CN101861643A - 光生伏打电池制造 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制造至少一个半导体光生伏打电池或模块以及用于对半导体材料进行分类的方法(300)。在一种实现方式(500)中，所述方法涉及到在所述制造工艺的多个阶段(312-324)当中的每一个阶段对晶片进行发光成像，以及把获得自关于相同晶片的所述成像步骤的至少两个图像进行比较以便识别出制造工艺引发的瑕疵的发生或增大。如果所识别出的工艺引发的瑕疵超出预定的可接受度水平，则从所述制造工艺(310)中移除(351-356)所述晶片，或者可以补救所述缺陷或者将所述晶片传递到其他制造工艺以匹配其特性。在替换实现方式中，所述方法包括对半导体材料进行分类。所述方法例如包括以下步骤：提供至少两个晶片；获得每一个晶片的发光图像；对所述图像进行比较以确定所述晶片的电结构相似性；以及把具有预定电结构相似性水平的晶片分组到同一族。本发明的方法适用于确定多种形式的机械不规则性、电不规则性以及外观不规则性。

Description

光生伏打电池制造

技术领域

本发明总体上涉及硅晶片、光生伏打电池以及光生伏打电池模块的制造，具体来说涉及到在从源材料生产硅晶片时以及在制造光生伏打电池和光生伏打电池模块时所出现的问题和瑕疵(fault)。在硅光生伏打电池的情况下，当把多晶硅用于光生伏打电池制造时，这一问题最为显著。但是在单晶硅光生伏打电池制造中所述问题也很明显，并且可以使用这里所公开的装置。本发明不限于检测裂缝。裂缝是由制造工艺引发的瑕疵的一个在经济上非常重要的实例。本方法还可以检测诸如局部旁路(例如由于金属“刺穿”pn结导致)或者晶片污染之类的其他瑕疵。

在本说明中关于现有技术的任何讨论都不应当被视为承认所述现有技术是众所周知的或者形成本领域内的共同常识的一部分。

背景技术

利用特定半导体技术(比如硅晶片技术)制造光生伏打电池和光生伏打电池模块涉及多个阶段。在硅晶片制造、光生伏打电池制造以及光生伏打电池模块制造期间，可能会在所述晶片、完成的电池或模块中引入难以通过被用于制造质量控制的标准光学检查方法检测出来的瑕疵。此外，先前存在的瑕疵可能会在所述光生伏打电池及模块的制造步骤期间增大，并且可能导致在光生伏打电池制造期间严重损坏所述晶片，或者导致在模块制造期间或者可能在所述模块已经被安装并且易于受到诸如日/夜热循环之类的物理应力影响之后严重损坏完成的光生伏打电池。虽然裂缝例如可能在任何阶段出现，但是可能最坏的情况是所述裂缝或其他瑕疵在光生伏打电池制造的最终电测试阶段不会导致电输出的严重恶化，但是在把这种含有裂缝的电池与其他光生伏打电池一起形成到光生伏打电池模块中时，可能会发生破损。这不仅可能会毁坏所涉及到的特定晶片，而且可能会毁坏整个光生伏打电池模块。因此，裂缝或其他瑕疵的形成及其在硅晶片、光生伏打电池的各个处理和制造阶段的可能增大以及利用这种电池的后续光生伏打电池模块制造都是严重的问题。

世界范围内的硅短缺正迫使光生伏打电池制造业降低晶片的厚度。这可能会提高由于裂缝产生和增大而发生电池破损的比率。

本发明的目的是克服或者改善现有技术的至少一个缺点，或者提供一种有用的替换方案。

发明内容

除非上下文明确地另行要求，否则说明书和权利要求书中的措辞“包括”、“包含”等应该以包含性而非排他性或穷举性的意义来理解；也就是说以“包括，但不限于”的意义来理解。

在概括的方面，本发明提供了一种制造至少一个半导体光伏器件的方法，所述方法包括以下步骤：

获得与半导体光伏器件制造工艺的至少一个阶段相关联的至少一个半导体晶片的多个图像；

对其中至少两个所述图像进行比较，以便识别出瑕疵的发生或增大；以及

确定所识别出的瑕疵的所述发生或增大是否超出预定的可接受度水平。

优选地，所述图像是发光图像。这些图像允许识别出瑕疵(特别是工艺引发的瑕疵)的发生或增大，以便确定所述晶片的质量是否足以继续所述工艺。但是如果所述瑕疵的发生或增大超出预定的可接受度水平，则操作员可以丢弃所述晶片、可以确定是否需要矫正所述瑕疵以及/或者可以返回所述晶片以用于进一步制造。

所述至少两个图像可以是在所述制造工艺中的不同位置处取得(例如在所述制造工艺的某一阶段之前和/或之后取得)的单一晶片的图像。或者，所述至少两个图像是在所述制造工艺的某一位置处取得的图像，其中所述图像是电结构足够相似的两个晶片的图像。这样的两个晶片优选地被分类为源自相同的源材料，例如最初相邻并且从相同的源材料相继得到的晶片。

在替换实施例中，可以在所述制造工艺的某一阶段之前和/或之后在单一晶片上实施成像。

上面描述的方法提供了一种用于确定晶片是否具有可能导致最终得到的光生伏打电池或模块的性能不佳的瑕疵的可靠机制。

可以由本申请识别出的瑕疵包括晶片、光生伏打电池或光生伏打模块中的任何机械瑕疵、电瑕疵以及甚至外观瑕疵(cosmetic fault)。具体来说，所述工艺可以定位硅晶片的裂缝、旁路(shunt)或污染。

从最初生产晶片时(即通过从源材料块锯下或者通过挤压)开始，可以在所述制造工艺中的任一点实施成像。

所述工艺还可以被用于确定与所述光生伏打电池制造工艺的相应阶段相关联的瑕疵发生和/或增大的统计量。如本领域技术人员将认识到的，本技术对于评估相应阶段的性能水平非常有用，并且在必要时提供针对该阶段的补救措施。

本领域技术人员还将认识到，可以在所述制造工艺中的特定阶段执行所述成像，或者可以在整个工艺过程中执行所述成像。具体来说，可以在所述制造工艺的至少以下阶段实施成像：

(i)在开始制造之前；

(ii)紧接在从源材料生产出晶片之后；

(iii)在对晶片进行初始锯损伤蚀刻之后；

(iv)在初始锯损伤蚀刻与发射极扩散之间；

(v)在发射极扩散与氮化硅沉积之间；

(vi)在氮化硅沉积与在晶片上丝网印刷金属接触之间；

(vii)在晶片上丝网印刷金属接触与对晶片进行热处理之间；

(viii)在光生伏打电池制造完成时并且在把光生伏打电池合并到光生伏打电池模块中之前。

在第二方面，本发明提供一种分析对应于光生伏打电池及模块的制造工艺的方法，所述工艺包括：

获得与半导体光生伏打电池或模块制造工艺的至少一个阶段相关联的至少一个半导体晶片的多个图像；

对其中至少两个所述图像进行比较，以便识别出所述制造工艺的特定阶段的所述晶片中的瑕疵的发生或增大；以及

对与所述制造工艺的相应阶段相关联的瑕疵发生或增大的数据进行整理；以及

可选地对所述阶段应用补救措施。

在第三方面，本发明提供了一种具有多个阶段的用于光伏器件的制造系统，其中通过所述多个阶段由源材料形成硅晶片并且对硅晶片进行处理以便形成光生伏打电池或模块，所述系统包括：

成像设备，其被配置成在所述制造工艺之前以及在所述制造工艺期间捕获多个图像；

处理器，其被配置成对其中至少两个所述图像进行比较及分析，以便识别出所述晶片中的瑕疵的发生或增大，并且确定所述瑕疵是否超出预定的可接受度水平。

对晶片的成像是光致发光(PL)成像，但是在所述晶片上形成金属接触(即实际形成光生伏打电池)之后的各步骤中也可以使用电致发光(EL)成像。EL对于完成的电池来说是可能的并且更加便宜，但是PL通常给出略微更好的结果。EL对于模块中的电池来说更加实用并且更加便宜。这些监控装置特别适用于由多晶硅制造光生伏打电池的情况，在这种情况中无法很容易地把裂缝与PL或EL图像中的大量结构进行区分，其中所述结构是从电活性晶粒间界、具有高度可变电质量的晶粒以及(例如由于晶体缺陷或杂质而导致的)电质量较差的区域得到的。但是对于单晶电池仍然可以应用相同的工艺，这是因为在裂缝处发生的电子-空穴复合得到增强，因此PL成像可以很容易地把裂缝的存在显示为暗线。

如上所述，可以将光致发光(PL)和/或电致发光(EL)成像与本方法一起使用。

PL成像通常被用来在每一个未经处理的多晶晶片被生产出来之后并且进入光生伏打电池生产设施或工艺时记录其图像。在一些或所有后续制造步骤之后记录类似的PL图像，一直到(并且包括)在晶片上形成金属接触之后的各步骤所取得的一个或多个PL(或EL)图像。把最初的PL图像(或后续PL图像)与在至少另一个处理步骤之后取得的PL或EL图像自动进行比较，可用于揭示瑕疵的存在，比如可能归因于破裂的附加暗线。破裂是“工艺引发的缺陷”的一个重要的例子，即由制造工艺所引发的缺陷。缺陷在特定晶片或电池内的出现可能取决于所述各制造步骤中的变化或误差以及材料特性的变化，从而使得一些晶片更容易经受工艺引发的缺陷。在发生破裂的情况下，材料的多晶特性是高度可变的，因此即使是高度可再现的制造步骤也将具有可变的结果。随后可以获得对裂缝的数量、长度和空间分布与其他工艺引发的缺陷之间的相关性以及对最终发生破损的可能性的统计分析，并且可以使用所述统计分析来开发针对从生产线上废弃的晶片的算法。

此外，所述统计分析允许操作员分析所述制造工艺并且通过前馈或反馈控制来提供补救措施，从而有助于高效且可靠地制造所述晶片、光生伏打电池以及光生伏打模块。

此外还公开了本发明的其他方面。

附图说明

下面将参照附图和附录来描述现有技术的一些方面以及本发明的一个或多个实施例，在附图中：

图1示出了可用于光生伏打电池制造的多晶硅的晶片以及存在于其中的晶粒间界；

图2是图1的晶片的一部分的详细视图，其中示出了裂缝；

图3示意性地示出了根据本发明的一方面的光生伏打电池制造系统及工艺；

图4是可用于控制图3的系统和工艺的通用计算机的示意性方框图；

图5是用在图3的工艺和系统中的图像处理的流程图；

图6是图5的度量值计算步骤的流程图；

图7示出了多晶硅的各特征在盒子中的相邻晶片之间如何相关；

图8示出了从一块当中相继切割出相邻晶片；

图9示出了相邻晶片的图像之间的未对准；

图10是对应于单一晶片处理阶段的根据本公开内容的一种替换的图像处理方法的流程图；

图11是用于实施图10的步骤1008的方法的流程图；

图12、14、16、17、18和19是关于晶片的图像；以及

图13、15和20是从所述图像得到的直方图，其被用来评估晶片之间的“电结构相似性”；

图21示出了适用于图3的系统的一种替换的成像方法。

具体实施方式

下面将在使用发光成像的实施例中描述本发明，但是本领域技术人员将认识到，还可以应用其他形式的成像。

此外，本发明允许识别出多种瑕疵的发生或增大。下面的各实施例特别描述了对于裂缝的识别，但是诸如旁路、污染等等的其他瑕疵也在本发明的范围内。

近来已经确定可以利用PL成像来提供对于硅晶片或光生伏打电池的空间分辨电子特性的测量，特别是局部少数载流子寿命和准费米能级的局部分离。

本公开内容提出可以使用发光成像来在光生伏打电池制造和生产的一个或多个阶段期间识别出瑕疵的发生和/或增大。

PL成像和EL成像通过PL或EL信号在紧紧围绕裂缝的区域内的减小而检测出裂缝的存在。发生这种减小是因为所述裂缝会产生内部边界(例如半导体/空气边界或半导体/真空边界)，并且半导体晶体块体的这种间断的电质量很低，从而导致发生在裂缝表面处的载荷子(电子-空穴)复合增强。来自紧紧围绕所述裂缝的区域的载荷子朝向裂缝表面扩散，从而会大大降低这些区域内的一种或全部两种极性的载荷子(电子-空穴)的密度。由于来自特定区域的PL或EL信号取决于该区域内的电子与空穴密度的乘积，因此源自紧紧围绕所述裂缝的区域的PL或EL信号会显著减小。在其他方面没有特征的晶片的EL图像或PL图像中，裂缝看起来将会是分别具有相对低的EL或PL的特征。所述特征将具有与裂缝的物理结构相似的形状，但是由于来自紧紧围绕所述裂缝的区域的EL或PL信号减小，因此该特征的宽度大于所述裂缝的物理宽度。

图1示意性地示出了可以被用来形成硅光生伏打电池的多晶硅晶片100。可以替换地从单晶硅晶片形成硅光生伏打电池，这种工艺通常会招致针对未经处理的硅晶片材料的更高资本成本，但是在电产出方面表现出更高的效率。多晶晶片制造通常(但不排他地)涉及到产生大的晶锭(ingot)，到2007年为止，所述晶锭可以具有高达大约0.8米×0.8米×0.4米的尺寸并且重达几百千克。所述晶锭有越来越大的趋势。可以通过把熔化的硅浇铸到坩埚中来产生晶锭。或者把初始的硅材料熔化在所述坩埚中，所述熔体(在冷却之后)发生结晶，从而形成晶锭。晶锭形成甚至可以在没有坩埚的情况下发生，例如在被称作电磁浇铸的工艺中发生。随后把所述晶锭切割成具有通常为正方形的横截面的矩形块。随后把每一块锯制、切割或者以其他方式制成切片，以便限定将被进行处理从而形成光生伏打电池的晶片。

在替换实施例中，可以通过用更适当的染料挤压半导体材料来生产晶片。

这一阶段的晶片可能包含工艺引发的缺陷或者由其生产过程所导致的瑕疵，所述生产过程例如是通过锯制、切割或者被应用于所述晶锭从而形成块或砖并且随后被应用于所述块或砖以形成晶片的类似工艺从所述晶锭分离出晶片。

图1中所示的这种晶片100通常是正方形，其包括边缘102以及分散在整个晶片100中的多个晶粒间界104。如果晶片是源于某种其他工艺，则可能出现除正方形之外的其他形状。所述晶粒间界104可以代表由于在所述晶粒间界处存在电活性晶体缺陷因此电质量低于晶粒内区域的表面。但是即使在单一晶片内，晶粒间界处的电质量降低也是高度可变的，并且由于在晶体生长以及形成光生伏打电池的处理期间，晶体缺陷和杂质在相邻晶粒间会发生可变偏析，因此各单独晶粒的电质量也是高度可变的。除了电质量差的晶粒间界之外，在多晶材料中通常还会出现其他电质量差的局部区域(比如富含晶体缺陷或杂质的区域)，这可能导致各单独晶粒内的高度可变的电质量。取决于对晶片的表面制备以及特定晶粒间界的性质，晶粒间界可能是法线入射到所述表面或者以任何其他角度入射，并且可能(也可能不会)容易用眼辨别。虽然所述晶粒间界104可能是可见的，但是其仍然代表所述硅晶片内的相邻边界之间的机械连接。

所述晶粒间界或者其他富含晶体缺陷或杂质的区域的存在不同于可能在所述晶片100中形成的裂缝的发生，所述裂缝代表所述(多个)晶体的小的分离并且最终可能导致由这种晶片形成的光生伏打电池失效。裂缝可能完全形成在内部或者终止于晶片的边缘。

当前，通过对源材料进行锯制、切割等处理或者通过挤压而实现的晶片生产的成本占到生产光伏器件的总成本的约三分之一。相应地，本发明还特别适用于在把晶片引入图3中所示的电池制造工艺之前识别出晶片中的瑕疵，并且如后面所讨论的那样适用于把这些晶片分类到源自相同来源的晶片“族”中。

图2示出了所述晶片100的边缘102的放大表示，其中可以看到多个晶粒间界104延伸到边缘102。还可以看到裂缝106从所述边缘102向内延伸，未受协助的人眼或者利用传统的光学检查方法可能无法看到所述裂缝106。裂缝可以完全处于内部，或者如图所示终止在所述晶片的边缘上。所述裂缝106可能在最初的生产之后并且在处理成光生伏打电池之前就存在于所述晶片100中，或者可能在多个光生伏打电池或光生伏打电池模块处理阶段期间产生。此外，所述裂缝106可能很小，并且可能在整个晶片100的整个使用寿命期间都不会对其造成影响。或者，所述裂缝106可能会随着时间增大，特别是通过加工和各个处理阶段而增大，或者在模块组装期间增大，而且还可能在把所述晶片当成作为光生伏打电池模块的一部分的光生伏打电池使用时通过热膨胀和收缩而增大。在最坏的情况下，所述裂缝可能会增大从而形成明显的裂缝，其可能随后会把所述晶片100的一整部分与剩余部分分离，从而损毁由其形成的特定光生伏打电池，并且可能使得合并有该晶片的光生伏打电池模块完全无法使用。

图3示出了光生伏打电池制造工艺310以及可以被用来评估各单独晶片中的包括裂缝在内的瑕疵的存在和/或增大的成像系统330的表示300。所述工艺310及其任何阶段都可能导致工艺引发的瑕疵或缺陷的产生或增大。

所述光生伏打电池制造工艺310被表示为相对一般性的七个步骤的序列(步骤1-步骤7)。在第一步骤312中，接收硅晶片100(其优选地由多晶硅制成)。所述晶片100可能是在单独的制造工厂或设施制造的，并且被运输到所述光生伏打电池制造工艺310。或者，可以在相同的设施内执行晶片制作。在第二步骤314中，通常对所述晶片100进行锯损伤蚀刻。在第三步骤316中，在所述晶片上执行发射极扩散以便对所述晶片进行掺杂处理，从而形成必要的PN结。第四步骤318涉及到在所述晶片100上进行氮化硅沉积，第五步骤320涉及到丝网印刷载银浆(silver loaded paste)，从而在所述晶片的前面形成栅格和汇流排(busbar)。所述第五步骤320还涉及到丝网印刷载银浆从而在所述晶片的背面形成可焊汇流排，以及在所述晶片的后侧的剩余区域上丝网印刷载铝浆并且通常与所述银汇流排交叠。如此形成的金属接触被用来从所述电池中高效地提取电流，并且还在各单独晶片100之间形成连接从而形成光生伏打电池模块。

在第六步骤322中，一般通过将晶片在熔炉中燃烧来对所述晶片进行热处理，以便烧结丝网印刷的载金属浆并且通过从铝中吸气以及从(含氢)氮化硅层氢化而钝化硅中的电活性缺陷。一种替换的热处理被称作快速热处理。在最终步骤324中，所述工艺310通常结束于将经过处理的光生伏打电池晶片100打包托运或转运到模块制造设施。

虽然没有示出，但是一些制造工艺在所述第六步骤322与最终步骤324之间包括附加的步骤。一个附加的步骤是例如通过激光划片实施边缘隔离。在该步骤中，使用激光器产生切割穿过所述电池的发射极层的隔离沟槽，从而把大部分电池区域与该电池的电质量差的边缘隔离，并且还可以通过相反类型(即p型和n型)的相对重掺杂的扩散层的交叠来提供旁路路径，所述相反类型的扩散层形成所述光生伏打电池的pn结和欧姆接触。在另一个附加步骤中，对所述电池进行电测试。这一步骤必然会对所述电池施加机械应力，并且可能导致裂缝产生或增大。

上面描述的工艺310总体上代表使用多晶硅晶片的大部分光生伏打电池制造工艺。此外，所描述的各步骤312-322都是最一般性的，并且可以根据在任何特定设施或工艺中实施的具体制造形式对这些步骤进行改编。此外还可以把每一个所述步骤分解成特定制造工艺所特有的多个子步骤。然而每一个所述步骤都代表一个重要阶段，在该阶段可以根据本公开内容检查所处理的特定晶片内的裂缝或其他瑕疵的存在和/或增大。还可以使用替换工艺的其他阶段。此外，在所述工艺310中，还对晶片进行处理以形成光生伏打电池。在所述工艺310的早期阶段考虑晶片时，下面将描述的成像装置可以在所述工艺310的任何一个或多个阶段操作于晶片上，或者在所述工艺310的后期阶段可以考虑晶片时，所述成像装置可以操作于电池上。相应地，除非明确提到，否则在下面的描述和相关联的权利要求中对晶片的引用也可以视为对电池的引用，并且在一些情况下可以视为完成的模块。

从图3中还可以看出，所述成像系统330被配置成在特定的所述制造步骤312-324中或者在所述特定步骤之间(在其之前或之后，或者既在其之前又在其之后)对所述晶片100进行成像。本发明的工艺提供了一种用于在所述晶片、电池或模块经受所述制造工艺310时识别出其中的任何机械瑕疵、电瑕疵或外观瑕疵的发生或增大的机制。如图所示，在所示出的7个制造阶段当中的每一个之间提供包括电致发光摄影机331-336的成像装置。在具体实现方式中，所述系统330中的最后一个摄影机336可以是电致发光(EL)摄影机或者包括组合的EL和PL成像。在另一种具体实现方式中，放置在步骤6或各后续步骤当中的一个或多个步骤处的所述系统330中的一个或多个摄影机可以是电致发光(EL)摄影机或者包括组合的EL和PL成像。所述摄影机331-336当中的每一个通过连接338连接到图像捕获控制器340，以便在每一个处理阶段捕获所处理的每一个晶片100的图像。所述图像捕获控制器340把所捕获的图像递送到图像存储库和处理器342。所述存储库和处理器342在每一个晶片100经过工艺310时保持跟踪每一个晶片100，从而以后可以把在任何阶段捕获的图像与对应于相同晶片100的一个或多个先前图像进行比较，以便识别出裂缝以及/或者裂缝的增大。

举例来说，所述PL摄影机331被配置成在到达工厂并开始所述工艺310时获得晶片100的图像，该图像在所述控制器340的控制下被存储在所述存储库342中。在所述锯损伤蚀刻步骤314之后，所述摄影机332捕获同一个晶片100的另一个图像，该图像也被存储在所述存储库342中。在具体实现方式中，在执行所述锯损伤蚀刻步骤314时，所述处理器342把由PL摄影机332捕获的图像与由PL摄影机331捕获的图像进行比较。如果看到裂缝已经产生和/或增大并且被认为超出预定的可接受极限，则所述处理器342可以向丢弃处理控制器348发出丢弃信号346。所述丢弃处理控制器348向多个自动化丢弃机构351-356(其在图3中被示意性地表示为垃圾箱)的其中之一(其与所述摄影机331-336当中的相应的一个摄影机相关联)输出信号350，从而可以在识别出裂缝超出可接受极限的相关阶段丢弃特定的晶片100。在所述工艺310的该特定阶段，将致动丢弃机构352。此外还有可能取得“被丢弃的”晶片并且将其传递到修理站或者传递到其中该晶片处于可接受的生产极限内的另一个制造工艺，即没有那么昂贵/较便宜的光伏器件制造。

如果所述晶片100经过发射极扩散316，则摄影机333获得另一个图像。如果所述晶片100继续经过所述工艺310的剩余各阶段，则可以由相应的摄影机333-336捕获相应的图像。在每一阶段，期望执行图像比较以评估所述晶片100的可用性，以在发现晶片不可接受的情况下通过相应的丢弃机构353-356丢弃该晶片。

由于所述晶片100的多晶性质，即使利用PL成像也可能很难识别出裂缝。照这样，简单地捕获所述晶片的单一PL图像以识别出任何所述裂缝可能不是一种可行的方法。这是因为多晶晶片的典型的PL图像中的大量空间特征可能无法与裂缝区分，或者可能会模糊裂缝。这就需要把各工艺步骤之前和之后的图像进行比较，以便确定裂缝的引入或者现有裂缝尺寸的增大。空间特征可以包括边缘、线、晶粒间界以及位错线。

在一种具体实现方式中，每当在所述工艺310中获得特定晶片的新图像之后，就可以把该图像与在所述工艺310中捕获到的该特定晶片的每一个先前图像进行比较，以便识别出任何明显改变。可能出现的情况是，在所述工艺310内的相继阶段捕获的任何两个图像之间的差异都不够明显从而无法进行识别，而当前图像与例如在2、3或4个步骤之前取得的图像之间的比较就可能足以招致丢弃所述晶片100。希望在识别出明显裂缝的阶段或时间丢弃所述晶片100。这将有助于优化所述工艺310，从而避免对无论如何都将被丢弃的晶片执行后面的工艺阶段。这种技术还将有助于通过确保关于工艺引发的瑕疵的一贯反馈来优化所述生产工艺。随后可以按照统计方式使用这种信息，以便在需要时对所述制造工艺的各阶段应用补救措施。

如图3中所示，可以在每一个处理阶段之间形成PL成像设备和相关联的丢弃机构，从而不把出现裂缝的晶片传递到任何后续阶段。取决于在其中实施所述工艺310的具体制造设施，在每一个阶段执行成像和丢弃并不是必要的。此外，丢弃机构351-356与每一个相应的成像系统331-336相关联也不是必要的。在这方面，所述工艺310的一些阶段可能适于进行成像，但是不适于进行丢弃。在该阶段获得的裂缝数据仍然可以在稍后阶段被用于评估可能的丢弃。一般地，PL或EL成像对于每个晶片花费约1秒，因此在所述制造工艺中相对快速。这一捕获速度与由所述处理器342执行的图像处理的相关联的速度相耦合可以允许在每一个制造阶段之间都能实施所述系统330。但是如果发现特定阶段在历史上没有提供明显的裂缝发生或增大，则可以省略在这一阶段的监控，以便降低成本并且/或者加速所述制造工艺。在一些实现方式中，可能只需要在所述工艺310的其中2个或3个阶段之间对晶片执行成像以及可能的丢弃。对于使用更多得多的阶段的工艺，实施所述系统的程度可以取决于相关生产线的统计历史。

为此目的，所述处理器342期望合并统计模块344，其可以保持贯穿所述工艺310的各阶段的裂缝发生和/或增大的记录。从这些统计例如可以确定，在所述锯损伤蚀刻步骤314中的裂缝产生或增大不很明显。结果可以从所述系统中省略所述PL摄影机332和丢弃机构352，以便获得更高效率或者降低成本。类似地，所述统计可能表明所述氮化硅沉积步骤318对裂缝的产生或增大只有很小影响或者没有影响，并且类似地还可以省略所述摄影机334和丢弃机构352。

由于每一个制造设施特别在各单独阶段将具有其自身的制造特性(就质量而言)，因此在典型的实现方式中，所述成像设备和丢弃装置中的每一个可以被合并在各主要制造步骤中，直到获得对应于该特定工厂的可靠统计时为止。一旦获得并分析了这些统计之后，就可以省略其中的一些所述成像和丢弃装置以便进一步优化所述系统300。

在图3中，所述成像系统330被显示为包括单独的图像捕获控制器340、存储库和处理器342以及丢弃处理控制器348。这一表示可以是物理的或功能的。在后一种情况中，所述功能340、342和348当中的每一项都可以在如图4中所示的计算机系统400中执行，其中图3、5和6的处理的各部分可以被实施为软件，比如可以在所述计算机系统400内执行的一个或多个应用程序。具体来说，所述摄影机331-335和丢弃机构351-355可以通过网络422或者直接通过输入/输出(I/O)接口408对接到所述计算机400。特别地，所述图3、5和6的处理可以至少部分地由在所述计算机系统400内执行的软件中的指令来实施。所述指令可以被形成为一个或多个代码模块，其中每一个代码模块用于执行一个或多个特定任务。所述软件还可以被分成两个分开的部分，其中第一部分和相应的代码模块执行成像和图像处理，第二部分和相应的代码模块管理所述第一部分与用户(比如所述系统300的操作员)之间的用户接口。所述软件可以被存储在计算机可读介质中，例如包括下面描述的存储设备。从所述计算机可读介质把所述软件加载到所述计算机系统400中，并且随后由该计算机系统400执行所述软件。其上记录有这种软件或计算机程序的计算机可读介质是计算机程序产品。在所述计算机系统400中使用所述计算机程序产品优选地实现一种用于在光生伏打电池制造之前或期间测试晶片的有利设备。

如图4中所示，所述计算机系统400由计算机模块401、诸如键盘402和鼠标指示器设备403的用户输入设备以及输出设备形成，所述输出设备包括打印机415、显示器设备414和扬声器417。提供网络接口411以用于把所述计算机模块401对接到所述计算机网络422，所述计算机网络422可以是形成用于所述系统300和工艺310的控制系统的一部分的本地网络。所述计算机网络422也可以或者替换地是诸如因特网或万维网的广域网，其允许对所述工艺310进行远程控制或监控。

所述计算机模块401通常包括至少一个处理器单元405以及例如由半导体随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)形成的存储器单元406。所述模块401还包括多个输入/输出(I/O)接口，其包括耦合到所述视频显示器414和扬声器417的音频-视频接口407、用于所述键盘402和鼠标403的I/O接口413以及可选地包括操纵杆(未示出)。所述接口408可以被用于连接所述打印机415。如上所述，所述接口408还可以被配置成直接耦合到每一个所述摄影机331-335和丢弃机构351-355。这可能涉及使用特定的成像或控制接口。所述计算机模块401还包括本地网络接口411，其通过连接423耦合到所述计算机网络422。

所述接口408和413可以同时支持串行和并行连接性，前者通常根据通用串行总线(USB)标准来实现并且具有相应的USB连接器(未示出)。在所述摄影机331-335直接相连的情况下可以使用所述接口408中的模拟连接性。提供存储设备409，其通常包括硬盘驱动器(HDD)410。还可以使用诸如软盘驱动器和磁带驱动器(未示出)之类的其他设备。通常会提供光盘驱动器412以充当非易失性数据源。于是例如可以把诸如光盘(例如CD-ROM、DVD)、USB-RAM以及软盘之类的便携式存储器设备用作针对所述系统400的适当数据源。

所述计算机模块401的各部件405-413通常经由互连总线404进行通信，并且得到相关领域技术人员已知的所述计算机系统400的传统操作模式。可以在其上实践所描述的装置的计算机的实例包括IBM-PC及兼容机、Sun Sparcstations、Apple Mac^TM以及由其演化而来的类似计算机系统。

上面讨论的应用程序通常驻留在所述硬盘驱动器410上，并且由所述处理器405读取并控制执行。可以利用可能与所述硬盘驱动器410协作的所述半导体存储器406来实现对所述程序以及获取自所述网络422的任何数据的中间存储。在一些事例中，可以通过编码在一个或多个CD-ROM上把所述应用程序提供给用户并且通过相应的设备412读取所述应用程序，或者替换地可以由用户从所述网络420或422读取所述应用程序。另外，还可以从其他计算机可读介质把所述软件加载到所述计算机系统400中。计算机可读介质指的是参与向所述计算机系统400提供指令和/或数据以供执行和/或处理的任何存储介质。这种介质的例子包括软盘、磁带、CD-ROM、硬盘驱动器、ROM或集成电路、磁光盘或者诸如PCMCIA卡之类的计算机可读卡等等，而不管这种设备是否处于所述计算机模块401的内部还是外部。也可以参与提供指令和/或数据的计算机可读传输介质的例子包括无线电或红外传输信道、到另一个计算机或联网设备的网络连接、包括电子邮件传输和记录在网站上的信息的因特网或内联网等等。

上面提到的所述应用程序的第二部分以及相应的代码模块可以被执行来实施一个或多个图形用户界面(GUI)，以供在所述显示器414上渲染或者以其他方式表示。通过操纵所述键盘402和鼠标403，所述计算机系统400和应用的用户可以操纵所述界面来向与所述(多个)GUI相关联的应用提供控制命令和/或输入。希望所述图像处理和比较应用(将要被描述)自主运行而不需要特定的用户控制，从而与所述制造工艺310基本上无缝集成。

还可以替换地在诸如执行下面将要描述的图像比较的各项功能或子功能的一个或多个集成电路之类的专用硬件中实施所述晶片测试和检查方法。这种专用硬件可以包括图形处理器、数字信号处理器或者一个或多个微处理器及相关联的存储器。

图5示出了成像方法500，其由所述系统300并且特别是由所述处理器342执行来处理通过所述摄影机331-336捕获的各个图像，以便测试所述晶片100。期望通过在所述系统400和300(分别参见图4和3)中执行软件来实施所述方法500，并且所述方法500开始于步骤502，其后是步骤504，在该步骤504中，在所述光生伏打电池制造工艺的某一阶段(n)获得特定晶片(k)的光致发光图像。在几乎所有实现方式中，所述阶段(n)都将至少包括所述工艺310的最终阶段322。在步骤506中，从所述特定阶段(n)的所述晶片(k)的图像确定度量值(M_kn)。

随后在步骤508，把所考虑的特定晶片的当前度量值与同一晶片的先前度量值进行比较。这一阶段对于已经执行了至少两个成像阶段的情况来说是相关的，并且被用来产生与所述两个阶段之间的测量值之差相关的“Δ”值(增量值)。该差可能表明有裂缝在所述两个阶段之间产生或增大。随后在步骤510，把任一个所确定的阶段的所述增量值与代表对应于可接受的晶片的最大阈值的参考增量值进行比较。如果所考虑的特定晶片的所述增量值超出所述参考值，则继续到步骤514，并且所述处理器342发出“丢弃”信号346，以便在步骤514从所述工艺310中丢弃或转移所述晶片(k)。如果在步骤510确定所述增量值小于所述参考值，则继续到步骤512，以便允许所述晶片(k)继续到所述工艺310的下一个阶段(n+1)。

在没有先前图像或度量值以供比较的情况下(这种情况发生在所述第一阶段312，在该阶段由所述PL摄影机331捕获第一个图像)，可以执行替换处理来替代步骤506和508，以便仅仅识别裂缝的存在。所述替换处理可以包括使用被设计成检测裂缝的特定成像系统。这种系统可以在所述制造工艺310开始时被使用。这种系统通常不能被用于多个目的。与此相比，PL成像可以被用于监控多种晶片特性，而不仅仅是裂缝。如果所述裂缝本身被认为超出可接受极限，则随后可以通过所述丢弃装置351来执行丢弃。

图6示出了针对所述步骤506的处理细节。该子例程包括进入步骤602，随后是步骤604，在该步骤604中对所捕获的图像数据进行标准化。所述标准化被用来允许在自不同阶段获得的值之间进行比较，以及适应所述摄影机331-335之间的成像差异。随后在步骤606中对于在所述晶片(k)内找到的电结构执行模式识别。所述晶片100内的电结构可以是以下结构：由于电活性晶粒间界(图1中看到的晶粒间界)而导致的线；由于具有高度可变的电质量的晶粒而导致的边缘；以及由于电质量差的区域(其例如由晶体缺陷或杂质造成)而导致的线和边缘；或者包括由裂缝形成的“交叉线”配置在内的多种配置中的线(例如图2中看到的106)。根据在步骤606中检测到的特征，可以在步骤608中确定对应于阶段(n)的特定晶片(k)的度量值(M_kn)。所述度量值还可以被用来评估裂缝的数目、长度和空间分布的任何相关性以及评估其在各处理阶段之间可以如何改变。所述子例程在步骤610中返回。

图21示出了替换成像方法2100，其可以由所述系统330并且特别是由所述处理器342执行来处理由所述摄影机331-336所捕获的各个图像，以便测试所述晶片100。期望通过在所述系统400和300中执行软件来实施所述方法2100，并且所述方法2100开始于步骤2102，其后是步骤2104，在该步骤2104中，在所述光生伏打电池制造工艺的某一阶段(n)获得特定晶片(k)的光致发光图像。在几乎所有实现方式中，所述阶段(n)都将至少包括所述工艺310的最终阶段322。在步骤2106中对所述光致发光图像进行标准化。利用来自步骤2106的图像以及来自前一阶段(n-1)的先前捕获并标准化的图像，在步骤2108中计算差图像D_k{(n)-(n-1)}。在步骤2110中对所述差图像D_k{(n)-(n-1)}中的电结构执行模式识别，以便识别出工艺引发的瑕疵。在步骤2112中把步骤2110的结果与对应于工艺引发的瑕疵的尺寸、类型或其他方面的预定阈值进行比较。在步骤2114和2116中分别允许所述晶片继续到下一阶段或者废弃所述晶片。

根据以下理解可以得到用来识别工艺引发的瑕疵(比如裂缝)的替换图像处理装置：当从块锯下晶片时随后通常把所述晶片装载到盒子或其他容器中，以便在光生伏打处理之前进行存储和运输。此外如图7中所示，按照将其从块750锯下的相同的连续或顺序的次序把晶片701、702、703和704装载到所述盒子中。相应地，除了由所述锯切的厚度所代表的报废之外，由于跨越所述锯切并且实际贯穿所述块的共同的晶粒间界、富含晶体缺陷或杂质的区域等等的过渡，出自相同源材料(例如块750)的所述盒子中的各晶片应当彼此相似。于是在光生伏打处理期间也按照与切割相同(701到704)或相反(704到701)的顺序从所述盒子中提取出所述各晶片701-704以进行处理。由于这些结构相似性，本发明的发明人还考虑到可以利用所述盒子中的各晶片之间的相似性来提供独立地或者与上面已经描述过的方法相组合地测试工艺引发的瑕疵的替换方法。

图8示出了将从中切割出各单独的连续晶片701、702、703和704的块750。虽然出于说明的目的做了很大的夸张，但是应当认识到，诸如晶粒间界705和706的结构在基本上相同的位置处横贯将要形成的所述晶片701-704。利用相邻的以及接近相邻的晶片之间的这种重要相似性，本发明的发明人提出，所述相邻晶片之间的这种相似度不仅可以被用来测量光生伏打电池处理中的工艺引发的瑕疵的增大或发生，而且还可以被用来把晶片分类成族(即出自相同的源材料)。

本发明的发明人还提出，由于工艺引发的瑕疵通常影响给定晶片的一小部分区域，因此相邻晶片之间(并且有时是接近相邻的晶片之间)的空间相关差异的广泛分布特征由所述晶片的结构相似性(而不是工艺引发的瑕疵)所主导。利用所述相邻或接近相邻的晶片的结构相似性的这一主导性，本发明的发明人提出，可以利用发光成像来测量关于所述(接近)相邻的晶片的“电结构相似性”的单独指标，从而基于(接近)相邻的晶片的发光图像的比较可以进一步提供关于光生伏打电池处理中的工艺引发的瑕疵的增大或发生的测量可靠性的指标。通过接下来的描述可以认识到，被应用于相邻(连续)晶片的处理也可以被应用于接近相邻(接近连续)的晶片(例如晶片701和703)，因此除非另行声明，否则将统称为相邻或连续晶片。

在第四方面中，本发明提供一种对半导体材料样品进行分类的方法，所述方法包括：

获得所述半导体材料的各样品的多个图像；

对其中至少两个所述图像进行比较，以便提供关于所述半导体材料样品的电结构相似性的度量；

从而把具有预定的电结构相似性水平的半导体材料样品分类为来自同一族。

正如下面将讨论的那样，这种处理也适用于识别出自相同源材料的所谓的晶片“族”。

可以在光伏器件的制造工艺之前或期间应用这种方法。所述方法适用于包括硅晶片在内的多种半导体材料样品，或者当所述材料被包含在光生伏打电池或模块内或被处理成光生伏打电池或模块时所述方法也适用。

如上所述，所述图像优选地是发光图像。被用来确定相似性的电结构是从包括边缘、线、晶粒间界以及位错线的组当中选择的。

在第五方面中，本发明提供一种对半导体材料进行分类的方法，所述方法包括：

通过获得半导体材料样品的图像确定所述样品的电特性；

把多个半导体样品的对应所得图像进行比较；

对所述比较进行分析以便确定所述样品的所述电特性的相似性；

从而允许把落在所述电特性的预定变化内的那些样品分组成各族。

这一处理适用于多种半导体材料的样品，包括晶片、节律晶片(rhythm wafer)、块、薄膜、光生伏打电池或光生伏打模块。

所述处理适用于出自相同来源或出自不同来源的样品。

此外，被分组到同一族中的样品可以经历进一步的处理，以便确定包括所述样品的电不规则性、机械不规则性或外观不规则性在内的独特特征。在一些情况中，所述独特特征可能包括该样品的瑕疵，比如裂缝、旁路或污染。

参照图10，可以利用图3中示出并且在上面描述的PL成像设备和结构来实施当前的晶片检查方法1000。更具体来说，在根据图10的方法1000经过适当编程后，可以利用所述成像设备331-336、图像捕获控制器340、图像存储库和处理器342以及丢弃处理控制器348在所述工艺310的每一阶段或任一阶段执行所述方法1000。所述方法1000开始于进入步骤1002，其后步骤1004在所述工艺310的阶段(n)捕获晶片(k)的图像。随后步骤1006在所述工艺310的阶段(n)捕获下一连续晶片(k+1)的图像。

当对晶片进行成像以便评估电结构相似性和/或计算差图像时，应当对所述图像进行配准(registered)(即对准)，以便考虑所述工艺中的晶片的任何未对准。图9示出了两个晶片图像901和902如何可能未对准。图像配准涉及到基于每一个图像中的所述样品的相对三维位置和指向来“对准”所述两个图像，其中所述相对三维位置和指向是由所述样品的不完美的人工或自动化放置而导致的。或者，所述晶片的尺寸和/或形状可以略微不同，这意味着相对于每一个晶片的一个或多个外部边界，所感兴趣的“电结构相似性”区域在本方法中可能出现在每一个晶片中的略微不同的内部位置处。步骤1008的“对准”处理计算两个新图像，其中基于所述两个图像中的所述样品或“电结构相似性”区域的所测量或计算的相对三维位置和指向对其中一个或全部两个所述原始图像进行变换。所述变换可以是把所述图像简单平移整数个像素，或者可以在所述图像变换中使用内插方案。可以利用对晶片边界的光学检查或者利用另一种适当方法来实施图像配准。在步骤1008的优选实现方式中，利用基于晶片(k)和晶片(k+1)的发光图像的自洽方法来实现图像配准，从而得到几个输出：经过优化的图像变换变量，经过变换(配准)的图像，“差”图像，所述“差”图像的直方图，以及所述直方图的宽度的度量，例如FWHM(半高全宽)。在图11的方法1100中单独描述了步骤1008的细节。

通常来说，在把块转换成晶片的简单生产工艺中，步骤1004中的晶片(k)和步骤1006中的晶片(k+1)是从同一块切割下来的相邻晶片，但是步骤1009允许定量地确定所述“电结构相似性”的程度，以便测试：所述晶片例如是否不相邻或不接近相邻；或者所述晶片实际上是否来自同一“族”，即出自相同的源材料；或者所述晶片是否不适于可靠地确定工艺引发的缺陷。在步骤1009中，在步骤1008中确定的直方图的宽度的度量被用来确定关于后续步骤中的工艺引发的缺陷(包括裂缝)的度量确定的可能的可靠性。本发明的发明人所进行的实验表明，对于已经经过所述方法300的步骤4(即所述“氮化硅沉积”步骤)的标称尺寸为15cm×15cm×0.02cm的晶片来说，所述“差”图像的直方图的FWHM的典型值(与所述“电结构相似性”反相关的度量)为大约0.008个标准化单位(即，其中初始的发光图像和后续的“差”图像被标准化为1(unity)，正如在方法1100中所描述的那样)。所述晶片的这种“电结构相似性”表明这些晶片相邻、接近相邻或者至少来自同一“族”(即它们产生自相同的源材料)。对于这种电结构相似性，可以从所述晶片之间的比较中“减去”该信息。使用具有该“电结构相似性”水平的晶片的实验表明，刻意引入的裂缝和旁路在所述“差”图像上清楚可见，从而适于通过适当的模式识别算法(pattern recognition algorithm)来检测。下面将描述实验数据。图12示出了在刻意引入裂缝和旁路之前的“差图像”1200。图13示出了图12的“差图像”1200的直方图1300。所述直方图1300使用标准化的亮度作为x轴，并且使用图像中对应于所述亮度的像素的计数作为y轴。

图14示出了在刻意引入(例如)裂缝1402、1404、1406、1408和旁路1410之后的“差图像”1400。图15示出了图14的“差图像”1400的直方图1500。图16是图14的图像1400的更高对比度型式1600。图17和18分别是经过刻意引入裂缝和旁路之前和之后的(来自所述晶片对的)一个晶片的标准化发光图像1700和1800。在实验之前，全部两个晶片都在右上角受损。由于所述损伤不相同，因此该损伤在所述各“差”图像(图12、14和16)中非常引人注目地表现出来。由于所述右上角损伤，图13的直方图1300在左侧(图像灰度的黑色侧)具有长的尾部1302。图15的直方图1500示出了更加对称的形状——具有相应的长的左尾部1502，并且存在裂缝和旁路的区域向右手侧(图像灰度的白色侧)添加了尾部1504。以下事实反映了图14和16中的裂缝和旁路的清楚的人类视觉识别：图15中的直方图1500的右手侧尾部区域1504在图13中是空白1304。很明显，图13和15中的直方图的FWHM非常相似：0.008和0.007个标准化单位(即，其中从黑色到白色的灰度覆盖0.0到1.0的数值范围)。所述小改变是由于所述存在裂缝和旁路的区域所占据的相对较小面积而导致的。这是非常重要的，因为这意味着如果测量到相对较大的FWHM，则其不太可能是工艺引发的缺陷的结果，而是由于所比较的晶片对不是“相邻的”、“接近相邻的”或者不是来自相同的源材料所导致的。换句话说，所述晶片具有相对较低的“电结构相似性”。在图19和20中分别示出了这样的对的差图像1900和直方图2000的例子。图20中的直方图2000的FWHM是0.025个标准化单位(即，其中从黑色到白色的灰度覆盖0.0到1.0的数值范围)。对该晶片对的单独发光图像的检查表明，它们最有可能来自所述块中的相似位置，但不是相邻晶片。

上述结果表明，对于大约0.008或更小的FWHM，利用所述方法1000来检测工艺引发的缺陷(特别是裂缝)通常是相对可靠的，而对于大约0.025或更大的FWHM，这种检测的可靠性通常会显著降低。应当注意到，可以通过例如高斯分析之类的其他技术来实施这种可靠性测量。所述处理是“有益的”，这是因为其提供了关于所检测的瑕疵的可靠性度量。

根据这种替换方法，一旦在步骤1008中对相邻晶片的图像进行了配准并且在步骤1009中评估了所述“差”图像从而确认了电结构相似性之后，就可以在步骤1010中对所述差图像和/或直方图实施模式识别和/或其他方法(比如阈值测试)，以便建立关于包括裂缝在内的工艺引发的缺陷的度量。由于所述晶片通常由多晶硅形成，因此所述“电结构相似性”将不会是“完美的”，并且可以预期会从所述方法1000得到一些假阳性和假阴性结果。这些错误的程度将至少取决于以下因素：所述晶片的厚度、分离所述晶片的锯切的厚度、所述晶片来自晶锭的哪一部分以及在所述光电制造工艺中的哪一步骤实施了所述测量。取决于处理阶段(n)，进一步的实验可以允许建立相关联的阈值，从而允许在识别值R_(k，k+1)(n)与预定阈值之间进行比较，正如在步骤1012中所看到的那样。

如果超出了所述模式识别值的阈值，则认为晶片(k+1)存在瑕疵，并且可以在步骤1016中从所述工艺中移除该晶片。如果没有超出所述阈值，则认为晶片(k+1)良好，并且在步骤1014中允许其继续到下一工艺阶段(n+1)。应当注意到，一旦从工艺中移除了晶片之后，这很可能会降低可以将这种替换方法用于相邻晶片的程度。但是基于从其自身的在前测试所得出的晶片(k)是良好的假设，随后可以把晶片(k)或晶片(k+1)与作为接近相邻晶片的下一个晶片(k+2)(认为其具有一定程度的电结构相似性)进行比较。在一些情况下还可以利用这一处理来测试晶片(k+n)。如果所述相似性测试(图11)失败，则不能在该对晶片之间应用图10的模式识别测试。

光电工艺的不同阶段可能会得到关于电结构相似性的显著不同的度量，因此不需要把相同形式的电结构相似性确定应用于超过一个阶段。在使用不同阶段的情况下，不同的电结构相似性值适用。

在所描述的实例中，如果检测出某一晶片含有超出特定值的瑕疵则丢弃该晶片。作为针对最终丢弃的替换方案，可以从所述工艺310中移除所述晶片并且转而利用替换方法对其实施更为详尽的检查。如果在所述进一步检查之后认为所述晶片可以接受，则可以将其重新引入到所述工艺310中。应当注意到，如果重新引入所述晶片则可能无法使用图10的替换处理，这是因为该替换处理依赖于优选地被连续或者接近连续地处理的物理上“相邻”或者“族相关”的晶片。

图11示出了可以被用来执行所述对准步骤1008的迭代方法1100。所述方法开始于步骤1102。在步骤1103中，从每一个图像的完全相同的部分选择出子图像。图9示出了图像901的这样的部分903。所选择的“子图像”部分实际上可以等于整个图像，但是可能有利的是把所述子图像限制到所述样品的边界内的一个区域，以便减小由于样品边缘和样品阶段效应而在所述方法中导致的误差。通过减小所述子图像的尺寸可以有利地缩短执行所述方法1100所需要的计算时间。如果所选择的子图像太小，则所述方法1100的精度会降低。在步骤1104中对每一个(子)图像进行标准化。举例来说，在把数据表示为实数的情况下，可以把每一个图像标准化为1。

步骤1106到1110形成迭代循环。在第一次执行步骤1106时，其基于对两个发光图像中的样品或“电结构相似性”区域的相对三维位置和取向的初始估计或猜测，利用图像变换变量把其中一个或全部两个所述发光图像变换成新图像。一种典型的猜测将是所述两个图像中的所述样品或“电结构相似性”区域的三维位置和取向完全相同。在这种情况下将不需要进行变换。在所述方法1100的后续迭代中，从(将在下面描述的)步骤1112中取得对应于所述两个图像中的所述样品或“电结构相似性”区域的相对三维位置和取向的值。

在步骤1108中，基于晶片(k)与晶片(k+1)的发光图像的减法来计算“差”图像。所述差图像期望地被限制到所述两个经过变换的图像的交叠区域。

可选地(但是期望地)在步骤1108中还对所述“差”图像进行标准化。继续上面的步骤1104的标准化实例，将把所述图像数据除以2，随后为所述图像数据加上实数0.5，从而最终得到的图像数据的最大范围是0.0到1.0。如果所述图像完全相同，则所有图像像素的值都将是0.5。

步骤1110计算来自所述差图像的图像强度值的直方图。如果所述图像足够相似，则所述直方图将包含明确定义的主峰值。继续上面的步骤1108的实例，如果所述图像完全相同，则包含实数0.5的直方图柄(bin)的计数将等于所述“差”图像中的像素数。例如利用由所述直方图给出的分布的半高全宽(FWHM)、标准偏差或另一种度量来计算所述分布的宽度。诸如FWHM之类的度量是优选的，这是因为其对于与所述分布中的长尾部的不成比例的偏离相对免疫，而所述不成比例的偏离例如会对标准偏差造成影响。

在步骤1112中，利用由被配置成找到所述宽度度量的最小值的算法所确定的对应于所述空间变换参数的替换值来迭代步骤1106到1110，直到根据预定标准最小化所述度量为止。所述方法1100随后终止于步骤1114。

所述方法1100可以利用标准数值最小化例程(例如来自MATLAB程序的“FMINCON”函数)与作为所述图像变换变量的函数计算所述直方图宽度的单独例程以及总体控制程序相结合来实施。

所描述的装置特别适用于利用多晶硅晶片的光生伏打电池制造。这是因为裂缝实际上隐藏在发光图像中的由于许多电质量差的区域所导致的结构之间而无法被看到，所述区域包括形成在多晶晶片内的电活性晶粒间界以及富含晶体缺陷或杂质的区域。在单晶光生伏打电池制造中也可能形成裂缝，但是这种裂缝更容易识别。但是这里所描述的装置也可以被使用在单晶光生伏打电池制造中，以便识别那些裂缝并且允许在制造工艺期间丢弃所述晶片。

虽然所描述的装置和方法涉及到图3的光生伏打电池制造工艺310，但是相同的原理以及类似的工艺和功能也可以扩展到实际的光生伏打模块制造，其中安装并且电连接多块电池从而形成模块。不需要在与执行晶片/电池处理相同的设施内执行所述模块制造，前提是把有关的图像数据提供给所述模块制造以便与相应的电池相关。可以对模块内的各单独电池执行成像，其中按照前面描述的方式对图像进行比较，以便提供对于所述模块内的各块电池(从而对于该模块整体)的可用性的评估。如果发现某一块电池有瑕疵则可以替换该电池，并且随后可以重新测试所述模块或该模块的直接相关部分。如果测试确认了所述模块的可用性，则可以执行对于该模块的最终打包以供托运。

虽然上面的描述是参照EL或PL成像的其中之一进行的，但是应当认识到，在有关阶段可能适用另一种成像方式或者全部两种成像方式的组合。此外，可以在不同的处理阶段或者重合的处理阶段独立地或者组合地实施工艺瑕疵检测的所述两种实现方式。

工业实用性

所描述的装置至少适用于利用单晶硅或多晶硅的硅光生伏打电池制造，并且特别适用于后者。所描述的装置还可以应用于利用除硅之外的其他基材的半导体光生伏打电池制造，比如硅锗、异质结电池(由两种不同材料形成，比如硅和非晶硅)或串叠型电池(由直接物理接触的两种类型的电池构成)。

前面仅仅描述了本发明的一些实施例，在不偏离本发明的范围和精神的情况下可以对其做出修改和/或改变，其中所述实施例是说明性而非限制性的。

Claims (50)

1.一种制造至少一个半导体光伏器件的方法，所述方法包括以下步骤：

获得与半导体光伏器件制造工艺的至少一个阶段相关联的至少一个半导体晶片的多个图像；

对所述多个图像中的至少两个图像进行比较，以便识别出瑕疵的发生或增大；以及

确定所识别出的这种瑕疵的发生或增大是否超出预定的可接受度水平。

2.根据权利要求1的方法，其中，所述器件是晶片、光生伏打电池或光生伏打模块。

3.根据权利要求1或2的方法，其中，所述图像是发光图像。

4.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，所述瑕疵的发生或增大是由从晶片生产到模块生产的制造工艺当中的一个或多个阶段所引发的。

5.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，当所识别出的瑕疵超出预定的可接受度水平时，丢弃所述晶片、矫正所述瑕疵以及/或者将所述晶片返回所述制造工艺。

6.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，所述至少两个图像是在所述制造工艺中的不同位置处取得的单一晶片的图像。

7.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，对所述至少一个晶片的成像发生在所述制造工艺的一个阶段之前和/或之后。

8.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，在所述制造工艺的多个阶段对所述至少一个晶片进行成像。

9.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，所述至少两个图像是在所述制造工艺的一个位置处取得的电结构足够相似的两个晶片的图像。

10.根据权利要求9的方法，其中，源自相同源材料的所述晶片最初是相邻的并且是从所述源材料连续得到的。

11.根据权利要求10的方法，其中，所述晶片最初是相邻的并且是从所述源材料连续得到的。

12.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，所述晶片由多晶硅形成。

13.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，所述瑕疵包括晶片、光生伏打电池或光生伏打模块中的机械瑕疵、电瑕疵或外观瑕疵当中的一种或多种。

14.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，所述瑕疵包括硅晶片的裂缝、旁路或污染。

15.根据前述权利要求中的任一项的方法，还包括对每一个所述图像进行处理，以便获得与所述晶片中的瑕疵的发生相关的度量。

16.根据权利要求15的方法，其中，所述处理包括检测晶片图像内的空间特征并且把来自所述晶片的至少两个图像的空间特征信息进行比较，以便揭示已经产生或改变的那些空间特征。

17.根据权利要求16的方法，其中，所述空间特征是从包括边缘、线、晶粒间界以及位错线的组当中选择的。

18.根据前述权利要求中的任一项的方法，还包括对每一个晶片的相应图像执行模式识别的步骤。

19.根据权利要求17或18中的任一项的方法，还包括以下步骤：

(i)对准所述晶片的图像的至少一部分；

(ii)确定所对准部分的电结构相似性的度量，所述度量与所述晶片或电池中的瑕疵的发生或增大基本无关；

(iii)把所述度量与预定阈值进行比较，以便确定对瑕疵的发生或增大的精确识别的概率是否超出预定水平；

(iv)通过对所对准部分或者对利用了与在步骤(i)到(iii)中所使用的相同对准的所述图像的更大或更小部分所实施的数学运算来生成分析图像；以及

(v)基于来自所述分析图像的数据与预定阈值或分布的比较、对所述分析图像执行的模式识别或者基于数据比较与模式识别二者的组合来识别出瑕疵的发生或增大。

20.根据权利要求17或18的方法，还包括以下步骤：

(i)对准所述晶片的图像的至少一部分；

(ii)确定所对准部分的电结构相似性的度量，所述度量与所述晶片或电池中的瑕疵的发生或增大基本无关；

(iii)通过对所对准部分或者对利用了与在步骤(i)到(ii)中所使用的相同对准的所述图像的更大或更小部分所实施的数学运算来生成分析图像；以及

(iv)基于来自所述分析图像的数据与预定阈值或分布的比较、对所述分析图像执行的模式识别或者基于数据比较与模式识别二者的组合来识别出工艺引发的瑕疵的发生或增大；

(v)利用所对准部分的电结构相似性的所述度量、所识别出的瑕疵的尺寸类型以及关于这些量的数据库、矩阵或查找表来计算对所述瑕疵的识别是精确的概率；以及

(vi)把所计算出的概率与预定最小阈值进行比较。

21.根据权利要求19或20的方法，其中，所述步骤(i)包括以下步骤：

(a)对所述部分进行标准化；

(b)基于预定的空间变换参数对已被标准化的部分中的一个或多个部分进行空间变换；

(c)由经过变换的已被标准化的部分来确定差图像；

(d)计算所述差图像的强度值的直方图并且确定由所述直方图给出的分布的宽度的度量；

(e)利用通过被设计成找到所述宽度的度量的最小值的算法所确定的所述空间变换参数的替换值来迭代步骤(a)到(d)，直到所述度量根据预定标准被最小化为止。

22.根据权利要求19或20的方法，其中，所述步骤(ii)包括以下步骤：

(f)对所对准部分进行标准化；

(g)从所对准图像获得差图像；以及

(h)计算所述差图像的强度值的直方图并且确定由所述直方图给出的分布的宽度的度量；其中，

由所述直方图给出的所述分布的宽度的度量与所对准部分的电结构相似性反相关。

23.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，所述图像包括所述晶片的至少一个光致发光图像。

24.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，所述图像包括所述晶片的至少一个电致发光图像。

25.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，所述图像是通过对不同晶片的相同表面进行成像而获得的。

26.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，所述图像包括晶片的正面图像和背面图像。

27.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，所述制造工艺包括光生伏打模块制造，并且所述图像包括在模块制造工艺的一个阶段取得的至少一个发光图像。

28.根据前述权利要求中的任一项的方法，还包括确定与所述光生伏打电池制造工艺的相应阶段相关联的瑕疵发生和/或增大的统计量，从而评估该相应阶段的性能水平。

29.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，在所述制造工艺的以下阶段当中的至少一个阶段处执行所述成像：

(i)在开始制造之前；

(ii)紧接在从源材料生产出晶片之后；

(iii)在对晶片进行初始锯损伤蚀刻之后；

(iv)在初始锯损伤蚀刻与发射极扩散之间；

(v)在发射极扩散与氮化硅沉积之间；

(vi)在氮化硅沉积与在晶片上丝网印刷金属接触之间；

(vii)在晶片上丝网印刷金属接触与对晶片进行热处理之间；

(viii)在光生伏打电池制造完成时并且在把所述光生伏打电池合并到光生伏打电池模块中之前。

30.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，通过从源材料块锯制晶片来生产所述晶片。

31.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，通过挤压来生产所述晶片。

32.一种分析光生伏打电池及模块的制造工艺的方法，所述工艺包括：

获得与半导体光生伏打电池或模块制造工艺的至少一个阶段相关联的至少一个半导体晶片的多个图像；

对所述多个图像中的至少两个图像进行比较，以便识别出所述制造工艺的特定阶段的所述晶片中的瑕疵的发生或增大；以及

对与所述制造工艺的相应阶段相关联的瑕疵发生或增大的数据进行整理；以及

可选地对所述阶段应用补救措施。

33.一种对半导体材料样品进行分类的方法，所述方法包括：

获得所述半导体材料的各样品的多个图像；

对所述多个图像中的至少两个图像进行比较，以便提供所述半导体材料样品的电结构相似性的度量；

从而把具有预定的电结构相似性水平的半导体材料样品分类为来自同一族。

34.如权利要求33所述的方法，其中，在用于制造光伏器件的工艺中应用所述方法。

35.如权利要求33和34所述的方法，其中，在制造工艺之前或期间使用所述方法。

36.如权利要求33到35中的任一项所述的方法，其中，所述半导体材料是硅晶片。

37.如权利要求33到36中的任一项所述的方法，其中，所述半导体材料被包含在光生伏打电池内或者被处理成光生伏打电池。

38.如权利要求33到37中的任一项所述的方法，其中，所述半导体材料被包含在光生伏打模块内或者被处理成光生伏打模块。

39.如权利要求33到38中的任一项所述的方法，其中，所述图像是发光图像。

40.如权利要求33到39中的任一项所述的方法，其中，所述电结构是从包括边缘、线、晶粒间界以及位错线的组当中选择的空间特征。

41.一种对半导体材料进行分类的方法，所述方法包括：

通过获得半导体材料样品的图像来确定所述样品的电特性；

把多个半导体样品的相应获得的图像进行比较；

对所述比较进行分析以便确定所述样品的所述电特性的相似性，

从而允许把落在所述电特性的预定变化内的那些样品分组成各族。

42.如权利要求41所述的方法，其中，所述样品是晶片、带状晶片、块、薄膜、光生伏打电池或光生伏打模块。

43.如权利要求41或42所述的方法，其中，所述样品来自相同来源。

44.如权利要求41或42所述的方法，其中，所述样品来自不同来源。

45.如权利要求41到44中的任一项所述的方法，其中，来自同一族的样品经历进一步处理以便确定独特特征。

46.如权利要求45所述的方法，其中，所述独特特征包括所述样品的电不规则性、机械不规则性或外观不规则性。

47.如权利要求45或46所述的方法，其中，所述独特特征包括所述样品的诸如裂缝、旁路或污染之类的瑕疵。

48.一种具有多个阶段的用于光伏器件的制造系统，其中通过所述多个阶段从源材料形成硅晶片并且对硅晶片进行处理以便形成光生伏打电池或模块，所述系统包括：

成像设备，其被配置成在所述制造工艺之前以及在所述制造工艺期间捕获晶片的多个图像；

处理器，其被配置成对所述多个图像中的至少两个图像进行比较及分析，以便识别出所述晶片中的瑕疵的发生或增大，并且确定所述瑕疵是否超出预定的可接受度水平。

49.如权利要求48所述的制造系统，其中，所述光伏器件是晶片、光生伏打电池或光生伏打模块当中的任一种。

50.一种包括计算机可用介质的制造产品，所述计算机可用介质具有被配置成实施权利要求1到47中的任一项的处理或者操作权利要求48和49的系统的计算机可读程序代码。

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