CN111373243A - 用于样品的光致发光测量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于样品(10)的光致发光测量的方法，该样品包括通过轮廓C连接的前表面(11)和后表面(12)，样品(10)经由该样品的后表面(12)搁置在活性基板(20)的接纳表面(21)上，样品(10)包括第一区域(13)，该第一区域(13)部分地由轮廓C界定，并且发射任何点处的强度都低于样品(10)的光致发光信号的平均强度的光致发光信号，该强度被称为第一强度，该平均强度被称为参考强度，活性基板(20)发射强度至少等于参考强度的光致发光信号，该强度被称为辅助强度，活性基板(20)包括边缘B，该边缘B与轮廓C分隔重叠距离，并且与所述轮廓C一起界定活性基板(20)的周边部分(24)。
Description
描述
技术领域
本发明涉及一种光致发光测量方法。特别地，本发明涉及一种用于样品(特别是光伏电池)的光致发光测量的方法，从而使得能够明确地检测出所测试的样品的边缘。
现有技术
光致发光测量是探测材料并且尤其是半导体材料的电子和/或光学特性的选择技术。
实际上，光致发光测量通过激光辐射实施激发材料，以促进所述材料的电子从其基能级(也称为“平衡态”)到高能级的过渡。
因此，被促进的电子根据辐射复合路径或非辐射复合路径返回其平衡态，这取决于所测试的材料的质量。在这方面，本领域技术人员将在说明书末尾引用的文献[1]中找到对在光致发光测量期间发生的辐射复合模式和非辐射复合模式的研究。
特别地，通常与缺陷的存在或俄歇(Auger)型现象相关联的非辐射复合以牺牲辐射复合为代价发生。
辐射复合率(随时间测量的辐射符合率的水平或强度表示光致发光信号)使得能够表征所测试材料的质量。特别地，光致发光测量使得能够检测和/或定位可能存在于所测试的材料中的缺陷。
根据由Trupke等人开发并在说明书末尾所引用的文献[2]中描述的特定空间分辨光致发光技术，还有可能对所测试的样品进行光致发光映射，特别是定位所述样品的缺陷。
在这方面，图1以灰度级表示硅样品的光致发光映射，该硅样品承载在基板上并且包括用非晶硅钝化的表面。
较亮区比暗区具有更强的辐射复合率。相反，暗区比亮区具有更强的非辐射复合率。因此，亮区是低缺陷密度的特征区，而暗区则指示明显的缺陷密度。
在暗区中，周边部分或样品边缘特别地引起注意。
实际上，用于制造这种样品(特别是光伏电池)的过程涉及特别具有侵蚀性的步骤，每个步骤都会导致所述样品的边缘退化，随着时间的流逝，该退化会聚集明显的缺陷密度。
这种明显的缺陷聚集导致非常低的光致发光水平，由此无法将样品边缘与上面用于承载该样品的基板进行区分。换句话说，样品边缘和基板之间的光致发光强度对比度不足以定位所述边缘(图2)。
因此，难以或甚至无法量化用于制造样品的过程的不同步骤对边缘退化的相对贡献。
此外，未检测到样品边缘，特别是未检测到光伏电池，限制了对所述样品的电子活性表面或光学活性表面的分析。
因此，本发明的一个目的是提供一种光致发光测量方法，通过该方法可以识别出所测量的样品的边缘。
发明公开
本发明的目的通过一种用于样品的光致发光测量的方法来解决，该样品包括通过轮廓连接的两个表面，这两个表面分别称为前表面和后表面，该样品以其后表面承载在基板的容纳表面上，该基板被称为活性基板，
所述样品包括至少一个第一区域，所述至少一个第一区域部分地由所述轮廓界定，并且发射任何点处的强度都低于所述样品的光致发光信号的平均强度的光致发光信号，该强度称为第一强度，所述平均强度称为参考强度，
所述活性基板发射强度至少等于所述参考强度的光致发光信号，该强度称为辅助强度，所述活性基板还包括边缘B，所述边缘B在沿突出距离与所述轮廓C相距一定距离处，并且与所述轮廓一起界定所述活性基板的周边部分。
根据一个实施例，所述突出距离至少在所述至少一个第一区域处被进行调整，使得在所述周边部分和所述第一区域之间的光致发光信号的强度的变化在第一区域处展现定位所述样品的所述轮廓C的奇异性。
根据一个实施例，奇异性是所述光致发光信号强度的最小值。
根据一个实施例，第一区域的缺陷密度高于样品的平均缺陷密度。
根据一个实施例，电晕型电荷在所述活性基板的与所述容纳表面相对的表面上产生，该表面称为第二表面，所述电晕型电荷旨在调节辅助强度的水平。
根据一个实施例，电晕型电荷由分别面对容纳表面和第二表面设置的阳极和阴极产生。
根据一个实施例，阳极包括插在样品和活性基板之间的栅格。
根据一个实施例，活性基板包括覆盖其容纳表面的第一钝化层，该第一钝化层旨在修复容纳面上可能存在的缺陷。
根据一个实施例，第一钝化层包括由介电材料或氢化非晶硅制成的层，有利地，该介电材料包括选自以下的下述元素的至少一种元素：二氧化硅、氮化硅、氧化铝。
根据一个实施例，活性基板包括半导体材料，有利地，该半导体材料包括硅。
根据一个实施例，样品还包括至少一个第二区域，该至少一个第二区域部分地由轮廓界定，并且发射平均起来的强度等于参考强度的光致发光信号，该强度称为第二强度，该测量方法实现掩蔽装置，掩蔽装置用于掩蔽由周边部分的与第二区域邻接的区域所发射的光致发光信号。
根据一个实施例，掩蔽装置包括插在样品和活性基板之间的中间基板，该中间基板包括掩蔽区域，该掩蔽区域覆盖周边部分的与第二区域邻接的区域。
根据一个实施例，至少一个第一区域在样品的整个圆周上延伸。
根据一个实施方案，样品是光伏电池。
根据一个实施例，执行该过程包括通过激光激励样品以及活性基板的周边部分。
根据一个实施例，激光扫描前表面和容纳表面的周边部分处。
根据一个实施例，激光具有适于同时激励样品以及活性基板的尺寸。
根据一个实施例，由样品和由活性基板发射的光致发光信号由检测器收集。
本发明还涉及一种光致发光测量设备，包括：
–基板，该基板被称为活性基板，其包括用于样品的容纳表面和与该容纳表面相对的第二表面，
-激光激励源，
-检测器，该检测器旨在收集样品和支撑体在激光的作用下发射的光致发光信号，
活性基板可能在激光激励源的激励作用下发射光致发光信号，该设备还包括电晕装置，该电晕装置用于在第二表面上产生电晕型电荷。
根据一个实施例，活性基板包括衬底，该衬底由半导体材料制成，有利地，由包括硅的半导体材料制成。
根据一个实施例，活性基板包括覆盖其容纳表面的第一钝化层，该第一钝化层旨在修复容纳面上可能存在的缺陷。
根据一个实施例，电晕装置包括阳极和阴极，该阳极包括面对容纳表面设置的栅格，并且阴极面对第二表面。
附图简述
进一步的特征和优点将在以下参考附图，通过非限制性示例的方式给出的根据本发明的光致发光测量方法的描述中呈现，在附图中：
-图1是根据现有技术的已知方法测得的承载在基板上的硅样品光致发光的映射，光致发光强度是根据附加在该附图中的灰度级给出的；
-图2是依据沿穿过样品的边缘的线段(沿竖直轴采用任意单位)的位置的光致发光强度测量分布曲线(沿竖直轴采用任意单位)的图形表示，该线段在从图1中提取并附加到所述图形表示中的映射部分上也以虚线表示；
-图3表示根据本发明的第一实施例的样品设置在活性基板上的布置，该布置用于实现所述样品的光致发光测量；
-图4表示根据本发明的在承载在活性基板上的硅样品上测得的光致发光信号强度的映射，周边部分的存在并且尤其是对与所述部分有关的光致发光信号的检测揭示出暗窄带并勾勒出与硅样品的轮廓C相关联的轮廓；
-图5是沿着从周边部分的点A延伸至第一区域的点B的轴线上的位置(水平轴，采用任意单位)的光致发光强度分布曲线(profile)(竖直轴，采用任意单位)的图形表示，该轴线在点C1处与轮廓C相交，该轴线在从图4中提取并附加到所述图形表示的映射部分上也以虚线表示；
-图6a至图6c分别表示根据本发明的在第一样品、第二样品和第三样品上测得的光致发光的映射，特别地，参考强度从第一样品到第三样品递增，并且为这三个测量实现的活性基板(称为第一活性基板)的辅助强度通常低于第二样品和第三样品的参考强度；
-图7a至图7c表示第一样品、第二样品和第三样品的映射，其以此顺序获取并用与图6a至图6c中的活性基板不同的活性基板实现，该活性基板称为第二活性基板并且其辅助强度高于第三样品的参考强度；
-图8表示根据本发明的第二实施例的样品设置在活性基板上的布置，该布置用于实现所述样品的光致发光测量；
-图9是表示可能为本发明的第一实施例和第二实施例中的任一个实施例实现的实现插在活性基板和样品之间的中间基板的布置的示意表示；
-图10是根据本发明的可能被实现用于执行测量的设备的示意表示。
具体实施例的详细公开
本发明实现了一种用于活性基板上承载的样品的光致发光测量的方法。特别地，根据本发明，活性基板可能会发射强度至少等于样品所发射的光致发光信号的平均强度的光致发光信号。活性基板的表面积也大于样品的表面积，使得当样品承载在所述活性基板上时，周边部分从样品突出并发射可检测的光致发光信号，并通过对比度差异使得能够在所述样品的低发射区域附近检测样品的轮廓，并且部分地由所述轮廓界定。
在图3中，可以看到根据本发明的第一实施例的使样品10设置在活性基板20上的布置的示例，其用于实现所述样品10的光致发光测量。
应当理解，光致发光测量包括通过检测器D检测由样品在激光激励源L的激励作用下所发射出的光信号。检测器D连接至计算器或计算机Comp，计算器或计算机Comp适于分析所述检测器D所收集到的数据并形成和/或显示所测量的样品的发光映射。
因此，可以理解的是，当提及发射光致发光信号的样品或另一物体时，所述信号是对所述样品或物体的激光激励的结果。
在本发明的以下全部公开中，还很清楚，光致发光测量与样品有关，而且与上面用于承载样品的基板(被称为活性基板)有关。尤其地，活性基板的测量基本上与所述活性基板的周边部分有关。
样品10包括两个基本平行的表面，这两个表面分别被称为前表面11和后表面12，并通过轮廓C连接。
因此，轮廓C界定了样品10，从而构成了所述样品10的边缘。
样品10可以包括在激励激光的激励作用下可能发射出光致发光信号的任何类型的材料。
尤其地，样品10可以包括半导体材料。例如，半导体材料可以包括硅。
样品10可以是光伏电池。
样品还包括第一区域13，该第一区域13部分地由轮廓C界定，并且发射任何点处的强度(被称为第一强度)都低于样品的光致发光信号的平均强度(被称为参考强度)的光致发光信号。
“第一区域部分地由轮廓C界定”是指第一区域设置在样品10的周边区中。
第一区域13可以沿样品10的整个圆周延伸。
例如，第一强度沿从轮廓C延伸的轴线可以具有递增的分布曲线，该轴线有利地垂直于轮廓C。
第一强度和参考强度之间的差例如可以归因于与整个样品的平均缺陷密度相比，第一区域处缺陷密度更高。
缺陷例如是晶体缺陷，轮廓处的裂纹，甚至是粗糙度或表面污染。
这些缺陷的存在促进根据非辐射复合返回到电子平衡，但以牺牲辐射复合为代价。
样品10承载在基板上，该基板被称为活性基板20。尤其地，样品10承载在活性基板20的容纳表面21上。
活性基板20可以承载在被动基板20a上。被动基板是指在激光辐射的作用下不发射光致发光信号的基板。在这方面，被动基板20a可以包括金属材料和/或塑料材料。
活性基板20还包括第二表面22，该第二表面与容纳表面21相对并且基本平行于该容纳表面21，两个表面21和22通过边缘B彼此连接。
活性基板20可能发射强度(被称为辅助强度)至少等于参考强度的光致发光信号。
在这方面，活性基板20可以包括半导体材料，尤其是硅。
活性基板20还可以包括第一钝化层23，该第一钝化层23覆盖容纳表面21，旨在修复可能存在于所述容纳表面21上的缺陷。第一钝化层23然后使得能够大幅度地减少容纳表面21处的非辐射复合，并限制在光致发光测量期间由于活性基板上存在缺陷而引起的暗区。换句话说，第一钝化层23使得能够增加由活性基板20所发射的信号的强度并且使其变得均匀。
第一钝化层23可以包括介电材料或氢化非晶硅。
介电材料可包括选自以下的材料中的至少一种材料：二氧化硅、氮化硅、氧化铝。
此外，活性基板20还包括边缘B，该边缘B在沿突出距离与轮廓C相距一定距离处，并与所述轮廓C一起界定活性基板20的周边部分24。换句话说，当样品10承载在活性基板20上时，活性基板20沿所述样品10的整个轮廓C从样品10突出。
因此，根据本发明的方法包括样品以及至少周边部分24的光致发光测量。
为了本发明的目的的测量使得能够执行样品10以及周边部分24的光致发光信号强度的映射。
在测量期间，激光可以扫描前表面11和容纳表面21的周边部分24处。
可替代地，激光可以具有适于同时激励样品10和活性基板20的尺寸。
因此，由检测器D(例如，CCD传感器)收集的信号使得能够执行样品10以及周边部分24的光致发光信号强度映射。
检测周边部分所发射的光致发光信号使得能够提高活性基板20和样品10的轮廓C之间的对比度。
在这方面，图4表示根据本发明的在承载在活性基板20上的硅样品10上测得的光致发光信号强度的映射。周边部分24的存在，尤其是对与所述部分有关的光致发光信号的检测，揭示出暗窄带，并绘制出与硅样品的轮廓C相关联的轮廓。
有利地，突出距离至少在至少一个第一区域23处被进行调节，使得在周边部分24和第一区域13之间的光致发光信号强度的变化在第一区域处展现定位样品的轮廓的奇异性。换句话说，突出距离高到足以允许通过光致发光测量来准确确定轮廓C的位置。
“奇异性”是指例如强度最小值。
在这方面，图5表示在从周边部分的点A延伸到第一区域的点B的轴线上光致发光信号强度的分布曲线，该轴线在点C1处与轮廓C相交。
光致发光测量方法还可包括以下步骤：依据每个基板的辅助强度水平，在多个活性基板中选择活性基板20。
实际上，为了优化活性基板20与样品的轮廓C之间的光致发光对比度，选择具有特定辅助强度的活性基板20可能是有用的。
在这方面，图6a至图6c分别表示在第一样品、第二样品和第三样品上测得的光致发光映射。尤其地，参考强度从第一样品到第三样品递增。为这三个测量实现的活性基板20(被称为第一活性基板)的辅助强度通常低于第二样品和第三样品的参考强度。
因此在图6a中，观察到第一样品的轮廓C的明显界定。在图6b和图6c中，轮廓C的位置仍有可能，但是似乎不太准确。
图7a至图7c表示第一样品、第二样品和第三样品的映射，其以此顺序获取并用另一活性基板20(被称为第二活性基板)实现。第二活性基板的辅助强度高于第三样品的参考强度。
无论所测量的样品为何，在图7a至图7c中的每一个上轮廓C均被完美地限定。然而，由于检测器D看不见第二基板所发射的光致发光信号，因此对第一样品的光致发光信号的分析仍然不易(图7a)。
图8示出了本发明的第二实施例，其具有第一实施例基本上所有的特性。
根据该特别有利的第二实施例，在活性基板20的第二表面上产生电晕型电荷Cor。电晕型电荷使得能够调整辅助强度水平，并且因此能够调整在第一区域13和周边部分24之间的对比度。换句话说，不需要选择特定活性基板的步骤来优化在活性基板20和样品10的轮廓C之间的光致发光对比度。
电晕型电荷可以通过分别面对容纳表面21和第二表面22设置的阳极30和阴极31产生。
阳极可包括插在样品10和活性基板22之间的栅格。该栅格例如可包括金属。
还应理解，阳极30和阴极31由电压发生器GT供电。
根据第一实施例和第二实施例中的任一个，样品还可以包括至少一个第二区域14，该第二区域14部分地由轮廓C界定，并且发射平均起来的强度(被称为第二强度)等于参考强度的光致发光信号(图9)。
然后，该测量方法实施掩蔽装置40，该掩蔽装置40用于掩蔽由周边部分的与第二区域14邻接的区域25发射的光致发光信号。
掩蔽装置40包括插在样品10和活性基板20之间的中间基板50。中间基板50可以例如包括掩蔽区域40，该掩蔽区域40覆盖周边部分24的与第二区域14邻接的区域25。
中间基板50包括对活性基板20所发射的光致发光信号透明的材料，并且在掩蔽区域40处覆盖有对同一信号不透明的材料。
透明的材料可以包括塑料，而不透明的材料可以包括金属材料层。
活性基板20可以包括多个微型活性基板20a。尤其地，每个微型基板可以被给予不同于其他微型基板的电晕电荷，以优化样品的不同部分上的对比度水平。
本发明还涉及一种光致发光测量设备，该光致发光测量设备适于实现根据本发明的光致发光测量方法。该设备基本上具有在本详细说明中描述的元件，尤其是与第二实施例有关的元件。
尤其地，图10所示的设备100包括：
-基板(被称为活性基板20)，其包括用于样品10的容纳表面21和与该容纳表面相对的第二表面22，
-激光激励源，
-检测器，该检测器用于收集样品和支撑体在激光的作用下所发射的光致发光信号，
活性基板可能在由激光激励源L的激励作用下发射光致发光信号，该设备还包括电晕装置，该电晕装置用于在第二表面22上产生电晕型电荷Cor。
活性基板20可包括衬底，该衬底由半导体材料制成，有利地，由包括硅的半导体材料制成。
活性基板20包括覆盖其容纳表面21的第一钝化层23，该第一钝化层23用于修复容纳表面21上可能存在的缺陷。
该电晕装置可包括阳极30和阴极31，该阳极包括面对容纳表面设置的栅格，并且阴极面对第二表面。
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Claims (18)
1.一种用于样品(10)的光致发光测量的方法，所述样品包括通过轮廓C连接的两个表面，所述两个表面分别被称为前表面(11)和后表面(12)，所述样品(10)以其后表面(12)承载在基板的容纳表面(21)上，所述基板被称为活性基板(20)，
所述样品(10)包括至少一个第一区域(13)，所述至少一个第一区域(13)部分地由所述轮廓C界定，并且发射任何点处的强度都低于所述样品(10)的光致发光信号的平均强度的光致发光信号，该强度被称为第一强度，所述平均强度被称为参考强度，
所述活性基板(20)发射强度至少等于所述参考强度的光致发光信号，该强度被称为辅助强度，所述活性基板(20)还包括边缘B，所述边缘B在根据突出距离与所述轮廓C相距一定距离处，并且与所述轮廓C一起界定所述活性基板(20)的周边部分(24)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述突出距离至少在所述至少一个第一区域(13)处被进行调整，使得在所述周边部分(24)和所述第一区域(13)之间的光致发光信号的强度的变化在所述第一区域(13)处展现定位所述样品(10)的所述轮廓C的奇异性。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述奇异性是所述光致发光信号强度的最小值。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，所述第一区域(13)的缺陷密度高于所述样品(10)的平均缺陷密度。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中，电晕型电荷Cor在所述活性基板(20)的与所述容纳表面(21)相对的表面上产生，该表面被称为第二表面(22)，所述电晕型电荷Cor旨在调整所述辅助强度的水平。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述电晕型电荷Cor由分别面对所述容纳表面(21)和所述第二表面(22)设置的阳极(30)和阴极(31)产生。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述阳极(30)包括插在所述样品(10)和所述活性基板(20)之间的栅格。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其中，所述活性基板(20)包括覆盖其容纳表面(21)的第一钝化层(23)，所述第一钝化层(23)旨在修复所述容纳表面(21)上可能存在的缺陷。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一钝化层(23)包括由介电材料或氢化非晶硅制成的层，有利地，所述介电材料包括选自以下的下述元素中的至少一种元素：二氧化硅、氮化硅、氧化铝。
10.根据权利要求1至9之一所述的方法，其中，所述活性基板(20)包括半导体材料，有利地，所述半导体材料包括硅。
11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其中，所述样品(10)还包括至少一个第二区域(14)，所述至少一个第二区域(14)部分地由所述轮廓C界定，并且发射平均起来的强度等于所述参考强度的光致发光信号，该强度被称为所述第二强度，所述测量方法实现掩蔽装置(40)，所述掩蔽装置(40)旨在掩蔽由所述周边部分(24)的与所述第二区域(14)邻接的区域(25)所发射的光致发光信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述掩蔽装置(40)包括插在所述样品(10)和所述活性基板(20)之间的中间基板(50)，所述中间基板(50)包括掩蔽区域，所述掩蔽区域覆盖所述周边部分(24)的与所述第二区域(14)邻接的区域(25)。
13.根据权利要求1至10之一所述的方法，其中，所述至少一个第一区域(13)在所述样品(10)的整个圆周上延伸。
14.根据权利要求1至13之一所述的方法，其中，所述样品(10)是光伏电池。
15.根据权利要求1至14之一所述的方法，其中，执行过程包括通过激光L激励所述样品(10)以及所述活性基板(20)的所述周边部分(24)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述激光扫描所述前表面(11)和所述容纳表面(21)的所述周边部分(24)处。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述激光具有适于同时激励所述样品(10)和所述活性基板(20)的尺寸。
18.根据权利要求15至17之一所述的方法，其中，由所述样品(10)和由所述活性基板(20)发射的光致发光信号由检测器收集。
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