CN201885971U - 一种用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台，包括方位调节台和设置在其上的台面，方位调节台和台面之间还设置有台面连接件，该台面连接件上设置有两个用于承载台面的定位面，该两个定位面之间设置有54.7°±5°的夹角。本实用新型用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台，在检测不同类型的样品时，只需要把台面连接并定位到台面连接件上的相应平面上，即可实现对不同类型(单晶、多晶)的太阳电池的检测，以达到操作简捷、更换迅速、重复性定位精度高、测试效率高的要求。

Description

一种用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台

技术领域

本实用新型涉及一种用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台。

背景技术

太阳电池是一种将光能转换成电能的半导体器件。太阳电池的种类包括：晶体硅太阳电池、薄膜太阳电池、染料敏化太阳电池等，其中晶体硅太阳电池为目前最常用的太阳电池，其基本结构是硅基底上制绒后再镀减反膜。其中，制绒的作用是让太阳电池有效的吸收太阳光；减反膜的作用是使太阳光在太阳电池表面的反射降低，使大部分太阳光能到达电池的内部被半导体材料所吸收，从而大大提高了光能的转换。

目前，绒面单晶硅太阳电池中大多采用碱法制绒，利用晶体受腐蚀时的各向异性，使电池表面上形成规则排列的四面锥金字塔形状的基本结构；而绒面多晶硅太阳电池大多取用酸腐蚀的方法制绒，使电池表面上形成了不规则的微小起伏。

目前检测绒面晶体硅太阳电池上减反膜厚度和折射率的常用仪器为椭偏仪。椭偏仪的基本原理是利用光波在样品表面反射时偏振态的变化获得样品的表面信息(如，纳米薄膜的厚度、折射率等)。检测时，样品的放置要使得检测面所处的平面垂直于由入射光轴和反射光轴所形成的入射面，并通过二光轴的交点。通常把垂直于由入射光轴和反射光轴所形成的入射面、并通过二光轴的交点的平面称为参考面。检测时，必须满足检测面与参考面重合，此时也满足了系统的入射角等于反射角。

当利用椭偏测量系统对不同晶体硅(如单晶硅、多晶硅)上的减反膜厚度和折射率进行测量时，由于晶体硅上绒面的结构不同，就要求在样品检测时放置的方位不同，以满足检测面与参考面重合。具体来说，单晶硅太阳电池表面上形成的四面锥金字塔的锥面与硅基底所夹的锐角大约为54.7°，金字塔的尺寸约为2-5微米。在锥面上镀有减反膜，为了检测减反膜的厚度和折射率，在检测时要求将该金字塔的锥面作为检测面。为了保证此检测面与参考面重合，则需要保证放置单晶硅的样品台与电池接触的表面与参考平面的倾斜角度为54.7°。并且要调整单晶硅太阳电池在样品台上的方位，满足检测面与参考面重合。采用酸法制绒的多晶硅太阳电池的绒面特征是硅表面有微小的不规则的起伏，起伏的尺寸为微米量级，在硅上镀有减反膜，为了检测减反膜的厚度和折射率，以平行于硅基底并通过样品表面的平面为检测面，所以放置多晶硅的样品台与电池接触的表面平行于参考平面。另外，对于未制绒的晶体硅太阳电池，其检测面为上镀有减反膜的表面，也要求样品台与电池接触的表面平行于参考平面，与多晶硅太阳电池的样品台相同。

通过以上分析，可以看出，在对单晶硅和多晶硅太阳电池测试时，电池片放置的方位不同，碱法制备的单晶硅放置时其基底与参考面有一个很大的夹角，而酸法制备的多晶硅放置时其基底平行于参考面。换句话说，即要求在对两种不同表面制绒结构的太阳电池的减反膜进行检测时，需要更换不同结构的样品台。针对不同的晶体硅改变样品台与参考平面的倾斜角度以使其符合测试需求。在实际检测中，比如，在太阳电池的生产线上，需要对不同类型(单晶、多晶)的太阳电池进行检测，这就要求样品台能够适合这种变化的场合，并且要求在更换样品台时操作简单、节约时间、准确度高、重复性好。

为了满足以上的需求，现有方法有：(1)在椭偏测量系统中设计倾斜角度不同的样品台，根据不同样品的测试需求，通过拆卸样品台的方式更换所需样品台，所述倾斜角度指：样品台的台面与参考面所夹的锐角。这种方法在椭偏测量系统中应用较为普遍，但其缺点在于样品台的拆卸过程繁琐、更换速度慢且不便于保管拆卸下来的样品台，更换完新的样品台后，整个仪器的样品台在安装的过程中准确度和重复性均没法保证，需要重新校准；(2)在椭偏测量系统中实现了不用拆卸样品台的方式，即安装两套不同倾斜角度的样品台，如图1所示，这两套样品台之间用电动(手动)导轨连接，当需要用哪个倾斜角度的样品台时，则通过导轨把样品台移到安装位置，另一台则移出该安装位置，但这种通过移动导轨的方式更换不同种类的样品台，速度比较慢且占用空间比较大，准确度和重复性也很难保证。由此可见，在椭偏测量系统中，现有的用于椭偏仪中晶体硅太阳电池样品台存在的问题是：(1)结构复杂；(2)更换繁琐；(3)定位方法繁琐，时间长；(4)重复性不易保证。这对于工业生产领域中频繁更换太阳电池种类(多晶和单晶)的场合，会花费大量的时间。难以同时满足不同样品在测试过程中快速、准确、简单的更换不同的样品台。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、操作简捷、更换迅速、重复性定位精度高的用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台，其同时满足对单晶和多晶太阳电池检测的需求，提高了测试的效率。

为实现上述目的，本实用新型一种用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台，包括方位调节台和设置在其上的台面，方位调节台和台面之间还设置有台面连接件，该台面连接件上设置有两个用于承载台面的定位面，该两个定位面之间设置有54.7°±5°的夹角。

进一步，两个所述定位面包括一个水平面和一个倾斜面。

进一步，所述水平面和倾斜面上均设置有定位装置和连接装置，所述台面的背面设置有与定位装置相适配的定位结构、与连接装置相适配的连接结构。

进一步，所述定位装置包括圆柱端面配合平面结构、倒三角形定位结构、半圆形定位结构。

进一步，所述连接装置包括设置在其上的磁铁或连接插柱。

进一步，所述台面上设置有安装待测样品的定位部。

进一步，所述方位调节台上设置有在水平面X和Y方向平移、沿垂直的Z方向平移、以及俯仰两个转角调节的活动件。

本实用新型一种用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台，在检测不同类型的样品时，只需要把台面连接并定位到台面连接件上的相应平面上，即可实现对不同类型(单晶、多晶)的太阳电池的检测，以达到操作简捷、更换迅速、重复性定位精度高、测试效率高的要求。

附图说明

图1为现有技术中样品台的结构示意图；

图2为本实用新型中台面连接件的结构示意图；

图3为实施例1结构示意图；

图4为实施例1中另一使用状态结构示意图；

图5为在台面中设置定位孔的结构示意图。

具体实施方式

如图3、图4所示，本实用新型一种用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台，包括三部分：用于调节台面的方位的方位调节台1、用于承载样品的台面31以及用于连接方位调节台1和台面的台面连接件2。

方位调节台1，其上设置有在水平面X和Y方向平移、沿垂直的Z方向平移、以及俯仰两个转角调节的活动件，该活动件可以对样品方位进行调节，包括分别沿水平面的X和Y方向的平移，沿垂直的Z方向的平移，以及样品俯仰调节的两个转角，保证待测样品(晶体硅或者平的镜面反射式的块状或薄膜层构材料)的待测面在测试过程中满足检测面与参考面重合的测试要求。实际应用中，方位调节台1也可整体设置为固定式结构，以满足特定的要求。

台面连接件2，具有两个定位面：一个水平面5和一个倾斜面6，两个定位面之间设置有范围为54.7°±5°的夹角。水平面5和倾斜面6上均设置有定位装置和连接装置，台面31的背面设置有与定位装置和连接装置相适配的定位结构和连接结构，定位装置和定位结构之间采用机械配合的方式，可以采用圆柱端面配合平面的定位方式、倒三角形的定位方式、半圆形的定位方式等，实现台面连接件2与台面31的定位；连接装置和连接结构可以采用磁极相吸的方式、插柱的方式等，保证台面31和台面连接件2之间的接触面接触牢靠，防止台面31从倾斜面上滑落。

台面31，其为一具有平面的机械件，并具有与上述台面连接件2相匹配的具有定位、连接作用的孔及零件，同时其上台面31上设置有安装待测样品的定位部，可以实现单晶硅的金字塔上待检测的锥面与参考面重合。

本实用新型一种用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台的工作原理如下：

当检测单晶硅太阳电池时，必须满足检测面与参考面重合，所需结构如图3所示；当检测多晶硅太阳电池时，需要台面31与参考面平行，所需结构如图4所示；因此在检测不同类型的样品时，只需要把台面31连接并定位到台面连接件2上的相应定位面上，如若对单晶硅太阳电池进行测试时，则将台面31放置在台面连接件2中的与参考面成一定夹角的倾斜面6上，如若对多晶硅太阳电池进行测试时，则将台面31放置在台面连接件2中的与参考面平行的水平面5上，即可实现对不同类型(单晶、多晶)的太阳电池的检测。

实施例1

如图3所示，其表征的是对多晶硅太阳电池或平的镜面反射式的块状或薄膜层构材料的测试样品台；图4表征的是对单晶硅太阳电池的测试样品台。

该系统的结构为：在椭偏仪中测试点的正下方从下向上依次安装方位调节台1、台面连接件2、台面31以及待测样品4。

在上述装置中，调节台1，可以进行样品方位的调节，包括分别沿水平面的X和Y方向的平移，沿垂直的Z方向的平移，以及样品俯仰调节的两个转角，保证待测样品(晶体硅或者平的镜面反射式的块状或薄膜层构材料)的待测面在测试过程中满足检测面与参考面重合的测试要求。

台面连接件2是一块具有一定夹角的机械件，夹角为54.7°，其上有圆柱端面配合平面的定位结构，其与台面31相接触的面上嵌有磁钢，利用磁极相吸的原理实现台面连接件2与台面31的牢固连接，其上的定位结构可以保证台面可以准确、快速的与其安装，只需要把台面31连接并定位到台面连接件2上的相应平面上，便可以实现对不同类型(单晶、多晶)的太阳电池的检测。

台面31是一具有平面的机械件，并具有与上述台面连接件2相匹配的具有定位、连接作用的孔及磁钢，同时在其下端留有与晶体硅太阳电池限位柱32相配合的孔，可以将晶体硅太阳电池限位柱32直接插入孔中，来实现定位晶体硅太阳电池放置方位的结构。

所述晶体硅太阳电池限位柱32，是在测试单晶硅过程中使用的4个具有凸台结构的圆柱体，其中凸台是用来定位晶体硅太阳电池限位柱32的插入位置，把它插入台面31中的定位孔中，便可以实现针对单晶硅电池放置方位的定位作用。其中所述的台面31中的定位孔33，共有4个，如图5所示，此4个定位孔33对称分布在台面中心线的两侧，且两侧2个孔之间连线的夹角为90度。

当需要对不同类型(单晶、多晶)的太阳电池检测时，采用如下的方法步骤：直接向上抬起台面31，把台面31连接并定位到台面连接件2上的相应定位面上即可，如若对单晶硅太阳电池进行测试时，则将台面31放置在台面连接件2中的与参考面成一定夹角的定位面上，如若对多晶硅太阳电池进行测试时，则将台面31放置在台面连接件2中的与参考面平行的定位面上。

实施例2

用于椭偏仪中的晶体硅太阳电池样品台的基本结构的示意图依然如图3和图4所示。

除了把具有定位作用的圆柱端面配合平面的结构改成倒三角形的结构外，其它与实施例1中相同，其原理及校准方法的步骤同实施例1。

实施例3

用于椭偏仪中的晶体硅太阳电池样品台的基本结构的示意图依然如图3和图4所示。

除了把具有定位作用的倒三角形的结构改成半圆柱形外，其它与实施例1中相同，其原理及校准方法的步骤同实施例1。

实施例4

用于椭偏仪中的晶体硅太阳电池样品台的基本结构的示意图依然如图3和图4所示。

除了把晶体硅太阳电池限位柱5去掉，增加台面2自身的定位功能，如在其下端在加工过程中保留一定角度的凸台，以便定位单晶硅太阳电池；该凸台上与单晶硅太阳电池相接触的两个平面相互垂直，且对称分布在台面31中心线的两侧。除此以外，其它与实施例1中相同，其原理及校准方法的步骤同实施例1。

实施例5

用于椭偏仪中的晶体硅太阳电池样品台的基本结构的示意图依然如图3和图4所示。

除了把台面31和台面连接件2之间的利用磁极相吸的连接方式去掉，换成是台面31上加工相应的定位孔，其中所述的台面31中的定位孔，共有4个，如图5所示，此4个定位孔对称分布在台面中心线的两侧，且4个孔之间的夹角为90度，台面连接件2上加工相配合的插柱，其它与实施例1中相同，其原理及校准方法的步骤同实施例1。

Claims (7)

1.一种用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台，其特征在于，该样品台包括方位调节台和设置在其上的台面，方位调节台和台面之间还设置有台面连接件，该台面连接件上设置有两个用于承载台面的定位面，该两个定位面之间设置有54.7°±5°的夹角。

2.如权利要求1所述的用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台，其特征在于，两个所述定位面包括一个水平面和一个倾斜面。

3.如权利要求2所述的用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台，其特征在于，所述水平面和倾斜面上均设置有定位装置和连接装置，所述台面的背面设置有与定位装置相适配的定位结构、与连接装置相适配的连接结构。

4.如权利要求3所述的用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台，其特征在于，所述定位装置包括圆柱端面配合平面结构、倒三角形定位结构、半圆形定位结构。

5.如权利要求3所述的用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台，其特征在于，所述连接装置包括设置在其上的磁铁或连接插柱。

6.如权利要求1所述的用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台，其特征在于，所述台面上设置有安装待测样品的定位部。

7.如权利要求1所述的用于椭偏仪中晶体硅太阳电池检测的样品台，其特征在于，所述方位调节台上设置有在水平面X和Y方向平移、沿垂直的Z方向平移、以及俯仰两个转角调节的活动件。

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