本发明专利技术公开一种利用反射光谱测量单晶硅基太阳能电池表面增透膜的方法，包括通过建模模拟计算分别得出包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的总反射效率A与不包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的总反射效率B；基于所述总反射效率A和所述总反射效率B求出单晶硅基太阳能电池的相对反射比率Rcal；测量包含增透膜的单晶硅基太阳能电池相对于不包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的反射比率R；将所述Rcal与所述R比较，模型中设定增透膜厚度及增透膜材料的光学常数或光学常数物理模型的系数为变量，通过数值回归的曲线拟合过程，计算得出膜厚与材料光学常数。本发明专利技术提高了反射率测量方法测量硅基太阳能样品薄膜特征的准确度，拓展了光谱反射仪的应用领域，使测量硬件结构更加简单，成本更低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术光学
，特别涉及一种利用反射光谱测量单晶硅基太阳能电池表面增透膜的方法。
技术介绍
光学方法测量薄膜厚度和光学常数(n&k)通常可采用垂直入射的反射率测量方法或椭圆偏振方法。相比较椭圆偏振仪理论上可以更好的测量均匀薄膜的厚度和光学常数，但是设备价格昂贵(例如:J.A.Woollam系列椭圆偏振仪)。采用垂直入射的反射率测量方法的膜厚仪，结构简单，对于层数较少的结构，测量精确，速度快(例如=OceanopitcsNanoCalc 系列)。垂直入射的反射率测量方法通过首先测量已知反射率的参考样品的反射光谱，而后测量待测样品的反射光谱，通过参考样品和待测样品光谱的比计算出待测量样品的反射率；而后，通过薄膜结构建模(多层膜结构反射率模拟)和回归算法拟合，计算出待测样品表面薄膜结构和光学常数(n&k)。现有的多层膜结构反射率建模方法，都建立在均匀薄膜的基础上，如图1所示。当样品表面不规则时，如图2所示，反射光传播方向复杂，造成样品分析和测量两方面的困难:(I)待测样品反射率与光学系统采集的数值孔径(NumericalAperture, N.A.)有关。数值孔径较大时，多方向的反射光将都可以被采集，会导致经历不同光学过程的反射信号同时被采集；数值孔径有限时，仅小角度内的反射光将被采集，信号较弱。(2)入射光相对于薄膜的入射角度分布范围复杂。当入射角度存在一定范围时，反射率的模拟建模与薄膜入射角度紧密联系，却存在多次反射的可能，无法准确的建模及计算出反射光谱。太阳能电池作为环保绿色能源已被广泛使用，并将大量实施。太阳能电池生产过程中，为了减少太阳能电池的反射率，一般对硅基表面进行化学腐蚀处理，形成粗糙的表面。除此之外，其娃基表面还通过增加一层增透膜(减反膜,ant1-reflective coating)来降低光束入射至太阳能电池表面的反射率，从而增加透射率。因此生产过程中，控制和测量硅基表面增透膜的厚度和光学特征(可表征吸收特征)成为硅基太阳能电池生产过程中的重要环节。由于硅的晶格特征，其腐蚀硅基表面具有一定的规律特征，可以通过改进建模方法和测量方法分析样品的特征。当前技术中，有采用椭圆偏振仪测量的方法，如Thin Solid Films518(2010) 1830 - 1834中所述，将样品倾斜，利用侧壁的方向性测量。但是椭圆偏振仪价格较高，且倾斜的样品平台不易完成样品表面定位和扫描。还有采用垂直入射的反射率测量方法，通过积分球收集粗糙样品表面的反射光的反射仪。例如，用于测量太阳能衬底绒面的全光谱反射式膜厚测量仪SR (上海致东光电科技有限公司)，使用积分球作为反射光收集系统解决了样品粗糙表面造成的光学散射问题。但由于样品表面粗糙，垂直入射时，光束入射薄膜时具有角度的多样性及可能存在的一次、二次、三次及个别多次反射造成的建模模式混合问题无法解决，导致积分球的采集的光学过程非常复杂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种利用反射光谱测量单晶硅基太阳能电池表面增透膜的方法，能够量测硅基太阳能电池表面增透薄膜厚度和材料光学常数。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种利用反射光谱测量单晶硅基太阳能电池表面增透膜的方法，包括通过建模模拟计算，分别得出包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的总反射效率A与不包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的总反射效率B ;基于所述总反射效率A和所述总反射效率B求出包含增透膜的单晶硅基太阳能电池相对于不包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的相对反射比率Rm1 ;测量包含增透膜的单晶硅基太阳能电池相对于不包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的反射比率R ;将所述Rm1与所述R比较，设定增透膜厚度及增透膜材料的光学常数或光学常数物理模型的系数为变量，通过数值回归的曲线拟合过程，计算得出膜厚与材料光学常数。本专利技术提供的利用反射光谱测量单晶硅基太阳能电池表面增透膜的方法，提高了反射率测量方法测量硅基太阳能样品薄膜特征的准确度，拓展了光谱反射仪的应用领域，使测量硬件结构更加简单，成本更低。【附图说明】图1为垂直入射光束在平滑薄膜表面上反射的示意图；图2为垂直入射光束在粗糙薄膜表面上反射的示意图；图3a为单晶硅太阳能电池表面结构的示意图；图3b为单晶硅太阳能电池表面结构的正视图；图3c为电子显微镜下硅纹理表面的侧视图；图4为垂直入射光束在单晶硅基太阳能电池表面的2次反射过程的示意图；图5为近垂直入射光束在单晶硅太阳能电池表面的2次反射过程的示意图；图6为近垂直入射光束在单晶硅基太阳能电池表面的3次反射过程的示意图；图7为S光、P偏振光在入射角度为70.6度和O度时在硅基上的反射率的谱线图；其中，2表示P偏振光在入射角度为70.6度在硅基上的反射率谱线，3表示S偏振光、P偏振光在入射角度为O度时在硅基上的反射率的谱线，4表示s偏振光在入射角度为70.6度在硅基上的反射率谱线；图8为S偏振光、P偏振光在入射角度为70.6度和O度时在包含增透膜的硅基上的反射率的谱线图；其中，5表示入射角度为70.6度时s偏振光在包含增透膜的硅基上的反射率谱线，6表示入射角度为O度时S偏振光、P偏振光在包含增透膜的硅基上的反射率的谱线，7表示入射角度为70.6度时P偏振光在包含增透膜的硅基上的反射率谱线；图9为SOnm氮化硅镀膜单晶硅衬底太阳能片三次反射模型计算出的反射率与实际测量值的示意图；图10为SOnm氮化硅镀膜单晶硅衬底太阳能片三次反射模型计算出的氮化硅光学常数(n，k)的示意图；图11为70nm、80nm和90nm氮化硅镀膜单晶硅衬底太阳能片的总反射比率光谱的示意图；图12为80nm氮化硅镀膜单晶硅衬底太阳能片入射角度在15.9度附近+/_5度范围内时，其总反射率变化的示意图；图13为测量单晶硅太阳能基板薄膜系统的结构示意图；图14为图13所示太阳能基板薄膜系统中采用背散射光纤结构的光学探头的结构示意图；图15a为七芯背散射光纤束的端口A截面的示意图；图15b为七芯背散射光纤束的端口 B截面的不意图；图15c为七芯背散射光纤束的端口C截面的示意图；图16为包含聚光单元的光学探头的结构示意图；图17为包含光阑和聚光单元的光学探头的结构示意图；图18为根据光谱仪狭缝的形状调整出射光纤子束光纤端口排布的示意图；图19为空间光学探头的结构示意图。【具体实施方式】首先，对本专利技术的方法原理进行介绍，如图3a所示，单晶硅太阳能电池硅基的结构为以底面为四方型的金字塔型为单位结构相互平行的排列而成，金字塔型的单位结构的侧壁(〈111〉面)与水平底面(〈100〉面)的角度为α =54.7度。由于硅片晶格方向的选择，单晶硅太阳能电池硅基表面的单位结构的侧壁可按方向分为四组，每组内的平面互相平行，如图3b所示。因此，侧壁(〈111〉面)可分为4组，每组相对于硅基表面的方向和角度相同并且相互平行，如图3c所示。光束近垂直入射至样品表面时主要包含以下3类反射后出射的过程:(I)如图4所示，垂直入射时探测光经历两次反射:第一次反射，当光束以垂直于样品平面，即以a=54.7度入射至侧壁时，其经过两侧反射后，出射光线的角度为c=51.2度。因为51.2度非常接近54.7度，因此光束经历第三次反射的几率并不大本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用反射光谱测量单晶硅基太阳能电池表面增透膜的方法，其特征在于，包括：通过建模模拟计算分别得出不包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的总反射效率A与包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的总反射效率B；基于所述总反射效率A和所述总反射效率B求出包含增透膜的单晶硅基太阳能电池相对于不包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的相对反射比率Rcal；测量包含增透膜的单晶硅基太阳能电池相对于不包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的的反射比率R；将所述Rcal与所述R比较，设定增透膜厚度及增透膜材料的光学常数或光学常数物理模型的系数为变量，通过数值回归的曲线拟合过程，计算得出膜厚与材料光学常数。
【技术特征摘要】
1.一种利用反射光谱测量单晶硅基太阳能电池表面增透膜的方法，其特征在于，包括: 通过建模模拟计算分别得出不包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的总反射效率A与包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的总反射效率B ； 基于所述总反射效率A和所述总反射效率B求出包含增透膜的单晶硅基太阳能电池相对于不包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的相对反射比率Rcal ； 测量包含增透膜的单晶硅基太阳能电池相对于不包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的的反射比率R ; 将所述Rcal与所述R比较，设定增透膜厚度及增透膜材料的光学常数或光学常数物理模型的系数为变量，通过数值回归的曲线拟合过程，计算得出膜厚与材料光学常数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得出不包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的总反射效率A包括: 计算P偏振光的反射率，即RP—si=RP—?.6—siXRP—o—siXRP—?.6—si ;所述RP—?.6—Si是入射角度为70.6度的p偏振光在硅基上的理论反射率；所述Rp C1 si是入射角度为O度的P光在硅基上的理论反射率； 计算s偏振光的反射率，即Rs—Si=Rs—7a6—SiXRsiSiXRs—7a6—Si ;所述Rs—7(l.6—Si是入射角度为70.6度的s偏振光在硅基上的理 论反射率；所述RsiSi是入射角度为O度的s偏振光在硅基上的理论反射率； 计算所述总反射效率A= (Rs si+RP_si) /2*r fibercollection*I，所述 -^fibercollection为光纤采集率，I为入射光强。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述得出包含增透膜的单晶硅基太阳能电池的总反射效率B包括:计算P偏振光的反射率，即 Rp—fos「Rp—70.6—fosi XRp _0_fosi XRp 70.6—fosi ;所述Rp_ 70.6—fosi 是入射角度为70.6度的P偏振光在包含增透膜的硅基上的理论反射率；所述Rp C1 f()Si是入射角度为O度的P偏振光在包含增透膜的硅基上的理论反射率； 计算s偏振光的反射率，即Rs—fosi_Rs—70.6—fosi 乂 Rs—O—fosi 乂 ...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，王林梓，李国光，夏洋，艾迪格·基尼欧，马铁中，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，北京智朗芯光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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