專利名稱：時(shí)間分辨光致發(fā)光成像系統(tǒng)和光伏電池檢驗(yàn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本主題發(fā)明涉及時(shí)間分辨(time resolved)光致發(fā)光成像系統(tǒng)和光伏電池檢驗(yàn)的方法。
背景技術(shù)：
光致發(fā)光是在吸收較高能量(較短波長)的光之后的光的再發(fā)射。來自太陽能燈、激光器或LED的可見光激發(fā)諸如硅等光伏晶片材料中的電子。大部分光生電子以熱量的形 式給出它們的能量，但是小部分電子與硅中的空穴復(fù)合，發(fā)出光子(輻射復(fù)合)。硅中的缺陷越多，導(dǎo)致越多能量以熱量的形式損失且發(fā)出的光子越少，而硅中的缺陷越少，則導(dǎo)致輻射復(fù)合越多且發(fā)出的光子越多。因?yàn)橹T如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)或電荷耦合器件(CXD)等現(xiàn)有成像探測器具有若干缺點(diǎn)，所以沒有經(jīng)常使用光致發(fā)光來作為光伏電池的成像技術(shù)。例如，現(xiàn)有成像器僅能夠收集整個(gè)范圍的發(fā)光信號的很小部分。這些現(xiàn)有光致發(fā)光探測器用光來連續(xù)照射晶片材料，使用濾光器來阻擋所述光，并收集來自晶片的微弱的光致發(fā)光輝光(glow)。如果光強(qiáng)度過高，則因?yàn)楦邚?qiáng)度的光傾向于模糊細(xì)節(jié)，所以圖像不具有高分辨率。收集高分辨率光致發(fā)光圖像的唯一方法是降低光強(qiáng)度。然而，這需要至少數(shù)秒的曝光(更通常地為一分鐘或更多)來收集圖像。然而，這種技術(shù)不適合直列式(in-line)測量，并且成為此過程中的瓶頸。InGaAs焦點(diǎn)平面陣列還可以收集光致發(fā)光圖像，但高本底噪聲需要非常高的照射等級來得到甚至最小的信號。高亮度等級傾向于洗掉精細(xì)細(xì)節(jié)，并且需要用于在測試下的單元的冷卻系統(tǒng)。探測器自身也需要大量的冷卻來使固有暗電流不至于淹沒弱得多的發(fā)光。因?yàn)楝F(xiàn)有的穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光信號技術(shù)需要校準(zhǔn)來將信號轉(zhuǎn)換成有效壽命，所以它們是不利的。因?yàn)楣庵掳l(fā)光強(qiáng)度與摻雜密度成比例，所以在(例如，從電阻率和厚度測量的)校準(zhǔn)過程中必須考慮摻雜密度。通過使用U-P⑶或等同技術(shù)測量標(biāo)準(zhǔn)晶片(“goldeWafer)的壽命、捕獲標(biāo)準(zhǔn)晶片的光致發(fā)光強(qiáng)度、創(chuàng)建校準(zhǔn)曲線、驗(yàn)證校準(zhǔn)曲線精度以及細(xì)化曲線并將其編程到軟件中來確定強(qiáng)度對壽命的校準(zhǔn)。此外，光致發(fā)光強(qiáng)度取決于激發(fā)光的吸收，所述激發(fā)光可以受表面反射率和粗糙度的影響。

發(fā)明內(nèi)容
包括本發(fā)明的以下發(fā)明內(nèi)容部分，以提供本發(fā)明的某些方面和特征的基本理解。本發(fā)明內(nèi)容不是本發(fā)明的廣泛概述，并且本身并不旨在具體地確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要元素，或者勾畫本發(fā)明的范圍。其唯一目的是以簡單的形式呈現(xiàn)出本發(fā)明的某些概念，以作為以下所呈現(xiàn)的更詳細(xì)描述的序幕。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種系統(tǒng)，其包括成像檢驗(yàn)?zāi)K，用于生成硅晶片的時(shí)間分辨光致 發(fā)光圖像；以及多個(gè)處理模塊，用于將所述硅晶片處理為光伏電池。所述成像檢驗(yàn)?zāi)K可以包括脈沖光源和照相機(jī)。所述成像檢驗(yàn)?zāi)K還可以包括與所述脈沖光源和所述照相機(jī)通信的控制器以及晶片傳感器。所述多個(gè)處理模塊可以選自由蝕刻、擴(kuò)散、濕法蝕刻、鈍化和ARC、絲網(wǎng)印刷、烘烤及其組合所組成的組。所述成像檢驗(yàn)?zāi)K可以是第一成像檢驗(yàn)?zāi)K，并且所述系統(tǒng)還可以包括所述多個(gè)處理模塊中的兩個(gè)之間的第二成像檢驗(yàn)?zāi)K。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種檢驗(yàn)?zāi)K，其包括脈沖光源，其在晶片中引起光致發(fā)光；照相機(jī)，其包括電子轟擊式有源像素傳感器以從所述晶片捕獲光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)；以及計(jì)算機(jī)，其由所述光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)生成時(shí)間分辨光致發(fā)光衰減曲線。所述檢驗(yàn)?zāi)K還可以包括與所述脈沖光源和所述照相機(jī)通信的控制器以及晶片傳感器。所述照相機(jī)可以配置成檢測從至少約950nm到至少約1250nm的光致發(fā)光波長。所述照相機(jī)可以包括InGaAsP焦點(diǎn)陣列。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種方法，其包括在晶片上施加光脈沖以引起光致發(fā)光；在第一時(shí)間時(shí)捕獲第一光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)；在第二時(shí)間時(shí)捕獲第二光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，所述第二時(shí)間在所述第一時(shí)間之后；在第三時(shí)間時(shí)捕獲第三光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，所述第三時(shí)間在所述第二時(shí)間之后；以及組合所述第一、第二和第三光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，以生成所述晶片的光致發(fā)光衰減曲線。所述方法還可以包括在第四時(shí)間時(shí)捕獲第四光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，所述第四時(shí)間在所述第三時(shí)間之后，并且所述組合可以包括組合所述第一、第二、第三和第四光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，以生成所述晶片的光致發(fā)光衰減曲線。所述方法還可以包括在第五時(shí)間時(shí)捕獲第五光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，所述第五時(shí)間在所述第四時(shí)間之后；并且所述組合可以包括組合所述第一、第二、第三、第四和第五光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，以生成所述晶片的光致發(fā)光衰減曲線。施加所述光脈沖包括在第一時(shí)間時(shí)施加所述光脈沖，并且所述方法還可以包括在所述晶片上第二次施加所述光脈沖以弓I起光致發(fā)光。所述方法還可以包括在所述第一時(shí)間時(shí)捕獲第四光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)；在所述第二時(shí)間時(shí)捕獲第五光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)；在所述第三時(shí)間時(shí)捕獲第六光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)；組合所述第一時(shí)間時(shí)的所述第一光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)和所述第四光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，以生成所述第一時(shí)間時(shí)的第一光致發(fā)光圖像；組合所述第二時(shí)間時(shí)的所述第二光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)和所述第五光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，以生成第二光致發(fā)光圖像；組合所述第三時(shí)間時(shí)的所述第三光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)和所述第六光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，以生成第三光致發(fā)光圖像；以及組合所述晶片的所述第一、第二和第三光致發(fā)光圖像，以生成所述晶片的光致發(fā)光衰減曲線。所述方法還可以包括在施加所述光脈沖之前感測所述晶片。所述方法還可以包括基于所述光致發(fā)光衰減曲線確定所述晶片的載流子壽命。所述晶片可以是光伏電池。所述晶片可以包括硅。


并入本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖例示了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與本說明書一起用于解釋和說明本發(fā)明的原理。附圖旨在以圖解的方式說明示例性實(shí)施例的主要特征。附圖并不旨在描繪實(shí)際實(shí)施例的每個(gè)特征，也不旨在描繪所描繪的元件的相應(yīng)尺寸，且沒有按比例繪制。圖I是光伏電池的示意圖；圖2A是示出激光脈沖和示例性光伏電池的光致發(fā)光衰減曲線的曲線圖；圖2B是示出圖2A的光致發(fā)光衰減的歸一化示圖的曲線圖；圖2C是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所收集的曝光序列的強(qiáng)度圖的曲線圖；
圖3是在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光伏電池的檢驗(yàn)裝置的框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖3的光伏電池檢驗(yàn)裝置的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的照相機(jī)的詳細(xì)示意圖；圖6是示出硅的光致發(fā)光光譜、現(xiàn)有技術(shù)傳感器的靈敏度以及根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例照相機(jī)的靈敏度的曲線圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的時(shí)間分辨光致發(fā)光方法的流程圖；圖7A和7B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖7的方法的示意圖；圖8是示出短于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光脈沖的壽命的示意圖；圖9A和9B是示出圖7的方法的示意圖，其中衰減曲線是具有短于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光脈沖的壽命的晶片所生成的；圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的檢驗(yàn)光伏電池的示意圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光伏電池處理系統(tǒng)的示意圖；以及圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式公開了用于成像和檢驗(yàn)光伏電池的時(shí)間分辨光致發(fā)光技術(shù)。光致發(fā)光強(qiáng)度與載流子壽命成正比-Ia=cAn=cT，其中η為載流子電荷密度，c是常數(shù)，T是壽命。脈沖光源對晶片進(jìn)行閃光，在硅中的生成過剩載流子，引起光致發(fā)光。通過使用具有快速響應(yīng)的光探測器成像隨時(shí)間而變的光致發(fā)光衰減來監(jiān)測載流子復(fù)合率。生成了光致發(fā)光衰減曲線，并且有效壽命提取自所述曲線。因此，直接測量了所述有效壽命?，F(xiàn)在將參照圖I詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖I示出了示例性的光伏電池100。光伏電池通常包括將能量從陽光轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體晶片104。半導(dǎo)體晶片104通常是硅，但是應(yīng)當(dāng)理解可以使用其它材料。在半導(dǎo)體晶片104的任一端設(shè)置金屬接觸部108、112 (陽極/陰極引線)來收集電能120。還可以設(shè)置電流源116。圖2A是示出緊接著激光脈沖208之后的示例性硅晶片的光致發(fā)光衰減曲線200的曲線圖。如圖2A中所示，激光脈沖比壽命短得多(B卩，與約Iys的光致發(fā)光的壽命相比，激光脈沖約為50ns)。圖2B是圖2A的光致發(fā)光衰減曲線200的示例性曝光序列的強(qiáng)度圖。圖2B中所示的線212的斜率揭示了壽命約為I μ S。利用照相機(jī)每250ns收集200ns曝光的序列來捕獲圖2B的線212。圖2C示出了擬合圖2B的光致發(fā)光衰減曝光序列的對數(shù)的線220。圖2C的線220的斜率等于壽命的倒數(shù)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的檢驗(yàn)系統(tǒng)300。檢驗(yàn)系統(tǒng)300包括控制器304、照相機(jī)308、脈沖光源312和光伏電池或晶片316。系統(tǒng)300還可以包括晶片傳感器320。如圖4中所示，對于在測試下的裝置316而言，系統(tǒng)300還可以包括高效率光學(xué)元件400、外殼404和支撐412?；剡^來參照圖3，控制器304可包括處理器324和存儲器328?？刂破?04可包括計(jì)時(shí)電路。結(jié)合脈沖光源312使用照相機(jī)308，來直接監(jiān)測光伏電池316的光致發(fā)光衰減。在一個(gè)實(shí)施例中，支撐412是靜電卡盤。在其它實(shí)施例中，支撐412是傳送機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，檢驗(yàn)系統(tǒng)300設(shè)計(jì)成在約50-75cm的距離處(S卩，支撐412與照相機(jī)308之間的距離約為50-75cm)成像IOX IOcm或15X 1 5cm的光伏電池316。照相機(jī)308從在系統(tǒng)300中經(jīng)受檢驗(yàn)的光伏電池捕獲光致發(fā)光圖像?？梢詢?yōu)化照相機(jī)308來捕獲這些光致發(fā)光圖像，并且可以優(yōu)化照相機(jī)308來從特定類型的光伏電池(例如，硅光伏電池)捕獲圖像。照相機(jī)308的特征在于它對低光敏感，可以將其迅速地開啟/關(guān)閉(例如，每1-2 μ s)并且它對硅發(fā)光的波長(例如，至少約950nm-1250nm)敏感。在一個(gè)實(shí)施例中，照相機(jī)308是電子轟擊式有源像素傳感器(EBAPS)。美國專利No. 6657178中公開了一種具有EBAPS傳感器的示例性照相機(jī)，該美國專利的整個(gè)內(nèi)容藉此通過引用并入于此。圖5中示出了 EBAPS傳感器的詳細(xì)示圖。如圖5中所示，EBAPS傳感器500包括面板504、光電陰極508、CXD或CMOS 512 (可以是背照式(XD/CM0S)和封裝516。真空520形成在光電陰極508與(XD/CM0S陽極512之間。在使用中，通過光電陰極508產(chǎn)生電子形成光子。所述電子由光電陰極發(fā)出并由高壓加速。加速的電子撞擊CCD/CM0S陽極512。電子在陽極512中減速，產(chǎn)生了許多二次電子。由(XD/CM0S陽極512記錄并測量一次電子和二次電子的云。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，照相機(jī)308是電子轟擊式、背照式的130萬像素CMOS照相機(jī)，其每秒鐘可以捕獲30幀。在一個(gè)實(shí)施例中，EBCMOS照相機(jī)使用InGaAsP焦點(diǎn)陣列，與InGaAs焦點(diǎn)平面陣列照相機(jī)相比，所述InGaAsP焦點(diǎn)陣列使固有暗電流降低了一百倍以上，并且具有低得多的讀出噪聲。照相機(jī)308還可以具有電子轟擊式增益來放大每個(gè)光子的信號。圖6是示出硅的光致發(fā)光光譜600(即，約950nm-1250nm，且峰值在約1150nm處)、現(xiàn)有技術(shù)傳感器的靈敏度604以及根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例照相機(jī)的靈敏度608的曲線圖。如圖6中所示，如由線608所表明的，照相機(jī)308能夠收集如由線600所示的光致發(fā)光光譜的全部強(qiáng)度覆蓋，而由線604所示的傳統(tǒng)硅傳感器靈敏度的覆蓋率小于1%?；剡^來參照圖3，脈沖光源312生成引起光伏電池316中的光致發(fā)光的光。在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖光源312是脈沖LED或閃光燈。在一個(gè)實(shí)施例中，能夠以小于約IOOns的任何值或任何值范圍開啟/關(guān)閉光源312，并且脈沖之間的時(shí)間約為IOOHz至5kHz。應(yīng)當(dāng)理解，脈沖光源312配置為使光指向光伏電池/晶片316，所述光不僅是可見光，還包括紅外光和紫外光。所使用的脈沖比光伏電池316的壽命短得多。這使得照相機(jī)308可以在沿光致發(fā)光衰減的時(shí)間的若干點(diǎn)處成像晶片316。照相機(jī)308捕獲與所研究的材料的壽命的階數(shù)(order)相同的曝光或者比所研究的材料的壽命短的曝光。(硅的少數(shù)載流子壽命可以從略小于I μ S變化為若干ms)。因此，照相機(jī)308應(yīng)當(dāng)能夠以與光脈沖大約相同的速率(例如，約IOOHz至5kHz)積累曝光。在使用中，光伏電池或晶片316放置在照相機(jī)的視場中。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)電池/晶片316放置在照相機(jī)的視場中時(shí)，使用傳感器320來檢測。當(dāng)控制器304從傳感器320接收到電池/晶片316處于適當(dāng)?shù)奈恢玫男盘枙r(shí)，可以由控制器304將觸發(fā)信號發(fā)送至照相機(jī)308和脈沖光源312。當(dāng)電池/晶片316位于照相機(jī)308的視場下時(shí)，然后脈沖光源進(jìn)行閃光來照射電池/晶片316數(shù)微秒。光的短猝發(fā)(burst)照射晶片316，并且光致發(fā)光輝光在微秒之內(nèi)從明亮和模糊到暗淡和清晰。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)延之后，照相機(jī)的內(nèi)部計(jì)時(shí)發(fā)生器向柵極光電陰極發(fā)送第二觸發(fā)脈沖，并且從晶片316捕獲光致發(fā)光。照相機(jī)308捕獲到持續(xù)數(shù)十至數(shù)百微秒的清晰暗淡的輝光。光脈沖和延遲曝光在一毫秒內(nèi)發(fā)生。讀出圖像需要33ms，并且在一 秒內(nèi)整個(gè)過程可以輕松地完成至少20次。然后，將由照相機(jī)308所記錄的圖像發(fā)送至計(jì)算機(jī)(控制器304或與照相機(jī)308通信的另一計(jì)算機(jī))來進(jìn)行圖像分析。然后，可以將這個(gè)信息反饋至過程控制系統(tǒng)中，并且在多個(gè)時(shí)延和多個(gè)脈沖之后，可以重復(fù)所述過程若干次以收集曝光數(shù)據(jù)(例如，如圖2B中所示)。然后，計(jì)算機(jī)可以對曝光數(shù)據(jù)擬合線，以生成光致發(fā)光衰減曲線(例如，如圖2C中所示)。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)可以組合緊接著多個(gè)脈沖之后的曝光數(shù)據(jù)以針對每一時(shí)延生成圖像。計(jì)算機(jī)還可以計(jì)算出曲線的斜率來計(jì)算有效壽命。計(jì)算機(jī)可以顯示光伏曲線和壽命信息，并且還提供關(guān)于電池/硅片316的信息，諸如整體效率、均勻性、暗缺陷，等等。計(jì)算機(jī)還可以顯示光伏電池/硅片316的圖像。然后，這一信息可以用于接受/廢棄電池/硅片316并將它們貯藏起來，使得可以用一致的效率評價(jià)(efficiency rating)來制造太陽能面板。計(jì)算機(jī)還可以使用壽命信息來提供過程監(jiān)測和/或電池/晶片分級。應(yīng)當(dāng)理解，如果激光脈沖寬度和照相機(jī)曝光時(shí)間與光致發(fā)光壽命的階數(shù)相同，就可以提取壽命。在這種情況下，可以使用最小二乘迭代重卷積來確定光致發(fā)光壽命。測量的衰減輪廓是激光脈沖、照相機(jī)曝光輪廓和光致發(fā)光壽命的卷積?？梢詼y量激光脈沖和照相機(jī)曝光輪廓，然后與各個(gè)壽命卷積，直到發(fā)現(xiàn)生成最接近于測量的輪廓的衰減輪廓的壽命。還應(yīng)當(dāng)理解，檢驗(yàn)?zāi)K300可以與其它已知的檢驗(yàn)技術(shù)結(jié)合來收集關(guān)于光伏電池/晶片316的其它信息。圖7是是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于確定光致發(fā)光壽命的時(shí)間分辨過程的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解，以下所描述的過程700僅僅是示例性的，并且可以包括更少或更多的步驟數(shù)，并且，至少一些步驟的順序可以不同于以下所描述的順序。如圖7中所示，過程700可以從感測晶片(或電池)702開始。例如，傳感器320可以感測位于照相機(jī)308下方適當(dāng)?shù)奈恢玫木?電池316，并且可以向控制器304發(fā)送信號。光源是脈沖的(方框704)以照射晶片，這使得晶片發(fā)出輝光(方框708)。例如，控制304可以向脈沖光源312發(fā)送觸發(fā)信號304，從而朝向晶片/電池316產(chǎn)生脈沖光。然后，照相機(jī)捕獲曝光(方框712)。例如，照相機(jī)308捕獲作為如上所述的曝光的光致發(fā)光數(shù)據(jù)。可以通過生成多個(gè)光脈沖并捕獲緊接著每一光脈沖之后的曝光數(shù)據(jù)來將這一過程重復(fù)若干次，從而生成充足的曝光來生成特定時(shí)間時(shí)的圖像。一旦捕獲了充足的曝光數(shù)據(jù)(方框716)，就會出現(xiàn)時(shí)延(方框724)，并且所述過程再次重復(fù)自身。例如，可以使光源產(chǎn)生一次或多次脈沖，并且照相機(jī)按照以上所述捕獲曝光數(shù)據(jù)。緊接著多個(gè)時(shí)延之后再次重復(fù)所述過程，直到有充足的曝光數(shù)據(jù)來生成光致發(fā)光衰減曲線。在一個(gè)實(shí)施例中，出現(xiàn)了在約5個(gè)時(shí)延與約50個(gè)時(shí)延之間的任何值或任何值范圍的時(shí)延來生成光致發(fā)光衰減曲線。應(yīng)當(dāng)理解可以出現(xiàn)少于5個(gè)時(shí)延或多于50個(gè)時(shí)延。在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)延可以有數(shù)納秒或數(shù)微秒的不同，并且在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)延可以以約IOns至約200 μ s之間的任何值或值范圍出現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，時(shí)延可以小于IOns或大于200 μ S。在一個(gè)實(shí)施例中，所述過程重復(fù)在約10次至約2000次之間的任何值或任何值范圍的次數(shù)。應(yīng)當(dāng)理解，所述過程可以重復(fù)自身少于10次或多于2000次。在一個(gè)實(shí)施例中，對于給定的時(shí)延而言，捕獲曝光數(shù)據(jù)的次數(shù)不同。例如，當(dāng)信號較強(qiáng)時(shí)，在衰減曲線的開始，所述過程可以重復(fù)約10至約100次，但是當(dāng)信號較弱時(shí)，所述過程可以重復(fù)約100至約2000次。應(yīng)當(dāng)理解，通過收集每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)或每個(gè)時(shí)延的曝光，提高了信噪比。 如上所述，例如，圖7Α和7Β示出了對多個(gè)脈沖750捕獲多個(gè)曝光。在圖7Β中，時(shí)延754大于照相機(jī)的曝光756之前的時(shí)延752。如圖7Α和7Β中所示，脈沖之間的示例性時(shí)間小于1ms。回過來參照圖7，一旦照相機(jī)捕獲了足夠的曝光來生成光致發(fā)光衰減曲線(方框728)，所述曝光在計(jì)算機(jī)上組合成圖像，并且基于在各個(gè)時(shí)延的不同圖像生成光致發(fā)光衰減曲線(方框732)。如上所述，可以使用光致發(fā)光衰減曲線來確定晶片的壽命(框736)。然后，壽命可以用于接受/廢棄晶片。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)確定晶片是否可接受。在另一實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)向顯示器輸出壽命，人類操作員確定晶片是否可接受。由于衰減曲線的測量是直接的，所以不需要校準(zhǔn)。數(shù)據(jù)收集發(fā)生在數(shù)秒鐘內(nèi)，并且結(jié)果是晶片/電池壽命的高分辨率。壽命圖像不取決于光致發(fā)光強(qiáng)度，并且不存在吸收或反射效應(yīng)。如圖8中所示，這是樣品的壽命比照射源的脈沖時(shí)間或成像器的最小曝光時(shí)間短的情況。如果可以比壽命更精細(xì)地控制照射與曝光之間的延遲，則仍然可以從比照射脈沖短的光致發(fā)光衰減中提取正確的壽命。對于本實(shí)施例而言，EBAPS照相機(jī)是有利的，因?yàn)樗鼈兙哂斜菊鳛V光器且不響應(yīng)于短波長光，從而可以執(zhí)行重疊照射和曝光。因此，光源312和照相機(jī)308可以在同一時(shí)間操作。如圖9A中所示，脈沖鏈用于生成光致發(fā)光衰減曲線，在所述脈沖鏈中曝光相對照射脈沖在時(shí)間上重疊。在圖9A中所示的脈沖鏈中，示出了在給定延遲時(shí)間的單個(gè)曝光，但是在特定延遲時(shí)間可以有數(shù)十至數(shù)千的曝光以積累有用的圖像。圖9B中示出了由重疊曝光構(gòu)成的示例性衰減曲線?？梢允褂弥T如最小二乘迭代重卷積或矩量法等統(tǒng)計(jì)方法來從圖9B中所示的測量的衰減曲線中提取的光致發(fā)光壽命。圖10示出了示出具有傳送機(jī)1000的檢驗(yàn)系統(tǒng)300的檢驗(yàn)系統(tǒng)1000的示意圖。如圖10中所示，多個(gè)光伏電池316a-e在傳送機(jī)1000上的照相機(jī)308和脈沖光源312下方傳遞。由于脈沖光致發(fā)光使用選通照射，所以傳送帶永遠(yuǎn)不需要停止。最大吞吐量的限制因素是不再是成像子系統(tǒng)，而是物理處理和輸送晶片的系統(tǒng)的能力，這使得檢驗(yàn)系統(tǒng)可以用于直列式過程監(jiān)測系統(tǒng)。
圖11示出了示例性的直列式過程監(jiān)測系統(tǒng)1100。如圖11中所示，因?yàn)椴牧咸幚硎撬俾氏拗频牟襟E(成像不再是速率限制的步驟)，所以監(jiān)視器可以放置在工藝線中的任何地方，而不會增大晶片處理時(shí)間。在示例性的直列式處理系統(tǒng)1100中，系統(tǒng)1100包括檢驗(yàn)系統(tǒng)300/1000、蝕刻和紋理模塊1104、擴(kuò)散模塊1108、濕法蝕刻模塊1112、鈍化和ARC模塊1116、絲網(wǎng)印刷模塊1120、烘烤模塊1124以及測試和排序模塊1128。在一個(gè)實(shí)施例中，傳送機(jī)1000貫穿直列式處理系統(tǒng)1100從檢驗(yàn)?zāi)K300/1000至測試和排序模塊1128傳遞晶片/光伏電池。如圖11中所示，檢驗(yàn)系統(tǒng)模塊300/1000可以放置在過程的開始處、蝕刻和紋理模塊1104與擴(kuò)散模塊1108之間以檢查晶體缺陷和蝕刻劑殘留物、擴(kuò)散模塊1108與濕法蝕刻模塊1112之間以監(jiān)測摻雜劑均勻性和裂縫、鈍化和ARC模塊1116與絲網(wǎng)印刷模塊1120之間以監(jiān)測膜鈍化均勻性和裂縫、絲網(wǎng)印刷模塊1120與烘烤模塊1124之間以監(jiān)測金屬化缺陷監(jiān)測和裂縫以及作為測試和排序模塊1128來進(jìn)行排序和貯藏。這使得可以在處理開始之前去除晶片并且從線上去除有缺陷的晶片，這通過直列式檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了電池效率快速轉(zhuǎn)變并且避免了誤處理(misprocessing)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以以3600晶片每小時(shí)的速度收 集過程中的(in-process)材料和成品電池的光致發(fā)光圖像。優(yōu)點(diǎn)包括增加了產(chǎn)量、通過更嚴(yán)格的過程控制提高了電池效率以及減小了處理成本。圖12示出了以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1200的示例性形式的機(jī)器的圖解表示，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1200內(nèi)，可以運(yùn)行用于使所述機(jī)器執(zhí)行本文所討論的方法中的任何一個(gè)或多個(gè)的一組指令。在替代實(shí)施例中，所述機(jī)器操作為獨(dú)立的裝置，或者可以連接至(例如，聯(lián)網(wǎng)至)其它機(jī)器。在聯(lián)網(wǎng)部署中，所述機(jī)器可以以在服務(wù)器-客戶端網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的服務(wù)器或客戶端機(jī)器的能力操作，或者作為端對端(或分布式)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的同級機(jī)器而操作。所述機(jī)器可以是服務(wù)器、個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)、平板PC、機(jī)頂盒(STB)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)路由器、交換機(jī)或網(wǎng)橋、或任何能夠執(zhí)行所述機(jī)器將要采取的指定動作的一組指令(順序地或以其它方式)的機(jī)器。此夕卜，雖然僅例示了單個(gè)機(jī)器，但是術(shù)語“機(jī)器”也應(yīng)視為包括單獨(dú)地或共同地運(yùn)行一組(或多組)指令以執(zhí)行本文所討論的方法中的任何一個(gè)或多個(gè)的任何機(jī)器的集合。示例性的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1200包括處理器1202(例如，中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、或兩者)、主存儲器1204 (例如，只讀存儲器(ROM)、閃速存儲器、諸如同步DRAM(SDRAM)或存儲器總線DRAM (RDRAM)等動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)，等等)和靜態(tài)存儲器1206(例如，閃速存儲器、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)，等等)，其經(jīng)由總線1208而相互通信。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1200還可以包括視頻顯示單元1210 (例如，液晶顯示器(IXD)或陰極射線管(CRT))。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1200還包括字母數(shù)字輸入裝置1212(例如，鍵盤)、光標(biāo)控制裝置1214 (例如，鼠標(biāo))、磁盤驅(qū)動單元1216、信號生成裝置1220 (例如，揚(yáng)聲器)和網(wǎng)絡(luò)接口裝置1222。磁盤驅(qū)動單元1216包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)1224，其上存儲一組或多組體現(xiàn)本文所描述方法或功能中的任何一個(gè)或多個(gè)的指令(例如，軟件1226)。在由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1200運(yùn)行軟件1226的過程中，軟件1226還可以完整地或至少部分地駐留在主存儲器1204中和/或處理器1202中，主存儲器1204和處理器1202也構(gòu)成計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。軟件1226還可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接口裝置1222在網(wǎng)絡(luò)1228上發(fā)送或接收。雖然在示例性實(shí)施例中所示的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)1224是單個(gè)介質(zhì)，但是術(shù)語“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”應(yīng)當(dāng)視為包括存儲一組或多組指令的單個(gè)介質(zhì)或多個(gè)媒質(zhì)(例如，集中式或分布式數(shù)據(jù)庫、和/或相關(guān)的高速緩存和服務(wù)器)。術(shù)語“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”還應(yīng)當(dāng)視為包括能夠存儲、編碼或攜帶一組用于由機(jī)器運(yùn)行的并且使所述機(jī)器執(zhí)行本發(fā)明的方法中的任何一個(gè)或多個(gè)的指令的任何有形介質(zhì)。因此，術(shù)語“計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)”應(yīng)當(dāng)視為包括但不限于固態(tài)存儲器以及光和磁介質(zhì)。應(yīng)當(dāng)注意，計(jì)算機(jī)在本文中例示和討論為具有各種執(zhí)行特定功能且彼此相互作用的模塊。應(yīng)當(dāng)理解，僅僅基于這些模塊的功能而分離這些模塊，以便描述并且表示計(jì)算機(jī)硬件和/或存儲在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上用于在適當(dāng)?shù)挠?jì)算硬件上執(zhí)行的可執(zhí)行軟件代碼?？梢砸匀魏畏绞饺缟献鳛槟K將不同模塊和單元的各種功能組合或分離為硬件和/或存儲在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的軟件，并且可以單獨(dú)或組合地使用所述各種功能。應(yīng)當(dāng)理解，本文所描述的過程和技術(shù)本身并不涉及任何特定設(shè)備，并且可以由任何合適的部件組合來實(shí)現(xiàn)。此外，可以根據(jù)本文所描述的教導(dǎo)來使用各種類型的通用裝置?？梢宰C實(shí)有利的是構(gòu)造專用的設(shè)備來執(zhí)行本文所描述的方法步驟。已經(jīng)關(guān)于特定示例描述 了本發(fā)明，所述特定示例在所有方面旨在是例示性的而非限制性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會領(lǐng)會，硬件、軟件和固件的許多不同的組合將會適合于實(shí)踐本發(fā)明。計(jì)算機(jī)裝置可以是個(gè)人電腦、手持設(shè)備、服務(wù)器、PDA或可以響應(yīng)于記錄在介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀指令而執(zhí)行所公開的功能的任何其它裝置或裝置的組合。因此，如本文所使用的短語“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”針對任何這種裝置或這種裝置的組合。此外，通過考慮說明書并且實(shí)踐本文所公開的發(fā)明，本發(fā)明的其它實(shí)施方式對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的?？梢詥蝹€(gè)地或以任何組合使用所描述的實(shí)施例的各個(gè)方面和/或部件。應(yīng)當(dāng)理解，本文所描述的過程和技術(shù)本身并不涉及任何特定設(shè)備，并且可以由任何合適的部件組合來實(shí)現(xiàn)。已經(jīng)關(guān)于特定示例描述了本發(fā)明，所述特定示例在所有方面旨在是例示性的而非限制性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會領(lǐng)會許多不同的組合將會適合于實(shí)踐本發(fā)明。本說明書和示例旨在僅視為是示例性的，且本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神由以下權(quán)利要求來表明。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括 成像檢驗(yàn)?zāi)K，用于生成硅晶片的時(shí)間分辨光致發(fā)光圖像，所述成像檢驗(yàn)?zāi)K包括脈沖光源和電子轟擊式有源像素傳感器；以及 多個(gè)處理模塊，用于將所述硅晶片處理為光伏電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述成像檢驗(yàn)?zāi)K還包括與所述脈沖光源和照相機(jī)通信的控制器以及晶片傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)處理模塊選自由蝕刻、擴(kuò)散、濕法蝕刻、鈍化和ARC、絲網(wǎng)印刷、烘烤及其組合所組成的組。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述成像檢驗(yàn)?zāi)K是第一成像檢驗(yàn)?zāi)K，并且其中，所述系統(tǒng)還包括在所述多個(gè)處理模塊中的兩個(gè)之間的第二成像檢驗(yàn)?zāi)K。
5.—種檢驗(yàn)?zāi)K,包括 脈沖光源，用于在晶片中引起光致發(fā)光； 照相機(jī)，包括電子轟擊式有源像素傳感器以從所述晶片捕獲光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)；以及 計(jì)算機(jī)，用于由所述光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)生成時(shí)間分辨光致發(fā)光衰減曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢驗(yàn)?zāi)K，還包括與所述脈沖光源和所述照相機(jī)通信的控制器以及晶片傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢驗(yàn)?zāi)K，其中，所述晶片是光伏電池。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢驗(yàn)?zāi)K，其中，所述晶片包括硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢驗(yàn)?zāi)K，其中，所述照相機(jī)配置成檢測從至少約950nm到至少約1250nm的光致發(fā)光波長。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢驗(yàn)?zāi)K，其中，所述照相機(jī)包括InGaAsP焦點(diǎn)陣列。
11.一種方法，包括 使第一光脈沖指向晶片以引起光致發(fā)光； 在第一時(shí)間時(shí)捕獲第一光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)； 在第二時(shí)間時(shí)捕獲第二光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，所述第二時(shí)間在所述第一時(shí)間之后； 在第三時(shí)間時(shí)捕獲第三光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，所述第三時(shí)間在所述第二時(shí)間之后； 使第二光脈沖指向所述晶片以引起光致發(fā)光； 在所述第一時(shí)間時(shí)捕獲第四光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)； 在所述第二時(shí)間時(shí)捕獲第五光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)； 在所述第三時(shí)間時(shí)捕獲第六光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)； 組合所述第一時(shí)間時(shí)的所述第一光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)和所述第四光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，以生成所述第一時(shí)間時(shí)的第一光致發(fā)光圖像； 組合所述第二時(shí)間時(shí)的所述第二光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)和所述第五光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，以生成第二光致發(fā)光圖像； 組合所述第三時(shí)間時(shí)的所述第三光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)和所述第六光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，以生成第三光致發(fā)光圖像；以及 組合所述晶片的所述第一、第二和第三光致發(fā)光圖像，以生成所述晶片的光致發(fā)光衰減曲線。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在第四時(shí)間時(shí)捕獲第四光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，所述第四時(shí)間在所述第三時(shí)間之后；并且其中，所述組合包括組合所述第一、第二、第三和第四光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，以生成所述晶片的光致發(fā)光衰減曲線。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在第五時(shí)間時(shí)捕獲第五光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，所述第五時(shí)間在所述第四時(shí)間之后；并且其中，所述組合包括組合所述第一、第二、第三、第四和第五光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，以生成所述晶片的光致發(fā)光衰減曲線。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在施加所述光脈沖之前感測所述晶片。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括基于所述光致發(fā)光衰減曲線確定所述晶片的載流子壽命。
16.—種方法,包括 在晶片上施加光脈沖以引起光致發(fā)光； 在第一時(shí)間時(shí)捕獲第一光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)； 在第二時(shí)間時(shí)捕獲第二光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，所述第二時(shí)間在所述第一時(shí)間之后； 在第三時(shí)間時(shí)捕獲第三光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，所述第三時(shí)間在所述第二時(shí)間之后，其中，捕獲所述第二光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)與捕獲所述第一光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)和捕獲所述第三光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)重疊；以及 組合所述第一、第二和第三光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，以生成所述晶片的光致發(fā)光衰減曲線。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在施加所述光脈沖之前感測所述晶片。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括基于所述光致發(fā)光衰減曲線確定所述晶片的載流子壽命。
19.一種方法,包括 使第一多個(gè)光脈沖指向晶片以引起光致發(fā)光； 在第一時(shí)延之后，針對所述第一多個(gè)光脈沖中的每一個(gè)捕獲光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)； 使第二多個(gè)光脈沖指向所述晶片以引起光致發(fā)光； 在第二時(shí)延之后，針對所述第二多個(gè)光脈沖中的每一個(gè)捕獲光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，所述第二時(shí)延不同于所述第一時(shí)延； 使第三多個(gè)光脈沖指向所述晶片以引起光致發(fā)光； 在第三時(shí)延之后，針對所述第三多個(gè)光脈沖中的每一個(gè)捕獲光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)，所述第三時(shí)延不同于所述第一時(shí)延和所述第二時(shí)延；以及 由所述光致發(fā)光曝光數(shù)據(jù)生成所述晶片的光致發(fā)光衰減曲線。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括在施加所述光脈沖之前感測所述晶片。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括基于所述光致發(fā)光衰減曲線確定所述晶片的載流子壽命。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種時(shí)間分辨光致發(fā)光技術(shù)以成像光伏電池和晶片。使用具有快速響應(yīng)的光探測器來直接測量有效壽命。脈沖光源對晶片進(jìn)行閃光，在硅中生成過剩載流子。通過成像隨時(shí)間而變的光致發(fā)光衰減來監(jiān)測載流子復(fù)合率。有效壽命可以提取自光致發(fā)光衰減曲線，所述光致發(fā)光衰減曲線可以用于確定光伏電池和晶片的質(zhì)量。
文檔編號G01J3/40GK102859338SQ201180017387
公開日2013年1月2日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者B·特魯 申請人:因特瓦克公司