CN102449494B - 用于分散测定半导体结构的串联电阻的方法 - Google Patents
用于分散测定半导体结构的串联电阻的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102449494B CN102449494B CN201080024016.6A CN201080024016A CN102449494B CN 102449494 B CN102449494 B CN 102449494B CN 201080024016 A CN201080024016 A CN 201080024016A CN 102449494 B CN102449494 B CN 102449494B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- semiconductor structure
- local
- series
- described semiconductor
- resistance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 110
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 14
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 9
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 54
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
- H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6489—Photoluminescence of semiconductors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/66—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
- G01N21/9501—Semiconductor wafers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于分散测定半导体结构的串联电阻的方法,所述方法通过在测量条件A和B下使半导体结构内形成发光,为半导体结构的多个给定的点测定局部校准参数CV,i并且为半导体结构的多个给定的点测定局部串联电阻RS,i。重要的是,为半导体结构的所有局部串联电阻设置相同的全局串联电阻RSg,根据所述全局串联电阻来测定所述局部串联电阻RS,i。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的方法,该方法用于分散测定半导体结构的串联电阻,其中,所述半导体结构为太阳能电池或制造太阳能电池时的前体,该半导体结构包括至少一个pn结和用于电接触的触点。
背景技术
串联电阻为用于描述太阳能电池的重要参数,因为高串联电阻往往导致太阳能电池的效率降低。所述太阳能电池的总串联电阻在此由多个部分组成:如金属触点结构的横向电阻,掺杂层(如发射层)的横向电阻和/或金属触点结构和掺杂层之间的接触电阻均可属于总串联电阻。
为了对太阳能电池进行描述并且在太阳能电池制造期间进行过程控制,期望分散测定太阳能电池的串联电阻,也就是说,分别计算多个点的局部串联电阻,通过局部串联电阻的分布可推断局部不均匀的工艺条件或故障元件,如断开的金属结构。
已知多种用于分散测定串联电阻的方法,其中,在分散测定太阳能电池内形成的发光时尤其适用于这些测量方法。已知的是可借助CCD摄像机对由太阳能电池表面发出的光进行分散测量并且由此对串联电阻进行分散测定:
在T.Trupke,E.Pink,R.A.Bardos和M.D:Abbott的《利用发光图像研究硅太阳能电池的串联电阻的分散测定(Spatially resolved series resistance ofsilicon solar cells obtained from luminescence imaging)》,应用物理函件(AppliedPhysics Letters)90,093506(2007)中描述了一种方法,所述方法通过已公知的方式光照太阳能电池来形成发光,并且借助CCD摄像机对所谓的光致发光进行分散测量。在此,在不同的测量条件下拍摄两张光致发光的图片,其中,测量条件A为开路电压(即触点间无电流通过),在测量条件B中,电流从太阳能电池中流出。此外,至少还需要第三张在短路条件下的光致发光的图片,以校准上述两张图片的测量值。
通过在测量条件A中拍摄的测量图片来分散测定校准参数Ci,其中,为每个点i分别计算校准参数。借助该校准参数,将测量条件B中测出的局部光强换算为施加于太阳能电池的各点的电压。
在整个太阳能电池可使用单一的暗饱和电流值的前提下,通过使用公知的单二极管模型,逼近太阳能电池局部的电特性来建模,可测定局部串联电阻。
但是,在典型的工业制造的太阳能电池中(特别是在多晶硅太阳能电池中),各局部的暗饱和电流不可能相同。因此,在此类太阳能电池中,为定量测定局部串联电阻,还需另外对暗饱和电流进行分散测定。
为此,通常还需在其它测量条件下,如使太阳能电池加载不同波长的电磁辐射,对光致发光进行进一步测量。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的在于,改进用于分散测量半导体结构的串联电阻的方法,从而减少测量所需图片的数量和/或缩短分散测量串联电阻所需的总时间。此外,根据本发明的测量方法也适用于太阳能电池生产线的内置测量位置。
这一目的通过根据权利要求1的用于分散测定半导体结构的串联电阻的方法得到解决。根据本发明方法的优选的方案可从权利要求2至11中得出。
通过根据本发明的方法可用于分散测定半导体结构的串联电阻,其中,所述半导体结构为太阳能电池或制造太阳能电池时的前体。该半导体结构包括至少一个pn结和用于电接触的触点。
所述方法包括以下步骤:
步骤A中,在测量条件A下使半导体结构内形成发光,其中,在所述半导体结构的触点之间存在电压VA。为半导体结构的多个点i测量基于该点的局部光强ILA,i。
步骤B中,在测量条件B下使半导体结构内形成发光,其中,在半导体结构的触点之间存在电压VB。测量条件B与测量条件A的区别在于,在测量条件B中通过半导体结构的触点之间的电流大于测量条件A中通过半导体结构的触点之间的电流。而与步骤A相似的是,在步骤B中同样分别为多个点测量半导体结构的基于该点的局部光强ILB,i。
步骤C中,分别为半导体结构的多个给定的点测定局部校准参数CV,i,该局部校准参数用于表示局部光强与在该点上局部施加于半导体元件上的电压之间设置的数学关系。在此,至少根据步骤A中测出的光强ILA,i和测量条件A中在半导体结构的触点之间形成的电压VA来测定局部校准参数CV,i。
最后,在步骤D中为半导体结构的多个给定的点测定局部串联电阻RS,i。至少根据至少一个在步骤B中测出的局部光强ILB,i和至少一个在步骤C中测定的局部校准参数CV,i分别进行测定。
重要的是,在步骤D中,附加地,为半导体结构的所有局部串联电阻都设置一个相同的全局串联电阻RSg,根据该全局串联电阻来测定各个局部串联电阻RS,i。
在已知的测量方法中,需对发光进行额外测量以测定步骤D中的局部串联电阻,而与已知的测量方法相反,在根据本发明的用于测定局部串联电阻的方法中,附加地使用半导体结构的全局串联电阻。由此可以减少所需的发光测量操作并且相应地缩短整个测量所需的测量时间。
特别地,这一点可使本发明方法在已有的内置测量仪器上得到应用,通过所述测量仪器,可在生产过程期间对半导体结构进行测量。
因此,在根据本发明的测量方法中,仅仅通过对半导体结构设置全局串联电阻,而无需对发光进行额外测量,即可获得步骤D中用于测定局部串联电阻所需的附加信息。而半导体结构的全局串联电阻相对来说比较容易测定。为此,可采用现有技术已知的各种测量方式:
例如,可按照公知的方式由半导体结构的暗特性或者光特性曲线或者结合半导体结构的暗特性和光特性曲线来测定全局串联电阻(见D.Pysch,A.Mette和S.W.Glunz的太阳能材料和太阳能电池(Solar Energy Material&Solar Cell)91,1698-706(2007),以及A.G.Aberle,S.R.Wenham和M.A.Green的精确测量太阳能电池的集中串联电阻的新方法(A new method for accuratemeasurements of the lumped series resistance of solar cells),Louisville出版社,Kentucky,USA,1993(IEEE,New York,NY,USA),133-9页)。同样,可以根据半导体结构的参数来计算全局串联电阻,所述参数例如是金属结构的尺寸,掺杂层和掺杂面的尺寸,或者掺杂层的层电阻的尺寸。
使用全局串联电阻测定局部串联电阻的另一个优势在于,通常在流水线中,各半导体结构之间的全局串联电阻的波动要远远小于半导体结构的局部串联电阻的波动。因此,无须为每个半导体结构单独测定全局串联电阻,也可使用半导体结构的典型的全局串联电阻。
申请人的研究表明,有利的是,根据全局串联电阻来测定局部串联电阻,即:为所有局部串联电阻都设置相同的全局换算系数f,根据该全局换算系数分别换算局部串联电阻RS,i。通过局部串联电阻RS,i与全局串联电阻RSg之间设置的数学关系来确定全局换算系数f。
所述设置的数学关系优选为取局部串联电阻RS,i的中数,使换算出的局部串联电阻RS,i的最终的中数等于全局串联电阻RSg。在此,申请人的研究显示,优选将算术中数用作所述中数。
根据本发明的方法不仅可在通过使半导体结构加载电磁辐射形成发光(即形成光致发光)时使用,也可在通过向半导体结构的触点施加电压形成发光(即形成电致发光)时使用。
在形成光致发光时,例如在测量条件A中可不接通半导体结构的触点。在该情况下,可基于光照条件在触点上形成电压VA并且触点之间无任何电流通过。在测量条件B下则需接通触点,使得在相应的电压VB下在触点间形成给定电流。因此,在这种情况下,测量条件B中通过的电流也大于测量条件A中通过的电流。然而,光致发光的劣势在于,不允许将用于形成发光的电磁辐射识别为所形成的光致发光,因此需要在使用的探测单元如CCD摄像机中使用造价高昂的滤光器来对电磁辐射进行过滤。而在电致发光方法的方案中则无需使用这种滤光器。
因此,有利的是,在测量条件A中使半导体结构在电触点上施加电压VA,而在测量条件B中施加电压VB。在两种测量条件下均使半导体结构不加载或仅加载极少的电磁辐射。所以,优选在暗环境中进行测量。然而,如果测量条件,特别是半导体结构内的载流子分布,主要是通过施加的电压来确定,而非通过光照来确定,则也可略微光照半导体结构。
在本发明的光致发光方法的有利的方案中,VA小于VB,使得测量条件A中通过半导体结构的触点之间的电流要小于测量条件B中通过半导体结构的触点之间的电流。
原因在于,测量条件A中应使局部串联电阻对于半导体结构的电流模式的影响尽可能最小。因为如上所述,测量条件A中的发光测量要用于测算局部校准参数CV,i,在此不希望局部串联电阻对这一局部校准参数的测算造成任何影响或仅带来极小影响。
但是,在测量条件A中,小的电压VA和相应的半导体结构的触点之间小的电流也会导致与测量条件B相比较小的局部光强。因此,这样来选定测量条件A是有利的,即:一方面使得局部串联电阻的影响较小,但另一方面也使光强尽可能大,从而缩短分散测定发光所需的测量时间。
因而,有利的是,在测量条件A中,电流通过半导体结构的触点之间,所述电流小于半导体结构在正常工作下所通过的电流的30%,优选小于20%,更优选为小于15%。
“正常工作”在此指的是半导体结构所适用的标准测试条件。对于用于室外应用的商用的太阳能电池,这通常指太阳能电池所加载的电磁辐射的标准调幅波为1.5G,光照面积的总功率为1000W/m2。申请人的研究表明,当在测量条件A中有约为标准条件下的短路电流的20%的电流通过时,可以较好地实现局部串联电阻的低影响和形成高光强。
相反,在测量条件B中,需要使局部串联电阻的影响体现在形成的发光中。因而,有利的是,测量条件B中通过半导体结构的触点之间的电流,至少要达到标准条件下通过半导体结构的短路电流的50%,优选至少为70%,更优选为约100%。例如,有利的是,在测量条件B中在半导体结构上施加标准条件下(VOC)的开路电压。
如上所述,测量条件A中形成的光强小于测量条件B中形成的光强。因此,有利的是,在步骤A中用于分散测定光强的测量时间至少大于步骤B中的光强测量所需的测量时间的约3倍,优选为约5倍。
在典型的半导体太阳能电池中,尤其是多晶硅太阳能电池中运用常规的用于识别发光的CCD摄像机时,测量条件A的测量时间可少于0.5秒,测量条件B的测量时间可少于0.1秒。
局部施加于半导体结构上的电压和由此电压形成的局部发光之间的关系可近似地以指数关系来表现。因此,有利的是,在步骤C中设置局部光强ILA,i与电压VA之间的指数关系,尤其优选为公式1:
CV,i为在步骤C中待测定的局部校准参数,VT为热压。
因而在这一有利的方案中,可借助局部校准参数将所测量的光强换算为局部施加的电压。
有利的是,在步骤D中,根据公式2测定各局部串联电阻,
Vi为施加于半导体结构上的局部电压,ji为通过半导体结构施加了局部电压的区域的局部电流密度。在此,局部电压可至少根据步骤B中测出的局部强度IB,i和步骤B中测定的局部校准参数CV,i得出,优选按照上述公式1。
优选根据公式3得出局部电流密度ji,
Vi表示局部电压,VT为热压,jo,i为局部暗饱和电流密度。
优选根据公式4得出局部暗饱和电流密度jo,i,
CV.i为局部校准参数,f为全局换算系数。在此通过局部串联电阻RS,i与全局串联电阻RSg之间设置的数学关系,优选为换算出的局部串联电阻RS,i的算术中数等于全局串联电阻RSg,得出全局换算系数f。
因此,在这一优选方案中,在这样的条件下通过测算局部暗饱和电流密度来进行局部串联电阻的测算,即:局部串联电阻的算术中数等于全局串联电阻。通过这种测算,可无需进行其它测量,尤其是为定量测定局部串联电阻而进行的其它分散发光的测量。
因而,在根据本发明的电致发光的方法的方案中,可以定量测定局部串联电阻,其中,仅需在两种测量条件下分别对局部发光进行测量并且另外设置半导体结构的全局串联电阻。
为了提高测量精度,有利的是,在步骤A中,附加地,在第二种测量条件A’下,至少使半导体结构内形成发光,其中,在半导体结构的触点之间存在电压VA’,并且分别为半导体结构的多个点测量基于该点的局部光强ILA,i’。在测量条件A’下通过半导体结构的触点间的电流与测量条件A下通过半导体结构的触点间的电流不同,并且在步骤C中根据公式5设置局部光强ILA,i与电压VA之间的指数关系为:
VT为热压,CV,i和mV,i为局部校准参数。在步骤C中,相应地根据测出的强度ILA,i和ILA,i’得出局部校准参数CV,i和mV,i并且在步骤D中另根据局部校准参数mV,i分别得出局部串联电阻RS,i。
因此在该优选的实施例中,并未采用根据公式1的简单的指数关系,而采用了额外包括局部理想因数mV,i的指数关系来表示局部施加于半导体结构上的电压与在该区域所形成的光强之间的数学关系。相应地需要对于局部光强进行两种测量(基于测量条件A和测量条件A’的测量),以便测定各点的两个校准参数。
引入另一种测量可以通过附加的校准参数mV,i的测定来提高测量精度。
同样属于本发明范畴的是,为局部光强与局部施加的电压之间的数学关系建立带有附加的校准参数的数学模型,并且相应地在步骤A中在其它测量条件下进行额外的局部光强测量,以测定其它校准参数。
然而,申请人的研究也表明,对于典型的半导体结构,在运用公式1时,即,仅为各点测定一个局部校准参数CV,i,就已达到足够的精度。
优选在A、B、C、D步骤中分别给定相同的点。由此可为每个给定的点i都测定强度ILA,i、强度ILB,i、局部校准参数CV,i和相应的局部串联电阻值RS,i,其中,对每个点的局部串联电阻的测定不取决于相应的测量值或其它点的参数。但也属于本发明的范畴的是,为各步骤给定不同的点,为各点测定其局部串联电阻RS,i,并且在步骤D的测定中为各点取在该点周围测出的测量值或者校准参数的中数。
优选地,给定的点近似均匀地分布于半导体结构的表面上,优选地,为半导体结构的正面。
尤其是当使用CCD摄像机来进行发光测量时,有利的是,使用这样的摄像机,即:具有包括方形或矩形的像素栅格的芯片,其中,通过镜头为每个像素分配位于硅晶片的测量面1a上的一个点,从而使半导体结构上的给定的点也同样设置在半导体结构的矩形或方形的栅格上。
优选地,根据本发明方法的实施在大量点上进行,以获取位置足够分散的局部串联电阻的相关信息。优选至少在1000个,且优选为至少20000个,更优选为至少100000个不同的点上进行B、C、D步骤。优选地,所述点之间的距离为至少0.1毫米,优选为至少0.3毫米,更优选为至少1毫米。优选地,所述点设置在矩形,优选地,为方形的栅格上。如上所述,有利的是,使用CCD摄像机。优选地,摄像机的全部测点都用于实施步骤B、C、D。典型的CCD摄像机具有至少250000个点分辨率,所述点设置在方形栅格(至少512个点×512个点)上。优选地,这样选定点,即:使得通过选定的点覆盖代表太阳能电池的局部串联电阻的区域。尤为有利的是,在选择点时,借助接通结构如金属线或金属网格空出覆盖区域。
根据本发明的方法尤其适用于硅太阳能电池,所述硅太阳能电池基于材料和/或过程参数在不同位置具有不同的暗饱和电流密度,如多晶硅太阳能电池。
上述物理量的单位如下:
电压VA、VB:【V】
局部光强ILA,i、ILB,i和ILA,i:【1】
校准参数CV,i:【1】
换算系数f:【A/m2】
校准参数mV,i:【1】
电流密度ji、jo,i:【A/m2】
具体实施方式
下面根据一实施例和图1来阐述根据本发明方法的其它特性和优选方案。
图1示出了用于实施根据本发明方法一实施例的测量装置示意图。
多晶硅太阳能电池1在其正面1a具有栅格状金属接通结构,在相对置的背面则具有极平的背面触点。通过可调电源3在太阳能电池1的正面触点和背面触点之间给定电压,以形成电致发光。
CCD摄像机2对基于太阳能电池1的正面1a的电致发光进行分散测量。CCD摄像机2包括具有方形像素栅格的CCD芯片,其中,通过镜头2a为每个像素分配一个点,所述点位于太阳能电池1的正面1a上。
此外,测量装置还包括未示出的与CCD摄像机2和电源3相连接的控制单元和求值单元。
整个测量过程在暗环境中进行。首先形成测量条件A,在太阳能电池1的正面触点和背面触点之间施加电压VA。太阳能电池1为具有620mV开路电压的多晶硅太阳能电池。电压VA为570mV并且这样选定,即:使得约为标准条件下的短路电流的20%的电流在正面触点和背面触点之间通过。由此确保在测量条件A中,一方面局部串联电阻的影响小到忽略不计,另一方面所形成的电致发光的强度足够大,以便通过CCD摄像机2在约0.25秒的测量时间内拍下足够清晰的分散发光的测量图片来测量局部光强ILA,i。
接着,形成测量条件B,借助电源3向太阳能电池的触点上施加与太阳能电池的开路电压VOC相等的电压(在本实施例中所使用的多晶硅太阳能电池的开路电压VOC约等于620mV)。在所述电压条件下,太阳能电池1的触点之间的电流约等于标准条件下的短路电流,使得在测量条件B中局部串联电阻的作用显著。
在测量条件B中,借助CCD摄像机2拍摄基于太阳能电池局部光强ILB,i的测量图片。由于与测量条件A相比,在测量条件B中通过的电流更大并且光强也相应地更大,因而在此仅需0.05秒的测量时间。
由于在测量过程中,太阳能电池不可相对于CCD摄像机2移动,因此,每次测量的点相同。
相应地在步骤C中,可根据公式1为每个测点分别测定局部校准参数CV,i。而对于每个点i,可通过使用测量条件A中施加的电压VA和为所述点测定的光强来测定该点的局部校准参数CV,i。在此根据测量时存在的温度T,即:通常为测量装置的环境温度,来得出热压VT=kT/q(k为波尔兹曼常数,q为单位负荷)。优选地,测量环境的温度设置为约25℃。
然后,根据公式2计算各点i的局部串联电阻。
为此,首先通过求解Vi的公式1来得出局部电压Vi,
VT为热压,IB,i为该点在测量条件B下测出的光强,CV,i为所测定的该点的局部校准参数。
根据公式3分别得出各点的局部电流密度ji,Vi表示上述局部电压,jo,i为局部暗饱和电流密度。
根据公式4得出局部暗饱和电流密度,CV,i为局部校准参数,f为全局换算系数。
通过使局部串联电阻的算术中数等于所设置的全局串联电阻,得出全局换算系数f:
N为所述点的总数,RSg为设置的全局串联电阻,Vi为各点i按照上述方法,计算出的局部电压,VB为在测量条件B下施加于太阳能电池的触点上的电压,CV,i为所测定的各点i的局部校准参数,VT为热压。
在此以公知的方式通过太阳能电池1的光特性和暗特性曲线的测量和比较以及全局串联电阻的测定来得出太阳能电池1的全局串联电阻RSg(详见A.G.Aberle,S.R.Wenham和M.A.Green的精确测量太阳能电池的集中串联电阻的新方法(A new method for accurate measurements of the lumped series resistance ofsolar cells),Louisville出版社,Kentucky,USA,1993(IEEE,New York,NY,USA),133-9页)。
Claims (17)
1.一种用于分散测定半导体结构的串联电阻的方法,所述半导体结构为太阳能电池(1)或太阳能电池(1)的前体,所述半导体结构包括至少一个pn结和所述半导体结构的用于电接触的触点,其中,该方法包括以下步骤:
A、在测量条件A下使所述半导体结构内形成发光,在该测量条件下,在所述半导体结构的触点之间存在电压VA并且分别为所述半导体结构的多个点测量基于该点的局部光强ILA,i;
B、在测量条件B下使所述半导体结构内形成发光,在该测量条件下,在所述半导体结构的触点之间存在电压VB并且分别为所述半导体结构的多个点测量基于该点的局部光强ILB,i,其中,在测量条件B中通过所述半导体结构的触点之间的电流大于测量条件A中通过所述半导体结构的触点之间的电流;
C、为所述半导体结构的多个给定的点测定局部校准参数CV,i,该局部校准参数用于表示局部光强与在该点上局部施加于半导体元件的电压之间设置的数学关系,其中,至少根据步骤A中测出的光强ILA,i和测量条件A中在所述半导体结构的触点之间存在的电压VA来测定所述局部校准参数CV,i;以及
D、至少根据至少一个在步骤B中测出的局部光强ILB,i和至少一个在步骤C中测定的局部校准参数CV,i分别为所述半导体结构的多个给定的点测定所述局部串联电阻RS,i;
其特征在于,在步骤D中,附加地,为所述半导体结构的所有局部串联电阻都设置相同的全局串联电阻RSg,根据该全局串联电阻分别测定所述局部串联电阻RS,i,并且
在步骤D中,为所有所述局部串联电阻设置相同的全局换算系数f,根据该全局换算系数来换算所述局部串联电阻RS,i,其中,通过所述局部串联电阻RS,i与所述全局串联电阻RSg之间设置的数学关系来确定所述全局换算系数f。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过设置所述局部串联电阻RS,i的中数来得出所述全局换算系数f。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,通过使所述局部串联电阻RS,i的算术中数等于所述全局串联电阻RSg来得出所述全局换算系数f。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,在测量条件A中使所述半导体结构在电触点上施加电压VA,在测量条件B中使所述半导体结构在电触点上施加电压VB,并且使所述半导体在两种测量条件下均不加载或仅加载极少的电磁辐射,使得通过所述半导体结构的电流主要通过施加的电压来形成,并且VA小于VB。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在步骤A中测量强度ILA的测量时间至少大于在步骤B中测量强度ILB的测量时间的3倍。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在步骤A中测量强度ILA的测量时间至少大于在步骤B中测量强度ILB的测量时间的5倍。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,在测量条件A中电流通过所述半导体结构的触点之间,所述电流小于在标准条件下通过所述半导体结构的短路电流的30%。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,在测量条件A中电流通过所述半导体结构的触点之间,所述电流小于在标准条件下通过所述半导体结构的短路电流的20%。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,在测量条件A中电流通过所述半导体结构的触点之间,所述电流小于在标准条件下通过所述半导体结构的短路电流的15%。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,在测量条件B中电流通过半导体结构的触点之间,所述电流至少达到标准条件下通过所述半导体结构的短路电流的50%。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,在测量条件B中电流通过半导体结构的触点之间,所述电流至少达到标准条件下通过所述半导体结构的短路电流的70%。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,在测量条件B中电流通过半导体结构的触点之间,所述电流至少达到标准条件下通过所述半导体结构的短路电流的约100%。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤C中设置所述局部光强ILA,i与所述电压VA之间的指数关系。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,根据公式1在步骤C中设置所述局部光强ILA,i与所述电压VA之间的指数关系:
CV,i为步骤C中所述待测定的局部校准参数,VT为热压。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤D中根据公式2得出所述局部串联电阻
其中,Vi为局部电压,ji为局部电流密度,其中,至少根据步骤B中测出的局部强度IB,i和步骤C中测定的局部校准参数CV,i得出局部电压,并且根据公式3得出局部电流密度ji,
其中,Vi为局部电压,VT为热压,jo,i为局部暗饱和电流密度。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,根据公式4得出局部暗饱和电流密度jo,i,
其中,CV,i为局部校准参数,f为全局换算系数。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤A中在第二种测量条件A’下,至少使所述半导体结构内形成发光,其中,在所述半导体结构的触点之间存在电压VA’并且分别为所述半导体结构的多个点分别测量基于该点的局部光强ILA,i’,在测量条件A’下通过所述半导体结构的触点间的电流与测量条件A下通过所述半导体结构的触点间的电流不同,并且在步骤C中根据公式5设置所述局部光强ILA,i与所述电压VA之间的指数关系为:
其中,VT为热压,CV,i和mV,i为局部校准参数,在步骤C中根据测出的强度ILA,i和ILA,i’得出局部校准参数CV,i和mV,i,并且在步骤D中附加地根据局部校准参数mV,i得出各个局部串联电阻RS,i。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200910021799 DE102009021799A1 (de) | 2009-05-18 | 2009-05-18 | Verfahren zur ortsaufgelösten Bestimmung des Serienwiderstandes einer Halbleiterstruktur |
DE102009021799.1 | 2009-05-18 | ||
PCT/EP2010/002997 WO2010133325A1 (de) | 2009-05-18 | 2010-05-17 | Verfahren zur ortsaufgelösten bestimmung des serienwiderstandes einer halbleiterstruktur |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102449494A CN102449494A (zh) | 2012-05-09 |
CN102449494B true CN102449494B (zh) | 2014-07-23 |
Family
ID=42734729
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201080024016.6A Active CN102449494B (zh) | 2009-05-18 | 2010-05-17 | 用于分散测定半导体结构的串联电阻的方法 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9124214B2 (zh) |
EP (1) | EP2433148B1 (zh) |
JP (1) | JP2012527750A (zh) |
CN (1) | CN102449494B (zh) |
AU (1) | AU2010251436A1 (zh) |
DE (1) | DE102009021799A1 (zh) |
HU (1) | HUE036325T2 (zh) |
WO (1) | WO2010133325A1 (zh) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012142651A1 (en) * | 2011-04-18 | 2012-10-26 | Bt Imaging Pty Ltd | Quantitative series resistance imaging of photovoltaic cells |
EP2801107A4 (en) * | 2011-11-07 | 2015-12-16 | Bt Imaging Pty Ltd | WATER CLASSIFICATION AND SORTING FOR PRODUCTION OF PHOTOVOLTAIC CELLS |
US9885662B2 (en) | 2012-07-06 | 2018-02-06 | Bt Imaging Pty Ltd | Methods for inspecting semiconductor wafers |
CN104142432A (zh) * | 2013-05-08 | 2014-11-12 | 普德光伏技术(苏州)有限公司 | 一种光伏组件内部串联电阻的测试方法 |
DE102014005178B4 (de) | 2014-04-02 | 2018-07-26 | Friedrich-Schiller-Universität Jena | Verfahren zur ortsaufgelösten Bestimmung lokaler elektrischer Parameter eines optoelektronischen Bauelements |
WO2016103007A1 (fr) * | 2014-12-24 | 2016-06-30 | Arcelormittal | Procédé de contrôle d'un support comprenant un substrat métallique, un revêtement diélectrique, et une couche conductrice |
EP3789759B1 (fr) * | 2019-09-09 | 2023-08-23 | Electricité de France | Cartographie d'impuretés par électroluminescence dans des dispositifs à matériaux semi-conducteurs |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN86101321A (zh) * | 1986-03-01 | 1987-10-21 | 西安交通大学 | 短脉冲太阳电池测试装置技术方案 |
CN1204059A (zh) * | 1997-06-30 | 1999-01-06 | 佳能株式会社 | 测量太阳能电池特性的测量装置和方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
HUE050537T2 (hu) | 2006-05-05 | 2020-12-28 | Bt Imaging Pty Ltd | Eljárás rendszer indirekt sávréses félvezetõ eszközök lumineszcenciás képalkotás segítségével való tesztelésére |
WO2008014537A1 (en) * | 2006-08-01 | 2008-02-07 | Newsouth Innovations Pty Limited | Determining diffusion length of minority carriers using luminescence |
-
2009
- 2009-05-18 DE DE200910021799 patent/DE102009021799A1/de not_active Ceased
-
2010
- 2010-05-17 US US13/321,404 patent/US9124214B2/en active Active
- 2010-05-17 AU AU2010251436A patent/AU2010251436A1/en not_active Abandoned
- 2010-05-17 WO PCT/EP2010/002997 patent/WO2010133325A1/de active Application Filing
- 2010-05-17 JP JP2012511183A patent/JP2012527750A/ja active Pending
- 2010-05-17 EP EP10720720.1A patent/EP2433148B1/de active Active
- 2010-05-17 CN CN201080024016.6A patent/CN102449494B/zh active Active
- 2010-05-17 HU HUE10720720A patent/HUE036325T2/hu unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN86101321A (zh) * | 1986-03-01 | 1987-10-21 | 西安交通大学 | 短脉冲太阳电池测试装置技术方案 |
CN1204059A (zh) * | 1997-06-30 | 1999-01-06 | 佳能株式会社 | 测量太阳能电池特性的测量装置和方法 |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
Advanced luminescence based effective series resistance imaging of silicon solar cells;KAMPWERTH H ET AL;《APPLIED PHYSICS LETTERS》;20081231;第93卷(第20期);202102-202102 * |
KAMPWERTH H ET AL.Advanced luminescence based effective series resistance imaging of silicon solar cells.《APPLIED PHYSICS LETTERS》.2008,第93卷(第20期),202102-202102. |
SPATIALLY RESOLVED SERIES RESISTANCE OR SILICON SOLAR CELLS OBTAINED FROM LUMINESCENCE IMAGING;TRUPKE T ET AL;《APPLIED PHYSICS LETTERS》;20071231;第90卷(第9期);093506-093506 * |
TRUPKE T ET AL.SPATIALLY RESOLVED SERIES RESISTANCE OR SILICON SOLAR CELLS OBTAINED FROM LUMINESCENCE IMAGING.《APPLIED PHYSICS LETTERS》.2007,第90卷(第9期),093506-093506. |
任驹 等.基于P-N结的太阳能电池伏安特性的分析与模拟.《光子学报》.2006,第35卷(第2期),171-175. |
基于P-N结的太阳能电池伏安特性的分析与模拟;任驹 等;《光子学报》;20060228;第35卷(第2期);171-175 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
HUE036325T2 (hu) | 2018-07-30 |
DE102009021799A1 (de) | 2010-11-25 |
JP2012527750A (ja) | 2012-11-08 |
WO2010133325A1 (de) | 2010-11-25 |
US9124214B2 (en) | 2015-09-01 |
CN102449494A (zh) | 2012-05-09 |
AU2010251436A1 (en) | 2012-01-19 |
EP2433148B1 (de) | 2017-12-27 |
US20120113415A1 (en) | 2012-05-10 |
EP2433148A1 (de) | 2012-03-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102449494B (zh) | 用于分散测定半导体结构的串联电阻的方法 | |
CN102575987B (zh) | 用于对太阳能电池或太阳能电池前体等半导体结构进行测量的方法 | |
Kasemann et al. | Luminescence imaging for the detection of shunts on silicon solar cells | |
US7601941B2 (en) | Method and apparatus for evaluating solar cell and use thereof | |
CN103477208B (zh) | 光伏电池的量化串联电阻成像 | |
Shen et al. | Spatially resolved photoluminescence imaging of essential silicon solar cell parameters and comparison with CELLO measurements | |
Breitenstein et al. | The reliability of thermography-and luminescence-based series resistance and saturation current density imaging | |
Kasemann et al. | Contactless qualitative series resistance imaging on solar cells | |
Shen et al. | Improved local efficiency imaging via photoluminescence for silicon solar cells | |
CN207339793U (zh) | 一种双面太阳能电池测试设备 | |
Besold et al. | Quantitative imaging of shunts in organic photovoltaic modules using lock-in thermography | |
Rißland et al. | Considering the distributed series resistance in a two-diode model | |
Dumbrell et al. | Comparison of terminal and implied open-circuit voltage measurements | |
Höffler et al. | Review and recent development in combining photoluminescence-and electroluminescence-imaging with carrier lifetime measurements via modulated photoluminescence at variable temperatures | |
US20120160295A1 (en) | Solar cell classification method | |
Shen et al. | Photoluminescence based open circuit voltage and effective lifetime images re-interpretation for solar cells: The influence of horizontal balancing currents | |
Li et al. | Evaluation of two‐dimensional electrical properties of photovoltaic modules using bias‐dependent electroluminescence | |
US10027278B2 (en) | Characterization of substrate doping and series resistance during solar cell efficiency measurement | |
CN108092624A (zh) | 一种太阳能电池开路电压分布的检测装置及其检测方法 | |
Shen et al. | Spatially resolved photoluminescence imaging of essential silicon solar cell parameters | |
Al Mahdi et al. | Experimentally derived models to detect onset of shunt resistance degradation in photovoltaic modules | |
Paduthol et al. | Addressing limitations of photoluminescence based external quantum efficiency measurements | |
Bouřa | Characterization of a small amorphous photovoltaic panel and derivation of its SPICE model | |
JP6890568B2 (ja) | エレクトロルミネセント・モジュールを備える設備の定量分析のための方法 | |
CN107919854A (zh) | 一种太阳能电池iv特性的检测装置及其检测方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |