La Metrología Superficial de la Precisión Activa el Rendimiento Creciente y un Costo de Producción Total Más Inferior de Células Solares

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Temas Revestidos

Introducción
Caracterización de la Tosquedad para el Mando De Proceso
Trazo y Línea Mediciones del Ancho
Investigación de los Materiales Avanzados
Optimización y Mando del Equipo De Proceso
Espesor Del Film
Conclusión

Introducción

Actualmente, las tecnologías fotovoltaicas múltiples están compitiendo para la parte en el mercado solar cada vez mayor. Las células solares Tradicionales se hacen del silicio cristalino, y siguen siendo el bulto de producción mundial. Las películas Amorfas del silicio, que pueden producir más pálido, células más configurables, pero generalmente menos más eficientes, están ganando la parte para la producción de células solares. También, los nuevos materiales se están utilizando para crear las células solares en una eficacia más barata (por ejemplo₂ CuInGaSe o CIGS) y más alta (pastas de III/V) que las células solares cristalinas tradicionales del PICOVOLTIO. Cada Uno de estas tecnologías tiene ventajas y desventajas sobre las otras, pero toda comparte la necesidad de la metrología de la superficie de la precisión para el control de calidad. Las soluciones rápidas, exactas, y versátiles de la metrología ofrecidas por la aguja y los profilers ópticos están siendo utilizadas por muchos fabricantes de la célula solar para aumentar el rendimiento y más inferior el costo de producción total de células solares con la cuantificación, la aptitud, o vigilar de diversos pasos de progresión de proceso.

Caracterización de la Tosquedad para el Mando De Proceso

Los profilers de la aguja y los profilers ópticos disfrutan de uso extenso en aplicaciones de la medición de la tosquedad. Con tiempos de la resolución vertical y de la medición del sub-nanómetro no más que algunos segundos, los profilers ópticos son una de las herramientas área-basadas mas comunes para cuantificar tosquedad en la producción y en laboratorios de la garantía de calidad. El Cuadro 1 muestra la caracterización de una célula solar, donde la dimensión de una variable, la micro-tosquedad, y el declive de varios arañazo el presente en la superficie se pueden todos evaluar con gran exactitud de la misma medición.

Cuadro 1. (a) tosquedad superficial y dimensión de una variable Totales, con solamente la inclinación quitada del resultado de la medición; (b) La misma medición con el cilindro del mejor ajuste también quitado, ahora mostrando tosquedad mejor así como rayaduras;. (c) un cálculo del declive sobre la región arañazo de la misma medición, para poder calcular exactamente el declive de los defectos.

Los profilers de la Aguja son también de uso general en estas aplicaciones proporcionar a la caracterización rápida de la tosquedad a través de trazos largos. Con longitudes de la exploración hasta 200 milímetros, tosquedad a través de regiones grandes de superficies se pueden obtener, otra vez con la resolución vertical del sub-nanómetro. Los Únicos trazos se pueden combinar para formar mediciones grandes, área-basadas también. El Cuadro 2 muestra una exploración del profiler de la aguja a través de un substrato de cristal, y análisis subsiguiente a través del paquete de programas informáticos de Vision, que puede analizar la aguja y resultados ópticos de la medición. la tosquedad del Sub-Nanómetro se considera fácilmente sobre este trazo de 1 milímetro. La calidad del Substrato se puede pasar/no poder automáticamente en una base de datos usando cálculos básicos de la tosquedad, información de la altura, análisis del histograma de frecuencia espacial para detectar marcas de pulido, y con muchos otros cálculos potenciales. Esta adaptabilidad permite que midens, y señalans los parámetros de mando de proceso más críticos sean determinados, para los avances del control de calidad y del máximo en eficiencia y rendimiento.

Cuadro 2. Una exploración de la aguja de 1m m a través de un substrato de cristal muestra tosquedad del sub-nanómetro con análisis del software de Vision.

Trazo y Línea Mediciones del Ancho

El software de Vision puede calcular automáticamente la línea anchos, líneas espaciamientos, profundidades, volúmenes, roughnesses dentro del trazo y en el substrato, así como registra todos los parámetros a la base de datos con la capacidad del paso/del fall para el mando de producción. El Cuadro 3 muestra una línea de marca medición de un panel solar de la fino-película, revelando la línea ancho, la tosquedad, y la profundidad de la característica marcada. Estos análisis se pueden realizar en superficies con una a varios cientos de características críticas dentro de la medición.

Cuadro 3. 3D y visualización de la región múltiple de una línea de marca en un panel solar de la fino-película, mostrando tosquedad total, tosquedad dentro del área marcada, la línea ancho, y la profundidad de la línea de marca.

Investigación de los Materiales Avanzados

Los profilers Ópticos también se utilizan a menudo para caracterizar las propiedades superficiales de materiales bajo condiciones diversas. La Ciencia Material y la oficina Técnica de la Universidad de Illinois utilizan un profiler óptico para caracterizar efectos del límite de grano sobre el incremento y la eficiencia optoelectrónica en cristales dobles de los CIGS. El Cuadro 4 muestra a región del límite donde las orientaciones cristalinas del substrato que diferían afectaron al incremento de los CIGS materiales. Cuantificando éstos y otras acciones recíprocas rápidamente y en los profilers de alta resolución, ópticos ayude a los investigadores por todo el mundo a mejorar funcionamiento de la célula solar.

El Cuadro 4. región del límite de los CIGS según lo medido por un profiler óptico muestra diversas estructuras de granos a cada lado del límite. Cortesía A. Hall/A. Rockett, Departamento de los Datos de la Ciencia Material y de la Ingeniería, Universidad de Illinois.

Optimización y Mando del Equipo De Proceso

La Aguja y los sistemas ópticos también se utilizan para el control de calidad y la mejoría para el equipo de proceso usado en la fabricación solar. El Grabado De Pistas y los tipos de deposición se pueden calcular rápidamente a través del fulminante usando las capacidades de la automatización avanzada de los profilers ópticos o de la aguja. Las Alturas de características se miden rápidamente en las diversas ubicaciones a través del substrato. Estos datos permiten que los ajustes sean hechos a las alineaciones para una mejor uniformidad, así como a los tiempos de procesamiento requeridos para asegurar los espesores deseados se logran. Por ejemplo, el Cuadro 5 muestra la variación en altura de una característica caminada a través de un fulminante de 8 pulgadas durante el revelado de proceso de la deposición. Las Mediciones fueron tomadas y analizadas automáticamente a través de todas las posiciones. Los datos entonces fueron utilizados para mejorar uniformidad y la altura media de características críticas.

Cuadro 5. variación de la Altura de una característica caminada a través de un fulminante de 8 pulgadas.

Los profilers Ópticos también incorporan varias características que las hagan adecuadas idealmente para la detección y el análisis cuantitativos del defecto. Los umbrales del Volumen y/o de la altura se pueden fijar por el utilizador, y el software determinará automáticamente defectos y puede señalar sobre las características tales como altura, diámetro, volumen, y fragmento del máximo de X y de Y. El Cuadro 6 muestra una medición superficial de un fulminante fotovoltaico donde están presentes los defectos en la superficie. Cuantificándolos, los utilizadores de sistema pueden determinar dónde en el proceso originan y trabajan para optimizar el ajuste de proceso para eliminarlos.

Cuadro 6. detección y cuantificación del Defecto en un fulminante fotovoltaico.

Espesor Del Film

El espesor de las capas diversas del substrato, transparentes y opacas, necesita la caracterización apropiada, determinado para los dispositivos de los CIGS. El método del contacto utilizado por los profilers de la aguja proporciona a las mediciones muy rápidas y exactas del espesor del film donde hay un límite, determinando fácilmente la distancia del película-a-substrato. Con sus fuerzas muy inferiores del contacto, los profilers superficiales pueden hacer esto sin daño, incluso en los polímeros suaves. Más importantemente, como técnica del contacto, el profiler de la aguja es insensible a las diferencias de la propiedad material que pueden crear desplazamientos en técnicas ópticas si los materiales son demasiado finos o tener amortiguación que difiere. El Cuadro 7 muestra la medición de un paso de progresión de 2 micrones para verificar el proceso de la deposición. Aquí, las pequeñas cantidades de contaminación se pueden considerar como picos en el grupo de datos, además de un parte de la altura total del paso de progresión. Puesto Que esta información es obtenible en solamente algunos segundos, llega a ser práctica para realizar inspecciones frecuentes en la calidad de proceso.

Cuadro 7. Un paso de progresión de los 2µm se caracteriza para verificar el proceso de la deposición, revelando las pequeñas cantidades de contaminación, consideradas como picos en el grupo de datos.

Debido a su aguja respectiva y profilers ópticos de las capacidades se emplean a menudo común en el tándem para el mando del espesor del film. Por ejemplo, los profilers ópticos complementan las mediciones de la aguja para la caracterización de la película de varias maneras dominantes. Mayores que cerca de 2 micrones de la película Transparente en espesor se pueden medir a través de la superficie entera de la muestra. El sistema óptico entrega mediciones más rápidamente área-basadas, pero si los desplazamientos de la altura de las propiedades ópticas están presentes, el profiler superficial se puede utilizar para calibrar rápidamente la película. Entonces el software de análisis de SureVision™ puede aplicar automáticamente los desplazamientos a las mediciones ópticas futuras. Además, los profilers ópticos pueden proporcionar a la información en la tosquedad superficial y a los defectos para los fondos superiores y de las películas por separado, para poder analizar las propiedades conformales de la película. Así, los dos sistemas trabajan bien juntos para asegurarse que el espesor del film y las calidades superficiales están caracterizados adecuadamente para mejorar y para mantener funcionamiento máximo.

Conclusión

Las diversas tecnologías usadas para la fabricación de la célula solar están avance rápidamente mientras que los investigadores y las corporaciones trabajan para mejorar eficiencia y para impulsar costos más bajo. La metrología superficial Exacta de las características dominantes es una parte crítica de este proceso. Los profilers ópticos y los profilers de la aguja, que activan la metrología rápida de la superficie y del espesor a la resolución del sub-nanómetro, complementan uno otro para proporcionar a los datos necesarios mejorar el revelado y la producción de la célula solar. La Tosquedad, las alturas del paso de progresión, los anchos del trazo, los anchos de la marca, el espesor del film, y la detección toda del defecto ayudan a líneas de la fabricación. Mientras Tanto, los investigadores pueden estudiar los efectos materiales, ataque ambiental y la fatiga así como realizar la caracterización sofisticada de los cambios del efecto en el equipo de proceso puede tener en los productos finales.

Esta información ha sido originaria, revisada y adaptada de los materiales proporcionados por Bruker AXS.

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