CN109781621A - 一种硅片缺陷检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种硅片缺陷检测方法，用于检测识别具有微裂纹缺陷的硅片，包括步骤：提供待测硅片；将所述待测硅片置于超声设备中进行超声处理；以及检测前述经超声处理后未破损的待测硅片是否具有微裂纹缺陷。本发明的一种硅片缺陷检测方法用于检测识别具有微裂纹缺陷的硅片，其利用特定频率的超声波作用置于液体中的硅片，通过统计硅片碎片率表征同批次硅片中隐裂片的概率情况，为衡量同批次硅片的整体质量情况提供参考依据，而且再通过硅片分选机复判硅片是否具有微裂纹时也更容易辨别，该方法操作简单、直接，成本低廉，检测过程速度快，准确性较好，特别是对于判断大批量的硅片质量具有很大的检测优势。

Description

一种硅片缺陷检测方法

技术领域

本发明属于硅片缺陷检测技术领域，具体涉及一种硅片缺陷检测方法。

背景技术

在全球经济突飞猛进的今天，能源和环境一直是困扰世界各国发展的主要问题。煤炭、石油、天然气等作为人类目前生产、生活的主要能源，因过度开采已面临枯竭，而其对地球环境产生的负面影响也日益彰显。为此，寻找一种可持续的绿色能源对于人类未来极为重要。根据国际能源署(IEA)的估计，预计到2050年太阳能发电将占到全球发电总量的16％，太阳能将成为未来人类生产和生活的主要能源之一。

太阳能发电途径主要包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。其中，光伏发电是利用半导体电子器件吸收太阳辐射能，并使之转化为电能的发电方式，是当今太阳能发电的主流，这种发电方式中使用最为广泛的半导体电子器件是硅片组件。根据我国光伏协会的统计数据，硅片作为光伏发电的核心材料，目前年产量已经超过100亿片。硅片品质是影响太阳能电池发电效率的关键因素。硅片的内部缺陷，比如隐裂(微裂纹)等，会增加太阳能发电器件在输运过程中的破损风险，同时也会降低光伏电站的使用寿命。在硅片制造过程中，如何快速、有效地剔除存在隐裂、微裂纹的不良硅片，寻求一种低成本的成品硅片品质检测方法，衡量同批次硅片的整体质量，保证硅片品质显得尤为重要。

光伏行业使用的硅片厚度通常在0.2mm以下，其制备方法大多采用金刚线切割技术。这种切割技术利用金刚石线单向循环或往复循环运动，使金刚石线与硅锭间形成相对磨削，从而实现切割目的。该工艺可以满足工业超薄硅片的大批量生产需求，但是在切割过程中仍然不可避免地会对硅片造成伤害。内部微裂纹便是硅片损伤的一种。存在内部微裂纹的硅片对电池、组件以及电站的性能有着极大的不利影响。目前，切割产线中检测硅片微裂纹主要通过分选机，但是由于其检测精度的限制，硅片内部1mm以下的微裂纹，现有硅片分选机无法识别，在产线流转过程中，特别是下游太阳能组件层压工段，微裂纹会延伸扩展，进而影响成品太阳能电池组件的性能；目前市场的主流分选机设备造价高昂，其价格通常在十几万到几十万不等，质量好、性能可靠的硅片分选机售价甚至高达几百万，不少企业和科研单位无力购买；另外，分选机设备原理复杂、流程繁琐、体积庞大、需要专业人员现场操作，对于大多数技术工人来说操作较为困难。因此，如何通过快速、有效、成本低廉的方法检测硅片微裂纹，防止不良硅片向下游工段流转，保证硅片质量，成为困扰光伏行业发展的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅片缺陷检测方法，可以快速、有效地剔除存在微裂纹等内部缺陷的不良硅片，进而用于衡量、评估同批次硅片的整体质量。

本发明所采用的技术方案是：一种硅片缺陷检测方法，用于检测识别具有微裂纹缺陷的硅片，包括步骤：

提供待测硅片；

将所述待测硅片置于超声设备中进行超声处理；以及

检测前述经超声处理后未破损的待测硅片是否具有微裂纹缺陷。

进一步地，在对所述待测硅片进行超声处理的步骤中，将所述待测硅片完全浸没于盛装于所述超声设备的液体中，设定超声波频率为10-25KHz，功率密度0.5-1W/cm²，超声时间1～20min。

进一步地，所述超声波频率为10-15KHz，超声时间5～15min。

优选地，所述超声波频率为12KHz，超声时间10min。

优选地，在对所述待测硅片进行超声处理的步骤前，将所述待测硅片插入硅片承载装置中。

进一步地，所述硅片承载装置选用花篮。

进一步地，采用硅片分选机检测经超声处理后未破损的待测硅片是否具有微裂纹缺陷。

本发明的一种硅片缺陷检测方法用于检测识别具有微裂纹缺陷的硅片，其利用特定频率的超声波作用置于液体中的硅片，通过统计硅片碎片率表征同批次硅片中隐裂片的概率情况，为衡量同批次硅片的整体质量情况提供参考依据，而且该方法操作简单、直接，成本低廉，检测过程速度快，准确性较好，具有很大的检测优势。具体来说，本发明的一种硅片缺陷检测方法至少具有下述优点：

(1)本发明所述方法操作简单，易于实施，普通操作人员仅需简单培训，均可快速掌握，无需专业人士进行跟踪指导；

(2)本发明所述方法检测效率高，相比于红外探伤仪或超声探伤仪等需要扫描成像的检测方法，本方法效率更高，灵活性更强；

(3)本发明所述方法可作为现有分选机检测的辅助检测手段，现有的分选机在进行硅片裂纹检测时，通常无法识别微小的硅片裂纹，而通过超声处理后，这些微裂纹会在超声用下进行扩展，也就是，超声对微裂纹有放大作用，这样可以将分选机难以识别的微裂纹通过超声处理扩展后甄别出来。

附图说明

图1是本发明的一种硅片缺陷检测方法的所用超声装置的结构示意图。

图中，1.换能器，2.低频超声槽，3.待测硅片，4.水，5.花篮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

超声波可以将功率超声频源的声能转换成机械振动，使溶液中的微气泡保持振动，气泡会迅速膨胀，然后又突然闭合。在这段过程中，气泡闭合的瞬间产生冲击波，使气泡周围产生一定大小的压力，当声压达到一定强度时，这种超声波空化所产生的巨大压力会使硅片内部存在的微裂纹扩展延伸，甚至将会使置于液体中的内部存在微裂纹的硅片完全碎裂。本发明基于上述原理，给出一种硅片缺陷检测方法，用以快速识别硅片微裂纹缺陷，检测硅片品质。与现有硅片检测方法相比，该方法操作简单、直接，成本低廉，而且检测过程速度快，准确度高，具有一定的应用优势。

整体而言，本发明的硅片缺陷检测方法，首先将特定频率及功率密度的低频超声槽装满诸如水之类的液体，然后将待测硅片隔开插入花篮5中，将载有硅片的花篮放入超声槽中，开启超声装置进行计时，达到指定时间后，停止超声处理，取出花篮5，清点硅片碎裂情况，统计碎片率，并根据硅片碎片率估算该批次硅片中隐裂片的数量，及硅片的整体品质。进一步地，还可以对经过超声处理后未破损的待测硅片3是否具有微裂纹进行进一步检测。

具体而言，本实施例的硅片缺陷检测方法包括下述步骤：

步骤1)，将待测硅片3插入硅片承载装置中。待测硅片3从同批次的硅片产品中随机选取，或是抽取。在实施本方法时，硅片承载装置选用常规的、通用的硅片花篮5，比如50片花篮。在将待测硅片3插入花篮5时，硅片之间最好是保持一定的间隔，避免插的太密，确保每片待测硅片受到均等的超声作用。

步骤2)，将步骤1)的硅片花篮5置入超声装置中。图1给出一种适用于该硅片缺陷检测方法的超声装置。这种超声装置包括低频超声槽2，在低频超声槽2的内部安装有换能器1。向低频超声槽2中注入液体，比如水4，为了确保花篮中的每片硅片受到均等的超声作用，低频超声槽2中的水位要将花篮5中的待测硅片3没过。设定超声参数，开启超声装置。本步骤中，超声参数一般包括超声波频率、功率密度和超声时间。

步骤3)，超声时间结束后，关闭超声装置，将花篮5(连同待测硅片3)从低频超声槽2中取出，统计碎片率。根据硅片的碎片率，评估整个批次硅片的质量情况。为了确保未破碎硅片的质量品质，可以选用硅片分选机对未破碎硅片进行复检。

对某批次硅片，在未知硅片质量的情况下，可以采用本实施例所述方法，对硅片进行抽样检测，若检测到的碎片率较高，说明本批次硅片中含有较多的隐裂硅片。

为了确认本实施例所述法的可靠性，本实施例还给出实验验证。从质量合格的优级硅片中随机抽取100张，从已知的隐裂硅片中随机抽取100张，采用上述方法，验证超声对优级硅片、隐裂硅片的不同影响。为了保证实验样本选取的有效性，优级硅片和隐裂硅片均由相同工艺切割而成，具有相同的几何尺寸，比如厚度、弦宽和弦长投影等。

本实施例所述的硅片承载装置选用硅片花篮，每次硅片承载装置中各放入20张所选硅片上述两种类型的硅片在特定超声频率(功率密度范围为0.5～1w/cm²)下均重复实验，超声频率分别设置为10、12、15、17、20、25KHz。统计重复实验的碎片率，取其平均值。对未破损的硅片，用硅片分选机复检。实验结果见表1。

表1不同超声波频率下的硅片碎片率

从表1结果可以看出，无论是优级硅片还是隐裂硅片均有碎片产生，但隐裂硅片的碎片率明显高于优级硅片。在相同时间内，随着超声频率的增加，优级硅片和隐裂硅片的碎片率整体呈现出下降的趋势。超声波频率10～15KHz，隐裂硅片的碎片率与优级硅片的碎片率之差不低于45％，尤其是在超声波频率为12KHz时，上述差值最大，达到73％。将未碎的A级片进行分选机复跑，未发现隐裂。由此看出，通过对优级硅片和隐裂硅片施加不同超声频率的超声波，经统计碎片率，可以表征其品情况，有助于在目前分选机无法将细小裂纹识别出的情况下，通过此种方法来衡量同批次硅片的性能。

为了进一步验证上述结论，选定在超声频率12KHz条件下，测定不同超声时间的硅片碎片率。验证结果见表2。

表2不同超声时间下的硅片碎片率

从表2看出，在超声1～20min范围内，随着超声时间的延长，质量合格的优级硅片以及已知的隐裂硅片，其碎片率均呈增加的趋势，但隐裂硅片的碎片率明显高于优级硅片。经超声5min、8min、10min、15min和20min后，隐裂硅片的碎片率与优级硅片的碎片率之差不低于49％，尤其是在超声时间为10min时，上述差值最大，达到86％。但考虑到实验的时效性，同时尽量减少优级硅片的破坏，超声时间20min不宜选用。对将未碎的优级硅片进行分选机复跑，未发现隐裂。由此看出，同样的实验条件下隐裂硅片的碎片率较高，通过对硅片施加低频超声，在适当的超声时间范围内，可以区分优级硅片和隐裂硅片，进而可以衡量同批次硅片的品质情况。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明的技术方案。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明的保护范围并不限制于本文所示的实施例，本文中所依据的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种硅片缺陷检测方法，其特征在于，用于检测识别具有微裂纹缺陷的硅片，包括步骤：

提供待测硅片；

将所述待测硅片置于超声设备中进行超声处理；以及

检测前述经超声处理后未破损的待测硅片是否具有微裂纹缺陷。

2.如权利要求1所述的一种硅片缺陷检测方法，其特征在于，在对所述待测硅片进行超声处理的步骤中，将所述待测硅片完全浸没于盛装于所述超声设备的液体中，设定超声波频率为10-25KHz，功率密度0.5-1W/cm²，超声时间1～20min。

3.如权利要求2所述的一种硅片缺陷检测方法，其特征在于，所述超声波频率为10-15KHz，超声时间5～15min。

4.如权利要求3所述的一种硅片缺陷检测方法，其特征在于，所述超声波频率为12KHz，超声时间10min。

5.如权利要求1所述的一种硅片缺陷检测方法，其特征在于，在对所述待测硅片进行超声处理的步骤前，将所述待测硅片插入硅片承载装置中。

6.如权利要求5所述的一种硅片缺陷检测方法，其特征在于，所述硅片承载装置选用花篮。

7.如权利要求1所述的一种硅片缺陷检测方法，其特征在于，采用硅片分选机检测经超声处理后未破损的待测硅片是否具有微裂纹缺陷。