光學表麵測量
通過量化、鑒定以及監測，光學表麵測量儀(yi) 能提高太陽能電池的產(chan) 量，並降低總體(ti) 生產(chan) 成本。
燃油價(jia) 格的飆升、政府的能源倡導計劃,以及日益增長的世界範圍內(nei) 減少溫室氣體(ti) 以及碳排放量的需求等諸多因素，都在推動著太陽能產(chan) 業(ye) 的日益發展。到 2050年，全世界的能源消耗將是現在的兩(liang) 倍。目前，光伏太陽能電池的生產(chan) 速度正在以每年40%的速度遞增。與(yu) 其他產(chan) 業(ye) 一樣，太陽能電池商品化成功的關(guan) 鍵 驅動因素是終端用戶的總成本。對於(yu) 太陽能電池製造商而言，這一關(guan) 鍵驅動因素表現為(wei) 係統壽命範圍內(nei) 單位千瓦時發電功率的成本。
目前，日益增長的太陽能市場上，多種光伏技術之間競爭(zheng) 激烈。傳(chuan) 統的太陽能電池由結晶矽構成，目前這種電池仍然在世界範圍內(nei) 太陽能電池製造中占據大 量市場份額。無定形薄膜矽能夠用於(yu) 製造更為(wei) 輕便、更易於(yu) 加工、但效率相對較低的太陽能電池，因此其正在市場中獲得更多的份額。再加上一些其他的光伏技術， 包括CdTe、CuInGa(Se)2、以及效率最高的III/V族三結電池，目前太陽能電池市場正呈現出群雄逐鹿的局麵。盡管每種技術都各有千秋，但是 所有這些技術都需要對表麵進行高精度測量以控製材料質量。目前，許多光伏製造商利用光學表麵測量儀(yi) 對各種加工過程進行量化、鑒定以及監測，以提高太陽能電 池的產(chan) 量，並降低總體(ti) 生產(chan) 成本。
表麵結構測量
表麵結構是影響太陽能電池效率的重要表麵參數之一。根據入射光波長的不同，拋光的單晶矽晶片(例如半導體(ti) 級裸晶片)的反射率約為(wei) 40%。減小該反 射率的常用技術是對表麵進行結構化處理，使被反射的光子具有一定的概率入射到光伏電池的另一平麵，從(cong) 而提高光子在發射層發生光伏反應的機會(hui) 。然而，如果表 麵過於(yu) 粗糙，電子/空穴對複合的平均自由程就會(hui) 增加，以致於(yu) 達到一定值後下降的複合概率會(hui) 導致總效率的減小。
采用非接觸光學測量，最近研究人員應用一套嚴(yan) 格的理論與(yu) 方法，研究出一種有效且可重複的方法，建立相對效率與(yu) 表麵性質之間的關(guan) 係。在早期研究中， 研究人員利用Veeco NT係列光學表麵測量儀(yi) 對多種放大以及掃描條件下的單晶矽太陽能電池進行測量。研究人員測量了三組不同製造商提供的光伏電池的三維表麵特性，並且能將某些 表麵結構特征與(yu) 電池的輸出效率關(guan) 聯起來（見圖1）。
圖1：不同電池的表麵結構不同，因此效率不同。上圖顯示了若幹光伏電池的表麵圖像，它們(men) 的表麵斜度（ssk）不同。這些電池的效率與(yu) 表麵斜度之間存在線性關(guan) 係（下圖）。
痕量元素和線寬測量
除了絕佳的垂直分辨率以及快速的測量時間，非接觸光學表麵測量儀能夠對數據進行分段，以測量樣品表麵不同層次的重要特性。對於太陽能電池應用，這 普遍用於痕量元素和線寬測量。在太陽能電池製造中，需要對使用的銀或者其他元素的質量和數量進行精確控製，以確保電池板的性能，同時還要減小非光電材料導 致的模糊麵積。而且，過厚和過寬的導電痕量元素會增加製造成本(因為銀麵板的價格相對較高)，同時還會降低光伏電池的效率。此外，特別是在薄膜加工過程 中，最後要用昂貴的導電油墨填充刻線，這種油墨能夠通過“連線”各種有源區來產生需要的輸出功率和電流。如果這些刻線太淺或太深，寬度不正確或所在部位不 正確，都將影響電池板的性能。在油墨沉積之前識別這種錯誤，能夠減少油墨浪費。
利用Veeco公司的Vision測量軟件，能夠自動計算襯底上痕量元素的線寬、線間隔、深度、體積以及粗糙程度，也可以將所有參數保存在數據庫中，以在生產中進行質量控製（見圖2）。該軟件可對具有上百個特征的表麵進行測量分析。
圖2：對薄膜太陽能電池板上刻線測量結果進行三維以及多區域顯示，能夠提供總體(ti) 粗糙度、刻線區域粗糙度、線寬以及刻線深度等信息。
Surface stats：表麵統計
同樣，光學表麵測量儀也可以在多種條件下，測量材料表麵性質。例如，美國伊利諾斯州大學材料科學與工程係利用Veeco公司的光學表麵測量儀，測 量了晶界（grain boundary）對CIGS雙晶生長和光電效率的影響（見圖3）。通過高精度的快速定量測量，光學表麵測量儀能夠幫助研究人員改進太陽能電池的性能。
圖3：不同襯底晶體(ti) 取向的交界處對CIGS材料生長的影響可以通過光學表麵測量儀(yi) 測量。上圖顯示了交界兩(liang) 側(ce) 的不同晶粒結構。
在太陽能製造業使用的加工儀器中，人們長期利用幹涉光學係統進行質量控製與加工開發/改進。使用光學或探針測量儀的高級自控能力，可以快速地計算 沿晶片的蝕刻率和沉澱率。沿襯底可以快速測量不同位置的特征高度。這些數據可以為加工控製和優化提供反饋。一種典型的測量應用是在沉澱過程中，測量8英寸 晶片範圍內步進特征的高度變化。可以在各個位置進行這種測量以及分析。得到的數據可以用來改進重要特征的均勻性和平均高度。
Veeco光學表麵測量儀同樣可以集成其他特征，以進行定量缺陷檢測及分析。用戶可以設定體積或者高度閾值，軟件可以自動識別缺陷並且報告例如高 度、直徑、體積以及X方向或Y方向的最大範圍。通過量化這些表麵缺陷，係統用戶可以決定缺陷在哪些過程中出現，以優化加工過程，從而消除缺陷。
薄膜厚度
不同襯底層的厚度，無論透明與否，都需要恰當的測量，特別是對於CIGS裝置。探針測量儀采用的接觸方法，在邊界處提供了快速準確的測量薄膜厚度 的方法，能夠很容易地確定薄膜-襯底間距。Veeco Dektak分析儀的接觸力很小，因此能夠對材料進行無損測量，甚至是柔軟的聚合體。更重要的是，由於采用接觸的方式，探針表麵測量儀對材料性質差別並不 敏感。而這些差別在材料很薄或者吸收不同時，會導致光學技術出現偏差。更重要的是，由於在僅僅幾秒鍾就可以得到這些信息，所以它在頻繁檢測加工質量方麵變 得切實可行。
由於具備不同的能力，探針測量儀和光學表麵測量儀通常在薄膜厚度控製中共同使用。例如，NT9100S光學表麵測量儀能夠在多個重要方麵對 Dektak探針測量儀進行有益的補充，可以對厚度大於2µm的透明薄膜樣品表麵進行測量。光學係統可以進行較快地基於麵積的測量，但是如果存在光學特征 導致的高度差，那麽Dektak測量儀可以快速校準薄膜。然後，分析軟件就可以自動在接下來的光學測量中進行補償。此外，NT測量儀能夠分別提供薄膜的上 下表麵粗糙程度和缺陷信息，因此可以分析薄膜的投影性質。所以，這兩種測量儀能夠很好地協同工作，以同時保證薄膜的厚度和表麵質量能夠充分描述出來，從而 提高並保持最高的性能。 #p#分頁標題#e#
滿足光伏技術的快速進步
隨著提高效率、降低成本的需求日益增加，各種太陽能電池加工技術迅速發展。其中，能夠對表麵關鍵特征進行精確測量是這一發展的核心。通過對樣品厚 度以及表麵進行亞納米精度的測量，可以提供改進太陽能電池開發及生產過程的必要數據。質地、躍變高度、痕量、刻線寬度、薄膜厚度和缺陷探測都對實際生產線 至關重要。同時，研究人員可以研究物質效應、環境影響及疲勞，以及進行複雜的測量來更好地理解加工設備中各種變量對終端產品的影響。
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