專利名稱：用于分散測定半導體結構的串聯電阻的方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1前序部分的方法，該方法用于分散測定半導體結構的串聯電阻，其中，所述半導體結構為太陽能電池或制造太陽能電池時的前體，該半導體結構包括至少一個Pn結和用于電接觸的觸點。
背景技術：
串聯電阻為用于描述太陽能電池的重要參數，因為高串聯電阻往往導致太陽能電池的效率降低。所述太陽能電池的總串聯電阻在此由多個部分組成如金屬觸點結構的橫向電阻，摻雜層(如發射層)的橫向電阻和/或金屬觸點結構和摻雜層之間的接觸電阻均可屬于總串聯電阻。為了對太陽能電池進行描述并且在太陽能電池制造期間進行過程控制，期望分散測定太陽能電池的串聯電阻，也就是說，分別計算多個點的局部串聯電阻，通過局部串聯電阻的分布可推斷局部不均勻的工藝條件或故障元件，如斷開的金屬結構。已知多種用于分散測定串聯電阻的方法，其中，在分散測定太陽能電池內形成的發光時尤其適用于這些測量方法。已知的是可借助CCD攝像機對由太陽能電池表面發出的光進行分散測量并且由此對串聯電阻進行分散測定在T. Trupke, E. Pink, R. A. Bardos和Μ. D =Abbott的《利用發光圖像研究硅太陽能電池的串聯電阻的分散測定(Spatially resolved series resistance of silicon solar cells obtained from luminescence imaging)〉〉，應用物理函件(Applied Physics Letters) 90，093506 (2007)中描述了一種方法，所述方法通過已公知的方式光照太陽能電池來形成發光，并且借助CCD攝像機對所謂的光致發光進行分散測量。在此，在不同的測量條件下拍攝兩張光致發光的圖片，其中，測量條件A為開路電壓(即觸點間無電流通過)，在測量條件B中，電流從太陽能電池中流出。此外，至少還需要第三張在短路條件下的光致發光的圖片，以校準上述兩張圖片的測量值。通過在測量條件A中拍攝的測量圖片來分散測定校準參數Ci,其中，為每個點i分別計算校準參數。借助該校準參數，將測量條件B中測出的局部光強換算為施加于太陽能電池的各點的電壓。在整個太陽能電池可使用單一的暗飽和電流值的前提下，通過使用公知的單二極管模型，逼近太陽能電池局部的電特性來建模，可測定局部串聯電阻。但是，在典型的工業制造的太陽能電池中(特別是在多晶硅太陽能電池中)，各局部的暗飽和電流不可能相同。因此，在此類太陽能電池中，為定量測定局部串聯電阻，還需另外對暗飽和電流進行分散測定。為此，通常還需在其它測量條件下，如使太陽能電池加載不同波長的電磁輻射，對光致發光進行進一步測量
發明內容
有鑒于此，本發明的主要目的在于，改進用于分散測量半導體結構的串聯電阻的方法，從而減少測量所需圖片的數量和/或縮短分散測量串聯電阻所需的總時間。此外，根據本發明的測量方法也適用于太陽能電池生產線的內置測量位置。這一目的通過根據權利要求1的用于分散測定半導體結構的串聯電阻的方法得到解決。根據本發明方法的優選的方案可從權利要求2至11中得出。通過根據本發明的方法可用于分散測定半導體結構的串聯電阻，其中，所述半導體結構為太陽能電池或制造太陽能電池時的前體。該半導體結構包括至少一個Pn結和用于電接觸的觸點。所述方法包括以下步驟步驟A中，在測量條件A下使半導體結構內形成發光，其中，在所述半導體結構的觸點之間存在電壓\。為半導體結構的多個點i測量基于該點的局部光強Ila,”步驟B中，在測量條件B下使半導體結構內形成發光，其中，在半導體結構的觸點之間存在電壓VB。測量條件B與測量條件A的區別在于，在測量條件B中通過半導體結構的觸點之間的電流大于測量條件A中通過半導體結構的觸點之間的電流。而與步驟A相似的是，在步驟B中同樣分別為多個點測量半導體結構的基于該點的局部光強步驟C中，分別為半導體結構的多個給定的點測定局部校準參數Cv, i，該局部校準參數用于表示局部光強與在該點上局部施加于半導體元件上的電壓之間設置的數學關系。 在此，至少根據步驟A中測出的光強Iu, i和測量條件A中在半導體結構的觸點之間形成的電壓\來測定局部校準參數Cv, it)最后，在步驟D中為半導體結構的多個給定的點測定局部串聯電阻仏丨至少根據至少一個在步驟B中測出的局部光強Imi和至少一個在步驟C中測定的局部校準參數Cva 分別進行測定。重要的是，在步驟D中，附加地，為半導體結構的所有局部串聯電阻都設置一個相同的全局串聯電阻I^sg，根據該全局串聯電阻來測定各個局部串聯電阻Rs,”在已知的測量方法中，需對發光進行額外測量以測定步驟D中的局部串聯電阻， 而與已知的測量方法相反，在根據本發明的用于測定局部串聯電阻的方法中，附加地使用半導體結構的全局串聯電阻。由此可以減少所需的發光測量操作并且相應地縮短整個測量所需的測量時間。特別地，這一點可使本發明方法在已有的內置測量儀器上得到應用，通過所述測量儀器，可在生產過程期間對半導體結構進行測量。因此，在根據本發明的測量方法中，僅僅通過對半導體結構設置全局串聯電阻，而無需對發光進行額外測量，即可獲得步驟D中用于測定局部串聯電阻所需的附加信息。而半導體結構的全局串聯電阻相對來說比較容易測定。為此，可采用現有技術已知的各種測量方式例如，可按照公知的方式由半導體結構的暗特性或者光特性曲線或者結合半導體結構的暗特性和光特性曲線來測定全局串聯電阻(見D. Pysch, A. Mette和S. W. Glunz的太陽能材料和太陽能電池(Solar Energy Material&Solar Cell) 91，1698-706 Q007)，以及 A. G. Aberle,S. R. flfenham和Μ. Α. Green的精確測量太陽能電池的集中串聯電阻的新方法(A new method for accurate measurements of the lumped series resistance of solarcells) ,Louisville 出版社，Kentucky，USA，1993 (IEEE,New York,NY,USA)，133-9 頁)。同樣，可以根據半導體結構的參數來計算全局串聯電阻，所述參數例如是金屬結構的尺寸，摻雜層和摻雜面的尺寸，或者摻雜層的層電阻的尺寸。使用全局串聯電阻測定局部串聯電阻的另一個優勢在于，通常在流水線中，各半導體結構之間的全局串聯電阻的波動要遠遠小于半導體結構的局部串聯電阻的波動。因此，無須為每個半導體結構單獨測定全局串聯電阻，也可使用半導體結構的典型的全局串聯電阻。申請人:的研究表明，有利的是，根據全局串聯電阻來測定局部串聯電阻，S卩為所有局部串聯電阻都設置相同的全局換算系數f，根據該全局換算系數分別換算局部串聯電阻仏丨通過局部串聯電阻與全局串聯電阻1^之間設置的數學關系來確定全局換算系數f。所述設置的數學關系優選為取局部串聯電阻的中數，使換算出的局部串聯電阻的最終的中數等于全局串聯電阻I Sg。在此，申請人的研究顯示，優選將算術中數用作所述中數。根據本發明的方法不僅可在通過使半導體結構加載電磁輻射形成發光(即形成光致發光)時使用，也可在通過向半導體結構的觸點施加電壓形成發光(即形成電致發光) 時使用。在形成光致發光時，例如在測量條件A中可不接通半導體結構的觸點。在該情況下，可基于光照條件在觸點上形成電壓\并且觸點之間無任何電流通過。在測量條件B下則需接通觸點，使得在相應的電壓Vb下在觸點間形成給定電流。因此，在這種情況下，測量條件B中通過的電流也大于測量條件A中通過的電流。然而，光致發光的劣勢在于，不允許將用于形成發光的電磁輻射識別為所形成的光致發光，因此需要在使用的探測單元如CCD 攝像機中使用造價高昂的濾光器來對電磁輻射進行過濾。而在電致發光方法的方案中則無需使用這種濾光器。因此，有利的是，在測量條件A中使半導體結構在電觸點上施加電壓Va，而在測量條件B中施加電壓Vb。在兩種測量條件下均使半導體結構不加載或僅加載極少的電磁輻射。 所以，優選在暗環境中進行測量。然而，如果測量條件，特別是半導體結構內的載流子分布， 主要是通過施加的電壓來確定，而非通過光照來確定，則也可略微光照半導體結構。在本發明的光致發光方法的有利的方案中，VA小于VB，使得測量條件A中通過半導體結構的觸點之間的電流要小于測量條件B中通過半導體結構的觸點之間的電流。原因在于，測量條件A中應使局部串聯電阻對于半導體結構的電流模式的影響盡可能最小。因為如上所述，測量條件A中的發光測量要用于測算局部校準參數Cv, i，在此不希望局部串聯電阻對這一局部校準參數的測算造成任何影響或僅帶來極小影響。但是，在測量條件A中，小的電壓Va和相應的半導體結構的觸點之間小的電流也會導致與測量條件B相比較小的局部光強。因此，這樣來選定測量條件A是有利的，即一方面使得局部串聯電阻的影響較小，但另一方面也使光強盡可能大，從而縮短分散測定發光所需的測量時間。因而，有利的是，在測量條件A中，電流通過半導體結構的觸點之間，所述電流小于半導體結構在正常工作下所通過的電流的30%，優選小于20%，更優選為小于15%。
“正常工作”在此指的是半導體結構所適用的標準測試條件。對于用于室外應用的商用的太陽能電池，這通常指太陽能電池所加載的電磁輻射的標準調幅波為1. 5G，光照面積的總功率為1000W/m2。申請人的研究表明，當在測量條件A中有約為標準條件下的短路電流的20%的電流通過時，可以較好地實現局部串聯電阻的低影響和形成高光強。相反，在測量條件B中，需要使局部串聯電阻的影響體現在形成的發光中。因而， 有利的是，測量條件B中通過半導體結構的觸點之間的電流，至少要達到標準條件下通過半導體結構的短路電流的50%，優選至少為70%，更優選為約100%。例如，有利的是，在測量條件B中在半導體結構上施加標準條件下(Vre)的開路電壓。如上所述，測量條件A中形成的光強小于測量條件B中形成的光強。因此，有利的是，在步驟A中用于分散測定光強的測量時間至少大于步驟B中的光強測量所需的測量時間的約3倍，優選為約5倍。在典型的半導體太陽能電池中，尤其是多晶硅太陽能電池中運用常規的用于識別發光的CCD攝像機時，測量條件A的測量時間可少于0. 5秒，測量條件B的測量時間可少于 0. 1 秒。局部施加于半導體結構上的電壓和由此電壓形成的局部發光之間的關系可近似地以指數關系來表現。因此，有利的是，在步驟C中設置局部光強Iu, i與電壓Va之間的指
數關系，尤其優選為公式1
權利要求
1.一種用于分散測定半導體結構的串聯電阻的方法，所述半導體結構為太陽能電池 (1)或太陽能電池(1)的前體，所述半導體結構包括至少一個pn結和所述半導體結構的用于電接觸的觸點，其中，該方法包括以下步驟A、在測量條件A下使所述半導體結構內形成發光，在該測量條件下，在所述半導體結構的觸點之間存在電壓Va并且分別為所述半導體結構的多個點測量基于該點的局部光強Ila, i ；B、在測量條件B下使所述半導體結構內形成發光，在該測量條件下，在所述半導體結構的觸點之間存在電壓Vb并且分別為所述半導體結構的多個點測量基于該點的局部光強i，其中，在測量條件B中通過所述半導體結構的觸點之間的電流大于測量條件A中通過所述半導體結構的觸點之間的電流；C、為所述半導體結構的多個給定的點測定局部校準參數Cv,i，該局部校準參數用于表示局部光強與在該點上局部施加于半導體元件的電壓之間設置的數學關系，其中，至少根據步驟A中測出的光強Iu, i和測量條件A中在所述半導體結構的觸點之間存在的電SVa 來測定所述局部校準參數Cv, i ；以及D、至少根據至少一個在步驟B中測出的局部光強Imi和至少一個在步驟C中測定的局部校準參數Cv,i分別為所述半導體結構的多個給定的點測定所述局部串聯電阻；其特征在于，在步驟D中，附加地，為所述半導體結構的所有局部串聯電阻都設置相同的全局串聯電阻I^sg，根據該全局串聯電阻分別測定所述局部串聯電阻Rs, ”
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟D中，為所有所述局部串聯電阻設置相同的全局換算系數f，根據該全局換算系數來換算所述局部串聯電阻I^i，其中，通過所述局部串聯電阻i與所述全局串聯電阻之間設置的數學關系來確定所述全局換算系數f。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，通過設置所述局部串聯電阻的中數， 優選地，使所述串聯電阻Rs, i的算術中數等于所述全局串聯電阻I Sg，來得出所述全局換算系數f。
4.根據上述權利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在測量條件A中使所述半導體結構在電觸點上施加電壓Va，在測量條件B中使所述半導體結構在電觸點上施加電壓VB， 并且使所述半導體在兩種測量條件下均不加載或僅加載極少的電磁輻射，使得通過所述半導體結構的電流主要通過施加的電壓來形成，并且\小于VB。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟A中測量強度Iu的測量時間至少大于在步驟B中測量強度的測量時間的約3倍，優選為約5倍。
6.根據上述權利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在測量條件A中電流通過所述半導體結構的觸點之間，所述電流小于在標準條件下通過所述半導體結構的短路電流的 30%，優選小于20%，更優選為小于15%。
7.根據上述權利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在測量條件B中電流通過半導體結構的觸點之間，所述電流至少達到標準條件下通過所述半導體結構的短路電流的 50%，優選至少70%，更優選為約100%。
8.根據上述權利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在步驟C中設置所述局部光強Iu, i與所述電壓Va之間的指數關系，優選根據公式1
9.根據上述權利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在步驟D中根據公式2得出所述局部串聯電阻
10.至少根據權利要求9和權利要求2所述的方法，其特征在于，根據公式4得出局部暗飽和電流密度j。,i，
11.根據上述權利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在步驟A中在第二種測量條件A’下，至少使所述半導體結構內形成發光，其中，在所述半導體結構的觸點之間存在電壓 V/并且分別為所述半導體結構的多個點分別測量基于該點的局部光強Ila,/，在測量條件 Α’下通過所述半導體結構的觸點間的電流與測量條件A下通過所述半導體結構的觸點間的電流不同，并且在步驟C中根據公式5設置所述局部光強Iuui與所述電壓Va之間的指數關系為
全文摘要
本發明涉及一種用于分散測定半導體結構的串聯電阻的方法，所述方法通過在測量條件A和B下使半導體結構內形成發光，為半導體結構的多個給定的點測定局部校準參數CV，i并且為半導體結構的多個給定的點測定局部串聯電阻RS，i。重要的是，為半導體結構的所有局部串聯電阻設置相同的全局串聯電阻RSg，根據所述全局串聯電阻來測定所述局部串聯電阻RS，i。
文檔編號G01N21/64GK102449494SQ201080024016
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月17日 優先權日2009年5月18日
發明者J·豪恩席爾德, M·格拉特哈爾, S·瑞恩 申請人:弗勞恩霍弗實用研究促進協會, 弗賴堡阿爾伯特-路德維格大學