一种晶体硅表面复合的测试方法技术

本发明专利技术涉及太阳电池技术领域，公开了一种晶体硅表面复合的测试方法，包括：制备包含校准区和测试区的硅片样品；测试得到校准区在不同光强下的过剩载流子浓度值Δn；测试得到整片硅片样品在不同光强下的空间分辨光致发光PL亮度值；根据校准区的平均Δn和平均PL亮度值，得到校准常数C；根据C和空间分辨PL亮度值，得到整片硅片样品在不同光强下的空间分辨Δn；根据C和空间分辨Δn，得到整片硅片样品在不同光强下的空间分辨少子寿命τ

【技术实现步骤摘要】
一种晶体硅表面复合的测试方法


[0001]本专利技术涉及太阳电池
，具体涉及一种晶体硅表面复合的测试方法。

技术介绍

[0002]晶体硅(简称为硅片)的表面复合值的大小与晶体硅太阳电池的开路电压的高低具有直接的联系，所以，为确保较高的开路电压，晶体硅太阳电池的前表面和后表面通常会沉积钝化减反射膜来降低晶体硅的表面复合。晶体硅的表面复合通常采用美国Sinton公司的WCT
‑
120少子寿命测试得到，即通过振荡器电路线圈测得硅片中光电导的变化，进而得到不同注入浓度(即不同光强下的过剩载流子浓度)下硅片的如少子寿命、表面复合的电学参数。WCT
‑
120少子寿命测试中振荡器电路线圈的直径大小为4cm，这不仅意味着测试的空间分辨率极限为直径4cm的圆，而直径小于4cm的圆的硅片样品无法采用WCT
‑
120少子寿命测试进行测试；这也意味着采用WCT
‑
120少子寿命测试的表面复合值是一个平均值，无法反应直径小于4cm的局部结构的异常值。
[0003]前些年，商业化的晶体硅太阳电池种类比较单一，如铝背场电池和PERC电池，晶体硅太阳电池的转换效率也较低(<23％)，且晶体硅太阳电池的发射极是整面均匀掺杂的，所以可以采用WCT
‑
120少子寿命测试硅片的表面复合值。然而，近些年，随着新结构运用于晶体硅太阳电池，如选择性发射极技术(SE)、局域钝化接触技术，商业化晶体硅太阳电池的效率逐渐突破到24％及以上；随之产生的新的商业化晶体硅太阳电池中，硅片的局域结构与其余地方的结构的电学性能会存在显著差异，硅片的局域结构与其余地方的结构的表面复合值也显著不同，硅片的这种局域结构的尺寸通常是微米级的，如SE结构中的局域重掺杂区域，其宽度一般为80～120μm，远小于4cm直径，无法用WCT
‑
120少子寿命测试硅片的这种局域结构的表面复合值。遇到此种情形，业界通常采用的方法是：在硅片上制备大面积的与这种局域结构性能相同的测试区，让测试区的面积达到4cm直径圆的大小，然后采用WCT
‑
120少子寿命测试测试区的表面复合值；但是，采用大面积的测试区存在诸多的弊端：1)大面积的测试区与小尺寸的局域结构的性能很难做到完全一样，即大面积的测试区得到的表面复合值无法准确代表小尺寸的局域结构的表面复合值。以激光SE为例，如果用激光连续扫描硅片进行掺杂，形成一个边长为4cm的测试区，激光会在边长4cm的测试区的范围内经历多次的加速、减速和平移运动，与实际激光SE电池制备中激光的运动不同，进而会大大影响硅片的小尺寸局域结构的表面复合值的准确性。2)大面积的测试区的制备时间长。以激光SE为例，形成一个边长为4cm的测试区的时间是实际激光SE电池制备中所需时长的200倍及以上。
[0004]除了存在准确性不足和耗时长的弊端外，由于单片硅片上可容纳的大面积测试区的数量有限，所以在单片硅片上进行工艺调试时的效率极其低下。以激光SE为例，进行激光工艺调试时，如果采用M10(边长为18.2cm，面积为330.15cm2)的硅片，单片硅片上最多形成16个边长为4cm的正方形测试区，即最多可以调试16种激光工艺，如果测试表面复合的空间分辨率可降低至1cm，即测试区域的面积可缩小成1cm2，则单片硅片上至少可以形成300个
边长为1cm的正方形测试区，激光工艺调试的效率可至少提高18倍。如果测试表面复合的空间分辨率可进一步降低，相应的工艺调试效率会进一步升高。
[0005]光致发光(PL)测试是近些年新兴的测试方法，通过拍摄硅片样品光致发光的亮度图片来检测硅片样品中的缺陷，具有非接触、无破坏性、高空间分辨率的优点，可以在几秒钟内同时采集上百万个数据点。业界普通的PL设备的CCD相机或CMOS相机的像素为100万，分辨率为1024*1024，如果将该相机的视野聚焦到4cm*4cm大小的正方形区域，空间分辨率可以达到39μm(4cm/1024＝39μm)，其分辨程度远小于硅片的局域结构的尺寸(如SE结构中的局域重掺杂区域的宽度一般为80～120μm)。然而，PL测试虽然具有高空间分辨率的优点，也可以通过计算得到硅片总的复合值(即表面复合值与体区复合值之和)，但是无法将表面复合值与体区复合值分离开来，故而无法单独获取表面复合值，影响硅片的表面复合值的准确性。
[0006]公开号CN113075172A公开了一种双面对称钝化硅片表面复合电流密度分布的测试方法，该方法在一系列不同强度的光照条件下，测试双面对称钝化硅片的待测区域的过剩载流子浓度值Δn和平均发光强度PL，然后根据Δn与隐式开路电压iVoc的特定关系，建立起iVoc与ln(PL)之间的线性关系，再根据iVoc与双面对称钝化硅片的表面复合电流密度(简称为表面复合)分布J0的对应关系，建立起ln(PL)与J0的对应关系，这样即可得到测试区域的表面复合电流密度分布J0。但是，该方法存在以下三方面的弊端：1)此方法得到的J0值是总的复合值，包含了体区复合值；参见该方法的说明书第[0032]段，因为iVoc反映的是测试区域内硅片整体的隐式开路电压，而表面复合电流密度仅能反映测试区域表面的复合程度，因此该方法无法得到单纯的表面复合值，影响硅片的表面复合值的准确性。2)此方法虽然优选采用高电阻率、低掺杂浓度的硅片作为基材，因为高电阻率硅片的体区复合相对其表面复合极小，在测试过程中可忽略体区复合对表面复合电流密度测试结果的影响(参见该方法的说明书第[0035]段)。但是，当测试区所进行的工艺处理会影响到体区的时候，如较深的掺杂浓度、激光SE工艺对体区的损伤，即使采用高电阻率、低掺杂浓度的硅片，体区复合对表面复合电流密度测试结果的影响也不可忽略，影响硅片的表面复合值的准确性。3)此方法仅能得到一个太阳光强条件下的复合电流密度值，是单一值，无法得到不同注入浓度下的复合电流密度值(简称为复合值)，在高效晶硅太阳电池中，表面复合值会随着注入浓度的变化而变化，且最大功率点处的表面复合值才具有代表性。
[0007]可见，现有的晶体硅表面复合的测试方法，还存在诸多缺陷：如耗时长，不具备微米级空间分辨能力，无法准确获得单独的表面复合值，导致其准确性低，且无法得到不同注入浓度下的表面复合值；尤其是无法兼顾高空间分辨率和准确性。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有微米级空间分辨能力的晶体硅表面复合的测试方法，该测试方法兼具高空间分辨率和准确性，能准确获得单独的表面复合值，且耗时短，并能得到不同注入浓度下的表面复合值。
[0009]基于此，本专利技术公开了一种晶体硅表面复合的测试方法，包括以下测试步骤：
[0010]步骤S1：采用单晶硅衬底制备硅片样品，硅片样品包含校准区和测试区；校准区为尺寸不低于4cm*4cm的方形区域，测试区是边长为微米级尺寸的方形区域，测试区与校准区
的钝化性能不同，且校准区中各位置的钝化性能较均匀，使校准区中各本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶体硅表面复合的测试方法，其特征在于，包括以下测试步骤：步骤S1：采用单晶硅衬底制备硅片样品，硅片样品包含校准区和测试区；校准区为尺寸不低于4cm*4cm的方形区域，测试区是边长为微米级尺寸的方形区域，测试区与校准区的钝化性能不同，且校准区中各位置的钝化性能较均匀，使校准区中各位置的表面复合值的差异不超过10％；步骤S2：测试校准区，得到校准区在不同光强下的过剩载流子浓度值Δn；步骤S3：测试整片硅片样品，得到整片硅片样品在不同光强下的空间分辨光致发光PL亮度值；步骤S4：根据校准区的平均过剩载流子浓度值Δn和平均空间分辨光致发光PL亮度值，得到校准常数C；步骤S5：根据校准常数C和空间分辨光致发光PL亮度值，得到整片硅片样品在不同光强下的空间分辨过剩载流子浓度值Δn；步骤S6：根据校准常数C和空间分辨过剩载流子浓度值Δn，得到整片硅片样品在不同光强下的空间分辨少子寿命τ
eff
；步骤S7：根据空间分辨少子寿命τ
eff
和空间分辨过剩载流子浓度值Δn，得到整片硅片样品在不同注入浓度下的空间分辨表面复合值J0。2.根据权利要求1所述的一种晶体硅表面复合的测试方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述单晶硅衬底的导电类型为N型或P型；所述测试区是边长不低于1μm的方形区域；所述测试区与校准区的钝化性能不同包括测试区与校准区的掺杂、结构和/或钝化减反射膜的不同。3.根据权利要求1或2所述的一种晶体硅表面复合的测试方法，其特征在于，所述硅片样品包括单晶硅衬底，单晶硅衬底的前表面和后表面设有钝化减反射膜。4.根据权利要求1所述的一种晶体硅表面复合的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用WCT
‑
120少子寿命测试仪测得所述校准区在不同光强下的过剩载流子浓度值Δn。5.根据权利要求1所述的一种晶体硅表面复合的测试方法，其特征在于，所述步骤S3，具体包括如下步骤：步骤S31：采用PL设备测得整面硅片样品在不同光强下的空间分辨光致发光PL亮度图；步骤S32：根据空间分辨光致发光PL亮度图，得到整片硅片样品在不同光强下的空间分辨光致发光PL亮度值。6.根据权利要求1所述的一种晶体硅表面复合的测试方法，其特征在于，所述步骤S4，具体包括如下步骤：步骤S41：根据步骤S2中校准区在不同光强下的过剩载流子浓度值Δn，获得校准区在特定光强下的平均过剩载流子浓度值Δn0；并根据步骤S3中整片硅片样品在不同光强下的空间分辨光致发光PL亮度值，获得校准区在相同特定光强下的平均PL亮度值I
PL,0
；步骤S42：根据Δn0和I
PL,0
，通过如下公式，计算得到校准常数C：
式中，I
PL,0
为校准区在特定光强下的平均PL亮度值，Δn0为校准区在相同特定光强下的平均过剩载流子浓度值，C为校准常数，N
doped
为单晶硅衬底的掺杂浓度。7.根据权利要求1所述的一种晶体硅表面复合的测试方法，其特征在于，所述步骤S5，具体包括如下步骤：步骤S51：当硅片样品中任一点对应于PL设备的相机的像素矩阵中横坐标为x、纵坐标为y的像素点时，则在光强为n个太阳下，坐标为(x,y)的点的空间分辨光致发光PL亮度值为I
PL_n
(x,y)；步骤S52：根据I
PL_n
(x,y)和校准常数C，通过如下公式，得到硅片样品中坐标为(x,y)的点在相同光强下的空间分辨过剩载流子浓度值Δn

【专利技术属性】
技术研发人员：包杰，黄策，张耕，季根华，沈承焕，杜哲仁，
申请(专利权)人：泰州中来光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：