TW201329465A - 評估太陽能電池效能之方法及裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於評估待由晶圓製造之太陽能電池效能的方法，其中該效能評估係由該晶圓表面上之微晶邊界之密度而獲得。在實施例中，該微晶邊界之密度係由該晶圓表面之數位影像而獲得，由其首先產生濾波影像，及接著產生二值影像。評估該二值影像以獲得該微晶邊界之密度。或者，該效能評估係由該晶圓表面上之微晶尺寸而獲得。本發明亦揭示一種用於獲得該效能評估的裝置。

Description

評估太陽能電池效能之方法及裝置

本發明係關於評估在製造製程期間待由晶圓製造之太陽能電池效能的方法。

本發明亦係關於一種用於評估在製造製程期間待由晶圓製造之太陽能電池效能的裝置。

該專利申請案主張在2011年8月4日申請之美國臨時專利申請案號61/515,086及在2012年4月13日申請之美國臨時專利申請案號61/623,561的優先權；該等申請案以引用之方式併入本文中。

用於表徵太陽能電池的一個重要參數為效能，其為接收之光能轉換成電能的百分比。太陽能電池效能越高，每太陽能電池表面積遞送的電能越多。太陽能電池效能取決於多個參數，例如藉由前觸點覆蓋之前表面積的百分比、電池之厚度或抗反射塗層之品質。對太陽能電池效能具有影響的一個重要參數為製造太陽能電池之基底材料。此等材料係以晶圓的形式提供，其進而已藉由鋸切晶錠而獲得。由單晶型晶圓製造之太陽能電池具有比由多晶型晶圓製造之太陽能電池更高的效能。相比展現更大數量的微晶邊界的多晶型晶圓，在多晶型晶圓中有展現相對少的微晶邊界的晶圓，及因而可稱為類單晶晶圓。太陽能電池效能取決於製造太陽能電池之晶圓中的微晶邊界的數目。

德國專利申請案DE 199 14 115 A1揭示一種用於分析多 晶型晶圓、太陽能電池及太陽能模組中之缺陷的方法及系統，特定言之用於測定因該晶圓之處理及結構而引起的機械張力的方法及系統。記錄及處理該晶圓表面的影像以獲得特徵，如微晶之對齊、晶界或區域中心及區域尺寸之分佈。亦記錄太陽能電池的電學及機械特性，如功率、短路電流、振動模式。此資訊用作用於訓練神經網絡的輸入數據，其用於將晶圓、太陽能電池及太陽能模組分類成具有不同品質的組。

德國專利申請案DE 10 2007 010 516 A1敘述一種用於識別在製造之不同階段之多晶型產品(如太陽能模組)的方法及裝置。藉由影像處理，將產品之影像與參考影像對比，目的為對比在該產品之影像及參考影像中所描繪的多晶型結構。在該產品之影像及參考影像中發現相同或至少相似的特徵性多晶型結構便可識別一種產品。以此方式，多階段製造製程之處理參數可與終端產品(如太陽能模組)有關及可經評估以改進品質。

一旦已經製造太陽能電池，當然就可測量太陽能電池的效能。若製造太陽能電池之特定多晶型晶圓的品質低，所得太陽能電池的效能則低，可能過低，在此情形下，將浪費製造此太陽能電池所付出的努力，在如DE 199 14 115 A1中的一種方法亦要求製成的太陽能電池及涉及對神經網絡的複雜訓練。在DE 10 2007 010 516 A1中，在整個製造製程中，晶圓/太陽能電池是緊隨的。

亦存在基於光致發光的方法，其可應用至粗太陽能晶圓 以獲得效能之測量。然而，該等方法僅提供有關已經除掉鋸毀之晶圓的可靠結果。這表示光致發光不能用於引入檢驗。而且，該等方法需要昂貴的檢測工具及對製造環境而言過於耗時。

本發明之一個目的在於提供一種快速且可靠地評估在製造製程期間待由晶圓製造之太陽能電池效能的簡單方法。

該目的係藉由一種包括下列步驟的方法而實現：識別該晶圓表面上之微晶邊界；導出該晶圓表面上之微晶邊界的密度；自該微晶邊界之密度獲得效能評估。

本發明之另一目的為提供另一種快速且可靠地評估在製造製程期間待由晶圓製造之太陽能電池效能的方法。

該目的係藉由一種包括下列步驟的方法而實現：識別該晶圓表面上之微晶；測定各識別之微晶之尺寸，因而產生尺寸列表；獲得作為在上一步中測定之尺寸列表之函數的該太陽能電池的效能評估。

本發明之另一目的為提供一種用於快速且可靠地評估在製造製程期間待由晶圓製造之太陽能電池效能的裝置。

該目的係藉由一種包括如下的裝置而實現：經配置以擷取該晶圓表面之影像的相機，其中該相機界定成像路徑；經配置以照射該晶圓表面的照明系統，其中該照明系統 係與該成像路徑同軸排列；影像處理單元，其經配置以處理藉由該相機擷取之該晶圓表面的影像，及以由該影像導出待由該晶圓製造之太陽能電池的效能評估。

太陽能電池的效能取決於待製造該太陽能電池之晶圓的多晶型結構。此效能之評估可由有關微晶邊界之資訊而獲得。在晶圓表面上，此等微晶邊界是可見及可識別的。根據本發明，太陽能電池之效能評估係由晶圓表面上之微晶邊界的密度而獲得。該方法可應用在該晶圓表面可見之太陽能電池之製造製程的任何階段中；特定言之，該方法可應用至如藉由例如鋸切晶錠獲得之粗晶圓中。

可以不同方式表示微晶邊界之密度。在該方法之實施例中，該密度可以表示為每單位面積之邊界的數目，或每單位面積之微晶邊界的總長。以此方式獲得之微晶邊界的密度值可用於評估太陽能電池的效能。

在最簡單的情形下，僅需要區分高效能及低效能晶圓。將給定晶圓表面之微晶邊界的密度與密度臨限值比較，若該微晶邊界之密度高於該密度臨限值，則歸類為高效能晶圓，若該微晶邊界之密度低於該密度臨限值，則歸類為低效能晶圓。該密度臨限值可直接由使用者規定。該密度臨限值亦可藉由某些形式的分析(例如統計分析)而獲得。若需要例如識別可製造具有至少等於或高於規定效能水平之效能的太陽能電池的晶圓，則統計分析可產生密度臨限值，以使能夠達到或超過該規定效能水平的晶圓在所選統 計可靠性下展現低於該密度臨限值之微晶邊界的密度。例如，使用者可關注於識別密度臨限值，以使可製造具有至少16%之效能的太陽能電池的晶圓在95%的可能性下具有低於該密度臨限值的微晶邊界的密度。進行複數個晶圓之密度值及由該等晶圓製造之太陽能電池之相應效能的統計分析可確定此密度臨限值。

在另一實施例中，已經預先製作與微晶邊界之密度相關之太陽能電池效能值之查找表，及藉由測定晶圓表面之微晶邊界的密度及從該查找表中尋找相應的效能值，可獲得給定晶圓的效能評估。因為查找表僅保留離散值，可對該查找表之數值進行內插法以獲得針對給定晶圓之密度值的效能評估。或者，對應於最接近針對給定晶圓所測定之密度值的查找表中之密度值的效能值可接受為針對給定晶圓之效能評估。

在另一實施例中，效能值可以利用多項式函數由微晶邊界之密度值而計算。此多項式函數可藉由例如成對之樣本組的內插法而獲得，各對係由微晶邊界之密度值及相應的太陽能電池之效能值所組成。熟習此項技術者知曉若干內插法技術；多項式函數特定言之可藉由例如拉格朗日插值多項式(Lagrange interpolating polynomial)或仿樣函數(尤其三次仿樣函數)而獲得。

為了識別晶圓表面上之微晶邊界，在該方法之實施例中，擷取該晶圓表面之數位影像。可以藉由例如區域或線性掃描相機產生該數位影像。接著處理該數位影像以從該 影像提取有關微晶邊界的資訊。

藉由將梯度或方差濾波應用至該數位影像，從實施例中之數位影像產生濾波影像。相比單個微晶之內部區域，微晶邊界在數位影像中展現像素值(灰階或顏色)之明顯的差異，及相應地展現該等像素值的明顯梯度。梯度或方差濾波將分別使具有像素值之明顯方差或梯度的影像中之位置局部化，及因此為朝向識別影像中之微晶邊界的一步。

接著使實施例中之濾波影像進行二值化程序，產生二值影像。在該二值化程序中，將複數個濾波影像之像素(可能為該濾波影像之所有像素)的數值與二值化臨限值對比。針對所考慮之濾波影像的各像素，若該濾波影像中各自的像素值高於該二值化臨限值，則將第一值賦值給該二值影像的相應像素；不然將第二值賦值給該二值影像的相應像素。具有該第一值之二值影像的像素代表已經擷取影像之晶圓表面上之微晶邊界。

由該二值影像可獲得微晶邊界之密度。因為該二值影像係由像素組成，除上述可能性之外，微晶邊界之密度亦可表示為具有第一值之二值影像中之像素的數目與代表二值影像中之晶圓表面之像素總數的比。

應明瞭，不論以何種方式從待製造太陽能電池之晶圓表面上之微晶邊界的密度獲得太陽能電池的效能評估，此評估當然僅對一種具體類型的太陽能電池有效。例如，取兩塊相同的晶圓(特定言之亦展現相同微晶邊界之密度)，及由其製造兩塊太陽能電池，其例如在抗反射塗層及/或前 觸點上有差別，則該等太陽能電池一般具有不同效能。當評估待由晶圓製造之太陽能電池的效能時，需要考慮此等兩種類型的太陽能電池的差異。就上述用於獲得此評估的方法而言，這表示例如對於相同最低效能水平，需要兩種不同的密度臨限值，或者對於兩種不同類型的太陽能電池，需要預先製作兩種不同的查找表或需要兩種不同的多項式函數。

而且，應明瞭密度臨限值、查找表及多項式函數僅針對一種表示微晶邊界之密度之具體方式而有效。若例如在第一種情形下，該微晶邊界之密度表示為每單位面積之微晶邊界的總長，及在第二種情形下表示為具有第一值之二值影像中之像素數目與代表二值影像中之晶圓表面之像素總數的比，則對應於該兩種情形之針對給定效能水平之密度臨限值、查找表及多項式函數將分別不同。

在該方法之實施例中，為了獲取晶圓表面之數位影像，利用來自照明系統的光照射該晶圓表面。接著將來自該表面的光沿著成像路徑導向相機，其中產生該晶圓表面之數位影像。根據該方法之此實施例，該成像路徑與該照明系統同軸。其中，在實施例中，來自照明系統的光與晶圓表面之法線圍成0度至30度，及較佳10度至20度的角度。

用於評估在製造製程期間待由晶圓製造之太陽能電池之效能的根據本發明之另一方法係以識別該晶圓表面上之微晶開始。對於經識別之各微晶，測定尺寸。產生經識別之微晶之尺寸列表。作為尺寸列表之函數獲得太陽能電池效 能的評估。微晶尺寸在此表示為在該晶圓表面上可見的微晶的尺寸。當從晶錠切割該晶圓時，亦切割晶錠中之微晶，其產生該晶圓表面上之切割微晶的新表面。微晶尺寸應理解為在晶圓表面之該微晶表面的尺寸。

在實施例中，尺寸列表之函數為列表中之尺寸的總和的函數。

在實施例中，識別及用於進一步評估之微晶為一組數目N的最大微晶。使用者可以設定或藉由選擇大於預定絕對尺寸或總晶圓尺寸之設定百分比的所有微晶而自動確定該數目N。

在實施例中，藉由首先擷取微晶表面之數位影像來識別微晶及測定其尺寸，及接著針對各識別之微晶測定代表該數位影像中之微晶之像素的數目。此像素的數目為各自微晶之尺寸的直接測量值。在一個具體實施例中，為了擷取晶圓表面之數位影像，利用來自照明系統的光照射該晶圓表面，其中該照明系統係與經配置以記錄該晶圓表面之數位影像的相機的成像路徑同軸。如在基於微晶邊界之方法中，在實施例中，來自該照明系統的光與晶圓表面之法線圍成0度至30度，較佳10度至20度的角度。

在實施例中，該照明系統包括複數個光源，其同步促動以記錄該晶圓表面之數位影像。在該方法之不同實施例中，該照明系統包括複數個光源，該等光源呈時間之函數以預定圖案之順序促動，及針對至少一種預定圖案之促動光源記錄數位影像。在具體實施例中，該照明系統包括四 組光源，各組光源包含至少一個光源，對齊該等組以使各組對應於平行於該晶圓表面之矩形區的一邊，及預定圖案之順序為使該等組光源依序促動者。剛剛所述之用於促動光源之各種選擇，即同步促動或以預定圖案之順序促動，當然亦可為效能評估基於微晶邊界之上述方法所利用。

可將梯度或方差濾波應用至各記錄之數位影像。

在實施例中，針對上述複數個圖案之促動光源的每一者記錄數位影像，及藉由數據處理將該等數位影像組合成單一所得影像。特定言之，可將梯度或方差濾波應用至各記錄之數位影像，因而產生針對各記錄之數位影像之濾波影像。在具體實施例中，藉由將濾波影像中之相應像素之數值的最大值賦值給所得影像之各像素，將濾波影像組合產生單一影像；濾波影像之相應像素為彼等像素，其代表與所得影像中之各自像素相同之各濾波影像中之位於晶圓表面上的相同點。或者，可以藉由濾波影像之逐個像素總和或平均值而產生該所得影像。

在任何情形下，當由濾波影像產生所得影像時，可考慮照明之不均勻性。可藉由例如在效能評估之產生期間，在晶圓所佔據之位置處放置光檢測器或藉由在晶圓位置處放置參考灰階卡及利用相機記錄影像而測定該等不均勻性。從光檢測器之輸出或從利用相機記錄之影像可獲得照明之不均勻性。基於不均勻性分佈，可導出在各濾波影像中之像素值的權重分佈，當從濾波影像計算所得影像時需要考慮之。

在該方法之實施例中，僅考慮在晶圓表面展現在預定公差範圍內之根據<100>米勒指數(Miller index)定向之表面的微晶，即，藉由從晶錠切割晶圓產生之微晶表面對應於在預定公差範圍內之<100>表面的微晶。符合該條件的微晶可藉由例如照明系統及相機而識別，其利用根據<100>米勒指數定向之微晶表面的反射特性。

根據<100>米勒指數定向之表面的相關性在於：若出於晶圓表面之粗糙化之目的，將各向異性蝕刻應用至該表面，則在該表面上產生錐體結構者。該粗糙化之目的在於減少晶圓表面之反射性。對於錐體結構，因為介於相鄰錐體之表面之間的光的內反射，每一此反射亦涉及一些光能之吸收及其變為電能之轉換，則減少晶圓表面之凈反射率及因而增加由該晶圓製造之太陽能電池的效能。

在一個具體實施例中，測定在晶圓表面在預定公差範圍內之根據<100>米勒指數定向之最大微晶的灰度值及考慮具有在15%，較佳3%之針對最大微晶之灰度值可利用的總灰度範圍以內的灰度值的所有其他微晶。通常而言，可利用之灰度範圍從全黑延伸至全白；此可以不同方式以數字表示及對應於例如從0至1的範圍，或特定言之對於數位影像處理為0至255(對於8位色深)。

或者，待考慮之微晶係藉由如下而識別：測定具有最低灰度值的微晶的數目K，識別該等K個微晶中之最大微晶及確定其灰階G為其表面之平均或中位數灰度值，及考慮具有在自經識別之最大微晶的灰階G之公差△G範圍內之灰 度值的所有微晶，其中該公差△G可為15%，及較佳3%之總灰階範圍。使用者可以設定或藉由選擇具有低於預定灰階之灰階的所有微晶而自動確定該K值。

在實施例中，當選擇在晶圓表面展現在預定公差範圍內之根據<100>米勒指數定向之表面的微晶時，若出現此等微晶之連通對，則不考慮該對中之一員。未被考慮的一員可為該對中更小的或更明亮的成員。可以各種方式測定微晶之連通性。例如，在晶圓表面之數位影像中，若在數位影像中其所顯現之微晶之邊界共用大於預定臨限值的多個像素，則兩個微晶視為相連。該臨限值可為零，或可選擇為例如微晶邊界之長度的百分比，例如兩個微晶之更小者之邊界。若其邊界不共用像素，但在一個微晶之邊界中，存在與該兩者中之另一者之邊界中之一些像素展現低於預定距離臨限值的距離的像素，則該兩個微晶亦可視為相連，出於上述目的而不考慮其中一者。可藉由疊代演算法測定微晶之連通性，例如對於按步驟、按尺寸分類之微晶的輸入列表，其中選擇該輸入列表之最大微晶，測定與最大微晶連通的所有微晶及將其從該輸入列表中移除，接著將該最大微晶從該輸入列表移至輸出列表，及接著利用因此縮短之輸入列表重複上述步驟，直到該輸入列表為空。根據在疊代演算法中採用的連通性的定義，例如以上給出之一種定義，結果為彼此未連通之微晶的輸出列表。

在該方法之實施例中，在晶圓表面展現在預定公差範圍內之根據<100>米勒指數定向之表面的微晶的尺寸與具有 不同定向之微晶之尺寸是分開測定的。另外或抑或，除測定微晶之尺寸外，亦測定微晶邊界之密度。在該等實施例中，作為如此測定之數據之函數，即作為微晶尺寸、微晶邊界的密度(若測定)及在晶圓表面展現在預定公差範圍內之根據<100>米勒指數定向之表面的微晶的尺寸(若該等尺寸已經與其他微晶之尺寸分開測定)之函數，獲得太陽能電池的效能評估。可例如如上在基於微晶邊界之方法之上下文中所述之方式測定微晶邊界之密度。

用於評估在製造製程期間待由晶圓製造之太陽能電池的效能的方法的一個具體實施例包括步驟：識別第一組微晶，其中該第一組包括具有在晶圓表面在預定公差範圍內之根據<100>米勒指數定向之微晶表面的微晶，及第二組微晶，其中該第二組包括在晶圓表面不在預定公差範圍內之根據<100>米勒指數定向之微晶表面的微晶；導出在該第一組或在該第二組中之微晶之微晶表面的面積；及由在上一步中導出之面積獲得效能評估。

實施例中之太陽能電池的效能評估可從查找表獲得。該查找表從太陽能電池效能值及相應尺寸列表之樣本組而預先產生。在一個具體實施例中，該查找表係關於效能值與相應尺寸列表中之尺寸的總和。在一個不同實施例中，該查找表係關於效能值與尺寸列表，即不進行列表中之尺寸數值的求和。如在基於上述微晶邊界之密度的查找表的情形下，為了從該查找表獲得效能評估，可使用內插法。或者，可分別使用查找表中分別最接近針對給定晶圓之表面 之尺寸之總和或尺寸列表的尺寸之總和或尺寸列表，以從查找表獲得效能評估。在基於尺寸列表之查找表的情形下，最接近針對給定晶圓之表面之尺寸列表的尺寸列表可藉由例如考慮列表與向量比較、採用不同向量及從利用針對給定晶圓之表面的尺寸列表產生最小長度之不同向量的查找表選擇列表而確定。

在一個不同實施例中，效能評估係藉由多項式函數由尺寸列表計算而來。多項式函數來自太陽能電池效能值及相應尺寸列表之樣本組。在一個具體實施例中，該多項式函數取決於與在尺寸列表中存在之元素一樣多的變量。在一個替代性實施例中，該多項式函數僅取決於一個變量，及尺寸列表中之尺寸的總和用作該變量的數值。

根據本發明用於評估在製造製程期間待由晶圓製造之太陽能電池的效能的裝置具有經配置以擷取晶圓表面之影像的相機，及經配置以照射該晶圓表面的照明系統。該相機界定成像路徑及該照明系統係與該成像路徑同軸排列。該裝置亦具有影像處理單元，其經配置以處理藉由該相機擷取之晶圓表面的影像及由該影像導出待由該晶圓製造之太陽能電池的效能評估。

在一個實施例中，該照明系統包括環形發光器。該環形發光器可以不同方式實現。例如，可將複數個光源以環形方式排列。其中各光源經配置以朝向待照射之晶圓表面之至少一部分發射光錐。或者，該環形發光器顯示呈環形之連續發光表面。當然，亦可使用上述可能的組合。

在一個不同實施例中，該照明系統具有作為光源的複數個LED條。在一個具體的實施例中，該照明系統具有4個LED條，其以使在其間包括矩形區之方式而排列。因為用於製造太陽能電池的晶圓一般為矩形(通常為正方形)，所以該實施例特別佳。為了獲取晶圓表面之影像，較佳使該等LED條之間的矩形區對齊，以使對於晶圓表面之每一側面，存在一LED條與之平行。

該裝置可進一步展現具有矩形孔的孔徑板。四個LED條在此於背離相機之孔徑板的一側面上環繞該孔而排列。對於矩形孔的每一側面，存在與之平行對齊的一LED條。為了獲取矩形晶圓之表面的影像，較佳使矩形孔對齊以使對於晶圓之每一側面，存在該孔的一側面與之平行。

對於該裝置，亦可對應一組孔徑板，各孔徑板具有與其他孔徑板之孔不同之形狀及/或尺寸的孔。該照明系統可有利地適應於各自的孔，及較佳在背離相機之孔徑板的一側面上環繞該孔而排列。特定言之，該照明系統之形狀可適應於該孔的形狀，以使例如在環形孔的情形下，環形發光器可用於該照明系統。為了獲取晶圓表面之影像，可使用來自該組孔徑板之一孔徑板，其顯示在形狀上適應於該晶圓之孔。

在本發明之一個實施例中，用於評估在製造製程期間待由晶圓製造之太陽能電池的效能的裝置展現經配置以擷取晶圓表面之影像的數字相機。該相機界定成像路徑。該裝置進一步具有四個經排列及配置以照射晶圓表面之LED 條。LED條係以與成像路徑同軸排列在孔徑板上。該裝置亦具有影像處理單元，其經配置以處理藉由該相機擷取之晶圓表面的影像及以由該影像導出待由該晶圓製造之太陽能電池的效能評估。在一個具體實施例中，該孔徑板具有在形狀上適應於待藉由相機成像之矩形晶圓的矩形孔，其中該等LED條置於該孔周圍以使該等LED條背離相機及與該晶圓之各邊緣平行。

在本發明之以下詳述以及附圖中，現將更充分地敘述本發明之性質及操作模式。

相同的參考數字在各圖中表示相同元件。而且，在圖示中僅顯示對於敘述各圖有必要的參考數字。顯示之實施例僅表示如何進行本發明之實例。此不應視為限制本發明。

圖1為用於評估來自待製造太陽能電池之晶圓40之太陽能電池之效能的根據本發明之裝置1的示意圖。該裝置1具有經配置以擷取晶圓40之表面41之影像的相機20。該相機20界定成像路徑21。該成像路徑21實質上與晶圓40之表面41之法線44平行。該裝置1進一步具有影像處理單元30，其經配置以處理藉由相機20擷取之影像及由該影像獲得效能評估。實施例中顯示之該影像處理單元30進一步控制相機20及照明系統8，其在此包括LED(發光二極體)條51。該裝置1在此亦展現孔徑板10，及該等LED條51在背離相機20之孔徑板10之一表面或側面12上排列。該孔徑板10為該照明系統8的一部分及該照明系統8係與該成像路徑21同軸 排列。

圖2為圖1所示之具有孔徑板10的照明系統8的示意圖。顯示圖1中之背離相機20之孔徑板10的表面或側面12。以在其間包括矩形區14的方式排列四個LED條51。在所示實施例中，該矩形區14包含正方形孔11，四個LED條51係以使各LED條51平行於孔11的一側面13的方式環繞該孔排列。在根據本發明之方法的具體實施例中，該等四個LED條51被依序促動，以使在每一瞬時點最多一個LED條51被促動，及如上已經敘述，對於各促動之LED條51，記錄晶圓40(參見圖1)之表面41(參見圖1)的數位影像。

圖3顯示一晶圓40之表面41。該晶圓40為多晶型晶圓，及在其表面41可見許多微晶42。在圖3及圖4所示的實施例中，該晶圓40實質上為矩形。因此，該晶圓40具有圍起該晶圓40之表面41的四條邊緣46。

圖4亦顯示一晶圓40之表面41。所示晶圓40亦為多晶型晶圓，但相比圖3所示之晶圓40，在圖4所示之晶圓40之表面41上可見相對少的微晶42。該類型之多晶型晶圓(即具有較少微晶42)通常稱為「類單晶」晶圓40，因為其「幾乎」與單晶型晶圓40相同；為了區別，圖3所示類型的晶圓進而稱為「真正的」多晶型晶圓40。在所有其他條件相同下，由「類單晶」晶圓40製造的太陽能電池具有比由「真正的」多晶型晶圓40製造的太陽能電池更高的效能。

圖5為一晶圓40之表面41的示意圖。該晶圓40為矩形及以四條邊46為邊界。在表面41可見許多微晶42；各微晶42 係藉由微晶邊界43所限定。嚴格講，微晶42為三維物體，且在晶圓40之表面41上所見的為藉由晶圓40之製造方法，特定言之藉由從晶錠鋸切晶圓40(其必須透過晶錠中之微晶而鋸切)，由微晶所產生的表面，其中產生在晶圓40之表面41上可見及形成其一部分之微晶42的表面。

在圖5中亦顯示的為多個(在此為3個)微晶421、422及423，在此區分為晶圓40之表面41上的三個最大微晶。如上已經敘述，多個最大微晶用於根據本發明之方法的一個實施例中以獲得由各自的晶圓製造的太陽能電池的效能評估。該實施例使用最大微晶(在此為三個421、422及423)的尺寸以獲得效能評估。微晶之尺寸在此表示為在所檢查之晶圓40之表面41上可見的各自微晶的面積的尺寸。在根據本發明之另一方法中，微晶邊界43之密度可用於獲得待由所檢查之晶圓40製造之太陽能電池的效能評估。以上已經敘述了該方法。

圖6顯示多種晶圓表面上之微晶邊界之密度的多種數值84、85的圖。沿橫座標81的位置對應於多種晶圓。沿縱座標82的位置對應於在各自晶圓表面上之微晶邊界的密度的數值。亦顯示密度臨限值83。該密度臨限值83可例如由使用者設定或由某些形式的分析(如統計分析)而獲得。根據本發明之一個實施例，取決於各自晶圓40之表面上的微晶邊界的密度的數值，該密度臨限值83用於將晶圓歸類為高效能晶圓及低效能晶圓。將具有高於該密度臨限值83之相應密度值84的晶圓40歸類為低效能晶圓，將具有低於該密 度臨限值83之相應密度值85的晶圓歸類為高效能晶圓。換一種說法，密度臨限值83用於清楚地區分「類單晶」晶圓(其為高效能晶圓)與「真正的」多晶型晶圓(其為低效能晶圓)。因此在一方面之高效能、「類單晶」晶圓與另一方面之低效能、「真正的」多晶型晶圓之間的差別取決於該密度臨限值83的選擇，但一旦已經選定密度臨限值83，則可清楚地作出該區分。

圖7顯示藉由相機20(參見圖1)記錄之一晶圓40(參見圖1)之表面41之數位影像70、藉由利用梯度或方差濾波之濾波處理100由該數位影像70所產生之濾波影像71及藉由二值化程序200由該濾波影像71所獲得的二值影像72的順序。在二值化程序200中，將濾波影像71之複數個(可能是所有)像素與二值化臨限值205比較(參見圖10)。該二值化臨限值205可例如由使用者選擇。若濾波影像71中之像素具有高於該二值化臨限值205的數值，可將第一值201(參見圖10)賦值給該二值影像72中之相應像素，不然將第二值202(參見圖10)賦值給該二值影像72中之相應像素。該濾波影像71中之像素之該二值影像72中之相應像素為代表與該濾波影像71中之像素相同之在晶圓40之表面41上之位置的該二值影像72的像素。在所示圖中，具有該第一值201之該二值影像72的像素呈現白色，其他像素呈現黑色。具有該第一值201之像素(即在此為白色像素)表示微晶邊界。晶圓40之表面41上之微晶邊界的密度可表示為例如該二值影像72中之白色像素的數目與像素之總數的比。在以此方式表示 的密度中，晶界以權重方式加入；邊界越長，即越多的白色像素表示邊界，則邊界對密度的貢獻越大。

在圖7之範圍中所考慮的晶圓40為如在圖3之範圍下定義的「真正的」多晶型晶圓。在晶圓40之表面41之二值影像72中，可見大量微晶邊界(在此呈現白色線條)，及因此可見大量微晶。

圖8係輿圖7類似，然而，在此考慮如在圖4之範圍中引入之在其表面41上具有大量微晶邊界之「類單晶」晶圓40，其顯著地低於圖7中之晶圓40之微晶邊界的相應數目。在圖8的情形下，存在在尺寸上可與晶圓40之整個表面相當的不含微晶邊界的區域。當然，術語如「顯著低於」或「在尺寸上可相當的」相當含糊，但在所有其他條件及處理參數相同的情形下，由圖8之晶圓製造的太陽能電池具有比由圖7之晶圓製造的太陽能電池更高的效能。因此，需要在製造製程的早期階段識別此等高效能、類單晶晶圓。呈其各種實施例之本發明之方法提供實現此之方式。已經在圖6之範圍中敘述基於密度臨限值在「類單晶」晶圓與「真正的」多晶型晶圓之間清楚及不含糊區分的可能性。

在圖7及8中所示之影像中，特定言之在晶圓40之表面41中之數位影像70中亦可見的為LED條51(參見圖1及2)之影像61；在此，各LED條51明顯地與晶圓40(矩形晶圓)之一邊46平行而排列，該等LED條51或其影像61分別圍起其間之矩形區14。

圖9顯示如在圖7及8之範圍中所述之一晶圓40之表面41的濾波影像71的示例性25個像素(5×5陣列)。亦顯示藉由二值化程序200(亦參見圖7及8)由該濾波影像71所產生之二值影像72的相應的25個像素。當由該數位影像70產生該濾波影像71(參見圖7及8)時，該濾波影像71之各像素表示來自方差或梯度濾波之數值輸出，即濾波值。為說明所示濾波影像71之像素的目的，使像素91(由小點標示)具有第一濾波值，像素92(由大點標示)具有第二濾波值，及像素93(由波浪圖標示)具有第三濾波值。其中，該第三濾波值大於該第二濾波值，其進而大於該第二濾波值，其進而大於該第一濾波值。此暗示在對應於像素93之位置處之數位影像70中之梯度或方差分別高於藉由像素92表示之位置處之梯度或方差，其進而高於藉由像素91表示之位置處的梯度或方差。而且，像素90(未標示)應具有低於該第一濾波值的濾波值，即藉由像素90所表示之位置處的梯度或方差低於藉由像素91所表示之位置處的梯度或方差。如以上已述，該二值化程序200包括二值化臨限值205(參見圖10)。對於圖9之情形，使該二值化臨限值205為像素92之第二濾波值及像素93之第三濾波值高於該二值化臨限值205，及像素91之第一濾波值以及像素90之濾波值低於該二值化臨限值205者。因此，在該二值化程序中，將第一值賦值給對應濾波影像71之像素92及93之二值影像72的像素95，及將第二值賦值給對應濾波影像71之像素90及91之二值影像72的像素96。在圖9中，具有該第一值之二值影像72的像 素95係以棋盤形圖案標示，而具有該第二值之二值影像72的像素96未經標示。在所示之5×5像素陣列中，具有該第一值之二值影像72的像素95對應於濾波影像71及二值影像72所來源之晶圓40之表面41上之微晶邊界43的一部分。相比在產生包括至少像素91、92及93之更漫射結構的濾波影像71，在該二值影像72中，該微晶邊界43係更清晰地描繪，其僅包括具有該第一值的像素95。

圖10說明如何從濾波影像71(參見圖7、8及9)獲得二值影像72(參見圖7、8及9)。在圖10之頂部圖中，沿橫座標110的位置對應像素之數目，其唯一地識別在給定數位影像70(參見圖7及8)中之像素，及沿縱座標111的位置對應由濾波程序100(參見圖7及8)獲得之濾波值，其係針對各自像素，由該數位影像70產生該濾波影像71。可以任意方式，例如藉由以逐列或逐行的方式對影像中之像素計數及將計數中之其相應數目賦值給各像素，將唯一的像素數目賦值給該等像素。在圖10之頂部圖中亦顯示二值化臨限值205、低於該二值化臨限值205的第一濾波值101、高於該二值化臨限值205的第二濾波值102及大於該第二濾波值102的第三濾波值103。為說明之目的，亦顯示若干數據值(黑點)，其在此對應圖9之濾波影像71之像素。等於該第一濾波值101的數據值對應濾波影像71之像素91，等於該第二濾波值102的數據值對應濾波影像71之像素92，及等於該第三濾波值103的數據值對應濾波影像71之像素93。對應圖9之濾波影像71中之像素90的濾波值出於清晰之目的 未顯示。在頂部圖中之若干濾波值相同的事實是因為所選擇之說明性實例，即圖9所示之濾波影像71，及不以任何方式限制本發明。

藉由二值化程序200，將濾波影像71之濾波值轉換成二值影像72(參見圖9)之值。在圖10之底部圖中，沿縱座標211的位置對應圖9之二值影像72之值(二進位值)，其中在二值影像中，當然僅存在兩種，第一值201及第二值202，而沿橫座標210的位置對應與在頂部圖中沿橫座標110之相應位置相同的唯一像素數目。根據該二值化程序200，將在該二值化程序200中高於該二值化臨限值205的濾波值轉換成該第一值201，及將低於該二值化臨限值205的濾波值轉換成該第二值202。具體言之，在圖10之情形下，此暗示如在圖10之頂部圖所示之等於該第二濾波值102或該第三濾波值103的濾波影像71的數據值係藉由該二值化程序200繪製到該第一值201，而等於該第一濾波值101的濾波影像71的數據值係藉由該二值化程序200映射到該第二值202。

圖11顯示一孔徑板10及照明系統之替代性實施例。該孔徑板10具有孔11，其在此如在圖2之孔徑板的情形下為方形。此處之照明系統係以環形發光器52給出，其在該實施例中具有連續環形發光表面54。在背離相機20(參見圖1)之孔徑板的一側面12上提供該環形發光器52。

圖12顯示一孔徑板10及照明系統之替代性實施例。該孔徑板10具有孔11，其在此為圓形。該照明系統係以環形發 光器給出，其在該實施例中為環形排列之光源53。在背離相機20(參見圖1)之孔徑板10的一側面12上提供該等光源53。

從圖2、11及12顯而易見，在所有此等實施例中，該照明系統係與該孔11同軸排列，及因此與該成像路徑21(參見圖1)同軸。而且，該孔11不限於方形或圓形，而且亦可呈任意多邊形的形狀，其中矩形、六邊形及八邊形為具體實例。該孔11亦可為例如橢圓形。在具體實施例中，該照明系統可在形狀上適應於該孔的形狀，例如，如在圖12的情形下，針對圓形孔的環形發光器，或如例如在圖2中針對方形孔的情形所示，針對矩形孔的矩形排列的光源。然而，孔與照明系統之形狀的對應性為非必須的，如例如在圖11的情形下所示，其中在方形孔下使用環形發光器。

在圖1之示意圖中，該成像路徑21為直的。然而，熟習此項技術者明瞭，在不同實施例中，該成像路徑可由具有不同定向之複數個區段組成。同樣地，可在其抵達晶圓40之表面41之途中，再次引導來自照明系統的光束一次或若干次。對於本發明相關的是，來自照明系統之照射至少在入射到晶圓40之表面41上時與成像路徑21同軸，其中該成像路徑21至少在與晶圓40之表面41接觸之成像路徑21的一區段上與晶圓40之表面41的法線44平行。同軸照射可例如藉由與孔11同軸的照明系統而實現，而且可以任何其他光學排列實現，其中來自照明系統之光束的排列係與該成像路徑21同軸。

圖13顯示一具有光源53之孔徑板10。為清晰之目的，僅顯示兩個光源53，但該孔徑板10可展現兩個以上的光源，如亦從圖2及12易見。各光源53發射入射到晶圓40之表面41上之光錐47。為說明之目的，在晶圓40之表面41的不同位置處，顯示晶圓40之表面41的法線44兩次。對於各光錐47，顯示中心線48。在各自的中心線48與晶圓40之表面41相交的適當位置所示的法線44在各情形下與中心線48圍城角度49。在實施例中，該角度49介於0度及30度之間及較佳介於10度及20度之間。

圖13亦顯示該成像路徑21。顯示該成像路徑21及該中心線48超過晶圓40之表面41延伸以說明該表面41之照射係與該成像路徑21同軸。亦即，該成像路徑21係與光錐47(更精確而言該等光錐47之中心線48)之排列的對稱軸重合。超過晶圓40之表面41之成像路徑21及中心線48之延伸僅用於說明之目的，及不表示來自光源53的光是或需要穿過晶圓40透射。

本發明已經參考具體實施例加以敘述。然而，熟習此項技術者明瞭在不脫離以下申請專利範圍下可以做出變動及修改。

1‧‧‧裝置

8‧‧‧照明系統

10‧‧‧孔徑板

11‧‧‧孔

12‧‧‧背離相機之孔的側面

13‧‧‧孔之側面

14‧‧‧矩形區

20‧‧‧相機

21‧‧‧成像路徑

30‧‧‧影像處理單元

40‧‧‧晶圓

41‧‧‧晶圓表面

42‧‧‧微晶

43‧‧‧微晶邊界

44‧‧‧晶圓表面之法線

46‧‧‧晶圓之邊緣

47‧‧‧光錐

48‧‧‧光錐之中心線

49‧‧‧角度

51‧‧‧LED條

52‧‧‧環形發光器

53‧‧‧光源

54‧‧‧發光表面

61‧‧‧LED條之影像

70‧‧‧數位影像

71‧‧‧濾波影像

72‧‧‧二值影像

81‧‧‧橫座標

82‧‧‧縱座標

83‧‧‧密度臨限值

84‧‧‧密度值

85‧‧‧密度值

90‧‧‧濾波影像之像素

91‧‧‧濾波影像之像素

92‧‧‧濾波影像之像素

93‧‧‧濾波影像之像素

95‧‧‧二值影像之像素

96‧‧‧二值影像之像素

100‧‧‧濾波程序

101‧‧‧第一濾波值

102‧‧‧第二濾波值

103‧‧‧第三濾波值

110‧‧‧橫座標

111‧‧‧縱座標

200‧‧‧二值化程序

201‧‧‧第一值

202‧‧‧第二值

205‧‧‧二值化臨限值

210‧‧‧橫座標

211‧‧‧縱座標

421‧‧‧微晶

422‧‧‧微晶

423‧‧‧微晶

圖1為根據本發明之用於評估太陽能電池之效能的裝置的示意圖。

圖2為具有LED條之孔徑板的示意圖。

圖3為多晶型晶圓之表面的影像。

圖4為多晶型「類單晶」晶圓之表面的影像。

圖5為顯示微晶及微晶邊界之晶圓表面的示意圖。

圖6為微晶邊界之密度圖。

圖7顯示多晶型晶圓之數位影像、濾波影像及二值影像的順序。

圖8顯示類單晶晶圓之數位影像、濾波影像及二值影像的順序。

圖9說明二值化程序。

圖10顯示兩個說明二值化程序的圖。

圖11為具有環形發光器之孔徑板的示意圖。

圖12為具有另一類型之環形發光器的孔徑板的示意圖。

圖13顯示一具有光源及入射到晶圓表面上之光錐的孔徑板。

14‧‧‧矩形區

46‧‧‧晶圓之邊緣

61‧‧‧LED條之影像

70‧‧‧數位影像

71‧‧‧濾波影像

72‧‧‧二值影像

100‧‧‧濾波程序

200‧‧‧二值化程序

Claims (46)

1. 一種用於評估在製造製程期間待由晶圓製造之太陽能電池的效能的方法，其包括下列步驟：識別該晶圓表面上之微晶邊界；導出該晶圓表面上之微晶邊界的密度；自該微晶邊界之密度獲得效能評估。
2. 如請求項1之方法，其中藉由若該微晶邊界之密度低於密度臨限值，則將晶圓歸類為高效能晶圓，及若該微晶邊界之密度高於密度臨限值，則將晶圓歸類為低效能晶圓，獲得該效能評估。
3. 如請求項1之方法，其中由查找表獲得該效能評估，其中該查找表由太陽能電池效能值及相應的微晶邊界之密度之樣本組而預先產生。
4. 如請求項1之方法，其中該效能評估係藉由根據多項式函數由該微晶邊界之密度計算效能值而獲得，其中該多項式函數衍生自太陽能電池效能值及相應的微晶邊界之密度之樣本組。
5. 如請求項1之方法，其中該微晶邊界之密度表示為每單位面積之微晶邊界的數目。
6. 如請求項1之方法，其中該微晶邊界之密度表示為每單位面積之微晶邊界的總長。
7. 如請求項1之方法，其中識別該晶圓表面上之微晶邊界包括擷取該晶圓表面之數位影像。
8. 如請求項7之方法，其中識別該晶圓表面上之微晶邊界 進一步包括對該數位影像應用梯度濾波或方差濾波，因而產生濾波影像。
9. 如請求項8之方法，其中識別該晶圓表面上之微晶邊界進一步包括使該濾波影像二值化因而產生二值影像的步驟，其中藉由將該濾波影像之複數個像素之各自像素的值與二值化臨限值比較，及若該濾波影像中之各自像素的值高於該二值化臨限值，則將第一值賦值給該二值影像之相應像素，及不然將第二值賦值給該二值影像之相應像素，達成該二值化。
10. 如請求項9之方法，其中該微晶邊界之密度表示為二值影像中具有第一值之像素的數目與代表該晶圓表面之像素的總數的比。
11. 如請求項7之方法，其中該晶圓表面之數位影像係藉由利用來自照明系統之光照射該表面，及將來自該照射表面之光沿成像路徑引導至相機而獲取，其中該照明系統係與該成像路徑同軸排列。
12. 如請求項11之方法，其中來自該照明系統的光與該晶圓表面之法線圍成0度至30度，及較佳10度至20度的角度。
13. 一種用於評估在製造製程期間待由晶圓製造之太陽能電池效能的方法，其包括下列步驟：識別該晶圓表面上之微晶；測定各識別之微晶之尺寸，因而產生尺寸列表；獲得作為在上一步中測定之尺寸列表之函數的太陽能 電池的效能評估。
14. 如請求項13之方法，其中識別一組數目N的最大微晶，由使用者設定該數目N或藉由選擇大於預定絕對尺寸或總晶圓尺寸之設定百分比的所有微晶而自動確定該數目N。
15. 如請求項13之方法，其中該尺寸列表之函數係以尺寸之總和的函數給出。
16. 如請求項13之方法，其中識別該等微晶及測定其尺寸包括以下步驟：獲得該晶圓表面之數位影像；針對各識別之微晶，確立代表該數位影像中之各自微晶的像素的數目。
17. 如請求項16之方法，其中該晶圓表面之數位影像係藉由利用來自照明系統之光照射該表面，及將來自該照射表面之光沿成像路徑引導至相機而獲取，其中該照明系統係與該成像路徑同軸排列。
18. 如請求項17之方法，其中來自該照明系統的光與該晶圓表面之法線圍成0度至30度，較佳10度至20度的角度。
19. 如請求項17之方法，其中該照明系統包括同步促動的複數個光源以記錄該晶圓表面之數位影像。
20. 如請求項17之方法，其中該照明系統包括複數個光源，該等光源係以預定圖案之順序作為時間之函數而促動，及針對促動光源之至少一預定圖案記錄數位影像。
21. 如請求項20之方法，其中該照明系統包括四組光源，各 組光源包含至少一個光源，對齊該等組以使各組對應於平行於該晶圓表面之矩形區的一邊，及預定圖案之順序為使該等組光源被依序促動者。
22. 如請求項20之方法，其中將梯度或方差濾波應用至各記錄之數位影像。
23. 如請求項20之方法，其中針對促動光源之複數個圖案的每一者記錄數位影像，及藉由數據處理將該等數位影像組合成單一所得影像。
24. 如請求項20之方法，其中針對促動光源之複數個圖案之每一者記錄數位影像，將梯度或方差濾波應用至各記錄之數位影像，因而針對各記錄之數位影像產生濾波影像，及藉由將濾波影像中之相應像素之數值的最大值，或濾波影像中之相應像素之數值的總和，或濾波影像中之相應像素之數值的平均值賦值給所得影像之各像素，將該等濾波影像組合成單一所得影像。
25. 如請求項13之方法，其中僅考慮在該晶圓表面展現在預定公差範圍內之根據<100>米勒指數(Miller index)定向的表面的微晶。
26. 如請求項25之方法，其中因根據<100>米勒指數定向之微晶表面的反射特性，識別待考慮之微晶，使用該照明系統及該相機測定給定微晶表面之反射特性。
27. 如請求項25之方法，其中測定所考慮之最大微晶的灰度值及考慮具有在最大微晶之灰度值可獲得的總灰度範圍的15%，較佳3%以內的灰度值的所有其他微晶。
28. 如請求項25之方法，其中藉由測定具有最低灰度值的微晶的數目K、識別該等K個微晶之最大微晶及將其灰階G確定為其表面之平均或中位數灰度值，及考慮具有在來自識別之最大微晶的灰階G之公差△G範圍內之灰度值的所有微晶，來識別該等待考慮之微晶，其中該公差△G可為15%及較佳3%之總灰階範圍。
29. 如請求項28之方法，其中K值可由使用者設定或藉由選擇具有低於預定灰階之灰階的所有微晶而自動確定。
30. 如請求項25之方法，其中在連通微晶對之情形下，該對之各成員展現在該晶圓表面在預定公差內之根據<100>米勒指數定向的表面，不考慮一成員。
31. 如請求項30之方法，其中該不被考慮的成員為該對中較小或較明亮的成員。
32. 如請求項13之方法，其中該效能評估獲自查找表，其中該查找表由太陽能電池之效能值及相應尺寸列表之樣本組而預先產生。
33. 如請求項13之方法，其中該效能評估係藉由根據多項式函數由尺寸列表計算效能值而獲得，其中該多項式函數自太陽能電池效能值及相應尺寸列表之樣本組導出。
34. 如請求項33之方法，其中該多項式函數取決於與在尺寸列表中存在之元素一樣多的變量。
35. 如請求項13之方法，其中在該晶圓表面展現於預定公差內之根據<100>米勒指數定向之表面的微晶的尺寸與具有不同定向之微晶之尺寸分開測定及/或其中除測定微晶 之尺寸之外，測定微晶邊界之密度，及獲得作為如此測定之數據之函數的該太陽能電池之效能評估。
36. 一種用於評估在製造製程期間待由晶圓製造之太陽能電池效能的方法，其包括下列步驟：識別第一組微晶，其中該第一組包括具有在晶圓表面在預定公差內之根據<100>米勒指數定向之微晶表面的微晶，及第二組微晶，其中該第二組包括在晶圓表面不在預定公差範圍內之根據<100>米勒指數定向之微晶表面的微晶；導出在該第一組或在該第二組中之微晶之微晶表面的面積；及由在上一步中導出之面積獲得效能評估。
37. 一種用於評估在製造製程期間待由晶圓製造之太陽能電池效能的裝置，其包括：經配置以擷取該晶圓表面之影像的相機，其中該相機界定成像路徑；經配置以照射該晶圓表面的照明系統，其中該照明系統係與該成像路徑同軸排列；影像處理單元，其經配置以處理藉由該相機擷取之該晶圓表面的影像及以由該影像導出由該晶圓製造之太陽能電池的效能評估。
38. 如請求項37之裝置，其中該照明系統包括環形發光器。
39. 如請求項37之裝置，其中該照明系統包括作為光源之複數個LED條。
40. 如請求項39之裝置，其中該照明系統包括四個LED條，其以在其間包括矩形區的方式排列。
41. 如請求項40之裝置，其中該裝置展現具有矩形孔的孔徑板，及該等LED條在背離該相機之該孔徑板的一側上環繞該孔而排列。
42. 如請求項41之裝置，其中該孔經配置以使該矩形孔在形狀上適應於藉由該相機成像之矩形晶圓，及其中該等LED條係以在該晶圓表面之成像期間該晶圓表面之各側與一個LED條平行之方式環繞該孔而排列。
43. 如請求項37之裝置，其中對於該裝置而言，對應一組孔徑板，各孔徑板展現與其他孔徑板之孔在尺寸及/或形狀上不同的孔，及其中該照明系統在背離該相機之孔徑板的一側上環繞該孔而排列。
44. 如請求項43之裝置，其中該照明系統之形狀適應於該孔之形狀。
45. 一種用於評估在製造製程期間待由晶圓製造之太陽能電池效能的裝置，其包括：經配置以擷取該晶圓表面之影像的數位相機，其中該相機界定成像路徑；四個經排列及配置以照射該晶圓表面之LED條，其中該等LED條係與該成像路徑同軸排列在孔徑板上；及影像處理單元，其經配置以處理藉由該相機擷取之該晶圓表面的影像及以由該影像導出待由該晶圓製造之太陽能電池的效能評估。
46. 如請求項45之裝置，其中該孔徑板具有在形狀上適應於藉由該相機成像之矩形晶圓的矩形孔，及其中該等LED條放置在該孔周圍以使該等LED條背離該相機及與該晶圓之各邊平行。