用于分析多晶半导体材料的晶体结构的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于分析多晶半导体材料的晶体结构的技术，更具体地涉及用于表征 光伏电池中使用的多晶吸收材料的结构的技术。
【背景技术】
[0002] 作为化石燃料的替代，光伏能源的吸引力促进了诸如采用大量光伏电池的太阳能 板等广品的开发。
[0003] 光伏产品市场的发展已经激活了这一领域的研宄和开发，一部分研宄和开发集中 在用于表征所用材料的方法的开发上，以改善现有产品，且为新产品的创造铺平道路。而 且，市场的繁荣使得有必要定义质量和与预期性能（特别是转化效率方面的性能）一致性 的测试，以及开发用于测试和分析性能的工艺，而且该工艺必须适用于大规模生产。
[0004] 基于多晶半导体材料的光伏电池显然就是这种情况，已经为其开发出用于检 测晶体结构或微结构缺陷的技术。例如，在M. Peloso, B. Hoex和A-G. Aberle所著论文 "Polarization analysis of luminescence for the characterization of silicon wafer solar cells"（Applied Physics Letters 98, 171914(2011))中，描述了一种通过 分析由被分析电池发出的电致发光信号的偏振，来分析光伏电池缺陷的方法。
[0005] 除缺陷检测外，还开发了用于表征多晶材料的结构或微结构的技术。多晶材料的 结构或微结构通常是使用工作于EBSD(电子背向散射衍射）模式的扫描电子显微镜或者使 用TEM(透射电子显微镜）来表征的。由于需要制备待分析样品（这已被证明是困难的）， 导致这些材料表征工具使用麻烦，因而使得它们不符合大规模生产环境下质量和兼容性测 试的要求。具体地，为了估算粗糙度，使用这些技术必需通过抛光样品表面来制备待分析样 品。例如，由于与材料抛光步骤产生的加工硬化有关的问题，使得这一制备过程很难实现， 有时会导致不可能对样品进行。
[0006] 为了表征多晶材料的结构或微结构，还可考虑偏振拉曼光谱绘制技术，但实际上， 由于该技术必须采用高光谱质量的激光和非常高分辨率的光谱仪，使其费用非常高昂。
【发明内容】
[0007] 本发明的一个目的是解决上文概述的用于表征多晶材料的技术的缺陷。
[0008] 为此，本发明提供了一种用于分析多晶半导体材料的晶体结构的方法，包括：对材 料进行激励，以使所述材料发出发光信号；在所述材料的一预设空间区域中一网格的每个 点处，在宽度大于或等于所述材料的带隙宽度的频带中，以一可变偏振角来检测所述发光 信号；在所述材料的所述预设空间区域中所述网格的每个点处，从对所述网格的所述点检 测的信号中，估算出随所述偏振角而变的、由正弦波之和建模的所述发光信号的差变的特 征数据；以及在所述预设空间区域中所述网格的所有点上生成所述特征数据的表示。
[0009] 与前文提到的技术相比，所提出的方法具有能够简单、快速和廉价地表征多晶材 料结构属性的优点。特别地，所提出的方法是非破坏性的（它不会使样品退化），并且不需 要样品制备过程。因此，在制造过程中，在样品被分析后，可重新使用该样品来进行样品分 析（例如对于光伏电池，在衬底上通过沉积进行材料生长的工艺中，是为了验证生长过程 是否产生了先前令人满意的结果）。所提出的方法因此特别适合大规模生产的需要，因为它 可在所有的制造阶段对产品进行现场分析和测试。
[0010] 所提出的方法可有利地用形式为
【主权项】
1. 用于分析多晶半导体材料的晶体结构的方法，包括： 对材料进行激励，以使所述材料发出发光信号； 在所述材料的一预设空间区域中一网格的每个点处，在宽度大于或等于所述材料的带 隙宽度的频带中，以一可变偏振角来检测所述发光信号； 在所述材料的所述预设空间区域中所述网格的每个点处，从对所述网格的所述点检测 的信号中，估算出随所述偏振角而变的、由正弦波之和建模的所述发光信号的差变的特征 数据； 在所述预设空间区域中所述网格的所有点上生成所述特征数据的表示。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，差变发光信号的模型为以下形式： Aam =為I + + 4?),其中，Ilum表不所述发光彳目号的强度，A k是所述发 光信号的幅值参数，Θ代表所述发光信号的偏振分析角，tpk是所述发光信号相对于一相位 基准的相移参数，Atl是代表所述发光信号的强度的最小值的参数，n k是严格的正整数，k是 范围从1到K的自然整数求和标引，其中，估算的特征数据对应于幅值、相移、频率和/或最 小值参数，或者对应于它们的组合之一。
3. 根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述发光信号是利用照相机检测的，所述 材料上的所述预设空间区域中的网格被选择成与所述照相机的传感器上的点对应。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，对所述材料进行激励包括用光源对 所述材料进行光激励，以使所述材料发出光致发光信号。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，对所述材料进行激励包括用设置 在所述材料上的多个电极上的电源对所述材料进行电激励，以使所述材料发出电致发光信 号。
6. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，对所述材料进行激励包括用热源加 热所述材料，以使所述材料发出热致发光信号。
7. 用于分析多晶半导体材料的晶体结构的系统，包括： 用于激励所述材料的装置，其设置成对所述材料进行激励，以使所述材料发出发光信 号； 用于检测的装置，其在所述材料的一预设空间区域中一网格的每个点处，在宽度大于 或等于所述材料的带隙宽度的频带中，以一可变偏振角来检测所述发光信号； 数据处理单元，包括： 计算机处理器，其可操作地耦连到存储装置以及耦连到输入/输出接口模块，所述存 储装置配置成存储为所述网格的每一点检测的信号所对应的数据； 分析器，其由所述计算机处理器执行，且配置成： 在所述材料的所述预设空间区域中所述网格的每个点处，从对所述网格的所述点检测 的信号中，估算出随所述偏振角而变的、由正弦波之和建模的所述发光信号的差变的特征 数据；以及 在所述预设空间区域中所述网格的所有点上生成所述特征数据的表示。
8. 根据权利要求7所述的分析系统，其中，所述分析器还被配置成根据形式为 4? = Λ? + Σ**?ι.·.ι〇4+糾）的差变发光信号的模型估算特征数据，其中，、表 示所述发光信号的强度，Ak是所述发光信号的幅值参数，Θ代表所述发光信号的偏振分析 角，tPk是所述发光信号相对于一相位基准的相移参数，Atl代表所述发光信号的强度的最小 值的参数，n k是严格的正整数，k是范围从1到K的整数求和标引，其中，估算的特征数据对 应于幅值、相移、频率和/或最小值参数，或者对应于它们的组合之一。
9. 根据权利要求7或8所述的分析系统，其中，所述检测装置包括照相机，所述材料上 预设空间区域中的网格被选择成与所述照相机的传感器上的点对应。
10. 根据权利要求7至9中任一项所述的分析系统，其中，用于激励所述材料的装置包 括光源，其被设置成发出光激励信号，以使所述材料发出光致发光信号。
11. 根据权利要求7至9中任一项所述的分析系统，其中，用于激励所述材料的装置包 括电源，其被设置成在设置于所述材料上的多个电极上发出电信号，以使所述材料发出电 致发光信号。
12. 根据权利要求7至9中任一项所述的分析系统，其中，用于激励所述材料的装置包 括热源，其被设置成加热所述材料，以使所述材料发出热致发光信号。
13. 计算机程序，其能够加载到与一处理器关联的存储器中，且包括代码部分，所述代 码部分用于在所述处理器执行所述计算机程序时实现根据权利要求1至6中任一项所述方 法的至少部分步骤。
14. 数据集，其例如通过压缩或编码来表示根据权利要求13所述的计算机程序。
15. 非瞬时介质，其用于存储计算机可执行的程序，且包括表示一个或多个程序的数据 集，所述一个或多个程序包括用于分析多晶半导体材料的晶体结构的指令，在所述一个或 多个程序由计算机执行时，导致所述计算机根据权利要求1至6中任一项所述的方法执行 估算并生成一表示，其中所述计算机包括可操作地耦连到存储装置以及耦连到输入/输出 接口模块的处理单元。
【专利摘要】本文描述了一种用于分析多晶半导体材料的晶体结构的方法。根据一个实施例，所述方法包括：对材料进行激励，以使材料发出发光信号；在材料的一预设空间区域中一网格的每个点处，在宽度大于或等于材料的带隙宽度的频带中，以一可变偏振角来检测发光信号；在材料的预设空间区域中所述网格的每个点处，从对网格的所述点检测的信号中，估算出随偏振角而变的、由正弦波之和建模的发光信号的差变的特征数据；并且表示出预设空间区域中网格的所有点上的特征数据。
【IPC分类】G01N21-95
【公开号】CN104641224
【申请号】CN201380043773
【发明人】L·隆贝, J-F·耶莫莱斯, A·德拉马雷
【申请人】国家科学研究中心, 法国电力公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年7月30日
【公告号】CA2880663A1, EP2880426A1, US20150212011, WO2014020046A1