精密表面の度量衡学は太陽電池の増加された収穫そしてより低く全面的な生産費を可能にします

カバーされるトピック

導入
プロセス制御のための荒さの性格描写
トレースおよび線幅の測定
先端材料の研究
プロセス用機器の最適化そして制御
フィルム厚さ
結論

導入

現在、多重光起電技術は成長する太陽市場の分け前のために競っています。 従来の太陽電池は結晶のケイ素から成り、世界的な生産の大部分に残ります。 より軽い作り出すことができる無定形のケイ素のフィルム、より設定可能で、一般により少なくより効率的なセル、太陽電池の生産のための分け前を得ますが。 また、新しい材料が従来の結晶の太陽 PV のセルより低価格 (CuInGaSe₂ か CIGS のような) および高性能 (III/V の混合物) で太陽電池を作成するのに使用されています。 これらの技術のそれぞれに他上の利点そして不利な点がありますが、すべては品質管理の精密表面の度量衡学のための必要性を共有します。 スタイラスおよび光学型彫機によって提供される急速で、正確で、多目的な度量衡学の解決が多くの太陽電池の製造業者によって収穫を増加するのにおよび太陽電池の全面的な生産費さまざまなプロセスステップの定量化、修飾、または監視によってより低い利用されています。

プロセス制御のための荒さの性格描写

スタイラス両方型彫機および光学型彫機は荒さの測定アプリケーションの広範な使用を楽しみます。 数秒より多くの副ナノメーターの縦の解像度および測定の時間によって、光学型彫機は生産と品質保証の実験室の荒さの量を示すための共通の領域ベースのツールの 1 つではないです。 図 1 は複数の形、マイクロ荒さおよび斜面が同じ測定からの大きい正確さと表面で現在を評価することができるすべてスクラッチする太陽電池の性格描写を示します。

測定の結果から取除かれて傾きだけ図 1. (a) 全面的な表面の荒さそして形、; (b) また除去される最高に適合シリンダーとの同じ測定今荒さ、またスクラッチをよりよく示します;。 (c) 欠陥の斜面が正確に計算することができるように、同じ測定のスクラッチされた領域の斜面の計算。

スタイラス型彫機はこれらのアプリケーションでまた広く使われています長いトレースを渡る急速な荒さの性格描写を提供するために。 スキャン長さを使うと 200 ミリメートルまで副ナノメーターの縦解像度を使うと、表面の大きい領域を渡る荒さ、再度得ることができます。 単一トレースは大きい、領域ベースの測定をまた形作るために結合することができます。 図 2 はスタイラスおよび光学測定の結果を両方分析できる視野のソフトウエアパッケージを通してガラス基板を渡るスタイラス型彫機スキャン、およびそれに続く分析を示します。 副ナノメーターの荒さはこの 1 ミリメートルトレースに容易に見られます。 基板の品質は基本的な荒さの計算を使用してデータベース、高さの渡される/、場合があります空間周波数解析で自動的に磨くマークを検出されないためにそして他の多くの潜在的な計算のヒストグラム情報。 この柔軟性は最も重大なプロセス制御パラメータが効率および収穫の品質管理および最大値の利得のために定められ、測定され、報告されるようにします。

図 2。 ガラス基板を渡る 1mm スタイラススキャンは視野のソフトウェアの分析によって副ナノメーターの荒さを示します。

トレースおよび線幅の測定

視野のソフトウェアは自動的に線幅、行送り、深さ、ボリューム、トレース内のそして基板の roughnesses 計算できましたり、また生産管理のためのパス/失敗の機能のデータベースにすべてのパラメータを記録します。 図 3 は線幅、けがきされた機能の荒さおよび深さを明らかにする薄膜の太陽電池パネルからの筆記者ライン測定を示します。 これらの分析は測定内の数百の重大な機能への 1 つと表面で行うことができます。

薄膜の太陽電池パネルの筆記者ラインの図 3. 3D そしてけがきされた領域内の全面的な荒さ、荒さ、線幅、および筆記者ラインの深さを示す多重領域の表示。

先端材料の研究

また光学型彫機がさまざまな条件の下で材料の表面の特性を特徴付けるのに頻繁に使用されています。 イリノイ大学の物質科学および技術部は CIGS の Bi 水晶の成長そして光電子工学の効率に対する粒界の効果を特徴付けるのに光学型彫機を利用します。 相違の基板の水晶オリエンテーションが物質的な CIGS の成長にどこに影響を与えたか図 4 は境界領域に示します。 これらそして他の相互作用の急速に量を示すことによってそして高リゾリューションの、光学型彫機で研究者が太陽電池パフォーマンスを改善するのを世界的に助けて下さい。

光学型彫機によって測定されるように図 4. CIGS の境界領域は境界の異なった粒状組織をどちら側でも示します。 データ礼儀 A. Hall/A. Rockett の物質科学及び工学のイリノイ大学の部門。

プロセス用機器の最適化そして制御

スタイラスおよび光学系はまた太陽製造業で使用されるプロセス用機器の品質管理そして改善のために使用されます。 腐食および溶着速度は光学かスタイラス型彫機の先端的オートメーションの機能を使用してウエファーを渡って急速に計算することができます。 機能の高さは基板を渡るさまざまな位置ですぐに測定されます。 このデータは調節がよりよい均等性のためのアラインメントになされるようにします、また望ましい厚さを保障する必須の処理時間に達成されます。 例えば、図 5 は沈殿プロセス開発の間に 8 インチのウエファーを渡る歩んだ機能の高さで変化を示します。 測定はすべての位置を渡って自動的に取られ、分析されました。 データがそれから重大な機能の均等性そして平均高さを改善するのに使用されました。

図 5. 8 インチのウエファーを渡る歩んだ機能の高さの変化。

光学型彫機はまた理想的に量的な欠陥の検出および分析に適するそれらを作るいくつかの機能を織込んでいます。 ボリュームや高さのしきい値はユーザーによってセットされるかもしれソフトウェアは自動的に欠陥を識別し、機能で高さ、直径、ボリュームおよび X および Y の最大値ののような範囲報告できます。 図 6 は欠陥が表面にある光起電ウエファーの表面の測定を示します。 それらの量を示すことによって、システムユーザーはプロセスでプロセスセットアップを最適化するためにそれらを除去するためにどこに起き、働くか定めることができます。

光起電ウエファーの図 6. 欠陥の検出および定量化。

フィルム厚さ

透過および不透明なさまざまな基板の層の厚さは、 CIGS 装置のための適切な性格描写を、特に必要とします。 スタイラス型彫機によって利用される接触方法は境界がある容易にフィルムに基板の間隔を識別する非常に急速で、正確なフィルム厚さの測定を、提供します。 非常に低い接触力によって、表面の型彫機は柔らかいポリマーの損傷なしでこれを、されます。 もっと重大に、接触の技術として、スタイラス型彫機は材料が余りにも薄ければ作成するまたは相違の吸収をことができる光学技術でオフセットを持つには物質的な特性の相違に無感覚です。 図 7 は沈殿プロセスを確認するために 2 ミクロンのステップの測定を示します。 ここでは、汚染の少量は全面的なステップ高さのレポートに加えてデータ・セットのスパイクとして、見ることができます。 この情報は数秒だけに獲得可能であるのでプロセス品質の頻繁な小切手を行うために、実用的になります。

図 7。 2µm のステップはデータ・セットのスパイクとして見られる汚染の少量を明らかにする沈殿プロセスを確認するために特徴付けられます。

それぞれの機能のスタイラスおよび光学型彫機が原因で頻繁に一般にフィルム厚み制御のために一緒に雇われます。 例えば、光学型彫機はフィルムの性格描写のためのスタイラス測定をいくつかの主な点で補足します。 厚さの 2 ミクロンについてより大きい全体のサンプル表面を渡って測定することができる透過フィルム。 光学系はより速い領域ベースの測定を提供します、光学的性質からの高さのオフセットがあればすぐにフィルムに目盛りを付けるのに、表面の型彫機が使用することができます。 それから SureVision™の分析ソフトウェアは自動的に未来の光学測定へのオフセットを適用できます。 さらに、光学型彫機は表面荒さでフィルムの等角の特性が分析することができるように情報およびフィルムの上および最下表面に欠陥を別に提供できます。 従って、 2 つのシステムはピークパフォーマンスを改善し、維持するためにフィルム両方厚さおよび表面品質が十分に特徴付けられることを保障するために一緒によく働きます。

結論

太陽電池の製造業に使用するさまざまな技術は効率を改善し、費用をより低く運転するために研究者および株式会社が働くと同時に急速に進んでいます。 主要特点の正確な表面の度量衡学はこのプロセスの重要な部分です。 光学型彫機および副ナノメーターの解像度に急速な表面および厚さの度量衡学を可能にするスタイラス型彫機は両方太陽電池の開発および生産を改善するのに必要なデータを提供するために互いを補足します。 荒さ、ステップ高さ、トレース幅、筆記者の幅、フィルム厚さおよび欠陥の検出はすべて製造業ラインを助けます。 その間、研究者は物質的な効果、環境の攻撃を調査、疲労は最終製品で、またプロセス用機器の効果の変更の洗練された性格描写を行うために持つことができます。

この情報は Bruker AXS によって提供される材料から供給され、見直され、そして適応させて。

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