光致发光测量工具和相关方法技术

本发明专利技术涉及一种用于探测半导体材料的电子结构的光致发光测量工具以及相关方法和测量系统。所述工具或系统可以集成到光伏模块制造工艺中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光致发光测量工具和系统。
技术介绍
光致发光(PL)是物质吸收光子(电磁辐射)然后再辐射光子的过程。光致发光测量是一种探测材料的电子结构的非接触式、非破坏性的方法。集成到光伏模块制造工艺中的改进的PL测量工具和系统将是期望的。附图说明图1是示出光致发光测量系统的图。图2是示出光致发光测量系统的工作过程的流程图。具体实施例方式光伏电池可以包括构建在诸如基板或者覆板的前支撑件上的多个层。例如，光伏电池可以包括在基板上以堆叠件形成的阻挡层、透明导电氧化物(TCO)层、缓冲层和半导体层。每个层进而可以包括多于一个的层或膜。例如，半导体层可以包括第一膜和第二膜，其中，第一膜包括形成在缓冲层上的半导体窗口层，第二膜包括形成在半导体窗口层上的半导体吸收层。另外，每个层可覆盖该装置的全部或一部分和/或位于该层下方的基板或层的全部或一部分。例如，“层”可指与表面的一部分或全部接触的任何材料的任何量。`光致发光测量是探测材料(诸如包括在光伏电池的层中的材料)的电子结构的非接触式、非破坏性的方法。光被引导到样品上，在被称为光激发的过程中，在样品上光被吸收并将能量传递到材料中。该能量可以通过光的发射或者发光而被样品消散。这种光致发光的强度和光谱含量是各种基本材料性质的直接测量。开发出光致发光测量系统和相关方法用于半导体装置制造(例如，光伏装置)。光激发使材料内的电子迁移到容许的激发态。当这些电子返回它们的平衡态时，多余的能量被释放并且可以包括光的发射(辐射过程)。发射的光(光致发光)的能量与在激发态和平衡态之间的跃迁中所涉及的这两个电子态之间的能级差有关。发射的光的量与辐射过程的相对贡献有关。光致发光测量可以用来确定半导体的带隙。半导体中最常见的辐射跃迁处于具有被称为带隙的能量差的导带和价带中的状态之间。当用新的化合物半导体工作时，带隙确定是特别有用的。光致发光测量可以用来检测半导体的杂质水平和缺陷水平。半导体中的辐射跃迁还可以包括局部缺陷水平。与这些水平相关的光致发光能量可以被用来识别特定的缺陷，光致发光的量可以被用来确定它们的浓度。光致发光测量可以用来研究半导体复合机制。返回到平衡态(又称“复合”)可以包括辐射过程和非辐射过程。光致发光的量及其对光激发水平和温度的依赖是与辐射复合过程直接相关的。对光致发光的分析有助于理解复合机制的基本物理特性。光致发光测量可以用来测量半导体材料质量。通常，非辐射过程与局部缺陷水平有关，局部缺陷的存在对材料质量和随后的装置性能是不利的。因此，可以通过确定辐射复合的数量来测量材料质量。因此，为了半导体装置制造(例如，光伏装置)，特别是当形成一个以上的半导体层时，开发出光致发光测量系统和相关方法。例如，在光伏装置制造中，需要对半导体层的无损测量来优化太阳能模块性能、空间均匀性和时间稳定性。在线光致发光测量系统可以实时地测量多个波长和空间位置处的光致发光。这种无损技术可以使用光来激发半导体中的电载流子。当这些激发的载流子衰减时，发射光。入射光必须具有比将要被监测的能量跃迁高的能量。所得到的发光的光能量和强度可以提供关于P型半导体层和η型半导体层中的电状态的信息。改变入射波长可以使对不同半导体层的研究容易。在多个空间位置处并利用多个波长的入射光执行这种测量允许对电性能、均匀性和装置性能稳定性预测的原位测量。在一些实施例中，这种测量系统可以用在半导体装置(例如，太阳能模块)生产线中的多个点处。在基板或覆板构造中，这种测量系统可以从装置的半导体膜侧进行使用，或者在覆板构造中，这种测量系统可以通过透明基板进行使用。在一方面，光致发光测量工具可以包括用于产生第一光福射以照射基板的第一半导体材料的第一光源。第一半导体材料可以被第一光辐射激发并且发射第一发光辐射。该工具可以包括第一传感器。第一发光辐射可以从基板的第一半导体材料辐射到第一传感器。该工具可以包括光学连接至第一传感器的第一透镜。第一发光辐射可以通过第一透镜从基板的半导体材料辐射到第一传感器。该工具可以包括用于产生第二光辐射以照射基板的第二半导体材料的第二光源。第二半导体材料可以被第二光辐射激发并且发射第二发光辐射。该工具可以包括第二传感器。第二发光辐射可以从基板的第二半导体材料辐射到第二传感器。该工具可以包括光学连接至第二传感器的第二透镜。第二发光辐射可以通过第二透镜从基板的第二半导体材料辐射到第二传感器。该工具可以包括用于分析第一发光辐射和第二发光辐射的能量和强度以获得关于第一半导体材料和第二半导体材料的电状态的信息的分析模块。第一光源和第二光源能够产生多个波长的光辐射，基于半导体材料的带隙来选择第一光辐射和第二光辐射的波长。第一传感器和第二传感器能够测量由光源产生的多个波长的光辐射。该工具可以被原位构造为照射半导体材料的不同样品位置以获得电性能、均匀性和装置稳定性预测的空间测量。该工具可以包括至少一个滤波器。滤波器可以减小来自光源的光辐射的波长分布的差异(variance)。该工具可以包括第一光学系统。第一光学系统可以将来自第一光源和第二光源的第一光辐射和第二光辐射变换成准直或聚焦的光子束并且减小来自第一光源和第二光源的第一光辐射和第二光辐射的波长分布的差异。第一光学系统可以包括至少一个平凸透镜和一个带通滤波器。带通滤波器可以定位在第一光源和第一光学系统之间。该工具可以包括第二光学系统。第二光学系统可以将来自基板的半导体材料的第一发光辐射和第二发光辐射变换成聚焦在第一传感器和第二传感器上的聚焦的光子束。第二光学系统可以包括从由长通滤波器、短通滤波器、带通滤波器和这些滤波器的任意组合组成的组中选择的滤波器。这些滤波器的组合可以使来自基板的半导体材料的发光辐射的波长分布的仅特定区域被第一传感器和第二传感器检测到。第一光学系统和第二光学系统中的至少一个可以包括分色镜。分色镜可以定向在一定的角度以将来自第一或第二光学源或光源的光沿与包括半导体涂层的基板可以处于的基板位置基本垂直的路径反射。分色镜可以使从基板位置处的基板上的半导体材料重发射的光致发光福射透过。分色镜可以使光致发光福射被第一传感器和第二传感器检测到。基板的半导体材料可以包括双层半导体材料。光源可以包括激光二极管。光源可以包括发光二极管。基板可以在传送装置上输送。该工具可以包括在基板上的用于跟踪传送装置的运动和定位的编码器。传感器可以包括光电二极管。传感器可以包括光电倍增管。在另一方面，实时测量半导体材料的光致发光的在线方法可以包括通过传送装置将基板输送到测量位置并且通过光源产生第一波长的第一光辐射以照射基板的多层半导体材料的第一样品区域。第一半导体层可以被第一光辐射激发并且发射第一发光辐射。该方法可以包括通过传感器测量第一发光辐射并且分析第一发光辐射的能量和强度以获得关于第一半导体层的电状态的信息。该方法可以包括通过光源产生第二波长的第二光辐射以照射基板的多层半导体材料的第一样品区域。第二半导体层可以被第二光辐射激发并且发射第二发光辐射。该方法可以包括通过传感器测量第二发光辐射并且分析第二发光辐射的能量和强度以获得关于第二半导体层的电状态的信息。可以基于半导体层的带隙来选择第一光辐射和第二光辐射的波长。该方法可以包括减小来自光源的光福射的波长分布的差异。该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.30 US 61/369,1411.一种光致发光测量工具，包括: 第一光源，用于产生第一光辐射以照射基板的第一半导体材料，其中，第一半导体材料被第一光辐射激发并且发射第一发光辐射；以及 第一传感器，其中，第一发光辐射从基板的第一半导体材料辐射到第一传感器。2.根据权利要求1所述的工具，所述工具还包括光学连接至第一传感器的第一透镜，其中，第一发光辐射从基板的半导体材料经过第一透镜辐射到第一传感器。3.根据权利要求1所述的工具，所述工具还包括: 第二光源，用于产生第二光辐射以照射基板的第二半导体材料，其中，第二半导体材料被第二光辐射激发并且发射第二发光辐射；以及 第二传感器，其中，第二发光辐射从基板的第二半导体材料辐射到第二传感器。4.根据权利要求1所述的工具，所述工具还包括光学连接至第二传感器的第二透镜，其中，第二发光辐射从基板的第二半导体材料经过第二透镜辐射到第二传感器。5.根据权利要求3所述的工具，所述工具还包括:分析模块，用于分析第一发光辐射和第二发光辐射的能量和强度，以获得关于第一半导体材料和第二半导体材料的电状态的信肩、O6.根据权利要求3-5中任一项权利要求所述的工具,其中，第一光源和第二光源能够产生多个波长的光辐射，基于半导体材料的带隙来选择第一光辐射和第二光辐射的波长。7.根据权利要求3-6中任一项权利要求所述的工具，其中，第一传感器和第二传感器能够测量由光源产生的多个波长的光辐射。8.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的工具，其中，所述工具能够照射半导体材料的不同样品位置，以获得对电性能、均匀性和装置性能稳定性预测的空间测量。9.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的工具，所述工具还包括至少一个滤波器，其中，滤波器减小来自光源的光辐射的波长分布的差异。10.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的工具，所述工具还包括第一光学系统，其中，第一光学系统将来自第一光源的第一光辐射和来自第二光源的第二光辐射变换成准直的或聚焦的光子束，并且减小来自第一光源的第一光辐射和来自第二光源的第二光辐射的波长分布的差异。11.根据权利要求10所述的工具，其中，第一光学系统包括至少一个平凸透镜和一个带通滤波器。12.根据权利要求11所述的工具，其中，带通滤波器位于第一光源和第一光学系统之间。13.根据权利要求10-12中任一项权利要求所述的工具，所述工具还包括第二光学系统，其中，第二光学系统将来自基板的半导体材料的第一发光辐射和第二发光辐射变换成聚焦到第一传感器和第二传感器上的聚焦的光子束。14.根据权利要求13所述的工具，其中，第二光学系统包括从由长通滤波器、短通滤波器、带通滤波器和这些滤波器的任意组合组成的组中选择的滤波器，这些滤波器的组合使来自基板的半导体材料的发光辐射的波长分布的仅特定区域被第一传感器和第二传感器检测到。15.根据权利要求10-15中任一项权利要求所述的工具,其中,第一光学系统和第二光学系统中的至少一个光学系统包括分色镜，其中，分色镜定向在一定的角度以将来自第一光源或第二光源的光沿着与包括半导体涂层的基板能够处于的基板位置基本垂直的路径反射。16.根据权利要求15所述的工具，其中，分色镜使从基板位置处的基板上的半导体材料重发射的光致发光辐射透过，以使光致发光辐射被第一传感器或第二传感器检测到。17.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的工具，其中，基板的半导体材料包括双层半导体材料。18.根据前述权利要求中任一项权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿诺德·阿莱林克，道格拉斯·贝肯，边雅敏·布鲁尔，约翰·克里斯特安森，艾瑞尔·米尔斯坦恩，艾威尼尔·瑞杰夫，伊格尔·桑金，
申请(专利权)人：第一太阳能有限公司，
类型：
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