JP6716374B2 - Band gap measuring method and band gap measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、バンドギャップ測定方法、バンドギャップ測定装置に関する。 The present invention relates to a band gap measuring method and a band gap measuring device.

太陽電池のバンドギャップの面内分布は、品質の面から均一であることが好ましい。例えば、結晶系シリコン太陽電池のバンドギャップの面内分布は、1.1eV〜1.2eVでほぼ一定である。一方、化合物系太陽電池の場合、その面内で均一の組成構造を有することは難しく、よってバンドギャップの面内分布にはばらつきがある。そのため、太陽電池のバンドギャップの面内分布を調べることで、太陽電池が良品であるのかどうかや、太陽電池が所望の組成構造を有するのかどうか等を知ることができる。 The in-plane distribution of the band gap of the solar cell is preferably uniform in terms of quality. For example, the in-plane distribution of the band gap of the crystalline silicon solar cell is 1.1 eV to 1.2 eV, which is almost constant. On the other hand, in the case of a compound solar cell, it is difficult to have a uniform composition structure in the plane, and therefore, the in-plane distribution of the band gap varies. Therefore, by examining the in-plane distribution of the band gap of the solar cell, it is possible to know whether or not the solar cell is a good product, whether the solar cell has a desired composition structure, and the like.

太陽電池のバンドギャップを調べる方法として、PL(Photoluminescence)法がある。この方法では、太陽電池の光吸収層のバンドギャップ以上のエネルギーを有する励起光を太陽電池に照射し、光吸収層で発光した光をプリズムで分光し、分光スペクトルの強度が最も強いピーク波長からバンドギャップを推定する(例えば、非特許文献1参照)。 As a method of examining the band gap of a solar cell, there is a PL (Photoluminescence) method. In this method, the solar cell is irradiated with excitation light having energy equal to or greater than the band gap of the light absorption layer of the solar cell, and the light emitted by the light absorption layer is dispersed by a prism. The band gap is estimated (for example, see Non-Patent Document 1).

CIGS薄膜太陽電池の最新技術、中田時夫監修、白方祥著、p253−255、シーエムシー出版The latest technology of CIGS thin film solar cells, supervised by Tokio Nakata, written by Shirakata, p253-255, CMC Publishing

しかしながら、上記のバンドギャップ測定方法の場合、一般的に点分析であり、かつ一点当たりの分光スペクトルデータを取得するための時間が長い。そのため、大面積の太陽電池のバンドギャップの面内分布を測定するには時間を要する。太陽電池以外の測定対象物、例えば、発光ダイオードや半導体レーザ等についても同様の問題がある。 However, in the case of the above-mentioned band gap measuring method, it is generally a point analysis, and it takes a long time to acquire the spectral spectrum data per point. Therefore, it takes time to measure the in-plane distribution of the band gap of a large area solar cell. Similar problems occur in objects to be measured other than solar cells, such as light emitting diodes and semiconductor lasers.

本発明は、バンドギャップの面内分布を短時間で推定可能なバンドギャップ測定方法及びバンドギャップ測定装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a bandgap measuring method and a bandgap measuring apparatus capable of estimating the in-plane distribution of the bandgap in a short time.

本バンドギャップ測定方法は、測定対象物を発光させるステップと、測定対象物が発する光を光学フィルタを介さない状態で受光して測定対象物の第1の画像を撮像するステップと、測定対象物が発する光を光学フィルタを介した状態で受光して測定対象物の第2の画像を撮像するステップと、第1の画像と第2の画像の輝度比を算出するステップと、輝度比に基づいて測定対象物のバンドギャップを算出するステップと、を有し、光学フィルタの波長と透過率の関係において、波長が大きくなるにつれて透過率は右肩上がりまたは右肩下がりであり、かつ異なる波長において同一の透過率となることがないThe band gap measuring method includes a step of causing a measurement target to emit light, a step of receiving light emitted by the measurement target without passing through an optical filter to capture a first image of the measurement target, and a measurement target. Of the light emitted by the device through the optical filter to capture the second image of the measurement object, the step of calculating the brightness ratio of the first image and the second image, and the step of calculating the brightness ratio based on the brightness ratio. And a step of calculating the bandgap of the measurement object, in the relationship between the wavelength and the transmittance of the optical filter , the transmittance increases or decreases as the wavelength increases, and at different wavelengths. It does not have the same transmittance .

本バンドギャップ測定装置は、測定対象物を発光させる励起源と、測定対象物が発する光の光路上に選択的に配置可能な光学フィルタと、測定対象物が発する光を光学フィルタを介さない状態で受光して測定対象物の第1の画像を撮像すると共に、測定対象物が発する光を光学フィルタを介した状態で受光して測定対象物の第2の画像を撮像する撮像素子と、第1の画像と第2の画像の所定位置の輝度比を算出し、輝度比に基づいて測定対象物の所定位置のバンドギャップを算出する演算手段と、を有し、光学フィルタの波長と透過率の関係において、波長が大きくなるにつれて透過率は右肩上がりまたは右肩下がりであり、かつ異なる波長において同一の透過率となることがない

This band gap measuring device is an excitation source that emits light from the measurement target, an optical filter that can be selectively arranged on the optical path of the light emitted from the measurement target, and a state in which the light emitted from the measurement target does not pass through the optical filter. An image pickup element that receives a second image of the measurement target by receiving light emitted by the measurement target through the optical filter while capturing a first image of the measurement target by receiving the light. And a calculation unit that calculates a luminance ratio at a predetermined position between the first image and the second image and calculates a bandgap at a predetermined position of the measurement object based on the luminance ratio. In the above relationship, the transmittance increases or decreases to the right as the wavelength increases, and the same transmittance does not occur at different wavelengths .

開示の技術によれば、バンドギャップの面内分布を短時間で推定可能なバンドギャップ測定方法及びバンドギャップ測定装置を提供することができる。 According to the disclosed technique, it is possible to provide a bandgap measuring method and a bandgap measuring apparatus capable of estimating the in-plane distribution of the bandgap in a short time.

本実施の形態に係るバンドギャップ測定装置の構成を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the structure of the band gap measuring apparatus which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るバンドギャップ測定装置に用いる光学フィルタの透過率スペクトルを例示する図である。It is a figure which illustrates the transmittance|permeability spectrum of the optical filter used for the band gap measuring apparatus which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るバンドギャップ測定装置の計測部について説明する図であり、(a)は計測部のハードウェアブロック図、(b)は計測部の機能ブロック図である。It is a figure explaining the measurement part of the band gap measuring device which concerns on this Embodiment, (a) is a hardware block diagram of a measurement part, (b) is a functional block diagram of a measurement part. 本実施の形態に係るバンドギャップ測定方法を例示するフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a bandgap measuring method according to the present embodiment. 本実施の形態に係るバンドギャップ測定装置の撮像素子が撮像した画像の例であり、(a)は光学フィルタを介さずに撮像した画像、(b)は光学フィルタを介して撮像した画像である。It is an example of the image which the image sensor of the band gap measuring device which concerns on this Embodiment imaged, (a) is an image imaged without passing an optical filter, (b) is an image imaged through an optical filter. .. 本実施の形態に係るバンドギャップ測定方法における輝度比(減光率)の算出について説明する図である。It is a figure explaining calculation of the brightness ratio (extinction rate) in the band gap measuring method concerning this embodiment. 本実施の形態に係るバンドギャップ測定方法においてピクセル毎の発光波長をマッピングした画像の例である。It is an example of an image in which the emission wavelength of each pixel is mapped in the bandgap measuring method according to the present embodiment.

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same components may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

図1は、本実施の形態に係るバンドギャップ測定装置の構成を例示する模式図である。図1を参照すると、バンドギャップ測定装置1は、励起源10と、光学フィルタ20と、撮像素子30と、計測部40とを有している。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the band gap measuring device according to the present embodiment. Referring to FIG. 1, the band gap measuring device 1 includes an excitation source 10, an optical filter 20, an image sensor 30, and a measuring section 40.

測定対象物100は、バンドギャップを有するものであれば特に限定されないが、例えば、太陽電池、発光ダイオード、半導体レーザ等の半導体である。太陽電池の一例としては、半導体層がCIS系薄膜(銅(Cu)、インジウム(In)、及びセレン(Se)を含有する化合物からなる薄膜)からなる化合物系太陽電池を挙げることができる。 The measurement target 100 is not particularly limited as long as it has a band gap, but is, for example, a semiconductor such as a solar cell, a light emitting diode, or a semiconductor laser. An example of the solar cell is a compound solar cell in which the semiconductor layer is a CIS-based thin film (a thin film made of a compound containing copper (Cu), indium (In), and selenium (Se)).

バンドギャップ測定装置1において、励起源10は、測定対象物100を発光させる機能を有している。図1の例では、励起源10は、測定対象物100に電圧を印加する電源であるが、測定対象物100に光を照射する励起光源であってもよい。励起源10から測定対象物100に電圧を印加又は光を照射することにより、測定対象物100が発光する。 In the band gap measuring device 1, the excitation source 10 has a function of causing the measurement target 100 to emit light. In the example of FIG. 1, the excitation source 10 is a power source that applies a voltage to the measurement target 100, but may be an excitation light source that irradiates the measurement target 100 with light. The measurement object 100 emits light by applying a voltage or irradiating light to the measurement object 100 from the excitation source 10.

光学フィルタ20は、所定の透過率と波長の関係を有するフィルタである。図2に示すように、光学フィルタ20は、波長の範囲内において透過率が極大値と極小値とを有していない。言い換えれば、光学フィルタ20は、右肩下がりの透過率であり、異なる波長において同一の透過率となることはない。但し、図2の特性は一例であり、光学フィルタ20は、透過率が極大値と極小値とを有していなければ、右肩上がりの透過率であってもよい。また、複数の光学フィルタを用いて透過率が極大値と極小値とを有していない光学フィルタを構成してもよい。 The optical filter 20 is a filter having a predetermined transmittance-wavelength relationship. As shown in FIG. 2, the optical filter 20 does not have the maximum value and the minimum value in the transmittance within the wavelength range. In other words, the optical filter 20 has a downward-sloping transmittance, and does not have the same transmittance at different wavelengths. However, the characteristic of FIG. 2 is an example, and the optical filter 20 may have an increasing transmittance as long as the transmittance does not have the maximum value and the minimum value. Further, an optical filter having no maximum or minimum transmittance may be formed by using a plurality of optical filters.

光学フィルタ20は、測定対象物100が発する光の光路上に選択的に配置可能に構成されており、測定対象物100から撮像素子30までの光路上に位置する場合と、光路外に位置する場合とを切り替え可能である。光学フィルタ20の位置の切り替えは、計測部40の制御により行ってもよいし、計測部40とは独立に機械的に行ってもよい。 The optical filter 20 is configured such that it can be selectively arranged on the optical path of the light emitted from the measurement target 100, and is located on the optical path from the measurement target 100 to the image sensor 30 and outside the optical path. It is possible to switch between cases. The position of the optical filter 20 may be switched by controlling the measuring unit 40, or may be mechanically independent of the measuring unit 40.

図1の説明に戻り、撮像素子30は、測定対象物100が発光した光を受光して2次元画像を撮像する機能を有している。撮像素子30としては、例えば、MOS(Metal Oxide Semiconductor)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)、CCD(Charge Coupled Device)等を用いることができる。 Returning to the description of FIG. 1, the imaging element 30 has a function of receiving light emitted by the measurement object 100 and capturing a two-dimensional image. As the image sensor 30, for example, a MOS (Metal Oxide Semiconductor), a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), a CCD (Charge Coupled Device), or the like can be used.

前述のように、光学フィルタ20は測定対象物100が発する光の光路上に選択的に配置可能である。そのため、撮像素子30は、測定対象物100が発する光を光学フィルタ20を介さない状態で受光して測定対象物100の画像を撮像することができる。又、撮像素子30は、測定対象物100が発する光を光学フィルタ20を介した状態で受光して測定対象物100の画像を撮像することができる。 As described above, the optical filter 20 can be selectively arranged on the optical path of the light emitted by the measurement target 100. Therefore, the imaging element 30 can receive the light emitted by the measurement target 100 without passing through the optical filter 20 and capture an image of the measurement target 100. Further, the image pickup device 30 can receive light emitted from the measurement target 100 through the optical filter 20 and capture an image of the measurement target 100.

計測部40は、励起源10や撮像素子30の制御、撮像素子30から取得した2次元画像のデータの演算等を行う機能を有している。図3を参照して計測部40について、より詳しく説明する。 The measurement unit 40 has a function of controlling the excitation source 10 and the image pickup device 30, and calculating data of a two-dimensional image acquired from the image pickup device 30. The measuring unit 40 will be described in more detail with reference to FIG.

図3(a)は、計測部40のハードウェアブロック図である。図3(a)を参照すると、計測部40は、CPU41と、ROM42と、RAM43と、I/F44と、バスライン45と、Mass Storage46とを有している。CPU41、ROM42、RAM43、I/F44、及びMass Storage46は、バスライン45を介して相互に接続されている。 FIG. 3A is a hardware block diagram of the measuring unit 40. With reference to FIG. 3A, the measurement unit 40 includes a CPU 41, a ROM 42, a RAM 43, an I/F 44, a bus line 45, and a mass storage 46. The CPU 41, ROM 42, RAM 43, I/F 44, and Mass Storage 46 are connected to each other via a bus line 45.

CPU41は、計測部40の各機能を制御する。ROM42は、CPU41が計測部40の各機能を制御するために実行するプログラムや、各種情報を記憶している。RAM43は、CPU41のワークエリア等として使用される。又、RAM43は、所定の情報を一時的に記憶することができる。 The CPU 41 controls each function of the measuring unit 40. The ROM 42 stores a program executed by the CPU 41 to control each function of the measuring unit 40 and various kinds of information. The RAM 43 is used as a work area or the like of the CPU 41. Further, the RAM 43 can temporarily store predetermined information.

I/F44は、他の機器と接続するためのインターフェイスである。計測部40は、例えば、I/F44を介して撮像素子30と接続され、撮像素子30を制御したり撮像素子30から2次元画像のデータを取得したりすることができる。又、計測部40は、例えば、I/F44を介して励起源10と接続され、励起源10を制御することができる。 The I/F 44 is an interface for connecting to another device. The measurement unit 40 is connected to the image sensor 30 via the I/F 44, for example, and can control the image sensor 30 and acquire two-dimensional image data from the image sensor 30. The measurement unit 40 is connected to the excitation source 10 via the I/F 44, for example, and can control the excitation source 10.

Mass Storage46は、各種データを保存する機能を有する。Mass Storage46は、例えば、ハードディスクやSSD(ソリッドステートドライブ)である。但し、Mass Storage46は、バンドギャップ測定装置1の外部に設けられてもよい。この場合のMass Storage46は、例えば、外付けハードディスク、USBメモリ、光ディスク等である。或いは、Mass Storage46は、オンラインストレージであってもよい。 The Mass Storage 46 has a function of storing various data. The Mass Storage 46 is, for example, a hard disk or an SSD (solid state drive). However, the Mass Storage 46 may be provided outside the band gap measuring device 1. The Mass Storage 46 in this case is, for example, an external hard disk, a USB memory, an optical disk, or the like. Alternatively, the Mass Storage 46 may be an online storage.

図3(b)は、計測部40の機能ブロック図である。図3(b)を参照すると、計測部40は、機能ブロックとして、励起源制御手段401と、撮像素子制御手段402と、演算手段403とを有している。 FIG. 3B is a functional block diagram of the measuring unit 40. Referring to FIG. 3B, the measurement unit 40 has an excitation source control unit 401, an image sensor control unit 402, and a calculation unit 403 as functional blocks.

図3(a)に示したCPU41が所定のプログラムを実行し、必要に応じて他のハードウェア資源と協働することにより、励起源制御手段401、撮像素子制御手段402、及び演算手段403の機能を実現することができる。但し、励起源制御手段401、撮像素子制御手段402、及び演算手段403の一部又は全部の機能をPLD(Programmable Logic Device)等のハードウェアにより実現してもよい。 The CPU 41 shown in FIG. 3A executes a predetermined program and cooperates with other hardware resources as necessary, so that the excitation source control unit 401, the image sensor control unit 402, and the calculation unit 403. Function can be realized. However, some or all of the functions of the excitation source control unit 401, the imaging element control unit 402, and the calculation unit 403 may be realized by hardware such as PLD (Programmable Logic Device).

図4のフローチャートを参照し、適宜他の図も参照しながら、計測部40の各機能ブロックの動作を含めたバンドギャップ測定方法について説明する。 A bandgap measurement method including the operation of each functional block of the measurement unit 40 will be described with reference to the flowchart of FIG. 4 and other drawings as appropriate.

まず、ステップS201では、計測部40の励起源制御手段401は、励起源10を制御し、励起源10である電源から測定対象物100に電圧を印加させる。これにより、測定対象物100が発光する。なお、励起源10から測定対象物100に電圧を印加させる代わりに、励起源10として励起光源を準備し、励起光源から測定対象物100に光を照射させてもよい。 First, in step S201, the excitation source control unit 401 of the measurement unit 40 controls the excitation source 10 to apply a voltage to the measurement target 100 from the power source that is the excitation source 10. As a result, the measuring object 100 emits light. Instead of applying a voltage from the excitation source 10 to the measurement object 100, an excitation light source may be prepared as the excitation source 10 and the measurement object 100 may be irradiated with light from the excitation light source.

次に、ステップS202では、光学フィルタ20を、測定対象物100から撮像素子30までの光路外に位置する状態にする。そして、計測部40の撮像素子制御手段402は、撮像素子30を制御して、測定対象物100が発光した光を光学フィルタ20を介さない状態で撮像素子30に受光させ、測定対象物100の第1の画像を撮像させる。そして、撮像された第1の画像の2次元画像データ(以下、フィルタなし画像データとする)をRAM43に一時的に記憶する。ステップS202で撮像された画像の一例を図5(a)に示す。 Next, in step S202, the optical filter 20 is placed in a state of being located outside the optical path from the measurement target 100 to the image pickup element 30. Then, the image sensor control unit 402 of the measurement unit 40 controls the image sensor 30 so that the light emitted by the measurement target 100 is received by the image sensor 30 without passing through the optical filter 20. The first image is captured. Then, the two-dimensional image data of the captured first image (hereinafter referred to as unfiltered image data) is temporarily stored in the RAM 43. An example of the image taken in step S202 is shown in FIG.

次に、ステップS203では、光学フィルタ20を、測定対象物100から撮像素子30までの光路上に位置する状態にする。そして、計測部40の撮像素子制御手段402は、撮像素子30を制御して、測定対象物100が発光した光を光学フィルタ20を介した状態で撮像素子30に受光させ、測定対象物100の第2の画像を撮像させる。そして、撮像された第2の画像の2次元画像のデータ(以下、フィルタあり画像データとする)をRAM43に一時的に記憶する。ステップS203で撮像された画像の一例を図5(b)に示す。なお、ステップS202とS203とは順番が逆であってもよい。 Next, in step S203, the optical filter 20 is placed in a state in which it is positioned on the optical path from the measurement target 100 to the image sensor 30. Then, the image sensor control unit 402 of the measuring unit 40 controls the image sensor 30 so that the light emitted by the measurement target 100 is received by the image sensor 30 via the optical filter 20. The second image is captured. Then, the data of the two-dimensional image of the captured second image (hereinafter, referred to as filtered image data) is temporarily stored in the RAM 43. An example of the image captured in step S203 is shown in FIG. The order of steps S202 and S203 may be reversed.

次に、ステップS204では、計測部40の演算手段403は、RAM43又はMass Storage46に記憶されている光学フィルタなしで撮像した画像データ及び光学フィルタありで撮像した画像データを読み出す。そして、読み出したそれぞれの画像データのピクセル毎の輝度値を比較してピクセル毎の輝度比(減光率)を算出する。 Next, in step S204, the calculation unit 403 of the measurement unit 40 reads the image data captured without the optical filter and the image data captured with the optical filter, which are stored in the RAM 43 or the Mass Storage 46. Then, the brightness value of each pixel of the read image data is compared to calculate the brightness ratio (dimming ratio) of each pixel.

例えば、フィルタなし画像データの所定のピクセルの輝度値(発光強度)が図6(a)のIであり、フィルタあり画像データの同一ピクセルの輝度値(発光強度)が図6(b)のIであったとすると、I/I×100%が輝度比(減光率)となる。なお、Fは、光学フィルタ20の各波長における透過率(透過率曲線)を示している。 For example, the brightness value (light emission intensity) of a predetermined pixel in the unfiltered image data is I in FIG. 6A, and the brightness value (light emission intensity) of the same pixel in the image data with filter is I in FIG. 6B. If it is A , the luminance ratio (dimming ratio) is I A /I×100%. Note that F represents the transmittance (transmittance curve) of the optical filter 20 at each wavelength.

或いは、フィルタなし画像データの所定のピクセルの輝度値が図6(a)のIであり、フィルタあり画像データの同一ピクセルの輝度値が図6(b)のIであったとすると、I/I×100%が輝度比となる。 Alternatively, an I luminance value of a given pixel of the unfiltered image data is FIG. 6 (a), when the luminance value of the same pixel of the filter there image data is assumed to be a I B in FIG. 6 (b), I B The brightness ratio is /I×100%.

同様に、フィルタなし画像データの所定のピクセルの輝度値が図6(a)のIであり、フィルタあり画像データの同一ピクセルの輝度値が図6(b)のIであったとすると、I/I×100%が輝度比となる。 Similarly, if the brightness value of a predetermined pixel in the unfiltered image data is I in FIG. 6A and the brightness value of the same pixel in the filtered image data is I C in FIG. 6B, I The brightness ratio is C /I×100%.

次に、ステップS205では、計測部40の演算手段403は、光学フィルタ20の透過率と輝度比との関係に基づいて、ピクセル毎の発光波長を求める。光学フィルタ20の透過率スペクトルは、例えば、RAM43に記憶しておき、必要なときに読み出せばよい。 Next, in step S205, the calculation means 403 of the measurement unit 40 obtains the emission wavelength for each pixel based on the relationship between the transmittance of the optical filter 20 and the luminance ratio. The transmittance spectrum of the optical filter 20 may be stored in the RAM 43, for example, and read out when necessary.

透過率と輝度比は等しいので、例えば、ステップS204で算出した輝度比がI/I×100%であれば、光学フィルタ20の透過率曲線Fから、そのピクセルの発光波長はAであると算出できる。或いは、ステップS204で算出した輝度比がI/I×100%であれば、光学フィルタ20の透過率曲線Fから、そのピクセルの発光波長はBであると算出できる。同様に、ステップS204で算出した輝度比がI/I×100%であれば、光学フィルタ20の透過率曲線Fから、そのピクセルの発光波長はCであると算出できる。 Since the transmittance and the brightness ratio are equal, for example, if the brightness ratio calculated in step S204 is I A /I×100%, the transmittance curve F of the optical filter 20 indicates that the emission wavelength of the pixel is A. Can be calculated. Alternatively, if the luminance ratio calculated in step S204 is I B /I×100%, it can be calculated from the transmittance curve F of the optical filter 20 that the emission wavelength of the pixel is B. Similarly, if the luminance ratio calculated in step S204 is I C /I×100%, it can be calculated from the transmittance curve F of the optical filter 20 that the emission wavelength of the pixel is C.

なお、光学フィルタ20の透過率曲線Fの傾斜が急峻であるほど、輝度比(減光率)から発光波長への変換誤差が小さくなり分解能が向上する点で好適である。 The steeper the slope of the transmittance curve F of the optical filter 20, the better in that the conversion error from the luminance ratio (extinction rate) to the emission wavelength becomes smaller and the resolution improves.

次に、ステップS206では、計測部40の演算手段403は、ステップS205で算出したピクセル毎の発光波長からピクセル毎のバンドギャップを算出する。バンドギャップEg(eV)と発光波長λ(nm)との間には、λ=1240/Egの関係が成り立つ。そこで、例えば、Egとλとの関係をテーブルとしてRAM43に記憶しておけば、テーブルを用いて、ステップS205で算出したピクセル毎の発光波長からピクセル毎のバンドギャップを算出することができる。 Next, in step S206, the calculating unit 403 of the measuring unit 40 calculates the band gap of each pixel from the emission wavelength of each pixel calculated in step S205. The relationship of λ=1240/Eg is established between the band gap Eg (eV) and the emission wavelength λ (nm). Therefore, for example, if the relationship between Eg and λ is stored in the RAM 43 as a table, the band gap can be calculated for each pixel from the emission wavelength for each pixel calculated in step S205 using the table.

次に、ステップS207では、計測部40の演算手段403は、ステップS205で算出したピクセル毎の発光波長をマッピングする。例えば、図7に示すように、ピクセル毎の発光波長の長短を色の濃淡で示すことができる。ステップS207を実行することにより、ピクセル毎の発光波長の長短(すなわち、ピクセル毎のバンドギャップの大小)を一度に視覚的に認識することが可能となる。但し、ステップS206でバンドギャップの算出が終了しているため、ステップS207の実行は必須ではない。 Next, in step S207, the calculation means 403 of the measurement unit 40 maps the emission wavelength of each pixel calculated in step S205. For example, as shown in FIG. 7, the length of the emission wavelength of each pixel can be indicated by the shade of color. By executing step S207, it is possible to visually recognize the length of the emission wavelength of each pixel (that is, the size of the band gap of each pixel) at once. However, since the calculation of the band gap is completed in step S206, execution of step S207 is not essential.

このように、バンドギャップ測定装置1では、フィルタありとフィルタなしの2枚の画像データを取得し、2枚の画像データを用いた画像処理によりピクセル毎の発光波長の長短(すなわち、ピクセル毎のバンドギャップの大小)を算出する。 As described above, the bandgap measuring apparatus 1 acquires two image data with and without a filter, and performs image processing using the two image data to determine whether the emission wavelength of each pixel is long or short (that is, for each pixel). Calculate the band gap).

そのため、従来のバンドギャップ測定方法のように、測定対象物の所定の位置毎に光を照射してバンドギャップを測定する必要がなくなり、測定対象物のバンドギャップの面内分布を短時間で推定することが可能となる。 Therefore, unlike the conventional band gap measuring method, it is not necessary to measure the band gap by irradiating light at each predetermined position of the measurement target, and the in-plane distribution of the band gap of the measurement target can be estimated in a short time. It becomes possible to do.

本実施の形態に係るバンドギャップ測定方法は、非破壊検査であるため、例えば、太陽電池等の半導体の製造工程における出荷前品質検査に適用することができる。或いは、本実施の形態に係るバンドギャップ測定方法を、太陽電池等の半導体の市場変換品の解析に用いてもよい。また、本実施の形態に係るバンドギャップ測定方法を、設置後(使用中)の太陽電池等の半導体の検査に適用することもできる。 The band gap measuring method according to the present embodiment is a non-destructive inspection, and therefore can be applied to a quality inspection before shipment in a manufacturing process of a semiconductor such as a solar cell. Alternatively, the bandgap measuring method according to the present embodiment may be used for analysis of semiconductor market-converted products such as solar cells. The bandgap measuring method according to the present embodiment can also be applied to the inspection of semiconductors such as solar cells after installation (in use).

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments have been described above in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and replacements of the above-described embodiments are possible without departing from the scope of the claims. Can be added.

例えば、上記実施の形態では、励起源10、光学フィルタ20、撮像素子30、及び計測部40を有するバンドギャップ測定装置1について説明した。しかし、励起源10、光学フィルタ20、及び撮像素子30を、計測部40とは独立した画像取得装置としてもよい。この場合には、計測部40としての機能を実現可能なコンピュータ等と画像取得装置とを接続して動作させることにより、バンドギャップ測定装置1を実現できる。 For example, in the above embodiment, the band gap measurement device 1 including the excitation source 10, the optical filter 20, the image sensor 30, and the measurement unit 40 has been described. However, the excitation source 10, the optical filter 20, and the image sensor 30 may be an image acquisition device independent of the measurement unit 40. In this case, the bandgap measuring apparatus 1 can be realized by connecting and operating a computer or the like capable of realizing the function of the measuring unit 40 and the image acquisition apparatus.

又、バンドギャップ測定装置1において、測定対象物100から光学フィルタ20に至る光路上、又は光学フィルタ20から撮像素子30に至る光路上に、光学顕微鏡を配してもよい。この場合、測定対象物100を拡大して撮像できるため、光学結像限界程度の分解能でバンドギャップを測定することが期待できる。 Further, in the band gap measuring device 1, an optical microscope may be arranged on the optical path from the measurement target 100 to the optical filter 20 or on the optical path from the optical filter 20 to the image pickup device 30. In this case, since the measurement target 100 can be magnified and imaged, it can be expected to measure the bandgap with a resolution of about the optical imaging limit.

1 バンドギャップ測定装置
10 励起源
20 光学フィルタ
30 撮像素子
40 計測部
100 測定対象物
1 band gap measuring device 10 excitation source 20 optical filter 30 image sensor 40 measuring unit 100 measurement object

Claims (9)

バンドギャップ測定方法であって、
測定対象物を発光させるステップと、
前記測定対象物が発する光を光学フィルタを介さない状態で受光して前記測定対象物の第1の画像を撮像するステップと、
前記測定対象物が発する光を光学フィルタを介した状態で受光して前記測定対象物の第2の画像を撮像するステップと、
前記第1の画像と前記第2の画像の輝度比を算出するステップと、
前記輝度比に基づいて前記測定対象物のバンドギャップを算出するステップと、を有し、
前記光学フィルタの波長と透過率の関係において、前記波長が大きくなるにつれて前記透過率は右肩上がりまたは右肩下がりであり、かつ異なる波長において同一の透過率となることがない、バンドギャップ測定方法。
A bandgap measurement method,
Illuminating the measurement object,
Receiving light emitted by the measurement object without passing through an optical filter and capturing a first image of the measurement object;
Receiving light emitted by the measurement object through an optical filter and capturing a second image of the measurement object;
Calculating a brightness ratio between the first image and the second image;
Calculating a band gap of the measurement object based on the luminance ratio,
In the relationship between the wavelength of the optical filter and the transmittance, the transmittance increases or decreases as the wavelength increases, and the same transmittance does not occur at different wavelengths. ..
前記輝度比を算出するステップでは、前記第1の画像及び前記第2の画像のピクセル毎に前記輝度比を算出し、
前記バンドギャップを算出するステップでは、ピクセル毎の前記輝度比に基づいてバンドギャップを算出する、請求項1に記載のバンドギャップ測定方法。
In the step of calculating the brightness ratio, the brightness ratio is calculated for each pixel of the first image and the second image,
The band gap measuring method according to claim 1, wherein in the step of calculating the band gap, the band gap is calculated based on the luminance ratio for each pixel.
前記バンドギャップを算出するステップでは、前記輝度比は前記光学フィルタの透過率と等しい関係に基づいて、ピクセル毎の前記輝度比から波長を求め、前記波長から前記バンドギャップを算出する、請求項2に記載のバンドギャップ測定方法。 3. In the step of calculating the bandgap, the brightness ratio is calculated from the brightness ratio of each pixel based on the relationship that the brightness ratio is equal to the transmittance of the optical filter, and the bandgap is calculated from the wavelength. The band gap measurement method described in. 前記ピクセル毎の前記波長をマッピングするステップを有する、請求項3に記載のバンドギャップ測定方法。 The bandgap measurement method according to claim 3, further comprising mapping the wavelength of each pixel. 前記測定対象物を発光させるステップでは、電源から前記測定対象物に電圧を印加する、請求項1乃至4の何れか一項に記載のバンドギャップ測定方法。 The bandgap measuring method according to claim 1, wherein in the step of causing the measurement object to emit light, a voltage is applied to the measurement object from a power supply. 前記測定対象物を発光させるステップでは、励起光源から前記測定対象物に光を照射する、請求項1乃至4の何れか一項に記載のバンドギャップ測定方法。 The bandgap measuring method according to claim 1, wherein in the step of causing the measurement object to emit light, the excitation light source irradiates the measurement object with light. バンドギャップ測定装置であって、
測定対象物を発光させる励起源と、
前記測定対象物が発する光の光路上に選択的に配置可能な光学フィルタと、
前記測定対象物が発する光を前記光学フィルタを介さない状態で受光して前記測定対象物の第1の画像を撮像すると共に、前記測定対象物が発する光を前記光学フィルタを介した状態で受光して前記測定対象物の第2の画像を撮像する撮像素子と、
前記第1の画像と前記第2の画像の所定位置の輝度比を算出し、前記輝度比に基づいて前記測定対象物の前記所定位置のバンドギャップを算出する演算手段と、を有し、
前記光学フィルタの波長と透過率の関係において、前記波長が大きくなるにつれて前記透過率は右肩上がりまたは右肩下がりであり、かつ異なる波長において同一の透過率となることがない、バンドギャップ測定装置。
A band gap measuring device,
An excitation source that emits light from the measurement object,
An optical filter that can be selectively arranged on the optical path of light emitted by the measurement object,
The light emitted by the measurement object is received without passing through the optical filter to capture a first image of the measurement object, and the light emitted by the measurement object is received through the optical filter. An image sensor for capturing a second image of the measurement object,
Computing means for calculating a luminance ratio at a predetermined position of the first image and the second image, and calculating a bandgap of the measurement object at the predetermined position based on the luminance ratio,
In the relationship between the wavelength and the transmittance of the optical filter, the transmittance increases or decreases as the wavelength increases, and the same transmittance does not occur at different wavelengths. ..
前記演算手段は、前記第1の画像及び前記第2の画像のピクセル毎に前記輝度比を算出し、前記輝度比は前記光学フィルタの透過率と等しい関係に基づいて、ピクセル毎の前記輝度比から波長を求め、前記波長から前記バンドギャップを算出する、請求項7に記載のバンドギャップ測定装置。 The calculation means calculates the brightness ratio for each pixel of the first image and the second image, and the brightness ratio is calculated for each pixel based on a relationship in which the brightness ratio is equal to the transmittance of the optical filter. The bandgap measuring apparatus according to claim 7, wherein a wavelength is obtained from the wavelength, and the bandgap is calculated from the wavelength. 前記演算手段は、前記ピクセル毎の前記波長をマッピングする、請求項8に記載のバンドギャップ測定装置。 The bandgap measuring apparatus according to claim 8, wherein the arithmetic means maps the wavelength for each pixel.
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