CN112259468B - 基于pl测试判定太阳电池异常原因的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于PL测试判定太阳电池异常原因的方法，包括以下步骤：S1、将湿法刻蚀后的硅片经翻片风车垂直翻片，并由下料皮带水平输出，在指定道次上选取硅片，直接进行双面镀膜钝化、印刷烧结处理，形成待测硅片；S2、对所述待测硅片进行PL测试和判定，若所述PL测试的图像中出现暗色条状区域，则根据所述暗色条状区域的方位判断其是否为翻片风车前滚轮印或湿法刻蚀下料皮带印，进而推断出相应的异常部位。本发明可以在高效太阳电池长制程产线中，实现快速识别判定异常机台，减少异常时间及异常的影响。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池检测技术领域，尤其涉及一种基于PL测试判定太阳电池异常原因的方法。
背景技术
目前，随着环境的不断恶化和能源日益紧缺，加强环境保护和开发清洁能源已成为世界各国高度关注的问题。作为一种重要的光电能量转换器件，太阳能电池的研究受到人们的热切关注。随着太阳能电池新技术、新工艺和新结构的开发和利用使太阳能电池行业得到了迅猛发展，为了更快的推动绿色能源发展，降低太阳能电池成本和提高电池转换效率已成为行业发展和竞争的两个主要目标。
在标准太阳电池的生产工艺方式下，效率提升基本接近极限，由此业内均聚焦到高效太阳电池生产工艺的研发量产上。随着高效太阳电池技术的发展，新型太阳电池不断研发投产，使得制造现场的制程工序、机台类型及数量都随之增加。例如，常规PERC高效太阳电池在标准电池基础上需要增加背钝化工序，而SE-PERC高效太阳电池则在常规PERC太阳电池基础上还进行了正面选择性发射极处理，同时在电极栅线下及其附近形成高掺杂深扩区，在其他区域形成轻掺杂浅扩区，从而得到选择性发射极结构。虽然该制程工序有效提升了电池效率，但是其增设了多道工序，从硅片到太阳能电池成品所需时间大约10h，另外其还增加了SE激光工序及机台，进而也提高了机台的故障频率。因此，业内新型工艺电池的投产，使得太阳电池生产制程加长、整体工艺流程时间加长，对异常识别处理的时间也随之加长。
此外，SE-PERC高效太阳电池对制程影响要求严格，很容易在成品测试时出现EL不良异常，尤其会检测出在湿法工序过程中产生的滚轮印及下料皮带印。目前光伏行业内对湿法刻蚀类异常的识别处理，主要通过过程PL测试或成品EL测试进行判定。PL测试即光致发光测试，是指半导体中的电子吸收外界光子后被激发，处于激发态的电子是不稳定的可以向较低的能级跃迁，以光辐射的形式释放出能量的过程。但太阳电池生产制程中，常规的PL检测方法无法直接测出多类湿法刻蚀类异常，例如PL测试仅能检测出水印等较为明显的常规异常，而无法检测出滚轮印及下料皮带印等；又或者存在工序后PL测试显示异常、跟踪至EL无异常的情况。而成品EL测试，受高效电池制程工序长、时间长等影响，需要待硅片制成成品后才可完成故障机台样品的测试判定，不能快速确认问题及解决分析问题，检测效率低。通常采用EL测试检测出某机台出现异常后，经维修重启，测试维修后的机台是否可以正常运行还需等待新的成品制成，并再次采用EL检测才能确认，耗时耗力，一旦检测仍有故障，则需往复循环。因此需要更为快速而又准确的方式进行异常问题的测试分析及判断。
发明内容
因此，为了解决如上所述的问题而提出本发明，本发明的目的在于提供如下基于PL测试判定太阳电池异常原因的方法，该方法可以快速判定是否存在由湿法刻蚀过程产生的翻片风车前滚轮印或者下料皮带印，有效缩短异常处理及复机时间，减少制程产能损失及异常成品电池片比例，提升品质。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于PL测试判定太阳电池异常原因的方法，包括以下步骤：
S1、将湿法刻蚀后的硅片经翻片风车垂直翻片，并由下料皮带水平输出，在指定道次上选取硅片，直接进行双面镀膜钝化、印刷烧结处理，形成待测硅片；
S2、对所述待测硅片进行PL测试和判定，若所述PL测试的图像中出现暗色条状区域，则根据所述暗色条状区域的方位判断其是否为翻片风车前滚轮印或湿法刻蚀下料皮带印，进而推断出相应的异常部位。
本发明主要用于检测湿法刻蚀后所产生的电池片异常，包括但不仅限于检测硅片上的水印、翻片风车对硅片翻片过程产生的滚轮印以及翻片结束后下料时产生的皮带印，本发明中待测硅片的处理方式为经湿法刻蚀后直接进行双面镀膜钝化、印刷和烧结处理，相较于直接对成品PERC高效太阳电池进行EL检测来说，样本的制备过程更加简单高效，也大大节省了制样时间，其次，本发明的检测手段为PL检测，由于对湿法刻蚀后的硅片进一步进行了双面镀膜钝化、印刷和烧结处理的工序，因此，在采用PL检测时，可以通过双面镀膜钝化和烧结的步骤加深皮带印和滚轮印，使其能够被清楚的显示在PL检测图像中，从而保证测试分析的准确性。
在具体的判断过程中，本申请主要包括翻片风车的前滚轮在翻片时留在硅片上的滚轮印，以及翻片结束后下料时产生的皮带印(滚轮印和皮带印用常规的PL检测方式难以测出)，首先，按照本申请所述的方法获得待测硅片，然后对所述的待测硅片进行PL检测，若检测出暗色条状区域，则可以断定该异常可能为翻片风车前滚轮印或湿法刻蚀下料皮带印，具体的识别方法则是依据暗色条状区域的方位是否与翻片风车前滚轮在待测硅片上的运动轨迹、湿法刻蚀下料皮带在待测硅片上的轨迹重合，若与任一重合，则可以断定为该部位异常。
在判断是否重合时，本领域技术人员公知，翻片风车前滚轮与湿法刻蚀下料皮带的运动轨迹为相互垂直，即使同时发生滚轮印和皮带印，二者也不会重叠，影响辨认和判断，因此根据溯源的方式很容易将二者的印记区别开来，但是若为流水线工作，则由湿法刻蚀下料皮带传送出来的待测硅片直接进入到镀膜钝化的上料皮带上，镀膜完成后再由镀膜钝化的下料皮带输出，则湿法刻蚀下料皮带上料皮带的运动轨迹会与镀膜钝化的上下料皮带重叠，若不做区别处理，会增加辨认难度，但若严格地进行溯源判断，也是可以推理出相应的异常部位的。不过，在实际操作过程中，为了快速检测和推断，可以对湿法刻蚀下料皮带传送出来的待测硅片适当改变角度方位，使其在镀膜钝化的上下料皮带输送时避免与湿法刻蚀下料皮带印重合。
作为一种可实施的方式，当验证湿法刻蚀的下料皮带是否存在异常时，先标记所述待测硅片与所述下料皮带的相对位置，在镀膜钝化前，旋转所述待测硅片，使其相对于镀膜钝化上下料皮带的位置异于其相对于所述下料皮带的位置。
所述旋转可以为90度，当为90度时，便于旋转操作，减少误差，同时也便于后续的印记辨认。
作为一种可实施的方式，当验证所述风车翻片的前滚轮是否存在异常时，先标记所述待测硅片与所述下料皮带的相对位置，在镀膜钝化时，保持所述待测硅片相对于镀膜钝化上下料皮带的位置与其相对于所述下料皮带的位置相同。
若在实际操作过程中，已经由EL测试判断出仅存在风车翻片滚轮印，技术人员对风车翻片维修后，在复查的过程中，可以仅采用本申请的方法对待测硅片进行PL检测是否存在风车翻片前滚轮印即可，在流水线工作中，因风车翻片前滚轮在待测硅片的运动轨迹与镀膜钝化上下料皮带在待测硅片的运动轨迹相互垂直，不存在被镀膜钝化上下料皮带印干扰的情况，因此在检测所述风车翻片的前滚轮是否存在异常时，无需对待测硅片的方位进行改变，直接进行流水线工作即可。
作为一种可实施的方式，S1中在每个所述指定道次上选取的硅片数量不小于两片。为了增加本申请检测分析的准确性，可在每个机台的每个道次均检测多个试样。
作为一种可实施的方式，S1中由所述双面镀膜钝化制得的钝化膜叠层厚度不小于75nm。经发明人多次实验发现，当钝化膜叠层厚度小于75nm时，皮带印或滚轮印在PL检测的图像中成像不够清晰，不便于后期分析。
作为一种可实施的方式，所述双面镀膜钝化为双面氮化硅钝化、双面氧化铝氮化硅叠层钝化、正面氮化硅/背面氧化铝氮化硅叠层钝化中的任一种。
作为一种可实施的方式，所述印刷烧结的峰值温度为800±50℃，所述印刷烧结的时间为100±20s。本申请发明人经多次实验发现，印刷烧结的条件对PL检测的图像影响较大，当温度过低时，皮带印或滚轮印不清晰。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的基于PL测试判定太阳电池异常原因的方法是在PERC高效太阳电池生产制程的湿法刻蚀工序，按照在湿法刻蚀机台下料处取片，经PECVD镀膜工序进行双面镀膜钝化，钝化后由印刷烧结炉烧结，进行PL测试分析判定。通过该方法可以很快判定湿法刻蚀机台下料皮带印、翻片风车前滚轮印类异常，有效缩短异常处理及复机时间，减少制程产能损失及异常成品电池片比例，减少异常，提升品质。
附图说明
在阅读通过非限制性实例示出的实施方案的以下详细描述时，可很好地理解本发明，并且本发明的优点更清楚地呈现。所述描述参考随图，其中：
图1为对成品进行EL测试获取的存在湿法刻蚀下料皮带印的图像；
图2为对测试硅片进行PL测试获取的存在湿法刻蚀下料皮带印的图像；
图3为对成品进行EL测试获取的存在翻片风车前滚轮印的图像；
图4为对测试硅片进行PL测试获取的存在翻片风车前滚轮印的图像；
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
图中标号为：1、湿法刻蚀下料皮带印；2、主栅线；3、翻片风车前滚轮印；4、指印。
本发明判定太阳电池异常原因的方法，包括制备待测样品和测试分析两个步骤。
制备待测样品步骤又包括湿法刻蚀阶段、双面镀膜钝化阶段和印刷烧结三个阶段。
在湿法刻蚀阶段，先用常规工艺对硅片进行湿法刻蚀，湿法刻蚀完成后通过湿法刻蚀机台下料处的翻片风车进行垂直翻片，再由湿法刻蚀机台的下料皮带水平输出，接着在指定机台的道次上选取硅片，标记出这些硅片的道次、并做好湿法刻蚀机台的下料皮带方向以及硅片下料时的方向识别；
在双面镀膜钝化阶段，将做好标记的硅片直接进行常规的双面镀膜钝化工序，该工序可以为双面氮化硅钝化、双面氧化铝氮化硅叠层钝化、正面氮化硅/背面氧化铝氮化硅叠层钝化中的任一种，且需要保证双面镀膜钝化制得的钝化膜叠层厚度不小于75nm，以满足钝化要求。
在印刷烧结阶段，控制印刷烧结的峰值温度为800±50℃，时间为100±20s，以保证后续进行检测分析时，获取印记清晰的图像。
在测试分析的步骤，主要是对烧结后的待测硅片进行PL测试，根据PL测试的图像进行判定，若PL测试的图像中出现暗色条状区域(请参阅附图2和附图4)，则可以断定该异常可能为翻片风车前滚轮印3，或者可能为湿法刻蚀下料皮带印1，具体的识别方法则是依据暗色条状区域的方位是否与翻片风车前滚轮在待测硅片上的运动轨迹、湿法刻蚀下料皮带在待测硅片上的轨迹重合，若与任一重合，则可以断定为该部位异常。判断是否重合的方法主要为溯源的方法，即根据在湿法刻蚀阶段对选取硅片的机台道次标记，以及在双面镀膜钝化阶段对上料的硅片的方位等反推出是哪一个部位出现的印记。需要说明的是，本领域技术人员公知，翻片风车前滚轮与湿法刻蚀下料皮带的运动轨迹为相互垂直，即使同时发生滚轮印和皮带印，二者也不会重叠，影响辨认和判断，因此根据溯源的方式很容易将二者的印记区别开来，但是若为流水线工作，则由湿法刻蚀下料皮带传送出来的待测硅片直接进入到镀膜钝化的上料皮带上，镀膜完成后再由镀膜钝化的下料皮带输出，则湿法刻蚀下料皮带在待测硅片上的运动轨迹会与镀膜钝化上下料皮带在待测硅片上的运动轨迹会重叠，若不做区别处理，会增加辨认难度，但若严格地进行溯源判断，也是可以推理出相应的异常部位的。不过，在实际操作过程中，为了快速检测和推断，可以对湿法刻蚀下料皮带传送出来的待测硅片适当改变方位，使其在镀膜钝化的上下料皮带输送时避免与湿法刻蚀下料皮带印重合。
下面本申请将主要针对因翻片风车前滚轮异常或者湿法刻蚀下料皮带异常造成太阳电池异常的情况做详细描述。
实施例1
本发明提供了一种基于PL测试快速判定SE-PERC太阳电池异常原因的方法，该方法主要适用于湿法刻蚀下料皮带出现异常，修复异常后进行复检的情况，具体地：在生产车间的常规制程中，当对太阳电池的成品进行EL检测时，在EL检测的图像中发现出现了如图1所示的垂直于主栅线2的规则暗色条形区域，工程师根据现有判断异常部位的方法确定出该规则的暗色条形区域为湿法刻蚀下料皮带印1，因此对异常机台指定道次的湿法刻蚀下料皮带进行维修，为了快速复检出其经过维修后是否可以正常工作，工程师可以采用本申请的方法进行判断，而无需等待制备出一个电池片成品后再采用EL检测进行判断，本申请的方法主要包括以下步骤：
S1、当电池片的制程处于湿法刻蚀工序时，在各个湿法刻蚀机台的下料处的不同道次上分别取出一个硅片，并做好机台、道次的区分，同时做好湿刻下料皮带方向与硅片方向的识别；
S2、将标记后的各硅片进入到PECVD镀膜钝化工序，在镀膜钝化前需要确保硅片在镀膜钝化机台上下料传输皮带的方向与其在湿刻下料皮带上的方向相互垂直，目的为保证湿刻下料皮带在硅片上的印迹与镀膜钝化机台皮带不存在重叠，避免皮带间同向影响判定；
S3、在PECVD镀膜钝化时，采用双面氮化硅进行钝化，钝化膜层的厚度为80nm；钝化完成后将硅片放至花篮内，应避免在叠放硅片时发生划蹭；
S4、将钝化的硅片按相应的机台、道次依次通过烧结炉进行烧结，控制烧结炉的峰值温度为800℃，烧结时间为100s；
S5、烧结完成后，将硅片按原有次序在花篮内放置，得到待测硅片；
S6、取待测硅片进行PL测试，测试结果显示其中一个待测硅片的PL测试图像中出现了暗色条状区域，如图2所示，在图2中可以明显的看到两条暗色条状区域，由于在进行本次PL检测以前，已经由EL检测确定其他部位无异常，且，待测硅片的制备过程中仅接触了湿法刻蚀阶段的下料皮带以及镀膜钝化阶段的上下料皮带，若出现皮带印也仅可能为二者之一，而在镀膜钝化前已经确保硅片在镀膜钝化机台上下料传输皮带的方向与其在湿刻下料皮带上的方向相互垂直，且在本次的PL检测中也仅观察到一组类似皮带印的规则暗色条状区域，因此，排除镀膜钝化机台上下料传输皮带印的可能，最终断定该规则暗示条状区域为湿法刻蚀阶段下料皮带所产生的印迹，即湿法刻蚀下料皮带印1，此后，在推断异常机台和道次时，可根据在制备待测硅片时对各个硅片以及机台和道次的标记，采用溯源的方法，依次反推出这片硅片的流转位置，从而确定出异常的机台以及相应的道次，安排停机处理即可。
实施例2
本发明提供了一种基于PL测试快速判定SE-PERC太阳电池异常原因的方法，该方法主要适用于翻片风车前滚轮出现异常，修复异常后进行复检的情况，具体地：在生产车间的常规制程中，当对太阳电池的成品进行EL检测时，在EL检测的图像中发现出现了如图3所示的平行于主栅线2的规则暗色条形区域，工程师根据现有判断异常部位的方法确定出该规则的暗色条形区域为翻片风车前滚轮印3，因此对异常机台指定道次的翻片风车前滚轮进行维修，为了快速复检出其经过维修后是否可以正常工作，工程师可以采用本申请的方法进行判断，而无需等待制备出一个电池片成品后再采用EL检测进行判断，本申请的方法主要包括以下步骤：
S1、当电池片的制程处于湿法刻蚀工序时，在各个湿法刻蚀机台的下料处的不同道次上分别取出一个硅片，并做好机台、道次的区分，同时做好湿刻下料皮带方向与硅片方向的识别；
S2、将标记后的各硅片进入到PECVD镀膜钝化工序，在镀膜钝化使保持硅片在湿法刻蚀下料皮带的方向与镀膜钝化机台上下料传输皮带的方向平行即可，目的为保证翻片风车前滚轮印的方向与镀膜钝化上下料皮带印的方向不重叠，避免二者重合影响后续的判定；
S3、在PECVD镀膜钝化时，采用双面氮化硅钝化，钝化膜层的厚度为75nm；钝化完成后将硅片放至花篮内，应避免在叠放硅片时发生划蹭；
S4、将钝化的硅片按相应的机台、道次依次通过烧结炉进行烧结，控制烧结炉的峰值温度为850℃，烧结时间为120s；
S5、烧结完成后，将硅片按原有次序在花篮内放置，获得待测硅片；
S6、取待测硅片进行PL测试，测试结果如图4所示，在图4中可以看到出现了两道平行设置的规则暗色条状区域，以及一些零散的椭圆形印迹，其中椭圆形印迹为本领域技术人员根据常规判断即可断定的指印4，指印4为操作过程中触碰硅片所致，不计入判断范围。出现的两道规则暗色条状区域判定过程如下：首先在制备待测硅片时，S2已经对可能出现的镀膜钝化上下料皮带印与翻片风车前滚轮印3进行了区分，且本领域技术人员知悉，在湿法刻蚀阶段翻片风车前滚轮印3必定与湿法刻蚀下料皮带印1垂直，故排除了湿法刻蚀下料皮带印1和镀膜钝化上下料皮带印的可能；其次，PL测试出现的两道规则暗色条状区域与EL测试中的翻片风车前滚轮印吻合，因此可以断定该印迹为翻片风车前滚轮印，此后，在推断异常机台和道次时，可根据在制备待测硅片时对各个硅片以及机台和道次的标记，采用溯源的方法，依次反推出这片硅片的流转位置，从而确定出异常的机台以及相应的道次，安排停机处理即可，其他PL检测正常的机台和道次继续正常生产。
实施例3
当然本申请的方法并不仅限于用在EL检测之后，也可以直接在湿法刻蚀阶段取片，本实施例按照实施例2中快速判定的方法依次进行制备待测硅片和PL检测，在本实施例的检测结果中出现两组互相垂直的规则暗色条转区域，因此，可以断定其中一组必然为翻片风车前滚轮印3，另一组可能为湿法刻蚀下料皮带印1，也可能为镀膜钝化上下料皮带印，在区分的时候，本实施例根据湿法刻蚀下料皮带的宽度、间距等与镀膜钝化上下料皮带不同进行溯源区分，最终确定另一组印迹为湿法刻蚀下料皮带印1，然后在推断异常机台和道次时，根据在制备待测硅片时对各个硅片以及机台和道次的标记，采用溯源的方法，依次反推出这片硅片的流转位置，从而确定出异常的机台以及相应的道次，安排停机处理。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种基于PL测试判定太阳电池异常原因的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将湿法刻蚀后的硅片经翻片风车垂直翻片，并由下料皮带水平输出，在指定道次上选取硅片，直接进行双面镀膜钝化、印刷烧结处理，形成待测硅片；
S2、对所述待测硅片进行PL测试和判定，若所述PL测试的图像中出现暗色条状区域，则根据所述暗色条状区域的方位判断其是否为翻片风车前滚轮印或湿法刻蚀下料皮带印，进而推断出相应的异常部位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当验证湿法刻蚀的下料皮带是否存在异常时，先标记所述待测硅片与所述下料皮带的相对位置，在镀膜钝化前，旋转所述待测硅片，使其相对于镀膜钝化上下料皮带的位置异于其相对于所述下料皮带的位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述旋转的角度为90度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当验证所述翻片风车的前滚轮是否存在异常时，先标记所述待测硅片与所述下料皮带的相对位置，在镀膜钝化时，保持所述待测硅片相对于镀膜钝化上下料皮带的位置与其相对于所述下料皮带的位置相同。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，S1中在每个所述指定道次上选取的硅片数量不小于两片。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中由所述双面镀膜钝化制得的钝化膜叠层厚度不小于75nm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双面镀膜钝化为双面氮化硅钝化、双面氧化铝氮化硅叠层钝化、正面氮化硅/背面氧化铝氮化硅叠层钝化中的任一种。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述印刷烧结的峰值温度为800±50℃，所述印刷烧结的时间为100±20s。
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