致电子与空穴的辐射性复合而从半导体发射出的辐射。照射系统和光致发光采集系统是固定的，晶片相对于它们移动。这使在移动晶片上能够采集连续且平行的线光致发光图像。然后使用在晶片移动期间采集的连续的线图像来组成整个晶片图像。例如，通过得用1024像素线照相机采集1024个线图像，获得1024×1024的晶片图像。

在一些实施例中，被均匀照射的条带的宽度足够大以在条带中心附近产生恒定的稳态激发线。在这些实施例中，被照射的条带的宽度实质上大于被测晶片中的少数载流子扩散长度。该宽度也大于过剩载流子寿命期间以及通过照相机采集线图像时所用的时间间隔期间晶片行进的距离。另一方面，窄的PL采集线足够窄，以便定位在激发条带内的恒定的稳态激发区域内。另外，采集线足够窄，以便在晶片移动方向上获得较高的晶片图像分辨率，诸如由覆盖晶片长度的1024条线组成的图像。对于典型的156mm×156mm的硅PV晶片而言，激发条带的宽度可以是10mm，而采集线宽为150μm。