Assuntos Cobertos
Introdução
Caracterização da Aspereza para Controle de Processos
Traço e Linha Medidas da Largura
Pesquisa dos Materiais Avançados
Optimização e Controle do Equipamento de Processo
Espessura de Filme
Conclusão
Introdução
A indústria energética solar está experimentando o crescimento rápido devido a muitos factores, incluindo preço do petróleo gravados e o desejo mundial reduzir emissões de gases de efeito estufa. O consumo de Energias mundiais é esperado dobrar em 2050, e a produção de células solares está aumentando actualmente mais de 40% em anualmente. Como com toda a indústria, o motorista chave para o sucesso comercial é o custo total ao consumidor. Para fabricantes da célula solar, este motorista chave é o custo pela quilowatt-hora para a electricidade. Este custo irá somente para baixo se a qualidade e a eficiência materiais da célula solar continuam a evoluir.
Actualmente, as tecnologias fotovoltaicos múltiplas estão competindo para a parte no mercado solar crescente. As células solares Tradicionais são feitas do silicone cristalino, e permanecem o volume da produção mundial. Os filmes Amorfos do silicone, que podem produzir mais claro, umas pilhas mais configuráveis, mas geralmente menos mais eficientes, estão ganhando a parte para a produção de células solares. Também, os materiais novos estão sendo usados para criar células solares em uma eficiência mais barata (como2 CuInGaSe ou CIGS) e mais alta (compostos de III/V) do que pilhas solares cristalinas tradicionais do PICOVOLT. Cada Um destas tecnologias tem vantagens e desvantagens sobre as outro, mas todos compartilham da necessidade para a metrologia da superfície da precisão para o controle da qualidade. As soluções rápidas, exactas, e versáteis da metrologia oferecidas pelo estilete e por perfiladores ópticos estão sendo utilizadas por muitos fabricantes da célula solar para aumentar o rendimento e mais baixo os custos de gastos de fabricação totais das células solares com a quantificação, a qualificação, ou da monitoração de várias etapas do processo.
Caracterização da Aspereza para Controle de Processos
A Aspereza é um dos parâmetros de superfície críticos que afetam a eficiência da célula solar. Os materiais Solares que são armadilha ligeira áspera mais luz do que superfícies perfeitamente lisas, assim conseguem a maior saída em circunstâncias claras similares. Contudo, as superfícies que são demasiado ásperas podem perder a eficiência com da dispersão excessiva e a menos absorção. Por outro lado, o vidro ou o plástico que encapsulam materiais são feitos tão liso como possível de modo que uma quantidade mínima de luz seja absorvida e dispersada nas relações.
Os perfiladores do estilete e os perfiladores ópticos apreciam o uso extensivo em aplicações da medida da aspereza. Com tempos da definição vertical e da medida de secundário-nanômetro de não mais do que alguns segundos, os perfiladores ópticos são uma das ferramentas área-baseadas as mais comuns para determinar a aspereza na produção e em laboratórios da segurança de qualidade. Figura 1 mostra a caracterização de uma célula solar, onde a forma, a micro-aspereza, e a inclinação de diversos risquem o presente na superfície possam tudo ser avaliadas com grande precisão da mesma medida.
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Figura 1. (a) aspereza de superfície e forma Totais, com somente a inclinação removida do resultado da medida; (b) A mesma medida com o cilindro do melhor-ajuste igualmente removido, agora mostrando a aspereza melhor assim como os riscos;. (c) um cálculo da inclinação na região riscada da mesma medida, de modo que a inclinação dos defeitos possa exactamente ser calculada.
Os perfiladores do Estilete são igualmente de uso geral nestas aplicações fornecer a caracterização rápida da aspereza através dos traços longos. Com comprimentos da varredura até 200 milímetros, aspereza através das grandes regiões de superfícies podem ser obtidos, outra vez com definição vertical de secundário-nanômetro. Os Únicos traços podem ser combinados para formar também grandes, medidas área-baseadas. Figura 2 mostra uma varredura do perfilador do estilete através de uma carcaça de vidro, e a análise subseqüente através do pacote de software da Visão, que pode analisar o estilete e resultados ópticos da medida. uma aspereza de Secundário-Nanômetro é considerada facilmente sobre este traço de 1 milímetro. A qualidade da Carcaça pode automaticamente ser passada/falhado em uma base de dados usando cálculos básicos da aspereza, informação da altura, análise do histograma de freqüência espacial para detectar marcas de lustro, e com muitos outros cálculos potenciais. Esta flexibilidade permite que os parâmetros controles de processos os mais críticos sejam determinados, medidos, e relatados para ganhos do controle e do máximo da qualidade na eficiência e no rendimento.
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Figura 2. Uma varredura do estilete de 1mm através de uma carcaça de vidro mostra uma aspereza de secundário-nanômetro com a análise do software da Visão.
Traço e Linha Medidas da Largura
Além do que a definição vertical excelente e tempos rápidos da medida, os perfiladores ópticos e do estilete igualmente têm dados segmentar capacidades para avaliar propriedades críticas em níveis diferentes de uma superfície da amostra. Para aplicações solares, isto é de uso geral para o traço e a linha medidas da largura. A qualidade da prata ou de outros traços condutores usada na produção da célula solar precisa o controle cuidadoso de assegurar o desempenho apropriado dos painéis, e que um mínimo de área está coberto pelo material não-fotovoltaico. Além, as linhas de marcação, particularmente no filme fino processam, são enchidas mais tarde com as tintas condutoras caras que conectam as várias áreas activas. Se as linhas de marcação são demasiado rasas ou profundas, a largura errada, ou nos lugares errados, o desempenho do painel pode adversamente ser afectada. Identificar tais defeitos antes do depósito da tinta permite que o material seja desfeito antes que demasiado valor esteja adicionado.
O software da Visão pode automaticamente calcular a linha larguras, entrelinhas, profundidades, volumes, roughnesses dentro do traço e na carcaça, assim como registra todos os parâmetros à base de dados com capacidade da passagem/falha para o controle de produção. Figura 3 mostra uma linha de marcação medida de um painel solar de fita fina, revelando a linha largura, a aspereza, e a profundidade da característica risc. Estas análises podem ser executadas em superfícies com a uma a várias centenas características críticas dentro da medida.
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Figura 3. 3D e indicador da região múltipla de uma linha de marcação em um painel solar de fita fina, mostrando a aspereza total, a aspereza dentro da área risc, a linha largura, e a profundidade da linha de marcação.
Pesquisa dos Materiais Avançados
Os perfiladores Ópticos são usados igualmente frequentemente para caracterizar as propriedades de superfície dos materiais sob circunstâncias de variação. O departamento de Ciência Material e de Engenharia das Universidades de Illinois utiliza um perfilador óptico para caracterizar efeitos do limite de grão no crescimento e na eficiência optoelectronic em bi-cristais dos CIGS. Figura 4 mostra a uma região do limite onde as orientações de cristal de deferimento da carcaça afectaram o crescimento dos CIGS materiais. Determinando estes e outras interacções ràpida e em perfiladores de alta resolução, ópticos ajude pesquisadores no mundo inteiro a melhorar o desempenho da célula solar.
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A Figura 4. região do limite dos CIGS como medida por um perfilador óptico mostra estruturas de grões diferentes em ambos os lados do limite. Cortesia A. Hall/A. Rockett dos Dados, Serviço da Ciência de Materiais & da Engenharia, Universidades de Illinois.
Optimização e Controle do Equipamento de Processo
O Estilete e os sistemas ópticos são usados igualmente para o controle e a melhoria da qualidade para o equipamento de processo usado na fabricação solar. Gravura Em Àgua Forte e as taxas de depósito podem ràpida ser calculadas através da bolacha usando as capacidades da automatização avançada dos perfiladores ópticos ou do estilete. As Alturas das características são medidas rapidamente em vários lugar através da carcaça. Estes dados permitem que os ajustes sejam feitos aos alinhamentos para a melhor uniformidade, assim como aos tempos de processamento exigidos assegurar as espessuras desejadas são conseguidos. Por exemplo, Figura 5 mostra a variação na altura de uma característica pisada através de uma bolacha de 8 polegadas durante a revelação de processo do depósito. As Medidas foram tomadas e analisadas automaticamente através de todas as posições. Os dados foram usados então para melhorar a uniformidade e a altura média de características críticas.
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Figura 5. variação da Altura de uma característica pisada através de uma bolacha de 8 polegadas.
Os perfiladores Ópticos igualmente incorporam um número de características que as fazem seridas idealmente para a detecção e a análise quantitativas do defeito. Os pontos iniciais do Volume e/ou da altura podem ser ajustados pelo usuário, e o software identificará automaticamente defeitos e pode relatar em características como a altura, o diâmetro, o volume, e do máximo de X e de Y extensão. Figura 6 mostra uma medida de superfície de uma bolacha fotovoltaico onde os defeitos estem presente na superfície. Determinando os, os usuários de sistema podem determinar onde no processo originam e trabalham para aperfeiçoar a instalação do processo para os eliminar.
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Figura 6. detecção e quantificação do Defeito em uma bolacha fotovoltaico.
Espessura de Filme
A espessura das camadas de variação da carcaça, transparentes e opacas, precisa a caracterização apropriada, particularmente para dispositivos dos CIGS. O método do contacto utilizado por perfiladores do estilete fornece as medidas muito rápidas e exactas da espessura de filme onde há um limite, identificando prontamente a distância da filme-à-carcaça. Com suas muito baixas forças do contacto, os perfiladores de superfície podem fazer isto sem dano, mesmo em polímeros macios. Mais importante, como uma técnica do contacto, o perfilador do estilete é insensível às diferenças da propriedade material que podem criar offsets em técnicas ópticas se os materiais são demasiado finos ou ter a absorção de deferimento. Figura 7 mostra a medida de uma etapa de 2 mícrons para verificar o processo do depósito. Aqui, as pequenas quantidades de contaminação podem ser consideradas como pontos no conjunto de dados, além do que um relatório da altura total da etapa. Desde Que esta informação é obtenível somente em alguns segundos, torna-se prática para executar verificações freqüentes na qualidade do processo.
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Figura 7. Uma etapa de 2µm é caracterizada para verificar o processo do depósito, revelando as pequenas quantidades de contaminação, consideradas como pontos no conjunto de dados.
Devido a seus estilete respectivo e perfiladores ópticos das capacidades são empregados frequentemente geralmente em tandem para o controle de espessura de filme. Por exemplo, os perfiladores ópticos complementam medidas do estilete para a caracterização do filme em diversas maneiras chaves. Os maiores do que aproximadamente 2 mícrons do filme Transparente na espessura podem ser medidos através da superfície inteira da amostra. O sistema óptico entrega medidas mais rapidamente área-baseadas, mas se os offsets da altura das propriedades ópticas estam presente, o perfilador de superfície pode ser usado para calibrar rapidamente o filme. Então o software de análise de SureVision™ pode automaticamente aplicar os offsets às medidas ópticas futuras. Adicionalmente, os perfiladores ópticos podem fornecer a informação na aspereza de superfície e os defeitos para as superfícies superiores e inferiores dos filmes separada, de modo que as propriedades constituídas do filme possam ser analisadas. Assim, os dois sistemas trabalham bem junto para assegurar-se de que a espessura de filme e as qualidades de superfície estejam caracterizadas adequadamente para melhorar e manter o desempenho máximo.
Conclusão
As várias tecnologias usadas para a fabricação da célula solar estão avançando ràpida enquanto os pesquisadores e os corporaçõs trabalham para melhorar a eficiência e conduzir mais baixo custos. A metrologia de superfície Exacta das características chaves é uma parte crítica deste processo. Os perfiladores ópticos e os perfiladores do estilete, que permitem a superfície do rapid e a metrologia da espessura a uma definição de secundário-nanômetro, complementam um outro para fornecer os dados necessários melhorar a revelação e a produção da célula solar. A Aspereza, as alturas da etapa, as larguras do traço, as larguras do escrevente, a espessura de filme, e a detecção todas do defeito ajudam a linhas da fabricação. Entrementes, os pesquisadores podem estudar efeitos materiais, ataque ambiental e a fadiga assim como para executar caracterização sofisticada das mudanças do efeito no equipamento de processo pode ter nos produtos finais.
Esta informação foi originária, revista e adaptada dos materiais fornecidos por Bruker AXS.
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