硅片常见缺陷及评估分选课件

1、光致发光成像/ Photoluminescence imaging , PL成像被公认是一种很有前途的硅片,电池片质量特性分析技术。它能依据多晶硅 as-cut wafer 的材质，对于其进行质量评估和分选。美国能源实验室(NREL)，德国FraunhoferPL影像能够分辨出硅晶的各种缺陷，这包括常见的Dislocation /位错（晶格）缺陷，Grain boundary / 晶界缺陷，和 Impurity /杂质缺陷。研究报告也显示不同的缺陷影响太阳能电池性能的程度是不同的。例如Impurity /杂质缺陷能够在其后的电池片生产工艺-发射极扩散工艺中得到改善；而Crystal defec

2、t， 包括 Dislocation /位错缺陷， Grain boundary / 晶界缺陷 并不能在其后的电池片生产工艺中得以纠正。自2009(Fraunhofer ISE) 开发出一套基于加权指数的评级标准，将硅片分成5个质量等级。对三个不同硅片供应商的10,000片硅片随机抽样，测试，评价和分选，结果证实，PL影像能够非常精确的评估硅片材料质量。也许在常规电池片生产线上，顶级硅片材料的微小质量差异对电池片的转换效率没有明显的影响，但是将分选过高质量硅片用在生产高效电池片的MWT-PERC工艺上，结果证实，即使是很小的材料质量差异也能明显地对电池片的I-V特性造成影响。因此对于高效电池片生

3、产线，基于PL成像技术进行的硅片来料检验会是一种非常有效的控制质量的方法。基于上述原因和理论基础，新加坡维信科技 - Industrial Vision Technology (S) Pte Ltd 开发了一套 “高清晰度，高分辨率的硅片高清晰度，高分辨率的硅片PL成像和缺陷分析系统成像和缺陷分析系统”。它能够有效地将硅片分选出5个不同的质量等级。采用PL影像对多晶硅的as-cut wafer进行质量评估和分选硅片的质量缺陷和分类硅片的质量缺陷和分类Dislocation /位错（晶格）缺陷位错（晶格）缺陷：在多晶硅的生长过程中，由于应力的作用会在晶粒中产生大量的位错(Dislocation)

4、。这些位错会在不同的滑移面上聚集成体积更大的位错团。这些位错团可以大幅度地降低少数载流子的扩散长度。从而降低硅片/电池片的光电转换效率。它是多晶硅铸锭过程中的一种常见的结构缺陷。如附图一所示。但是它对硅片的等级分选影响最大。Grain boundary / 晶界缺陷晶界缺陷：多晶硅在生长过程中，晶体之间会产生边界。杂质容易在晶界处偏聚和沉淀。这些边界会影响少数载流子的扩散长度，从而降低硅片/电池片的光电转换效率。如附图二所示。单晶硅是没有晶界缺陷的。晶界缺陷是造成准单晶硅（Cast-mono）达不到单晶硅的转换效率的主要原因。Impurity /杂质缺陷杂质缺陷:多晶硅铸锭过程中的常见的有害杂

5、质主要有：氧，碳，以及铁等过度族金属。铁和其它金属元素为多晶硅中最主要的杂质，一般来自于坩埚，所以在硅锭的底部以及边缘常常出现杂质缺陷（杂质缺陷（Impurity），如附图四所示。但是它对硅片的等级分选影响不大。因为在其后的电池片发射极扩散工艺过程中，可以去除大部分的杂质。版权所有：上海伟信新能源科技有限公司新加坡维信科技 mary.maivt- 质量好的硅片质量好的硅片：PL 影像亮度高，基本没有缺陷质量较好的硅片质量较好的硅片：尽管有明显的Impurity /杂质缺陷，但是只有少量的晶格位错缺陷质量中等的硅片：质量中等的硅片：有少量的晶格位错缺陷质量不合格的硅片质量不合格的硅片：PL 影像

6、亮度低；有大量的晶格位错缺陷质量次等的硅片：质量次等的硅片：PL 影像亮度低；有较多的晶格位错缺陷Photo by IVT VS-6840 Luminescence AnalyzerClass 1Class 2Class 3Class 4Class 5新加坡维信科技 mary.maivt- 附图一：Bad Quality Wafer / 质量不合格的硅片主要缺陷：Dislocation /晶格位错， PL影像较暗。Photo by IVT VS-6840 Luminescence Analyzer新加坡维信科技 mary.maivt- 主要缺陷：Dislocation /晶格位错Grain B

7、oundaries / 晶格缺陷Photo by IVT VS-6840 Luminescence Analyzer附图二：Lower Quality Wafer / 次等质量的硅片新加坡维信科技 mary.maivt- 主要缺陷：少量的：Dislocation /晶格位错Impurity /杂质缺陷Photo by IVT VS-6840 Luminescence Analyzer附图三：Medium Quality Wafer / 中等质量的硅片新加坡维信科技 mary.maivt- 附图四：Good Quality Wafer / 较好质量的硅片少量的：Dislocation /晶格体位

8、错Impurity /杂质缺陷Photo by IVT VS-6840 Luminescence Analyzer附图五：Premium Quality Wafer / 质量好的硅片少量的：Grain Boundaries / 晶格缺陷Photo by IVT VS-6840 Luminescence Analyzer新加坡维信科技 mary.maivt- A Scientific Cooled CCD Camera systemSpecificationHigh resolution Image: 1024 x 1024 pixelsHigh dynamic range of image data: 16 bitsLow dark current noise: CCD Sensor is cooled down to: -20CHigh power Laser illumination System Homogenized Illumination area: 180mmx180mmIllumination No-uniformity:5%Adjustable illumination intensity0 - 5 sunsTherma