一种晶圆及太阳能电池的光致载流子辐射锁相成像检测方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种晶圆及太阳能电池的光致载流子辐射锁相成像检测方法与系统，所述系统包括近红外相机、信号采集卡、计算机、三维移动台、长通滤波片、第一激光器和第二激光器，被测样件固定在三维移动台上，调节三维移动台使被测样件在近红外相机视野内清晰可见；计算机通过控制信号采集卡控制激光器对被测样件进行光激励，同时控制近红外相机进行同步触发采集图像序列；近红外相机采集的图像序列传送至计算机进行锁相处理，进而实现高信噪比的载流子辐射信号成像。本发明专利技术激光采用面激励方式激发样件，探测面积大、检测效率高；采用锁相算法，可以提高信噪比，在自然光背景下仍然可以得到良好检测结果，无需暗室环境，检测方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种晶圆及太阳能电池的光致载流子辐射锁相成像检测方法与系统，适用于卫星、微电子、半导体、光伏等领域的晶圆制造及太阳能电池生产和组件的载流子检测与评价。
技术介绍
由于半导体及其产品（电子组件、太阳能电池等）作为功能材料和重要的可再生能源转换器件，在诸多领域用途广泛，特别是太阳能电池在当今能源匮乏的大背景下受到广泛关注，需求逐年增加，但由于其在生产制备过程中工艺复杂，晶圆及其成品容易造成多种缺陷（如生长不均匀、死结、机械划擦等）和污染（杂质离子污染），进而对载流子浓度造成严重影响，严重影响其后续使用性能，增加产品生产成本、降低生产效率。目前太阳能电池成像无损检测技术主要是电致发光方法和光致发光等检测技术，电致发光方法对于晶圆等无pn结的样件无法进行检测，并且该方法需要在暗室下进行，信噪比低；光致发光检测技术由于受到背景噪声影响比较严重，因此信噪比比较低。光致载流子辐射锁相成像检测方法特别适用于半导体材料的检测，同时具有信噪比高、无损伤、直观、探测面积大及效率高等优势，因此，载流子辐射锁相成像检测方法在半导体及太阳电池领域具有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的克服电致发光和光致发光方法信噪比低及暗室下操作带来的不便，提供一种晶圆和太阳能电池的光致载流子辐射锁相成像检测方法与系统。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种晶圆和太阳能电池的光致载流子辐射锁相成像检测系统，基于光致载流子辐射检测原理，包括近红外相机、信号采集卡（具有模拟信号输出功能）、计算机、三维移动台、长通滤波片、第一激光器和第二激光器，其中：被测样件固定在三维移动台上，调节三维移动台使被测样件在近红外相机视野内清晰可见；计算机控制信号采集卡产生调制信号，该信号一方面控制第一激光器和第二激光器同步触发并对被测样件进行光激励，两束激光束照射到被测样件后产生载流子辐射光子信号；另一方面控制近红外相机对载流子辐射光子信号产生的图像序列进行同步采集，被被测样件反射的激光束和环境噪声信号被长通滤波片滤掉；近红外相机将采集的图像序列反馈至计算机，计算机将采集到的图像序列进行锁相相关处理进而对载流子辐射信号进行检测。一种利用上述系统检测晶圆和太阳能电池载流子浓度的方法，包括如下步骤：步骤（1）：确定要测量的半导体材料，将其放置在三维移动台上；步骤（2）：开启晶圆和太阳能电池的光致载流子辐射锁相成像检测系统；步骤（3）：调节三维移动台位置，使要测量的半导体材料在近红外相近内清晰可见；步骤（4）：计算机通过信号采集卡控制第一激光器和第二激光器光强按照调制规律变化，同时控制近红外相机进行实施图像数据采集；步骤（5）：计算机对近红外相机采集的图像序列进行记录，并通过计算机控制软件进行图像数据处理与信号提取，进而进行载流子信号的成像。本专利技术具有如下优点：1、本专利技术激光采用面激励（激光波长根据材料带隙决定）方式激发样件，探测面积大、检测效率高；2、本专利技术采用锁相算法，可以提高信噪比，在自然光背景下仍然可以得到良好检测结果，无需暗室环境，检测方便；3、本专利技术利用光激励，可对原材料到电池片成品的每个过程都能进行检测。附图说明图1为晶圆和太阳能电池的光致载流子辐射锁相成像检测系统原理框图；图2为单晶硅电池检测结果；图3为多晶硅电池检测结果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。如图1所示，本专利技术所述的晶圆及太阳能电池的载流子辐射锁相成像检测系统由计算机1、第一信号传输线15、第二信号传输线17、第三信号传输线13、数据传输线2、第一激光器3、第二激光器14、第一光纤4、第二光纤12、光束整形装置5、第一激光束6、第二激光束9、三维移动台7、被测样件8、长通滤波片10、近红外相机11和信号采集卡16构成，其中：计算机1通过控制信号采集卡16控制第一激光器3和第二激光器14同步触发并对被测样件8进行光激励；同时控制信号采集卡16控制近红外相机11进行同步触发采集图像序列；近红外相机11采集的图像序列通过数据传输线2传送至计算机1进行锁相处理，进而实现高信噪比的载流子辐射信号成像。本专利技术中，为了保证激光辐照到被测样件8表面能量密度分布均匀，采用两束激光束：第一激光束6和第二激光束9。本专利技术中，所述近红外相机11与第一激光器3和第二激光器14并列放置，保证近红外相机11可采集到第一激光器3和第二激光器14对被测样件8的载流子辐射信息。本专利技术中，所述第一激光器3和第二激光器14分别通过第一光纤4和第二光纤12与光束整形装置5相连。本专利技术的晶圆和太阳能电池的载流子辐射锁相成像检测系统是基于光致载流子辐射检测原理，采用计算机1通过第一信号传输线17控制信号采集卡16产生调制信号，该信号通过第二信号传输线15控制第一激光器3和第二激光器14使其光强按调制规律变化，调制变化的第一激光束6和第二激光束9照射到被测样件8后产生调制变化的过剩载流子，过剩载流子通过辐射复合辐射出与该材料带隙能相近的光子信号，载流子辐射光子信号与样件材料和载流子输运参数(载流子寿命、扩散系数、前/后表面复合速率)相关，并且这些参数决定电池的电学参数(开路电压、短路电流、反向饱和电流、理想因子、光电转化效率等)，信号被近红外相机11接收，而被被测样件8反射的激光和环境噪声信号被长通滤波片10滤掉，进而通过锁相处理算法提取样件载流子辐射信息达到对样件的载流子检测目的。具体实施步骤如下：步骤（1）：确定要测量的半导体材料，将其放置在三维移动台上；步骤（2）：首先开启晶圆和太阳能电池的光致载流子辐射锁相成像检测系统，此步骤包括计算机1、信号采集卡16、第一激光器3、第二激光器14、近红外相机11、三维移动台7等设备供电开启；步骤（3）：调节三维移动台7位置，使被测样件8在近红外相近11内清晰可见；步骤（4）：计算机1控制软件调制信号通过信号采集卡16模拟输出通道输出，使其控制第一激光器3和第二激光器14光强按照调制规律变化，同时此控制信号通过触发第三信号传输线13控制近红外相机进行实施图像数据采集；步骤（5）：计算机1通过数据传输线2对近红外相机11的图像序列进行记录，并通过计算机控制软件进行图像数据处理与信号提取，进而进行载流子信号的成像。至此完成了对样件的光致载流子辐射锁相成像，其结果如图2和3所示。图2是利用该检测系统对单晶硅太阳能电池进行光致载流子辐射锁相成像检测结果，可以由图明显看出单晶硅电池结构及缺陷信息（如栅线，汇流线以及裂纹位置）；图3是该检测系统对多晶硅太阳能电池进行光致载流子辐射锁相成像检测结果，可以由图明显看出多晶硅电池结构（栅线、汇流线）以及载流子分布不均匀性（由晶体结构和缺陷导致）。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶圆和太阳能电池的光致载流子辐射锁相成像检测系统，其特征在于所述检测系统包括近红外相机、信号采集卡、计算机、三维移动台、长通滤波片、第一激光器和第二激光器，其中：被测样件固定在三维移动台上，调节三维移动台使被测样件在近红外相机视野内清晰可见；计算机控制信号采集卡产生调制信号，该信号一方面控制第一激光器和第二激光器同步触发并对被测样件进行光激励，两束激光束照射到被测样件后产生载流子辐射光子信号；另一方面控制近红外相机对载流子辐射光子信号产生的图像序列进行同步采集，被被测样件反射的激光束和环境噪声信号被长通滤波片滤掉；近红外相机将采集的图像序列反馈至计算机，计算机将采集到的图像序列进行锁相相关处理进而对载流子辐射信号进行检测。

【技术特征摘要】
1.一种晶圆和太阳能电池的光致载流子辐射锁相成像检测系统，其特征在于所述检测系统包括近红外相机、信号采集卡、计算机、三维移动台、长通滤波片、第一激光器和第二激光器，其中：被测样件固定在三维移动台上，调节三维移动台使被测样件在近红外相机视野内清晰可见；计算机控制信号采集卡产生调制信号，该信号一方面控制第一激光器和第二激光器同步触发并对被测样件进行光激励，两束激光束照射到被测样件后产生载流子辐射光子信号；另一方面控制近红外相机对载流子辐射光子信号产生的图像序列进行同步采集，被被测样件反射的激光束和环境噪声信号被长通滤波片滤掉；近红外相机将采集的图像序列反馈至计算机，计算机将采集到的图像序列进行锁相相关处理进而对载流子辐射信号进行检测。2.根据权利要求1所述的晶圆和太阳能电池的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊岩，宋鹏，袁会敏，王扬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23