太阳能硅片检测方法

瑟米莱伯（中国）公司SemilabChina上海浦东新区商城路889号波特营B2幢3楼

（200120）TelFax-mail:semilab@Website:太阳能硅片检测方法2011年7月SEMILABCHINA2内容提要准稳态微波反射光电导（QSSµ-PCD）技术QuasiStaticStateMicrowavePhotoConductivityDecay表面光电压（SPV）技术测量扩散长度SurfacePhotoVoltageDiffusionLengthInlinePL检测技术PhotoluminescenceImagingSEMILABCHINA3准稳态微波反射光电导（QSSµ-PCD）技术传统的µ-PCD测量技术SEMILABCHINA4传统的μ-PCD测量技术：不能得到准确的注入水平值不能得到太阳能电池片工作状态下的有效寿命值光生载流子复合中心表面复合红外激发光穿透深度~30µm10GHz微波1Ωcm的硅片中穿透深度~500µmSi厚度225µmP型探头：产生微波探测反射的微波信号光生载流子在硅片内扩散并复合表面复合传统的µ-PCD测量技术SEMILABCHINA5Semilab引入准稳态微波反射光电导QSSµ-PCD技术QSSµ-PCD测量技术特点SEMILABCHINA6QSSµ-PCD技术测量过程中使用两束光背景光（用于产生稳态）和激发光（用于激发过剩载流子）背景光是连续光，光强可调0-1.5

Sun，未来范围更宽测量过程中一直处于准稳态激发光强远小于背景光的光强，只对稳态造成造成微扰背景光强，即产生速率，是经过标定的，因此可以准确得到注入水平值可以测量真实工作状态下的有效寿命传统的µ-PCD与QSS

µ-PCD之间的比较SEMILABCHINA7Timeeffnnoµ-PCD技术测量光电导的衰减，是一种相对测量，不需要测量过剩载流子的绝对值a)瞬态方法：µ-PCD对于QSS

µ-PCD测量技术，产生速率是已知的，通过测量寿命值，可以推算出准确的注入水平值（即过剩载流子浓度ΔnSS)稳态寿命：eff=nss/G产生+复合nonssb)稳态方法：QSSµ-PCDn产生速率=复合速率复合dn/dt=-n/eff产生dn/dt=GG-nss/eff=0dn/dt=0QSSµ-PCD中注入水平可调

8QSSµ-PCD可以测量不同稳态产生速率下的有效寿命值，而且对应的注入水平是精确确定的（G1,G2,G3,…Gk）------（n1,n2,n3…nk）------（1,2,3…k）注:在测量中，为G的改变预留的时间要远大于少子的有效寿命。G1;n1G2;n2G3;n3132nkGk;nkQSSµ-PCD中激发光强要小于产生稳态的背景光强，因此激发光只会对稳态造成微扰，不会破坏稳态。在此条件下，测量得到的有效寿命值就是稳态下的有效寿命。

timeSEMILABCHINA传统的µ-PCD与QSS

µ-PCD之间的比较：测试举例SEMILABCHINA9传统µ-PCD技术QSSµ-PCD技术测试条件样品：SiN/a-Si/SiQSS光强：1Sun测试结果寿命值：41µsVs305µs均匀性不同利用QSSµ-PCD测试技术可以得到更多的信息QSS

µ-PCD的应用：测试举例SEMILABCHINA10样品高质量FZ硅片，表面生长有氧化层，L0=1400µm(用SPV技术测得)，τb=590µs，Fe含量低用CORONA电荷将硅表面置于反型、耗尽或累积状态注入水平Δn,是用测量得到的有效寿命τeff

和产生速率（QSS光强）计算得到的有效寿命-QSS光强曲线有效寿命-QSS注入水平曲线QSS

µ-PCD的应用：测试举例SEMILABCHINA11钝化效果不好钝化效果好样品钝化层为a-SiQSS光强：1Sun测试结果表明：钝化均匀性不大好。这与a-Si钝化的普遍特点符合。QSS

µ-PCD的应用：发射极饱和电流J0SEMILABCHINA12InjectionLevel,n(cm-3)slope=InjectionLevel,n(cm-3)双面钝化的发射极SEMILABCHINA13表面光电压（SPV）技术测量扩散长度（体寿命）传统的µ-PCD、QSSµ-PCD和SPV技术比较SEMILABCHINA14传统的µ-PCD和QSSµ-PCD的共性不能完全排除表面的贡献，测量结果为有效寿命Semilab引入SPV测量扩散长度可以直接测量体寿命（扩散长度相当于体寿命）绝大多数样品不需要进行预处理SemilabSDI的SPV技术处于世界领先水平，已在IC中得到了广泛的应用为PV行业做了量体裁衣的改进：增加光强，提高信噪比测量扩P或扩B后的半成品以及最终的电池片成品时需要高光强测试速度快不同光波长使用不同的调制频率，因此可以同时提取多个波长产生的SPV信号，实现快速、精确测量扩散长度测量范围的上限最高可以达到样品厚度的4倍

可以测量硅片、扩P或扩B后的半成品以及最终的电池片成品可以测量背面的有效表面复合速率SPV技术测量扩散长度:UltimateSPVSEMILABCHINA15signalratiophase最新的UltimateSPV技术采用：光束中包括全套波长不同波长使用不同的调制频率SPV技术测量扩散长度举例SEMILABCHINA16DiffusionLength[µm]Avg:113.5STDEV:11.8Max:151.3Min:96.52SemilabSDI扩散长度与NRELIQE扩散长度结果的比对SEMILABCHINA17SPV技术应用：Fe含量的测量SEMILABCHINA18Fe在P型硅中有两种状态Fe-B对，对少子的复合几乎没有贡献间隙原子，很强的少子复合中心一般情况下都以Fe-B对的形式存在SiSiSiSiSiSiSiSiBFeSiSiSiSiSiSiSiSiSiFeBSi分解前SiSiSiSiSiSiFeiSiSiBSiSiSiSiSiSiSiSiBFeiSiSiSiSiSiSi分解后SPV技术应用：Fe含量的测量SEMILABCHINA19具体的测试次序先测量扩散长度然后用强光把Fe-B打开再次测量扩散长度最后计算出Fe含量扩散长度（光照前）扩散长度（光照后）计算出Fe含量SPV技术应用：ALID（加速光致衰退）测量SEMILABCHINA20弱复合中心

强复合中心B+O2i光致分解h

1.1eV200℃光致分解EA=1.38eVBO2i强复合中心FeiB+BFei200℃

热分解EA=1.17eV光致耦合h

1.1eV针对FeiB

和BO2i

在光照和加热条件下的不同特性，采用一定的光照和加热次序，可以区分这两种杂质，从而分别测得两种杂质的含量。整个测量过程可以在20分钟之内完成！ALID测量：AcceleratedLightInducedDegradation,加速光致衰退SPV技术应用：ALID全自动测量SEMILABCHINA21光学激发平台SPV扫描热处理平台Cu复合体分解Fe-B对分离SPV技术应用：ALID（加速光致衰退）测量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

都处于非激活状态只有BO2

处于激活状态BO2

和

Fe

都处于激活状态SPV技术应用：ALID（加速光致衰退）测量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，来料硅片中都有较高的Fe和BO2含量，而最终的电池片中的含量较低，其原因是生产工艺常常有吸杂的作用；如果吸杂作用不能移除全部的Fe，剩余的Fe就会影响电池片的性能；ALID技术测量出的来料硅片中的Fe和BO2含量，可以提前提供预警。SemilabALID测量举例：成品电池片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与传统ALID测量的对比SEMILABCHINA252.5e175e17[Oi]样品由ISFH提供结果：SemilabALID测量方法在数十分钟内给出了结果ISFH用了数小时的时间（测量方法不同）二者的氧含量结果完全相同SEMILABCHINA26InlinePL检测技术全自动检测速度快(>3600wfr/h)图像质量好低噪声高分辨率可用少子寿命检测（µ-PCD）标定可在线检测硅片、电池片半成品或成品有在线和离线两种PLI检测技术的特点PLImagePLImageμ-PCD

mapμ-PCDandPLshowagoodcorrelationCZ,p-typeRaster: 500umSize: 5inchLifetime:Average: 5.88usPLI检测举例：用µ-PCD标定PLI结果PLImagePLImageμ-PCD

map样品CZ硅片P型5in扫描步进500µm少子寿命平均值5.88µsSEMILABCHINA29ThankYouVeryMuch!

非常谢谢！

瑟米莱伯（中国）公司SemilabChina上海浦东新区商城路889号波特营B2幢3楼

（200120）TelFax-mail:semilab@Website:SEMILABCHINA30BackupslidesSEMILABCHINA31非接触CV测量技术非接触CV测量技术的必要性SEMILABCHINA32影响钝化层钝化效果的因素界面陷阱的数量Nit界面陷阱为复合过程提供复合中心硅表面势垒VSB硅表面势垒会影响少子向硅/钝化（介质）层界面的扩散良好的钝化效果需要满足两个条件：界面陷阱的数量少硅表面处于累积（Accumulation）状态Semilab的非接触CV技术可以测量：可以直接测量硅表面势垒VSB相关参数：钝化层中的总电荷Qtot可以直接测量界面陷阱密度Dit谱以及Dit在禁带中间的值相关参数：界面电荷Qit非接触CV测量的四个基本要素SEMILABCHINA33电晕放电（Coronagun）在样品表面沉积电荷（ΔQ）非接触测量样品的表面电势Kelvin探头光照用于在硅表面产生光电压，从而测量硅表面势垒（硅表面能带弯曲）电容的计算若Cox已知DVSB=DVDARK-DVLIGHTDVSB=DVDARK–DQ/COXC=DQ/DV非接触CV测量的四个基本要素：沉积电荷SEMILABCHINA34极性是由高压的极性控制的

带电离子团:CO3-，(H2O)nH+在介质层表面沉积低能量带电离子团沉积的电荷量由以下因素控制：高压放电装置与样品表面的距离放电时间表面已有电荷的库仑作用非接触CV测量的测量次序SEMILABCHINA35直接测得的参数：表面电势硅表面势垒(Vsb)平带电压VFB:Vdark=Vlight总电荷QTOT:从初始状态到平带状态所需的电荷计算得到的参数:界面电荷：Qit界面陷阱密度:DitCn=Qc/Vn非接触CV测量的四个基本要素：测量表面电势SEMILABCHINA36J(t)VDC振动电极C(t)样品样品台在回路中实现零电流的状态下C=C0+dC·sin(t)J(t)=·dC(VDC+Vcpd)·cos(t)Vcpd=-VDC非接触CV测量的应用举例：电池片中钝化层及界面质量控制SEMILABCHINA37降低Dit可以减少硅片与电介质层之间的缺陷，改善钝化效果