专利名称：用于分散测定半导体结构的串联电阻的方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的方法，该方法用于分散测定半导体结构的串联电阻，其中，所述半导体结构为太阳能电池或制造太阳能电池时的前体，该半导体结构包括至少一个Pn结和用于电接触的触点。
背景技术：
串联电阻为用于描述太阳能电池的重要参数，因为高串联电阻往往导致太阳能电池的效率降低。所述太阳能电池的总串联电阻在此由多个部分组成如金属触点结构的横向电阻，掺杂层(如发射层)的横向电阻和/或金属触点结构和掺杂层之间的接触电阻均可属于总串联电阻。为了对太阳能电池进行描述并且在太阳能电池制造期间进行过程控制，期望分散测定太阳能电池的串联电阻，也就是说，分别计算多个点的局部串联电阻，通过局部串联电阻的分布可推断局部不均勻的工艺条件或故障元件，如断开的金属结构。已知多种用于分散测定串联电阻的方法，其中，在分散测定太阳能电池内形成的发光时尤其适用于这些测量方法。已知的是可借助CCD摄像机对由太阳能电池表面发出的光进行分散测量并且由此对串联电阻进行分散测定在T. Trupke, E. Pink, R. A. Bardos和Μ. D =Abbott的《利用发光图像研究硅太阳能电池的串联电阻的分散测定(Spatially resolved series resistance of silicon solar cells obtained from luminescence imaging)〉〉，应用物理函件(Applied Physics Letters) 90，093506 (2007)中描述了一种方法，所述方法通过已公知的方式光照太阳能电池来形成发光，并且借助CCD摄像机对所谓的光致发光进行分散测量。在此，在不同的测量条件下拍摄两张光致发光的图片，其中，测量条件A为开路电压(即触点间无电流通过)，在测量条件B中，电流从太阳能电池中流出。此外，至少还需要第三张在短路条件下的光致发光的图片，以校准上述两张图片的测量值。通过在测量条件A中拍摄的测量图片来分散测定校准参数Ci,其中，为每个点i分别计算校准参数。借助该校准参数，将测量条件B中测出的局部光强换算为施加于太阳能电池的各点的电压。在整个太阳能电池可使用单一的暗饱和电流值的前提下，通过使用公知的单二极管模型，逼近太阳能电池局部的电特性来建模，可测定局部串联电阻。但是，在典型的工业制造的太阳能电池中(特别是在多晶硅太阳能电池中)，各局部的暗饱和电流不可能相同。因此，在此类太阳能电池中，为定量测定局部串联电阻，还需另外对暗饱和电流进行分散测定。为此，通常还需在其它测量条件下，如使太阳能电池加载不同波长的电磁辐射，对光致发光进行进一步测量
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于，改进用于分散测量半导体结构的串联电阻的方法，从而减少测量所需图片的数量和/或缩短分散测量串联电阻所需的总时间。此外，根据本发明的测量方法也适用于太阳能电池生产线的内置测量位置。这一目的通过根据权利要求1的用于分散测定半导体结构的串联电阻的方法得到解决。根据本发明方法的优选的方案可从权利要求2至11中得出。通过根据本发明的方法可用于分散测定半导体结构的串联电阻，其中，所述半导体结构为太阳能电池或制造太阳能电池时的前体。该半导体结构包括至少一个Pn结和用于电接触的触点。所述方法包括以下步骤步骤A中，在测量条件A下使半导体结构内形成发光，其中，在所述半导体结构的触点之间存在电压\。为半导体结构的多个点i测量基于该点的局部光强Ila,”步骤B中，在测量条件B下使半导体结构内形成发光，其中，在半导体结构的触点之间存在电压VB。测量条件B与测量条件A的区别在于，在测量条件B中通过半导体结构的触点之间的电流大于测量条件A中通过半导体结构的触点之间的电流。而与步骤A相似的是，在步骤B中同样分别为多个点测量半导体结构的基于该点的局部光强步骤C中，分别为半导体结构的多个给定的点测定局部校准参数Cv, i，该局部校准参数用于表示局部光强与在该点上局部施加于半导体元件上的电压之间设置的数学关系。 在此，至少根据步骤A中测出的光强Iu, i和测量条件A中在半导体结构的触点之间形成的电压\来测定局部校准参数Cv, it)最后，在步骤D中为半导体结构的多个给定的点测定局部串联电阻仏丨至少根据至少一个在步骤B中测出的局部光强Imi和至少一个在步骤C中测定的局部校准参数Cva 分别进行测定。重要的是，在步骤D中，附加地，为半导体结构的所有局部串联电阻都设置一个相同的全局串联电阻I^sg，根据该全局串联电阻来测定各个局部串联电阻Rs,”在已知的测量方法中，需对发光进行额外测量以测定步骤D中的局部串联电阻， 而与已知的测量方法相反，在根据本发明的用于测定局部串联电阻的方法中，附加地使用半导体结构的全局串联电阻。由此可以减少所需的发光测量操作并且相应地缩短整个测量所需的测量时间。特别地，这一点可使本发明方法在已有的内置测量仪器上得到应用，通过所述测量仪器，可在生产过程期间对半导体结构进行测量。因此，在根据本发明的测量方法中，仅仅通过对半导体结构设置全局串联电阻，而无需对发光进行额外测量，即可获得步骤D中用于测定局部串联电阻所需的附加信息。而半导体结构的全局串联电阻相对来说比较容易测定。为此，可采用现有技术已知的各种测量方式例如，可按照公知的方式由半导体结构的暗特性或者光特性曲线或者结合半导体结构的暗特性和光特性曲线来测定全局串联电阻(见D. Pysch, A. Mette和S. W. Glunz的太阳能材料和太阳能电池(Solar Energy Material&Solar Cell) 91，1698-706 Q007)，以及 A. G. Aberle,S. R. flfenham和Μ. Α. Green的精确测量太阳能电池的集中串联电阻的新方法(A new method for accurate measurements of the lumped series resistance of solarcells) ,Louisville 出版社，Kentucky，USA，1993 (IEEE,New York,NY,USA)，133-9 页)。同样，可以根据半导体结构的参数来计算全局串联电阻，所述参数例如是金属结构的尺寸，掺杂层和掺杂面的尺寸，或者掺杂层的层电阻的尺寸。使用全局串联电阻测定局部串联电阻的另一个优势在于，通常在流水线中，各半导体结构之间的全局串联电阻的波动要远远小于半导体结构的局部串联电阻的波动。因此，无须为每个半导体结构单独测定全局串联电阻，也可使用半导体结构的典型的全局串联电阻。申请人:的研究表明，有利的是，根据全局串联电阻来测定局部串联电阻，S卩为所有局部串联电阻都设置相同的全局换算系数f，根据该全局换算系数分别换算局部串联电阻仏丨通过局部串联电阻与全局串联电阻1^之间设置的数学关系来确定全局换算系数f。所述设置的数学关系优选为取局部串联电阻的中数，使换算出的局部串联电阻的最终的中数等于全局串联电阻I Sg。在此，申请人的研究显示，优选将算术中数用作所述中数。根据本发明的方法不仅可在通过使半导体结构加载电磁辐射形成发光(即形成光致发光)时使用，也可在通过向半导体结构的触点施加电压形成发光(即形成电致发光) 时使用。在形成光致发光时，例如在测量条件A中可不接通半导体结构的触点。在该情况下，可基于光照条件在触点上形成电压\并且触点之间无任何电流通过。在测量条件B下则需接通触点，使得在相应的电压Vb下在触点间形成给定电流。因此，在这种情况下，测量条件B中通过的电流也大于测量条件A中通过的电流。然而，光致发光的劣势在于，不允许将用于形成发光的电磁辐射识别为所形成的光致发光，因此需要在使用的探测单元如CCD 摄像机中使用造价高昂的滤光器来对电磁辐射进行过滤。而在电致发光方法的方案中则无需使用这种滤光器。因此，有利的是，在测量条件A中使半导体结构在电触点上施加电压Va，而在测量条件B中施加电压Vb。在两种测量条件下均使半导体结构不加载或仅加载极少的电磁辐射。 所以，优选在暗环境中进行测量。然而，如果测量条件，特别是半导体结构内的载流子分布， 主要是通过施加的电压来确定，而非通过光照来确定，则也可略微光照半导体结构。在本发明的光致发光方法的有利的方案中，VA小于VB，使得测量条件A中通过半导体结构的触点之间的电流要小于测量条件B中通过半导体结构的触点之间的电流。原因在于，测量条件A中应使局部串联电阻对于半导体结构的电流模式的影响尽可能最小。因为如上所述，测量条件A中的发光测量要用于测算局部校准参数Cv, i，在此不希望局部串联电阻对这一局部校准参数的测算造成任何影响或仅带来极小影响。但是，在测量条件A中，小的电压Va和相应的半导体结构的触点之间小的电流也会导致与测量条件B相比较小的局部光强。因此，这样来选定测量条件A是有利的，即一方面使得局部串联电阻的影响较小，但另一方面也使光强尽可能大，从而缩短分散测定发光所需的测量时间。因而，有利的是，在测量条件A中，电流通过半导体结构的触点之间，所述电流小于半导体结构在正常工作下所通过的电流的30%，优选小于20%，更优选为小于15%。
“正常工作”在此指的是半导体结构所适用的标准测试条件。对于用于室外应用的商用的太阳能电池，这通常指太阳能电池所加载的电磁辐射的标准调幅波为1. 5G，光照面积的总功率为1000W/m2。申请人的研究表明，当在测量条件A中有约为标准条件下的短路电流的20%的电流通过时，可以较好地实现局部串联电阻的低影响和形成高光强。相反，在测量条件B中，需要使局部串联电阻的影响体现在形成的发光中。因而， 有利的是，测量条件B中通过半导体结构的触点之间的电流，至少要达到标准条件下通过半导体结构的短路电流的50%，优选至少为70%，更优选为约100%。例如，有利的是，在测量条件B中在半导体结构上施加标准条件下(Vre)的开路电压。如上所述，测量条件A中形成的光强小于测量条件B中形成的光强。因此，有利的是，在步骤A中用于分散测定光强的测量时间至少大于步骤B中的光强测量所需的测量时间的约3倍，优选为约5倍。在典型的半导体太阳能电池中，尤其是多晶硅太阳能电池中运用常规的用于识别发光的CCD摄像机时，测量条件A的测量时间可少于0. 5秒，测量条件B的测量时间可少于 0. 1 秒。局部施加于半导体结构上的电压和由此电压形成的局部发光之间的关系可近似地以指数关系来表现。因此，有利的是，在步骤C中设置局部光强Iu, i与电压Va之间的指
数关系，尤其优选为公式1
权利要求
1.一种用于分散测定半导体结构的串联电阻的方法，所述半导体结构为太阳能电池 (1)或太阳能电池(1)的前体，所述半导体结构包括至少一个pn结和所述半导体结构的用于电接触的触点，其中，该方法包括以下步骤A、在测量条件A下使所述半导体结构内形成发光，在该测量条件下，在所述半导体结构的触点之间存在电压Va并且分别为所述半导体结构的多个点测量基于该点的局部光强Ila, i ；B、在测量条件B下使所述半导体结构内形成发光，在该测量条件下，在所述半导体结构的触点之间存在电压Vb并且分别为所述半导体结构的多个点测量基于该点的局部光强i，其中，在测量条件B中通过所述半导体结构的触点之间的电流大于测量条件A中通过所述半导体结构的触点之间的电流；C、为所述半导体结构的多个给定的点测定局部校准参数Cv,i，该局部校准参数用于表示局部光强与在该点上局部施加于半导体元件的电压之间设置的数学关系，其中，至少根据步骤A中测出的光强Iu, i和测量条件A中在所述半导体结构的触点之间存在的电SVa 来测定所述局部校准参数Cv, i ；以及D、至少根据至少一个在步骤B中测出的局部光强Imi和至少一个在步骤C中测定的局部校准参数Cv,i分别为所述半导体结构的多个给定的点测定所述局部串联电阻；其特征在于，在步骤D中，附加地，为所述半导体结构的所有局部串联电阻都设置相同的全局串联电阻I^sg，根据该全局串联电阻分别测定所述局部串联电阻Rs, ”
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤D中，为所有所述局部串联电阻设置相同的全局换算系数f，根据该全局换算系数来换算所述局部串联电阻I^i，其中，通过所述局部串联电阻i与所述全局串联电阻之间设置的数学关系来确定所述全局换算系数f。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过设置所述局部串联电阻的中数， 优选地，使所述串联电阻Rs, i的算术中数等于所述全局串联电阻I Sg，来得出所述全局换算系数f。
4.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在测量条件A中使所述半导体结构在电触点上施加电压Va，在测量条件B中使所述半导体结构在电触点上施加电压VB， 并且使所述半导体在两种测量条件下均不加载或仅加载极少的电磁辐射，使得通过所述半导体结构的电流主要通过施加的电压来形成，并且\小于VB。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤A中测量强度Iu的测量时间至少大于在步骤B中测量强度的测量时间的约3倍，优选为约5倍。
6.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在测量条件A中电流通过所述半导体结构的触点之间，所述电流小于在标准条件下通过所述半导体结构的短路电流的 30%，优选小于20%，更优选为小于15%。
7.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在测量条件B中电流通过半导体结构的触点之间，所述电流至少达到标准条件下通过所述半导体结构的短路电流的 50%，优选至少70%，更优选为约100%。
8.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在步骤C中设置所述局部光强Iu, i与所述电压Va之间的指数关系，优选根据公式1
9.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在步骤D中根据公式2得出所述局部串联电阻
10.至少根据权利要求9和权利要求2所述的方法，其特征在于，根据公式4得出局部暗饱和电流密度j。,i，
11.根据上述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，在步骤A中在第二种测量条件A’下，至少使所述半导体结构内形成发光，其中，在所述半导体结构的触点之间存在电压 V/并且分别为所述半导体结构的多个点分别测量基于该点的局部光强Ila,/，在测量条件 Α’下通过所述半导体结构的触点间的电流与测量条件A下通过所述半导体结构的触点间的电流不同，并且在步骤C中根据公式5设置所述局部光强Iuui与所述电压Va之间的指数关系为
全文摘要
本发明涉及一种用于分散测定半导体结构的串联电阻的方法，所述方法通过在测量条件A和B下使半导体结构内形成发光，为半导体结构的多个给定的点测定局部校准参数CV，i并且为半导体结构的多个给定的点测定局部串联电阻RS，i。重要的是，为半导体结构的所有局部串联电阻设置相同的全局串联电阻RSg，根据所述全局串联电阻来测定所述局部串联电阻RS，i。
文档编号G01N21/64GK102449494SQ201080024016
公开日2012年5月9日 申请日期2010年5月17日 优先权日2009年5月18日
发明者J·豪恩席尔德, M·格拉特哈尔, S·瑞恩 申请人:弗劳恩霍弗实用研究促进协会, 弗赖堡阿尔伯特-路德维格大学