DE202010013083U1

DE202010013083U1 - Vorrichtung zur Schichtcharakterisierung

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Publication number: DE202010013083U1
Application number: DE202010013083U
Authority: DE
Original assignee: Roth and Rau AG
Current assignee: Audiodev De GmbH; Meyer Burger Germany GmbH
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2020-12-09

Abstract

Vorrichtung (1) zur gleichzeitigen Schichtdicken- und Brechungsindexbestimmung wenigstens einer auf wenigstens einem texturierten Solarzellenhalbfabrikat (2) ausgebildeten Schicht (3), wobei die Vorrichtung eine Lichtquelle (9), eine Messeinheit (4) mit einem Beleuchtungskopf (7) zur Aussendung eines mehrfarbigen unpolarisierten Lichtstrahls (10) und einen Lichtempfänger (6) zum Empfang von an dem Solarzellenhalbfabrikat (2) reflektierten und/oder gestreuten Licht (11) aufweist, wobei die Längsachsen des Beleuchtungskopfes (7) und des Lichtempfängers (6) in einer Messebene (M) liegen, dadurch gekennzeichnet, dass am oder im Lichtempfänger (6) ein aus unbeweglichen Teilen aufgebauter optischer Polarisationsteiler (13) zum Trennen des empfangenen Lichtes (11) in zwei unterschiedlich polarisierte Lichtstrahlen (14, 15) angeordnet ist; der Lichtempfänger (6) zwei zeitgleich auslesbare Spektrometer (20, 21) aufweist; und die Messebene (M) zur Oberflächennormalen (23) des Solarzellenhalbfabrikates (2) um einen Kippwinkel (γ) gekippt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Schichtdicken- und Brechungsindexbestimmung wenigstens einer auf einem texturierten Solarzellenhalbfabrikat ausgebildeten Schicht, wobei die Vorrichtung eine Lichtquelle, eine Messeinheit mit einem Beleuchtungskopf zur Aussendung eines mehrfarbigen unpolarisierten Lichtstrahls und einen Lichtempfänger zum Empfang von an dem Solarzellenhalbfabrikat reflektierten und/oder gestreuten Licht aufweist, wobei die Längsachsen des Beleuchtungskopfes und des Lichtempfängers in einer Messebene liegen.
Messgeräte der genannten Gattung sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise können die beschichteten Solarzellenhalbfabrikate mit einem Scheinwerfer beleuchtet werden und das optische Erscheinungsbild der Solarzellenhalbfabrikate kann mit einer Kamera erfasst werden, wobei aus den von der Kamera ermittelten Bildern per Bildverarbeitung eine optische Dicke der hergestellten Schicht grob bestimmt werden kann. Ein solches Verfahren kann die optische Schicht aber nicht mit der Genauigkeit charakterisieren, die für eine Qualitätskontrolle in der Produktion erforderlich ist.
Zur Qualitätskontrolle während der Fertigung und zur Anlagenkontrolle werden üblicherweise spezielle optische Messgeräte wie Ellipsometer und dafür geeignete spezielle Substrate, wie beispielsweise polierte Wafer, eingesetzt. Ein Ellipsometer kann zwar die zur Charakterisierung einer optischen Schicht, wie beispielsweise einer Siliziumnitridantireflexionsschicht auf einem Solarzellensubstrat, erforderlichen optischen Konstanten, das heißt Dicke, Brechungsindex und bei manchen Schichten einen Extinktionsindex, präzise bestimmen. Die Messung an nicht texturierten, das heißt sehr rauen Solarzellenhalbfabrikaten, ist in der Regel schwierig und erfordert gewisse zusätzliche Komponenten am Ellipsometer. Für monokristalline texturierte Substrate wird beispielsweise ein spezieller Substrathalter benötigt, der die Solarzellen relativ zum Messstrahl verkippt. Alternativ können zur Messung der Beschichtung gesonderte Messsubstrate, wie beispielsweise polierte Solarzellenwafer, beschichtet werden.
Gebräuchliche Ellipsometer sind eigenständige Messgeräte, die hinsichtlich ihrer Verarbeitungsgeschwindigkeit nur zur Messung von Stichproben geeignet sind. Eine Abweichung von idealen Messbedingungen durch eine raue Oberfläche und/oder durch bewegte Substrate führt zu einer Verschlechterung der Messgenauigkeit. Um von solchen schwierig zu messenden Proben genaue Messergebnisse zu erhalten, sind aufwändigere Messverfahren erforderlich. Beispielsweise kann statt der monochromen Ellipsometrie, bei der als Lichtquelle ein monochromer Laser eingesetzt wird, ein spektrokopisches Ellipsometer verwendet werden, bei dem ellipsometrische Messungen bei verschiedenen Lichtwellenlängen durchgeführt werden. Eine spektroskopische Elipsometermessung ist aufwändiger und nimmt häufig viel Zeit in Anspruch.
Aus der Druckschrift US 6,384,916 B1 ist auch ein Spektralellipsometer bekannt, bei dem multichromes, an einer Probe reflektiertes Licht durch entsprechende Filter in fünf Komponenten, eine Intensitätskomponente, eine Komponente mit p-polarisiertem Licht, eine Komponente mit s-polarisiertem Licht und zwei Komponenten für links- und rechtsdrehendes zirkular polarisiertes Licht, zerlegt wird. Die Filter kommen ohne bewegte Teile aus und die aufgeteilten Lichtstrahlkomponenten werden über Lichtfaserverbindungen an fünf zeitgleich arbeitende Spektrometer geleitet. Die Spektrometer sind auf Beugungsgittern basierende Mehrkanalspektrometer oder Fotodiodenarrays, die ein komplettes Spektrum in kurzer Zeit, beispielsweise in 5 ms, aufnehmen können. Mit diesem Messgerät ist eine schnelle und umfassende Charakterisierung von verschiedenen Proben in einer Beschichtungsanlage möglich. Dieses Messgerät ist jedoch sehr komplex aufgebaut und mit entsprechend hohen Kosten verbunden.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache, zuverlässige und schnelle Messmöglichkeit zur Charakterisierung der Schichtdicke sowie der Brechzahl von wenigstens einer auf einem texturierten Solarzellensubstrat abgeschiedenen Schicht vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung gelöst, bei welcher am oder im Lichtempfänger ein aus unbeweglichen Teilen aufgebauter optischer Polarisationsteiler zum Trennen des empfangenen Lichtes in zwei unterschiedlich polarisierte Lichtstrahlen angeordnet ist; der Lichtempfänger zwei zeitgleich auslesbare Spektrometer aufweist; und die Messebene, in welcher die Längsachsen des Beleuchtungskopfes und des Lichtempfängers liegen, zur Oberflächennormalen des Solarzellenhalbfabrikates um einen Kippwinkel gekippt ist.
Mit dieser Vorrichtung, die durch die Verwendung von unpolarisiertem Licht und von nur zwei Lichtempfängern für zwei Polarisationen relativ einfach und kostengünstig aufgebaut ist, kann die gestellte Aufgabe überraschenderweise bereits gelöst werden. Durch die Verwendung ausschließlich unbeweglicher Teile weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen einfachen Aufbau und eine große Robustheit auf. Durch die Nutzung von zwei zeitgleich auslesbaren Spektrometern wird eine gleichzeitige Messung von senkrecht und parallel polarisiertem Licht in kürzester Zeit möglich. Durch die schnelle Messung kann in einer verfügbaren Zeit eine Vielzahl von Messungen ausgeführt werden. Dadurch wird eine umfassende Charakterisierung des Beschichtungsergebnisses in der Beschichtungsanlage ermöglicht.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Messung von optischen Schichteigenschaften an texturierten Oberflächen möglich. An texturierten Oberflächen treten anders als an glatten Oberflächen Reflexionen in verschiedene Richtungen und Streuungen auf. Dadurch sind texturierte Oberflächen generell weniger gut zur Bestimmung optischer Schichteigenschaften geeignet als glatte Oberflächen. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zudem die Messbarkeit texturierter Oberflächen durch das Verkippen der Messebene zur Oberflächennormalen des Solarzellenhalbfabrikates um einen Kippwinkel verbessert. Durch den Kippwinkel wird die Vorrichtung an die Textur der Solarzellenhalbfabrikate angepasst und die Messgenauigkeit bei der Schichtdicke und Brechungsindexbestimmung an der ausgebildeten Schicht optimiert.
In einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung in eine Beschichtungsanlage, die zum Herstellen der wenigstens einen Schicht dient, integriert und dabei zur Messung auf allen in der Beschichtungsanlage prozessierten Solarzellenhalbfabrikaten nutzbar. Durch den einfachen, kompakten und robusten Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese dazu geeignet, direkt in einer Beschichtungsanlage verbaut zu werden. Bei einer Beschichtungsanlage ist der Durchsatz an Substraten ein wesentlicher betriebswirtschaftlicher Parameter. Beim Einsatz einer Messvorrichtung an einer Beschichtungsanlage ist es deshalb essentiell, dass der Durchsatz der Anlage nicht reduziert wird. Durch die schnelle Messung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zeitgleich ausgelesenen Spektrometern ohne Verlangsamung der Durchlaufzeit an der Beschichtungsanlage ist eine Messung auf allen Solarzellenhalbfabrikaten an wenigstens einem Messpunkt möglich. Es können auch mehrere Messpunkte pro Solarzellenhalbfabrikat aufgenommen werden, wobei bei einer feststehenden Messeinheit viele Messpunkte in einer Linie aufgenommen werden können. Es ist auch ein Abrastern mehrerer Messpunkte pro Solarzellenhalbfabrikat möglich. Dafür ist jedoch eine Bewegung der Messeinheit relativ zu den Solarzellenhalbfabrikaten nötig oder es müssen mehrere Messeinheiten verwendet werden. Für eine höhere geometrische Auflösung erfindungsgemäßer Vorrichtungen ist daher ein höherer technischer und ökonomischer Aufwand erforderlich.
In einer optionalen Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung eine von einer Beschichtungsanlage getrennte Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit als eigenständiges Messsystem ausgebildet sein. Dadurch ist die Vorrichtung unabhängig von einer Beschichtungsanlage universell beispielsweise zur Durchführung hochortsaufgelöster Messungen verwendbar.
In einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen die Solarzellenhalbfabrikate bei der Messung auf einem schon zur Beschichtung verwendeten Substratträger auf. Für die Messung ist in diesem Fall also keine mechanische Handhabung der Solarzellenhalbfabrikate erforderlich, da die Solarzellenhalbfabrikate unmittelbar nach ihrer Beschichtung und noch auf dem Substratträger aufliegend vermessen werden können. Diese Messung kann sowohl in der Beschichtungsanlage als auch außerhalb der Beschichtungsanlage erfolgen.
In einer besonders vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, dass während der Schichtdicken- und Brechungsindexbestimmung eine Relativbewegung zwischen der Messeinheit und den Solarzellenhalbfabrikaten stattfindet. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Intensitäten unterschiedlich polarisierter Lichtstrahlen miteinander verglichen. Durch die gleichzeitige Messung der unterschiedlich polarisierten Lichtstrahlen wird die Zeit als Ursache für Variationsschwankungen der Lichtintensitäten ausgeblendet. Dadurch wird eine Messung an bewegten Solarzellenhalbfabrikaten ermöglicht. Durch die Möglichkeit, die Messung auch an bewegten Solarzellenhalbfabrikaten durchzuführen, kann die Vorrichtung auch an Orten der Beschichtungsanlage vorgesehen werden, wo ein dynamischer Transport von Substraten erfolgt, wie es in einer Inline-Beschichtungsanlage der Fall ist. Dadurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders flexibel in eine Inline-Beschichtungsanlage integrierbar. Die Relativbewegung zwischen Solarzellenhalbfabrikat und Messeinheit ist jedoch kein Erfordernis für die Messung und es ist auch eine Messung ohne eine Relativbewegung möglich. Ferner kann auch eine Relativbewegung zwischen zu messendem Solarzellenhalbfabrikat und der Messeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch außerhalb einer Beschichtungsanlage angewendet werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so aufgebaut, dass die Vorrichtung wenigstens einen Lichtleiter zur Kopplung von Lichtquelle und Beleuchtungskopf undwenigstens zwei Lichtleiter zur Kopplung von Polarisationsteiler und Spektrometer aufweist. Durch Lichtleiter ist die Führung von Lichtstrahlen mit großer räumlicher Flexibilität möglich. Durch die Verwendung von Lichtleitern können Messeinheit und Lichtquelle und/oder Messeinheit und Spektrometer räumlich voneinander getrennt werden und der mechanische Aufbau der gesamten erfindungsgemäßen Vorrichtung kann an die gegebenen räumlichen Randbedingungen in der Beschichtungsanlage angepasst werden. Bei günstigen räumlichen Gegebenheiten kann jedoch auch auf einen oder auf alle Lichtleiter verzichtet werden.
In einer günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Lichtquelle eine Halogenlampe. Zur gleichzeitigen Messung von Schichtdicke und Brechungsindex der Schicht unter ungünstigen Umständen, wie der texturierten Oberfläche der Solarzellenhalbfabrikate, ist es von Vorteil, das Messergebnis durch mehrere Messungen zu konsolidieren. Bei Verwendung mehrerer Lichtwellenlängen kann jede Lichtwellenlänge für eine Teilmessung verwendet werden. Eine Halogenlampe strahlt ein kontinuierliches Spektrum verschiedener Lichtwellenlängen und damit eine hohe Anzahl verfügbarer Lichtwellenlängen in einem Spektralbereich zwischen UV- und infrarotem Licht aus. Das Spektrum der Halogenlampe weist zudem eine Ähnlichkeit mit dem Spektrum von Sonnenlicht auf, dem die später fertig gestellte Solarzelle zur Energiegewinnung ausgesetzt ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Polarisationsfilter ein Teiler für s- und p-polarisiertes Licht. S- und p-polarisiertes Licht weisen vor allem bei flachem Lichteinfall ein sehr unterschiedliches Reflexionsverhalten auf. Zudem ist die Behandlung von s- und p-polarisiertem Licht in Berechnungsmodellen relativ einfach handhabbar. Somit sind Messwerte von der Reflexion s- und p-polarisierten Lichts günstige Werte für eine schnelle und genaue Berechnung von den gewünschten Messergebnissen.
Es ist ferner von Vorteil, wenn in der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Spektrometer CCD- oder Diodenzeilenspektrometer eingesetzt werden. In CCD- oder Diodenzeilenspektrometern werden unterschiedliche Lichtwellenlängen gleichzeitig in Abhängigkeit von einer räumlichen Position des Lichtes auf der CCD- oder Diodenzeile gemessen. Durch die gleichzeitige Messung des gesamten Spektrums ist eine deutlich schnellere Messung möglich als bei Spektrometern, bei denen das Spektrum zeitabhängig mit einem Empfänger gemessen wird.
Es hat sich zudem als günstig erwiesen, wenn in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Spektrometer Teil eines Mehrkanalspektrometers sind. Durch die Anordnung beider Spektrometer in einem Mehrkanalspektrometer können Aufbaukosten und Raumbedarf für die Spektrometer minimiert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der Beleuchtungskopf und der Lichtempfänger in der Messebene winkelverstellbar, wobei die Stellung des Beleuchtungskopfes einen Einfallswinkel des Lichtstrahls auf das Solarzellenhalbfabrikat und die Stellung des Lichtempfängers einen Empfangswinkel für reflektiertes und/oder gestreutes Licht von dem Solarzellenhalbfabrikat in der Messebene bestimmt. Die Messung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt zwar typischerweise bei festen Winkeln, die für eine bestimmte Schicht und für ein bestimmtes Solarzellenhalbfabrikat mit einer bestimmten Texturierung optimiert sind. Zur Gewährleistung von flexiblen Reaktionsmöglichkeiten auf Variationen, beispielsweise in der Schicht oder in der Textur, ist es jedoch günstig, Beleuchtungskopf- und Lichtempfängerwinkel verstellbar auszubilden.
In einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der Einfallswinkel und der Empfangswinkel jeweils 54° groß. Dieser Winkel hat sich bei den verwendeten Solarzellenhalbfabrikaten als optimal erwiesen.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch eine Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Solarzellenhalbfabrikaten mit wenigstens einer Schicht gelöst, wobei die Beschichtungsanlage eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist. Durch die Ergänzung einer Beschichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf gegebenem Stellplatz für die Beschichtungsanlage eine erweiterte Funktionalität und ein entsprechend größerer Nutzen erreicht.
In einer Erweiterung der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage ist die Vorrichtung mit einer Prozessregeleinheit verbunden, mit welcher Stell- und Prozesseingangsgrößen derart regelbar sind, dass Schichtdicke und Brechungsindex der Schicht auf allen in einem Prozess beschichteten Solarzellenhalbfabrikaten innerhalb erlaubter Regelgrenzen konstant sind. In dieser Weiterbildung ist die Vorrichtung zum Messen der Beschichtungsergebnisse in die Regelung des Beschichtungsprozesses mit eingebunden. Damit werden die Messergebnisse direkt ihrem Zweck der Prozessregelung zugeführt und der Nutzen der Messung wird ohne Verzögerung realisiert.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile sollen im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert werden, wobei
1 schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Frontansicht zeigt;
2 schematisch eine Seitenansicht eines Teils einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt; und
3 schematisch die Reflexion und Streuung an einem mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemessenen texturierten Solarzellenhalbfabrikat zeigt.
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die zur Charakterisierung einer Beschichtung auf einem texturierten Solarzellenhalbfabrikat 2 dient. Insbesondere dient die Vorrichtung 1 dazu, die Schichtdicke und den Brechungsindex einer Schicht 3 zu bestimmen, die auf dem Solarzellenhalbfabrikat 2 abgeschieden wurde. Die Schicht 3 kann im einfachsten Fall eine homogene Einzelschicht sein. Sie kann aber auch eine Einzelschicht mit inhomogenen, beispielsweise über die Dicke variierenden Eigenschaften oder ein Stapel von mehreren Teilschichten sein.
Das Solarzellenhalbfabrikat 2 ist eine in der Herstellung befindliche Solarzelle, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus kristallinem Silizium ausgebildet ist, wobei die zum Lichtempfang vorgesehene Oberfläche des Solarzellenhalbfabrikats 2 zur Vergrößerung der Oberfläche und zur Maximierung des solaren Wirkungsgrades texturiert ist. Die Eigenschaften der Textur werden sowohl von den anisotropen Eigenschaften des verwendeten Substrates als auch von den anisotropen Eigenschaften der Textur erzeugenden Bearbeitungsschritte beeinflusst. Es können jedoch auch andere Substrate erfindungsgemäß zum Einsatz kommen.
Die auf dem texturierten Solarzellenhalbfabrikat 2 abgeschiedene Schicht 3 ist in dem gezeigten Beispiel eine Antireflexionsschicht, wie beispielsweise eine Siliziumnitridschicht, die im Einsatz der Solarzelle die Reflexion von Sonnenlicht minimieren und den solaren Ertrag entsprechend maximieren soll. Als Antireflexionsschicht bzw. als gemäß der vorliegenden Erfindung zu messende Schicht 3 kann jedoch auch eine andere Schicht oder Schichtfolge verwendet werden.
Die Vorrichtung 1 weist eine Messeinheit 4 sowie eine Lichtquelle 9 und zwei Spektrometer 20 und 21 auf. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl die Lichtquelle 9 als auch die Spektrometer 20 und 21 über Lichtleiterkabel 8, 18 und 19 in die Vorrichtung 1 eingebunden. Das Licht aus der Lichtquelle 9 wird über den Lichtleiter 8 und einen Beleuchtungskopfanschluss 7 in einen Beleuchtungskopf 5 geleitet, aus welchem ein mehrfarbiger und unpolarisierter Lichtstrahl 10 auf die Oberfläche des texturierten Solarzellenhalbfabrikates 2 strahlt. An dem Solarzellenhalbfabrikat 2 wird der Lichtstrahl 10 reflektiert und gestreut und zumindest teilweise von dem Lichtempfänger 6 empfangen.
In dem Lichtempfänger 6 wird das reflektierte und gestreute Licht 11 durch eine Optik 12 einem Polarisationsteiler 13 zugeführt. Der Polarisationsteiler 13 teilt das empfangene Licht 11 in zwei unterschiedlich polarisierte Lichtstrahlen 14 und 15 auf. Die Lichtstrahlen 14 und 15 enthalten in dem dargestellten Ausführungsbeispiel s- und p-polarisiertes Licht. Die Lichtstrahlen 14 und 15 werden über Empfängeranschlüsse 16 und 17 in die Lichtleiter 18 und 19 eingeleitet und über die Lichtleiter 18 und 19 den Spektrometern 20 und 21 zugeleitet. Die Spektrometer 20 und 21 sind über eine elektronische Schaltung 22 miteinander gekoppelt, wobei die elektronische Schaltung 22 sicherstellt, dass die Messsignale synchron ausgelesen und ausgewertet werden.
Der Beleuchtungskopf 5 und der Lichtempfänger 6 sind in der Messeinheit 4 so angeordnet, dass ihre Längsachsen in einer Messebene M liegen, wobei die Messebene M außerhalb der Darstellungsebene von 1 liegt und daher hier nicht darstellbar ist. In der Messebene M hat der einfallende Lichtstrahl 10 einen Einfallswinkel α auf dem texturierten Solarzellenhalbfabrikat 2 und die Längsachse des Lichtempfängers 6 hat einen Empfangswinkel β zur Oberfläche des texturierten Solarzellenhalbfabrikates 2.
In 2 ist ein Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer Seitenansicht dargestellt, in welcher die Messebene M angeschnitten und somit sichtbar ist. Die Messeinheit 4 ist der Messebene M zugeordnet, wobei die Längsachse des Beleuchtungskopfes 5 und die Empfangsachse des Lichtempfängers 6 in der Messebene M liegen. Die Messebene M ist in einem Kippwinkel γ zur Oberflächennormale 23 des Solarzellenhalbfabrikates 2 gekippt.
3 zeigt schematisch einen stark vergrößert dargestellten Ausschnitt aus der texturierten Oberfläche eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gemessenen Solarzellenhalbfabrikates 2. In diesem Beispiel ist die Texturierung der Oberfläche des Solarzellenhalbfabrikates 2 durch nasschemische Behandlung einer kristallinen Siliziumoberfläche hergestellt, wobei Facetten des Siliziumeinkristalls Pyramiden 24 ausbilden. Vom Beleuchtungskopf 5 der Vorrichtung 1 wird ein Lichtstrahl 10 ausgesendet. Dabei wird Licht, das auf Kristallfacetten 25 fällt, die dem Beleuchtungskopf 5 zugewandt sind, Richtung Beleuchtungskopf 5 zurückreflektiert. Licht aus dem Lichtstrahl 10, das hingegen streifend auf eine Kristallfacette 26 einfällt, wird hingegen Richtung Lichtempfänger 6 reflektiert. Durch die raue Oberfläche wird das Licht zusätzlich an Streuzentren 27 gebeugt und in verschiedene Richtungen gestreut. Die Positionen von Beleuchtungskopf 5 und Lichtempfänger 6 sind dabei in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 so angeordnet, dass am Empfangsort eine bestmögliche Auswertbarkeit der Schichtdicke und des Brechungsindex der Schicht 3 erreicht wird. Die optimalen Winkel hängen dabei von der konkreten Textur der Solarzellenhalbfabrikate 2 ab. Für kristalline Siliziumsubstrate wurden als optimale Winkel für α und β 54° ermittelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6384916 B1 [0005]

Claims

Vorrichtung (1) zur gleichzeitigen Schichtdicken- und Brechungsindexbestimmung wenigstens einer auf wenigstens einem texturierten Solarzellenhalbfabrikat (2) ausgebildeten Schicht (3), wobei die Vorrichtung eine Lichtquelle (9), eine Messeinheit (4) mit einem Beleuchtungskopf (7) zur Aussendung eines mehrfarbigen unpolarisierten Lichtstrahls (10) und einen Lichtempfänger (6) zum Empfang von an dem Solarzellenhalbfabrikat (2) reflektierten und/oder gestreuten Licht (11) aufweist, wobei die Längsachsen des Beleuchtungskopfes (7) und des Lichtempfängers (6) in einer Messebene (M) liegen, dadurch gekennzeichnet, dass am oder im Lichtempfänger (6) ein aus unbeweglichen Teilen aufgebauter optischer Polarisationsteiler (13) zum Trennen des empfangenen Lichtes (11) in zwei unterschiedlich polarisierte Lichtstrahlen (14, 15) angeordnet ist; der Lichtempfänger (6) zwei zeitgleich auslesbare Spektrometer (20, 21) aufweist; und die Messebene (M) zur Oberflächennormalen (23) des Solarzellenhalbfabrikates (2) um einen Kippwinkel (γ) gekippt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) in einer Beschichtungsanlage zum Herstellen der wenigstens einen Schicht (3) integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine von einer Beschichtungsanlage getrennte Vorrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) für eine Schichtdicken- und Brechungsindexbestimmung während einer Relativbewegung zwischen der Messeinheit (4) und dem wenigstens einen Solarzellenhalbfabrikat (2) nutzbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Solarzellenhalbfabrikat (2) in der Vorrichtung (1) bei der Schichtdicken- und Brechungsindexbestimmung auf einem schon zur Beschichtung verwendeten Substratträger aufliegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) wenigstens einen Lichtleiter (8, 18, 19) zur Kopplung von Lichtquelle (9) und Beleuchtungskopf (5) undwenigstens zwei Lichtleiter zur Kopplung von Polarisationsteiler (13) und Spektrometer (20, 21) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (9) eine Halogenlampe ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsteiler (13) ein Teiler für s- und p-polarisiertes Licht ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spektrometer (20, 21) CCD- oder Diodenzeilenspektrometer sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spektrometer (20, 21) Teil eines Mehrkanalspektrometers sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungskopf (5) und der Lichtempfänger (6) in der Messebene (M) winkelverstellbar sind, wobei die Stellung des Beleuchtungskopfes (5) einen Einfallswinkel (α) des Lichtstrahls (10) auf das Solarzellenhalbfabrikat (2) und die Stellung des Lichtempfängers (6) einen Empfangswinkel (β) für reflektiertes und/oder gestreutes Licht (11) von dem Solarzellenhalbfabrikat (2) in der Messebene (M) bestimmt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einfallswinkel (α) des Lichtstrahls (10) auf das Solarzellenhalbfabrikat (2) und ein Empfangswinkel (β) für reflektiertes und/oder gestreutes Licht (11) von den Solarzellenhalbfabrikat (2) jeweils 54° groß sind.
Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Solarzellenhalbfabrikaten (2) mit wenigstens einer Schicht (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsanlage eine Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mit einer Prozessregeleinheit verbunden ist, mit welcher Stell- und Prozesseingangsgrößen derart regelbar sind, dass Schichtdicke und Brechungsindex der Schicht (3) auf allen in einem Prozess beschichteten Solarzellenhalbfabrikaten (2) innerhalb erlaubter Regelgrenzen konstant sind.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils eine Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12 von oben, von unten und/oder von oben und unten gegenüber dem Substratträger mit wenigstens einem Solarzellenhalbfabrikat (2) bei der Schichtdicken- und Brechungsindexbestimmung befindet.