【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 掌握橢偏法的基本原理，學(xué)會(huì)使用單波長(zhǎng)橢偏儀測(cè)硅襯底上透明膜厚度和折射率。 通過(guò)單波長(zhǎng)橢偏儀對(duì)電池片的測(cè)量，檢測(cè)晶體硅太陽(yáng)電池片的 SiNx:H減反射膜的厚度及折射率的值，從而判斷電池片性能的好壞，以便及時(shí)對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整等。知識(shí)應(yīng)用 : PECVD原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的電極上，通人適量的高純度反應(yīng)氣體 SiH4。和 NH3。利用輝光放電氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài) SiNx： H薄膜。反應(yīng)生成 SiNx： H是 1個(gè)非常復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，其主要過(guò)程如下：二、 SiNx： H膜厚度和折射率的影響因素的分析工藝溫度和工藝氣體流量對(duì) SiNx： H膜厚度和折射率的影響　　本試驗(yàn)選擇在 Rothamp。Rau PECVD設(shè)備上進(jìn)行，研究不同工藝溫度和工藝氣體流量對(duì) SiNx： H膜厚度 d、折射率 n的影響規(guī)律。在其他工藝參數(shù)保持不變的情況下，分別改變溫度和 SiH4流量，溫度和 SiH4。流量的變化范圍在設(shè)備要求范圍內(nèi)。結(jié)果如圖 圖 2所示。從圖 1可以發(fā)現(xiàn)，隨著沉積溫度升高， SiNx： H膜的厚度變大，超過(guò)430℃ 后，膜的厚度有所下降。在 410～ 440℃ 范圍內(nèi)，折射率沒(méi)有明顯變化規(guī)律。從圖 2可以發(fā)現(xiàn)，隨著 SiH4流量的增加，膜的折射率和厚度呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，說(shuō)明 SiH4流量的增加可以有效提升膜的沉積速率。 SiNx： H的折射率 n直接決定其對(duì)太陽(yáng)光的吸收程度，所以工藝過(guò)程中 SiH4流量的控制很重要。三、減反射膜厚度和折射率的控制范圍1. 厚度的均勻性 (nominal 約 70 nm)同一硅片 +/ 5%同一片盒內(nèi)的硅片 +/ 5%不同片盒內(nèi)的硅片 +/ 5%2. 折射率 (nominal 約 )同一硅片 +/ %同一片盒內(nèi)的硅片 +/ %不同片盒內(nèi)的硅片 +/ % 四、用單波長(zhǎng)橢偏儀檢測(cè)減反射膜厚度和折射率的方法與步驟單波長(zhǎng)橢偏儀1. 打開(kāi)半導(dǎo)體激光器電源開(kāi)關(guān)。 2. 打開(kāi)計(jì)算機(jī)進(jìn)入 Windows 98 操作系統(tǒng)。 3. 放上樣品。注意不要觸碰待測(cè)樣品表面，以免影響測(cè)量結(jié)果。 4. 檢查橢圓偏振光譜儀各部件的連接。連接妥當(dāng)后打開(kāi)光譜儀電源。5. 啟動(dòng)軟件 Ellip，進(jìn)入操作界面。 6. 調(diào)整樣品平面 7. 點(diǎn)擊 “Start”開(kāi)始測(cè)量。 8. 獲得結(jié)果，點(diǎn)擊 “Save”保存（文件名可為 ）。 9. 如要多次測(cè)量，點(diǎn)擊 “restart”，彈出對(duì)話框詢問(wèn)是否保存上次測(cè)得結(jié)果。 10. 保存完畢或不保存后，可開(kāi)始繼續(xù)測(cè)量。 11. 全部測(cè)量完畢后，退出程序。關(guān)閉光譜儀電源。 12. 用 WORDPAD 打開(kāi)保存的數(shù)據(jù)文件，記錄厚度和折射率。13. 啟動(dòng)軟件 FilmWiard32： (1) 在 “Incident”窗口中輸入入射角數(shù)值； (2) 在 “Psi” 窗口中輸入 Psi 數(shù)值； (3) 在 “Delta”窗口中輸入 Delta 數(shù)值。 (4) 點(diǎn)擊 “Calculate”，則 “Film Index”和 “Film”窗口分別顯示薄膜厚度和折射率。 14. 記錄薄膜的厚度和折射率 任務(wù)四 電性能參數(shù)的檢測(cè)任務(wù)分析 : 太陽(yáng)電池是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能的半導(dǎo)體器件，從應(yīng)用和研究的角度來(lái)考慮，其光電轉(zhuǎn)換效率、輸出伏安特性曲線及參數(shù)是必須測(cè)量的，而這種測(cè)量必須在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光下進(jìn)行才有參考意義。如果測(cè)試光源的特性和太陽(yáng)光相差很遠(yuǎn)，則測(cè)得的數(shù)據(jù)不能代表它在太陽(yáng)光下使用時(shí)的真實(shí)情況，甚至也無(wú)法換算到真實(shí)的情況，考慮到太陽(yáng)光本身隨時(shí)間、地點(diǎn)而變化，因此必須規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光條件，才能使測(cè)量結(jié)果既能彼此進(jìn)行相對(duì)比較，又能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光下的測(cè)試數(shù)據(jù)估算出實(shí)際應(yīng)用時(shí)太陽(yáng)電池的性能參數(shù)。任務(wù)目的 : 太陽(yáng)電池電性能參數(shù)的檢測(cè)既是電池片質(zhì)量是否合格的一個(gè)檢驗(yàn)方法，也是為后續(xù)太陽(yáng)電池組件制作工藝流程的第一步做好分選的準(zhǔn)備。通過(guò)電池的電性能參數(shù)的檢測(cè)結(jié)果，我們來(lái)判斷電池的哪個(gè)參數(shù)合格或者不合格，也從中去分析電池在制造工藝過(guò)程中哪個(gè)工序出現(xiàn)了問(wèn)題并進(jìn)行合理的處理及提出改進(jìn)的措施。知識(shí)應(yīng)用一、太陽(yáng)電池的等效電路及電性能參數(shù)主要電性能參數(shù)如下：Isc、 VocImp 、 Vmp、 PmaxRs、 RshFF、 EFF1. 相關(guān)概念A(yù)M0— 地球大氣層外的太陽(yáng)輻射AM1— 穿過(guò) 1個(gè)大氣層的太陽(yáng)輻射（太陽(yáng)入射角為 0）— 太陽(yáng)入射角約為 48176。的太陽(yáng)輻射大氣質(zhì)量 — 太陽(yáng)光線通過(guò)大氣層的路程對(duì)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射的影響二、太陽(yáng)電池測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)條件及測(cè)試原理圖2. 地面用太陽(yáng)電池測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)條件（STC）： （ 1）大氣質(zhì)量為 （ 2）太陽(yáng)輻照強(qiáng)度為 1000 W/m2 （ 3）溫度為 25 177。1 ℃注：在 STC條件下測(cè)試的電池功率叫 “峰瓦數(shù) ”。通過(guò)模擬太陽(yáng)燈光照射到電池片表面測(cè)試太陽(yáng)電池的電性能參數(shù)三、電池電性能測(cè)試 IV曲線四、太陽(yáng)電池電性能參數(shù)的分析1．短路電流（ Isc）指在某特定溫度和輻射度條件下，光伏發(fā)電器在短路狀態(tài)下的輸出電流，理想情況下，等于光生電流 IL125太陽(yáng)電池 5A左右156太陽(yáng)電池 8A左右影響因素： 面積、光強(qiáng)、溫度短路電流對(duì)溫度變化的敏感度不大2．開(kāi)路電壓（ Voc）指在某特定的溫度和輻射度下，光伏發(fā)電器在無(wú)負(fù)載（開(kāi)路）狀態(tài)下的端電壓晶體硅太陽(yáng)電池 600mV左右影響因素： 光強(qiáng)、溫度、材料特性開(kāi)路電壓會(huì)隨溫度顯著變化， 一般溫度每升高 1℃ ， Voc下降 約 %。特別對(duì)組件來(lái)講，不可忽視這一因素對(duì)組件功率的影響。3. 最大輸出功率（ Pmax） 在 IV曲線上電流和電壓乘積為最大的點(diǎn)所表示的功率。4. 最佳工作電壓（ Vmp） 最大輸出功率對(duì)應(yīng)的電壓。5. 最佳工作電流（ Ⅰ mp） 最大輸出功率對(duì)應(yīng)的電流。6. 串聯(lián)電阻（ Rs）正面電極金屬柵線電阻rmf正面金屬半導(dǎo)體接觸電阻 rc1正面擴(kuò)散層電阻 rt基區(qū)體電阻 rb背面金屬半導(dǎo)體接觸電阻 rc2背面電極金屬柵線電阻rmbrc1 ,rc2與燒結(jié)工藝有關(guān)，（ 10－ 5到幾十歐姆之間）串聯(lián)電阻 Rs越小越好指太陽(yáng)能電池內(nèi)部的、跨連在電池兩端的等效電阻。 并聯(lián)電阻小可能由于： 邊緣漏電（刻蝕未完全、印刷漏漿） 體內(nèi)雜質(zhì)和微觀缺陷 PN結(jié)局部短路（擴(kuò)散結(jié)過(guò)淺、制絨角錐體顆粒過(guò)大）并聯(lián)電阻 Rsh越大越好指最大輸出功率與開(kāi)路電壓和短路電流乘積之比，體現(xiàn)電池的輸出功率隨負(fù)載的變動(dòng)特性，或體現(xiàn)了帶負(fù)載的能力。7. 并聯(lián)電阻 (Rsh)8．填充因子（ FF）影響因素： 串聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻，入射光譜光強(qiáng)度、短路電流、開(kāi)路電壓。考慮了串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻后 ,填充因子表示為其中， FF0為不考慮串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻時(shí)的填充因子。 rs和 rsh分別表示歸一化的串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻 ,rs=Rs/Rch、 rsh=Rsh/Rch,其中 Rch=Voc/(JscA(1K))填充因子 FF越大越好，但要注意開(kāi)路電壓（ Voc）、短路電流（ Isc）大的電池不一定它的填充因子 FF就大。9. 轉(zhuǎn)換 效率 EFF（ η） 式中 At包括 柵線圖 形面 積 在內(nèi)的太陽(yáng)能 電 池的 總 面 積 （ 單 位面 積 的入射光功率）指輸出功率與入射光功率之比為轉(zhuǎn)換效率 η五、溫度對(duì)太陽(yáng)電池的性能影響曲線 1—25 ℃曲線 2—35 ℃1. 短路電流對(duì)溫度變化的敏感度 不大。， 一般溫度每升高 1℃ ， Voc下降 約 %。 FF因 Voc的關(guān)系，也會(huì)隨著溫度的上升而減小。 。對(duì)硅而言，溫度高 1℃ ，輸出功率減少%～ %六、光強(qiáng)對(duì)電池的影響Ⅰ sc、 Voc 均隨著光強(qiáng)的減小而降低；其中 Ⅰ sc變化尤為顯著任務(wù)五 缺陷的檢測(cè)及分選任務(wù)分析 : 電池片的分選作為既是電池片制造工藝流程的最后一步，又是太陽(yáng)電池組件制造工藝流程的第一步。電池片的測(cè)