光伏電池的量化串聯(lián)電阻成像的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于發(fā)光的方法，以確定光伏電池兩端的串聯(lián)電阻的量化值，優(yōu)選地不與電池電接觸。通過將電池暴露給使用被選擇用于從電池生成發(fā)光的激發(fā)光的均勻或圖案化照明來生成發(fā)光信號，優(yōu)選地使用被選擇用于衰減激發(fā)光并傳輸發(fā)光的一個或多個濾波器來產(chǎn)生照明圖案。
【專利說明】光伏電池的量化串聯(lián)電阻成像
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏電池的特性化，特別地，涉及用于量化地確定光伏電池兩端的串聯(lián)電阻的空間變化的方法。然而，將理解到，本發(fā)明不限于該特定的使用領(lǐng)域。
[0002]相關(guān)申請
[0003]本申請要求澳大利亞臨時(shí)專利申請第2011901442號的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
【背景技術(shù)】
[0004]在整個說明書中對現(xiàn)有技術(shù)的任何討論都不應(yīng)認(rèn)為是承認(rèn)這種現(xiàn)有技術(shù)是眾所周知的或者形成本領(lǐng)域的公知常識的一部分。
[0005]光伏(PV)電池的生產(chǎn)通常以諸如P型(例如，硼摻雜)多晶硅(MC)或單晶硅的半導(dǎo)體材料的裸晶圓開始。在典型的生產(chǎn)過程中，例如通過磷擴(kuò)散、之后是通過絲網(wǎng)印刷或電鍍工藝形成金屬網(wǎng)格在晶圓的正面上形成η型發(fā)射極層。金屬網(wǎng)格通常包括連接至一個或多個母線的多個指狀物。晶圓的剩余P型部分(“基極”)也通過整個背面的金屬化而被接觸，從而提供其他電池端子。各種其他金屬化圖案也是已知的，例如，一些電池設(shè)計(jì)在正面和背面上都有金屬網(wǎng)格，而其他的僅在背面上具有金屬觸點(diǎn)，或者在背面上具有點(diǎn)觸點(diǎn)而不是整個區(qū)域金屬化。在操作中，上面的帶隙光子在硅中產(chǎn)生電子-空穴對，其中一些電子-空穴對被在η和P型娃層中產(chǎn)生多數(shù)載流子電流的ρ-η結(jié)收集。該電流沿發(fā)射極層橫向流到金屬指狀物，因此沿著指狀物和母線以作為來自電池端子的電流被提取。相同電流流經(jīng)底部娃層和相關(guān)金屬觸點(diǎn)。
[0006]品質(zhì)好的PV電池的區(qū)域經(jīng)由低串聯(lián)電阻橫向并聯(lián)連接。PV電池故障或不合要求的低效率的一個常見模式是該區(qū)域變得彼此電絕緣或不良連接，干擾了載流子流動。例如，金屬指狀物可以在制造期間破損，或者形成有小的不連續(xù)點(diǎn)，特別是在具有非常薄的指狀物以使露出的硅表面面積最大化的設(shè)計(jì)的絲網(wǎng)印刷期間。不能有效地收集在破損的指狀物附近生成的電流，導(dǎo)致電池效率降低?？芍袛嚯娏髁鲃硬⒁虼嗽龃缶植看?lián)電阻的其他故障模式包括金屬指狀物或背面觸點(diǎn)與相應(yīng)的硅表面之間的高接觸電阻以及硅中的裂縫。
[0007]盡管這種故障對PV電池的顯著廢品率負(fù)責(zé)的事實(shí)，但是它們通常不能通過以足夠的速度檢查每個電池或者至少是大部分電池、關(guān)閉當(dāng)前可以以每小時(shí)高達(dá)1800或甚至3600晶圓運(yùn)行的生產(chǎn)線的現(xiàn)有檢驗(yàn)技術(shù)(例如，機(jī)器視覺光學(xué)檢測)來識別。雖然機(jī)器視覺通?？梢詸z測破損的指狀物，但是其不能識別具有高接觸電阻的區(qū)域。常規(guī)由PV電池制造商對成品電池執(zhí)行的電流-電壓(IV)測試可以確定全局串聯(lián)電阻，并因此識別缺陷電池，但是對于高串聯(lián)電阻(即，缺陷)區(qū)域的位置或原因沒有給出任何信息。
[0008]已經(jīng)提出了基于發(fā)光成像的若干檢測技術(shù)，用于用由光激發(fā)、電激發(fā)、或其組合(例如，具有同步電流注入或提取的光激發(fā))生成的發(fā)光，來識別硅PV電池的不良連接或電絕緣區(qū)域。一般地，“電激發(fā)”可以包括在電池端兩端施加電壓或負(fù)載，或者向電池端注入電流或者從其提取電流。為了本說明書的目的，我們將通過施加電壓生成的發(fā)光圖像稱為電致發(fā)光(EL)圖像，并且將通過單獨(dú)應(yīng)用光激發(fā)生成的發(fā)光圖像稱為光致發(fā)光(PL)圖像。例如，在已公布的PCT專利申請第WO 07/128060 Al、WO 09/129575 Al和WO 11/023312 Al、已公布的美國申請第 US 2011/0012636A1, J.Haunschild et al.Phys.Status Solidi RRL3(7-8), 227-229(2009)以及 0.Breitenstein et al.Phys.StatusSolidi RRL4(I) ,7-9(2010)中，可以找到這些“串聯(lián)電阻成像”技術(shù)的描述。這些技術(shù)的共同因素是獲取并比較在不同激發(fā)條件下生成的兩個或多個發(fā)光圖像，通常會在樣本電池中產(chǎn)生不同的電流流動。理想地，串聯(lián)電阻成像測量應(yīng)當(dāng)占用小于一秒，以保持當(dāng)前的硅PV電池線的生產(chǎn)量每小時(shí)不少于~3,600晶圓。
[0009]US 2011/0012636 Al中記載的方法(以下，“'636方法”)是“非接觸的”的原因在于，僅應(yīng)用光激發(fā)，而不需要與樣本電池電接觸。這在測量時(shí)間和降低電池破壞的風(fēng)險(xiǎn)方面這是有利的，然而，該技術(shù)是純定性的:生成了電池的電壓差圖像，其揭示了具有相對高和低串聯(lián)電阻的區(qū)域，但是對于如何量化樣本電池兩端的串聯(lián)電阻并沒有給出指導(dǎo)。另一方面，在WO 2009/129575 Al中記載的方法提供了樣本電池兩端的串聯(lián)電阻的量化值，但是對于至少一些成像測量需要電接觸。此外，這些方法相對慢，需要獲取以及處理若干圖像；因?yàn)樯婕傲藬?shù)據(jù)的內(nèi)插或外推，因此，用更多的圖像獲得了更高的精確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目標(biāo)在于克服或改善現(xiàn)有技術(shù)的至少一個缺點(diǎn)，或者提供有用的替代方案。本發(fā)明的優(yōu)選形式的目標(biāo)在于，提供用于量化光伏電池兩端的串聯(lián)電阻的空間變化的快速方法。本發(fā)明的另一優(yōu)選形式的目標(biāo)在于提供一種量化地測量光伏電池兩端的串聯(lián)電阻的空間變化的非接觸方法。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于計(jì)算對光伏電池進(jìn)行串聯(lián)電阻成像測量中由電流提取引起的端電壓減小AVt的非接觸方法，光伏電池在正面上具有一個或多個母線，所述方法包括以下步驟:
[0012](i)將所述電池暴露給具有適于從所述電池生成發(fā)光的激發(fā)光的照明圖案，使得所述正面的第一部分接收遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所述正面的第二部分的照明強(qiáng)度，所述第一部分和所述第二部分在母線的相對側(cè)上；
[0013](ii)測量所述正面的、位于所述第一部分內(nèi)的第一選擇區(qū)域中的第一發(fā)光信號
Ldark，x ?
[0014](iii)測量所述正面的、位于所述第二部分內(nèi)的第二選擇區(qū)域的第二發(fā)光信號Lx ；
[0015](iv)將所述電池暴露給使用所述激發(fā)光的均勻照明，并且測量所述正面的第三選擇區(qū)域中的第三發(fā)光信號L。。；以及
[0016](V)使用以下式子計(jì)算AVt:1cJ ( L2 ^
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種用于計(jì)算對光伏電池進(jìn)行串聯(lián)電阻成像測量中由電流提取引起的端電壓減小AVt的非接觸方法，所述光伏電池在正面上具有一個或多個母線，所述方法包括以下步驟: (i)將所述電池暴露給使用適于由所述電池生成發(fā)光的激發(fā)光的照明圖案，使得所述正面的第一部分接收遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所述正面的第二部分的照明強(qiáng)度，所述第一部分和所述第二部分在母線的相對側(cè)上； (ii)測量所述正面的、位于所述第一部分內(nèi)的第一選擇區(qū)域中的第一發(fā)光信號Ltotx; (iii)測量所述正面的、位于所述第二部分內(nèi)的第二選擇區(qū)域的第二發(fā)光信號Lx； (iv)將所述電池暴露給使用所述激發(fā)光的均勻照明，并且測量所述正面的第三選擇區(qū)域中的第三發(fā)光信號L。。；以及 (V)使用以下式子計(jì)算AVt:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一選擇區(qū)域、所述第二選擇區(qū)域和所述第三選擇區(qū)域的面積都相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一選擇區(qū)域、所述第二選擇區(qū)域和所述第三選擇區(qū)域的面積不都相等，并且所述第一發(fā)光信號、所述第二發(fā)光信號和所述第三發(fā)光 號是面積平均的。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第三選擇區(qū)域?qū)?yīng)于所述第一選擇區(qū)域或所述第二選擇區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述第三選擇區(qū)域?qū)?yīng)于所述第一選擇區(qū)域和所述第二選擇區(qū)域的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述第三選擇區(qū)域?qū)?yīng)于整個電池區(qū)域。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使用被選擇用于衰減所述激發(fā)光并透射所述發(fā)光的一個或多個濾光器來產(chǎn)生所述照明圖案。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，應(yīng)用于所述第一部分的照明強(qiáng)度為零。
9.一種用于計(jì)算對光伏電池進(jìn)行串聯(lián)電阻成像測量中由電流提取引起的端電壓減小AVt的非接觸方法，所述光伏電池在正面上具有一個或多個母線，所述方法包括以下步驟: (i)將所述電池暴露給使用適于由所述電池生成發(fā)光的激發(fā)光的第一照明圖案，使得所述正面的第一部分接收遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所述正面的第二部分的照明強(qiáng)度，所述第一部分和所述第二部分在母線的相對側(cè)上，并且測量所述正面的、位于所述第一部分內(nèi)的第一選擇區(qū)域的第一發(fā)光信號

Ldark，x ? (ii)將所述電池暴露給與所述第一照明圖案互補(bǔ)的第二照明圖案，使得所述第一部分接收遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述第二部分的照明強(qiáng)度，并且測量所述正面的、位于所述第一部分內(nèi)的第二選擇區(qū)域的第二發(fā)光信號Lx ； (iii)將所述電池暴露給具有所述激發(fā)光的大致均勻照明，并且測量所述正面的第三選擇區(qū)域的第三發(fā)光信號L。。； (iv)使用以下式子計(jì)算AVt:
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第一選擇區(qū)域、所述第二選擇區(qū)域和所述第三選擇區(qū)域的面積都相等。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述第一選擇區(qū)域、所述第二選擇區(qū)域和所述第三選擇區(qū)域是相同區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第一選擇區(qū)域、所述第二選擇區(qū)域和所述第三選擇區(qū)域的面積不都相等，并且所述第一發(fā)光信號、所述第二發(fā)光信號和所述第三發(fā)光號是面積平均的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第三選擇區(qū)域?qū)?yīng)于整個電池區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使用被選擇用于衰減所述激發(fā)光并透射所述發(fā)光的一個或多個濾光器來產(chǎn)生所述第一照明圖案和所述第二照明圖案。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在步驟(i)中向所述第一部分且在步驟(ii)中向所述第二部分施加零照明強(qiáng)度。
16.一種用于計(jì)算對光伏電池進(jìn)行串聯(lián)電阻成像測量中在局部串聯(lián)電阻上提取的局部電流密度Jhi的方法，所述光伏電池在正面上具有一個或多個母線，所述方法包括以下步驟: (i)在用適于由所述電池生成發(fā)光的激發(fā)光進(jìn)行大致均勻照明的情況下，獲取所述電池的第一發(fā)光圖像； (ii)獲取電流提取情況下所述電池的第二發(fā)光圖像； (iii)測量或估計(jì)所述電池的短路電流密度值Js。；以及 (iv)使用以下式子計(jì)算JKsU，
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，通過組合在所述電池被暴露給使用適于從所述電池生成發(fā)光的激發(fā)光的圖案化照明時(shí)所獲取的兩個或多個發(fā)光圖像，來模擬所述第二發(fā)光圖像。
18.一種用于量化地測量光伏電池兩端的串聯(lián)電阻變化的方法，所述方法包括以下步驟: (i)使用通過光激發(fā)、電激發(fā)或者其組合由所述電池生成的兩個或多個發(fā)光圖像的組合，獲取所述光伏電池的定性串聯(lián)電阻圖像，所述電激發(fā)包括在所述電池的接觸端兩端施加電壓或負(fù)載，或者向所述電池的接觸端注入電流或者從所述接觸端提取電流； (ii)測量、估計(jì)或者計(jì)算由電流提取引起的所述電池的端電壓減小值A(chǔ)Vt； (iii)測量或估計(jì)所述電池的短路電流密度的值Js。；以及 (iv)將所述AVt和Js。值與所述定性串聯(lián)電阻圖像組合，以計(jì)算所述電池兩端的絕對串聯(lián)電阻值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，從在獲取所述定性串聯(lián)電阻圖像期間進(jìn)行的發(fā)光測量來計(jì)算所述AVt值。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或權(quán)利要求19所述的方法，其中，通過根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)的方法來計(jì)算所述AVt值。
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的方法，在不與所述電池電接觸的情況下獲取所述定性串聯(lián)電阻圖像。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使用以下式子，使用所述值Js。計(jì)算在所述局部串聯(lián)電阻上提取的局部電流密度的局部值Jhi:

23.根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使用以下式子，使用所述值Js。計(jì)算在所述局部串聯(lián)電阻上提取的局部電流密度的局部值Jhi:
24.根據(jù)權(quán)利要求22或權(quán)利要求23所述的方法，其中，使用以下式子計(jì)算所述光伏電池的串聯(lián)電阻的局部值Rs，1:
25.一種用于測量光伏電池兩端的串聯(lián)電阻變化的非接觸方法，所述光伏電池在正面上具有一個或多個母線，所述方法包括以下步驟: (i)將所述電池暴露給使用適于由所述電池生成發(fā)光的激發(fā)光的第一圖案化照明，使得所述正面的第一部分接收遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所述正面的第二部分的照明強(qiáng)度，所述第一部分和所述第二部分在母線的相對側(cè)上，其中，用被選擇用于衰減所述激發(fā)光并透射所述發(fā)光的一個或多個濾光器來產(chǎn)生所述第一圖案化照明； (ii)獲取通過所述第一圖案化照明從所述電池生成的發(fā)光的第一圖像； (iii)將所述電池暴露給用所述激發(fā)光的均勻照明； (iv)獲取通過所述均勻照明從所述電池生成的發(fā)光的第二圖像； (v)處理所述第一圖像和所述第二圖像，以確定所述電池兩端的串聯(lián)電阻的變化。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述第一圖像和所述第二圖像被進(jìn)一步處理以確定所述電池兩端的串聯(lián)電阻的絕對值。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟: (vi)將所述電池暴露給利用所述激發(fā)光的第二圖案化照明，所述第二圖案化照明與所述第一圖案化照明互補(bǔ)，并且用被選擇用于衰減所述激發(fā)光并透射所述發(fā)光的一個或多個濾光器產(chǎn)生； (Vii)獲取通過所述第二圖案化照明從所述電池生成的發(fā)光的第三圖像；以及 (Viii)處理所述第一圖像、所述第二圖像和所述第三圖像，以確定所述電池兩端的串聯(lián)電阻的變化。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述第一圖像、所述第二圖像、和所述第三圖像被進(jìn)一步處理以確定所述電池兩端的串聯(lián)電阻的絕對值。
29.根據(jù)權(quán)利要求25至28中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述濾光器被選擇用于基本上阻擋所述激發(fā)光的全部。
30.一種用于識別光伏電池前體中的導(dǎo)電缺陷的非接觸方法，所述光伏電池前體在正面上具有選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，所述方法包括以下步驟: (i )將所述前體暴露給具有適于從所述前體生成發(fā)光的激發(fā)光的第一圖案化照明，使得所述正面的第一部分接收遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所述正面的第二部分的照明強(qiáng)度，所述第一部分和所述第二部分位于沉積有母線的所述選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的一部分的相對側(cè)上，其中，用被選擇用于衰減所述激發(fā)光并透射所述發(fā)光的一個或多個濾光器來產(chǎn)生所述第一圖案化照明； (ii)獲取通過所述第一圖案化照明從所述前體生成的發(fā)光的第一圖像； (iii)將所述前體暴露給具有所述激發(fā)光的均勻照明； (iv)獲取通過所述均勻照明從所述前體生成的發(fā)光的第二圖像； (v)處理所述第一圖像和所述第二圖像，以識別所述前體的導(dǎo)電缺陷。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟: (vi)將所述前體暴露給具有述激發(fā)光的第二圖案化照明，所述第二圖案化照明與所述第一圖案化照明互補(bǔ)，并用被選擇用于衰減所述激發(fā)光并透射所述發(fā)光的一個或多個濾光器產(chǎn)生； (Vii)獲取通過所述第二圖案化照明從所述前體生成的發(fā)光的第三圖像；以及 (Viii)處理所述第一圖像、所述第二圖像和所述第三圖像，以識別所述前體中的導(dǎo)電缺陷。
32.根據(jù)權(quán)利要求30或權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述濾光器被選擇用于基本上阻擋所述激發(fā)光的全部。
33.一種系統(tǒng)，用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至32中任一項(xiàng)所述的方法。
34.一種制成品，包括具有計(jì)算機(jī)可讀程序代碼的計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀程序代碼被配置為實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至32中任一項(xiàng)所述的方法，或者運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)。
【文檔編號】G01N21/63GK103477208SQ201280018966
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月18日
【發(fā)明者】托斯頓·特魯普克, 約爾根·韋伯 申請人:Bt成像股份有限公司