JP2003511861A - 光起電性素子における製造エラーを局所化する装置 - Google Patents
光起電性素子における製造エラーを局所化する装置Info
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Abstract
Description
な電荷担体を搬送する電気伝導体を配置することによって実質的に形成された光
起電性素子内の製造エラーを局所化(localize)するための装置に関する。
リコンの層から組み立てられる結晶シリコンの太陽電池である。この太陽電池で
は、銀含量が多い材料の金属被覆パターンが、スクリーンプリンティング技術を
用いて、入射太陽光を受ける側(前面若しくは表面)に設けられ、その反対側(
後面若しくは背面)は、例えば、アルミニウムの導電層(いわゆる背面金属被覆
)によって全面的にカバーされている。この金属被覆パターンは、例えば、比較
的細いライン(いわゆるフィンガ)のシステムと、それに接続された比較的広い
ライン(いわゆるバスバー)のシステムとから構成されている。製造時には、製
造エラーは、例えば、フィンガの中、フィンガの間、バスバーの間又は一方の背
面の金属被覆と他方の半導体材料との間の接触領域の中、又は半導体材料それ自
体の中などの、そのような光起電性素子内の種々の場所で発生する可能性がある
。これらの製造エラーにより、結果として光起電性素子の効率が減少する。製造
エラーが系統的(systematically)に発生する場合には、このことは、勿論、生
産時に大きな無駄をもたらし、結果的にコストが高くなる。
ーを局所化することができる装置を提供することである。この装置を用いること
により、系統的に発生する製造エラーを早い段階で識別することができ、系統的
なエラーの発生から結果として生ずる無駄を最小限に限定することができる。
用する場合に耐久性があり信頼性が高い装置を提供することである。
得られる。この装置は、本発明に基づいて、基板の第1の主面と電気的に接触す
ると共にこの基板に対して置き換え可能な少なくとも1つの第1の電極と、第2
の主面上の導体と電気的に接触して配列される第2の電極と、第1の主面上の第
1の電極を置き換える交換手段と、第1の主面上の第1の電極の位置の影響を受
ける少なくとも1つの第1及び第2の電極間の電圧を測定する電圧測定手段と、
基板の主面の向かい合わせの電気伝導体に対してバイアスを調整する調整手段と
を備えている。
変化を検出することができる。このように検出された、系統的に発生する電圧変
化は、検出された位置において系統的に発生された製造エラーを示している。さ
らに、このエラーを分析することができる。
かつその電圧よりも絶対値が小さいバイアスを調整することによって、半導体基
板内の局所的なエラーを簡単な方法で検出する装置が利用可能になる。そのよう
な検出を実行する場合、該当する半導体ウェーファは、完全な暗部の中に配置さ
れる。この方法が適用される装置を用いて検出することができるエラーの例とし
ては、半導体材料内の微小なクラック、半導体材料の中に過度に深く伸びた電気
伝導体、半導体材料の汚染又は半導体ウェーファのエッジを介して発生する半導
体ウェーファの2つの主面上の導体間の短絡がある。
けるように構成されており、本発明の装置は、この第1の主面の少なくとも一部
を照明する照明手段さらに備えている。
遷移の中、及び半導体基板の上側層(エミッタ)の中のエラーを簡単な方法で検
出することができる装置が利用可能になる。この方法が適用される装置を用いて
検出することができるエラーの例としては、高過ぎる抵抗又は導体内のクラック
、導体と半導体基板との間の接触不良及び半導体基板の表面内の欠陥がある。
、照明手段が光点(光スポット)を投影するように構成された実施形態では、こ
の光点の直径が2つの平行な導体間の距離よりも大きいのが好ましい。
太陽電池では平行なフィンガ間の距離は約2mm〜3mmであるため、この距離
は例えば約4mmになり、フィンガ間に光点による均一な照明が行われるが、こ
の照明によって発生する電流は比較的小さい。その結果、フィンガ及びバスバー
上の電圧勾配は無視できるぐらい小さく、またこの装置は電圧勾配に特に敏感で
ある。これらの電圧勾配は、導体と半導体基板との間の接触抵抗のバラツキ(バ
リエーション)の結果である。
好ましく、調整手段は、基板の向かい合わせの主面上の電気伝導体を短絡させる
短絡手段を含んでいる。 好ましい実施形態では、第1の電極は、2つの互いに直交する方向で基板に対
して交換可能である。
向けられると共に、接触ポイントを備えたニードルを含んでいる。ここで、接触
ポイントは、第1の主面上の電気伝導体の最小寸法よりも細い直径を有すること
が好ましい。
金、より好ましくはタングステンから製造される。タングステン製のニードルは
、太陽電池の絶縁性の反射防止層を容易に突き抜け、このようにしてこの反射防
止層の下に位置するエミッタ層と接触する利点を有している。
シリコンの太陽電池1(寸法;12.5cm×12.5cm)の正面を示してい
る。この太陽電池1は、公知のスクリーンプリンティング技術によって形成され
た平行なフィンガ2のいわゆるH形の金属被覆パターンと、導電率がフィンガ2
よりも高いコンタクト・ストリップ(バスバー)3とを含んでいる。図1には、
座標系(x,y)も示されている。
コンの層5(エミッタ)、p型シリコンの層6(ベース)、及びp+型シリコン
の層7から構築されている。向かい合わせの主面には、導体、すなわち、太陽光
を受けるように適合された一方の面(前面若しくは表面)上においてバスバー3
に接続されたフィンガ2と、向かい合わせの面のうちの他方の面(後面若しくは
背面)上のアルミニウムの平坦な層8が形成されている。前面には、反射防止の
コーティング層4が更に含まれている。光が入射すると(太陽10によって示す
)、太陽電池1は電源として使用することができるようになる。この電源では、
外部負荷9を背面の層8とバスバー3との間に接続することができ、これにより
、電流Iが流れ始める。金属製のライン2,3と太陽電池の材料(エミッタ)5
との間の接触抵抗11、金属ライン2,3の抵抗12、及びエミッタ5の抵抗1
3に符号が付けられて示されている。
ダイオード15を有する電源14、並列抵抗16、及び直列抵抗17が示されて
いる。直列抵抗17の抵抗値の大きさは、図2に示した抵抗11,12及び13
によって実質的に決定される。直列抵抗17の抵抗値の大きさに関係するフィン
ガ2及びバスバー3の抵抗12の抵抗値の大きさは、太陽電池1の設計によって
決定される。太陽電池1では、ライン幅は、通常、ライン2,3が過度に狭い場
合は抵抗が高すぎる一方、他方ではライン2,3が過度に広い場合はエミッタ層
5上のシャドー面が大きすぎる結果となることを勘案して、これらの場合におけ
るそれぞれの太陽電池の効率損失の間で最適に設定される。太陽電池1のp+型
シリコンの層7の上には背面層8が均一に形成されているので、背面層8におけ
る抵抗はあまり重要ではない。
におけるいくつかの局所的なエラー(製造エラー)が概略的に示されている。こ
れらの製造エラーには、ベース6又はエミッタ5や金属被覆ライン2内の微小ク
ラック18、ベース6の中にまで伸びるアンダーサイド19、半導体基板5,6
,7内の汚染20、及び太陽電池1のエッジを介して底部導体の背面層8に達す
るエミッタ5の相互接続21が含まれる。これらの製造エラー18〜21は、全
て、太陽電池1の並列抵抗16(図3参照)の減少(reduction)の原因になる
。
は、太陽電池1の並列抵抗16(図3参照)が減少する原因をもたらすエラーを
局所化するのに好適である。この装置は、バスバー3と背面層8との間に電圧を
印加する電源27に加えて、ニードル23を備えた測定ピン22と、測定ピン2
2用の駆動ユニット24と、ニードル23及び第2の電極31をそれぞれ介して
太陽電池1の前面(表面)2,3,5及び背面層8に接続された電圧計25と、
中央処理装置26とを有している。この図5には、ニードル23についての3つ
の相互に直交する移動方向X,Y,Z用の基準座標系も更に示されている。図示
の装置を用いて行われる並列抵抗の損失の検出は、次の如くである。太陽電池1
は、電流IL (図3参照)が発生しない暗部の中に配置される。電源27は、太
陽電池1の等価回路図のダイオード15(図3参照)が順方向に動作するような
極性で接続される。印加される電圧の値は、ダイオード電流が十分に小さくなる
ように選択される。これらの条件の下では、電流は、小さい並列抵抗がある位置
、例えば、微小クラック18の位置のみにおいて電池1を通って流れることがで
きる。そのような電流は、太陽電池1の表面の電位が局所的に減少することに起
因して流れる。この電位は、電圧計25及びニードル23を用いて測定される。
局所的な最小電圧の正確な位置は、中央処理装置26において、駆動ユニット2
4から生じるニードル23の位置に関する情報を、電圧計25で検出された電位
の数値に関係付けることによって、それ自体周知の方法に基づいて決定される。
微小クラック18が原因の極小値29を有する電位曲線28が、(X方向におけ
る)位置の関数として太陽電池1の中に概略的に描かれている。駆動ユニット2
4を用いて、ニードル23を太陽電池1の表面の上方位置に移動させ、このニー
ドル23をZ方向に沿って表面上に下降させ、次に、表示された経路30に沿っ
て所定の方向(X方向)内で連続した経路を描かせることが可能である。
の表面上でX方向の直線に沿った、すなわち、Y方向に相互距離が約2mmで伸
びるフィンガ2に直交する位置を関数としている。この曲線内の極小値Pは、当
該の電池内にエラーが、原点から約38mmの距離に存在していることを示して
いる。このエラーは、結果として並列抵抗の減少を生じる。矢印Lによって示し
た曲線内の極大値は、この経路がフィンガ2と交差する位置をニードル23が通
過することにより経路上の電位が高い値になった結果である。Y軸の連続した値
についてX方向に電位曲線をこのように測定し、それらをメモリ内に記憶するこ
とによって、それ自体周知の方法に基づいて、例えばスクリーン上の平面図の中
に、電池1のカラーのイメージを発生することが可能である。このイメージ上に
、並列抵抗を減少させた原因の太陽電池1内のエラーの位置を、局所的に発生す
るカラーの急変から直接的に識別することができる。
は、太陽電池1の直列抵抗17(図3参照)に影響するエラーの局所化に好適で
ある。この装置は、図5に示した装置とは、バスバー3と背面層8との間が短絡
される点、及び、光源36がある点が異なっている。この光源36は、2つの連
続した平行なフィンガ2の間の相互距離よりも大きい直径で、太陽電池1の表面
上に光点(光のスポット)32を投影する。図示した装置を用いて直列抵抗の損
失を検出することは、以下のように行われる。まず、太陽電池1の一部が、光源
36によって照明される。電流密度を短絡電流とビームの断面との比率から簡単
な方法で決定することができるように、光源36は、適切に設定された断面が比
較的小さいビームを太陽電池1の表面に投影する。この短絡は、太陽電池1内の
局所的な電流密度を、太陽電池1の表面の全体に亘ってできるだけ一定に保持す
るように機能する。このようにして、ほぼ一定の短絡電流が流れる。直列抵抗へ
の影響が、太陽電池1の電位の局所的な増加の原因となる。この電位は、電圧計
25及びニードル23を用いて測定される。直列抵抗への局所的な影響の正確な
位置は、中央処理装置26において、駆動ユニット24から生じるニードル23
の位置に関する情報を、電圧計25を用いて測定された電位の数値に関係付ける
ことによって、それ自体周知の方法に基づいて決定される。(記号を用いて表示
された)エミッタ抵抗13が原因の放物線状の曲線34と接触抵抗11が原因の
電位的ジャンプ35とを有する電位曲線33が、(X方向における)位置の関数
として太陽電池1の中に概略的に描かれている。図5のもとで説明した実施形態
のように、駆動ユニット24を用いて、ニードル23を太陽電池1の表面の上方
位置に移動させ、このニードルをZ方向に沿って太陽電池1の表面上に下降させ
、次に、表示された経路30に沿って所定の方向(X方向)で連続した経路を描
かせることが可能である。
の表面上でX方向の直線に沿った、すなわち、Y方向に相互距離が約2mmで伸
びるフィンガ2に直交する位置を関数としている。x=20及びx=38の値で
、それぞれ、曲線内に鋭い極小値がないときは、ニードル23とバスバー3との
間に位置する関連のフィンガ2の部分上でフィンガ2が断絶していることを示し
ている。接触抵抗11は、関連するフィンガ2上のポイントと最も近いエミッタ
5上のポイントとの間の電位ジャンプ35の大きさから、各フィンガ2に対して
決定することができる。エミッタ抵抗12は、電位曲線33の関連する放物線状
の部分34の曲率から決定することができる。Y軸の連続した値についてX方向
に電位曲線をこのように測定し、それらをメモリ内に記憶することによって、そ
れ自体周知の方法に基づいて、例えばスクリーン上の平面図の中に、太陽電池1
のカラーのイメージを発生することが可能である。このイメージ上に、直列抵抗
に影響した原因の太陽電池1内のエラーの位置を、局所的に発生するカラーの急
変から直接的に識別することができる。
ー(製造エラー)を概略的に示す斜視図である。
形態を概略的に示す斜視図である。
における局所的エラーを検出するための本発明による装置の第2の実施形態を概
略的に示す斜視図である。
な電荷担体を搬送する電気伝導体を配置することによって実質的に形成された光
起電性素子内の製造エラーを局所化(localize)するための装置に関する。この
装置は、基板の第1の主面と電気的に接触すると共にこの半導体基板に対して置
き換え可能な少なくとも1つの第1の電極と、第2の主面上の導体と電気的に接
触して配置される第2の電極と、半導体基板の主面上の向かい合わせの電気的導
体に対してバイアスを調整する調整手段とを備えている。
リコンの層から組み立てられる結晶シリコンの太陽電池である。この太陽電池で
は、銀含量が多い材料の金属被覆パターンが、スクリーンプリンティング技術を
用いて、入射太陽光を受ける側(前面若しくは表面)に設けられ、その反対側(
後面若しくは背面)は、例えば、アルミニウムの導電層(いわゆる背面金属被覆
)によって全面的にカバーされている。この金属被覆パターンは、例えば、比較
的細いライン(いわゆるフィンガ)のシステムと、それに接続された比較的広い
ライン(いわゆるバスバー)のシステムとから構成されている。製造時には、製
造エラーは、例えば、フィンガの中、フィンガの間、バスバーの間又は一方の背
面の金属被覆と他方の半導体材料との間の接触領域の中、又は半導体材料それ自
体の中などの、そのような光起電性素子内の種々の場所で発生する可能性がある
。これらの製造エラーにより、結果として光起電性素子の効率が減少する。製造
エラーが系統的(systematically)に発生する場合には、このことは、勿論、生
産時に大きな無駄をもたらし、結果的にコストが高くなる。 米国特許出願第4,464,823号では、半導体基板の上側の少なくとも1
つの半導体領域とこの少なくとも1つの半導体領域の上側の導電性の光透過材料
とを含む種類の光起電性ディバイスを貫通する短絡経路を検出及び除去するシス
テム及び方法が説明されている。開示されている装置は、太陽電池の第1の主面
と電気的に接触する第1の電極と、太陽電池の第2の主面上の導体と電気的に接
触する第2の電極とを備えている。この太陽電池は、固定された第1の電極に対
して1方向に移動されて、結果として相対的な一次元の移動が行われる。バスバ
ーとフィンガとから成る金属被覆パターン内の製造エラーから生じる短絡経路を
検出する方法は開示されていない。また、太陽電池と第1の電極との相対的な一
次元の移動により、そのような検出を可能にする方法も開示されていない。 欧州特許出願第0,087,776号では、光起電性ディバイス用の半導体基
板上の製造エラーを検出及び修復する方法及び装置が開示されている。製造エラ
ーを検出する方法には、レーザビームによって半導体表面をスキャニングするス
テップが含まれる。このレーザビームは半導体内に光電流を発生し、この電流が
一時的なオーム接触により測定装置に送られて、短絡経路を検出するために、表
面上のレーザビームの位置の関数として測定される。しかしながら、与えられた
金属被覆のバスバー及びフィンガ、並びに、任意のバスバー及びフィンガの下側
の面のような、光起電性効果に寄与しない半導体上の位置において短絡経路を検
出することは本質的に不可能である。開示された方法は、半導体基板内の局所的
なエラーを検出するために、完全な暗部の中で測定を行うように使用することは
できない。
得られる。この装置は、本発明に基づいて、第1の主面上の第1の電極を2つの
相互に直交する方向に置き換える交換手段と、第1の主面上の第1の電極の位置
の影響を受ける少なくとも1つの第1及び第2の電極間の電圧を測定する電圧測
定手段とを備えている。
好ましく、調整手段は、半導体基板の向かい合わせの主面上の電気伝導体を短絡
させる短絡手段を含んでいる。
Claims (10)
- 【請求項1】 ウェーファの形式の半導体基板(5,6,7)の向かい合わ
せの主面上に、電気的な電荷担体を搬送する電気伝導体(2,3,8)を配置す
ることによって実質的に形成された光起電性素子(1)内の製造エラーを局所化
する装置であって、 前記半導体基板の第1の主面に電気的に接触すると共に、前記半導体基板に対
して置き換え可能な少なくとも1つの第1の電極(23)と、 前記半導体基板の第2の主面上の導体(8)と電気的に接触して配置される第
2の電極(31)と、 前記第1の主面上の前記第1の電極(23)を置き換えるための交換手段(2
4)と、 前記第1の主面上における前記第1の電極(23)の位置に応じて変化する、
少なくとも1つの第1の電極(23)及び第2の電極(31)の間の電圧を測定
する電圧測定手段(25)と、 前記半導体基板の向かい合わせの主面上の電気伝導体(2,3,8)に対する
バイアスを調整する調整手段(27)と、 を備えることを特徴とする装置。 - 【請求項2】 前記第1の主面が、入射光を受けるように構成されており、
前記第1の主面の少なくとも一部を照明する照明手段(36)を更に含むことを
特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 前記照明手段(36)が、前記配置された電気伝導体(2)
が互いにほぼ平行となるように延びている前記半導体基板の前記第1の主面上に
光点(32)を投影するように構成されており、前記光点(32)の直径が前記
2つの平行な導体(2)間の距離よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載
の装置。 - 【請求項4】 前記照明手段(36)が、約4mmの直径の光点を前記第1
の主面上に投影するように構成されていることを特徴とする請求項2又は3に記
載の装置。 - 【請求項5】 前記バイアスがゼロの値を有し、前記調整手段(27)が、
前記基板の前記向かい合わせの主面上の前記電気伝導体(3,8)を短絡させる
短絡手段を備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の装置。 - 【請求項6】 前記第1の電極(23)が、前記半導体基板上で相互に直交
する2つの方向に置き換え可能であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか
1項に記載の装置。 - 【請求項7】 前記第1の電極が、前記半導体基板のほぼ直交する方向に向
けられ、かつ、接触ポイントを備えたニードルを含むことを特徴とする請求項1
乃至6の何れか1項に記載の装置。 - 【請求項8】 前記接触ポイントの直径が、前記第1の主面上の前記電気伝
導体(2)の最小寸法よりも小さいことを特徴とする請求項7に記載の装置。 - 【請求項9】 前記ニードル(23)が、実質的に銅−ベリリウム合金から
製造されることを特徴とする請求項7又は8に記載の装置。 - 【請求項10】 前記ニードル(23)が、実質的にタングステンから製造
されることを特徴とする請求項7又は8に記載の装置。
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