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太阳能测量变得重要

时间：2010-6-11 09:27作者：乏味阅读(1768) 评论: 2

导读：光学测量系统供应商开始着手改善数据集中管理的能力，并致力于提高设备正常运转的时间。太阳能电池产量的迅猛增加正在推动更好的检测和量测系统的开发。

光学测量系统供应商开始着手改善数据集中管理的能力，并致力于提高设备正常运转的时间。太阳能电池产量的迅猛增加正在推动更好的检测和量测系统的开发。

太阳能电池产量的迅猛增加正在推动更好的检测和量测设备的开发，更好地利用现有半导体量测设备来提高生产效率和产品成品率。

在线光学检测设备供应商在现有设备的基础上进行二次开发，可以满足太阳能电池量产的要求。目前，太阳能电池制造商正在使用半导体工业中广泛使用的表面形貌仪，来更好地控制表面粗糙度和生产线的监控，并且开始着眼于其它量测系统。此外，薄膜太阳能电池设备供应商还自主开发出了一些复杂的在线量测设备。

KLA-Tencor的ICOS部门开发了新型光学检测系统，旨在提高成品率和降低成本。扫描检测设备能够更精确的获得缺陷信息，当缺陷数量增加到一定程度后，便停线更换屏幕，这样延长了设备正常工作的时间。线后分类系统能够更为精确的区分高性能和低性能太阳能电池，这使得由于客户分类造成的高性能产品浪费从2%降低到了0.5%。市场总监Pieter Vandewalle表示：“对于每小时生产1200个电池的工厂，该系统能额外产生$1M的利润。”

现在，用户还可以使用一种新型的离线仿真工具，通过丝网印刷或者线后分类的参数测试来优化成品率。并且，改进后的软件实现了中心系统监控——对于年产量达到500 MW的工厂，监控图像可以达到50-100张——这样，工艺菜单可以一次性地上传给所有的设备，还能够实现设备间以及生产线间的效能对比。这套中央监控系统还能够与厂内的自动控制系统连接在一起。

KLA-Tencor新兴市场部门的副总裁Jeff Donnelly表示：“我们将KLA严谨的产品开发系统应用到最有价值的地方。”早在七年前，ICOS就开始涉足于太阳能产业，他们拥有针对半导体封装领域的高速影像检测技术，使其在太阳能电池检测领域处于领先地位。

除此之外，其它光学检测系统的供应商还在不断提高数据集中管理的能力，并致力于延长设备正常运转的时间。GP Solar（德国，Konstanz）是一家从事太阳能工艺咨询的公司，以往他们通常向客户推荐ICOS的检测系统，从去年秋季开始，他们推出了自己的晶体硅太阳能电池的光学检测产品。全球销售经理Willi Huber表示，该产品从推出以来，已经累计销售了140台。自动化厂商也在对该设备进行验证，以便将其嵌入到自己的产品线中，并发送给客户。

Huber表示：GP Solar的改进型软件是基于服务器运行的系统，因此，从工厂收集到的大量测量数据可以通过中心工作站进行集中管理。公司开发的自动校准系统以高精度激光切割的校准盘为基准，因此，位于不同厂房，不同工厂的机台都能够使用相同的标准进行校准，从而减少了环境所产生的影响。这样，相同的工艺菜单可以下载到公司内部所有的系统上。此外，公司还添加了照相设备，能够实现更加精确和迅捷的调整，使调整时间降低到10分钟一下，极大地提高了设备正常工作的时间。最后，GP Solar开发了新型的照明系统，采用特殊设计的圆形部件，提高了LED光源的光线均匀性，并且，通过缩短闪光周期，极大地延长了LED的使用寿命。

先进的太阳能电池生产线通常采用光学方法检查硅片上的裂痕和破片，然后进行一系列的非光学方法自动测量厚度、电阻以及机械性能。生产线上每步工艺后都安插了光学检测步骤来检查织构、表面涂覆、颜色以及印刷上的线条和接触部分，这样的检测点大致有八个左右，每小时检查硅片2000-3000片。最后，加工完成的太阳能电池通过一种类似太阳光的闪光来测量转换效率，然后根据性能进行分类。

采用表面形貌仪提高转换效率

光电产品制造商同样借鉴了半导体制造业中广泛使用的表面形貌仪来提高晶硅太阳能电池产品的转换效率。

Veeco Instruments的高级产品经理Geoff Anderson表示，Veeco的探针型表面形貌仪主要用于工艺开发过程中的表面粗糙度测量，抽样监控线内产品表面织构和印刷的银线。更好的控制银线印刷工艺可以提高金属银的利用率，从而以最低的成本获得最佳的效率。

光学表面形貌仪清晰的显示出锯齿线和硅片上的应力。（来源：Veeco）

KLA-Tencor针对太阳能产业提供了一套更为小巧和经济的桌面型探针表面形貌仪，相比于半导体行业中所用的形貌仪，该套设备对软件和自动化部分进行了精简。Donnelly表示：“我们已经在半导体领域成功地开发出了表面形貌仪，因此，在太阳能领域，没有必要进行重复投资，可以很有效地复用。”

太阳能电池制造商还使用了光学表面形貌仪所提供的更为精细的三维图像来监控和定义刻蚀工艺以及优化表面粗糙度。刻蚀工艺微小的改进所带来表面

织构的变化都会对硅片转换效率产生重大影响，从而直接对利润造成影响，但是，常规的测量手段无法区分高效率的电池与低效率电池的表面粗糙度。而详尽的三维表面形貌分析能够将表面粗糙度进一步细分为不同的参数，从而更好的揭示表面起伏的哪些参数会对转换效率产生重要影响。Anderson表示：有一家客户发现将表面织构棱锥的朝向改变会使转换效率提高0.3%，这对于每天8000-9000片产量的工厂而言，所增加的发电量是巨大的。
此外，通过三维光学表面形貌仪还能监控载入的硅片上的锯痕，这些锯痕意味着应力的存在，有可能会造成硅片破片。三维图像使得计算诊断更加轻松，不仅仅监控这些锯痕，还可以预测最佳的复位间隔。Anderson表示：“锯痕就是这么显而易见，”公司正在将该产品推向硅片加工和线锯的生产厂商。

在薄膜太阳能电池领域，CIGS型电池制造商也在使用三维光学表面形貌仪来进行工艺开发，特别是控制划片，处理靠近边缘部分的激光再沉积，以及一切与激光有关的不良反应对转换效率所产生的影响。

太阳能电池制造商通常还会使用其自主开发的设备来测量量子效应，通过改变模拟太阳光的系统光源的波长，检测太阳能电池在整个光谱范围内的工作情况和转换效率。此外，他们还致力于对光致发光现象进行研究，通过采用特殊波长的激光照射太阳能电池，测量发射光子的波长，从而对转换效率进行研究。对于场致发光领域，在太阳能电池上施加一定的电流，然后通过红外成像的方法观察热斑和黑斑。

对于薄膜太阳能电池生产领域，测量系统是全部交钥匙生产线（turnkey line）中标准化程度最低的部分，用户具有多个选择，因此需要集成多个不同的协议来完成成品率管理和分析所需的数据读取和写入。Applied Materials公司SunFab生产线的产品总监Jim Cushing表示：“这部分是客户需求和变化最多的部分，不同的客户要求不同种类的测量设备，光学检测数量和检测位置也都各有不同。”

应用材料在其薄膜太阳能电池交钥匙生产线中采用测量设备。

应用材料正在开发应用于薄膜型太阳能电池turnkey生产线的在线测量系统，该系统可以通过测量电阻率来定位和修复生产线上的漏洞。该系统还包括一套太阳能模拟器，通过闪光测量太阳能模块的I-V曲线和转换效率。并且，客户还可以单独购买一套由应用材料和Carl Zeiss共同开发的离线设备，用于提取平滑玻璃上单层薄膜的透射率，这避免了由于表面粗糙度所产生的复杂性。

客户还可以选择在生产线上的多个位置添加光学检测设备，用于监控破片、裂痕以及玻璃上的划伤。该技术是在传统玻璃行业的技术基础上开发而来的，可以用于处理更大的玻璃衬底、更严谨的规格参数，通过工艺菜单确定缺陷是否会对太阳能电池模块完整性产生影响，从而需要报废，或者是该缺陷仅会降低太阳能电池的转换效率，还值得继续进行后续加工步骤，但是要将该批产品划分到低性能的类别。此外，用户还可以在生产线上添加光谱测量设备，用于检测薄膜叠层的透光性能和反射性能，从而推断出薄膜叠层的性能。绝大多数的用户还会使用某些离线设备测量太阳能电池的转换效率。

应用材料测试产品部门经理Kashif Maqsood表示：应用材料公司还投资开发了利用收集的电学数据来定位生产线上的漏洞的方法，这可以抛开薄膜和玻璃衬底的影响，更好的衡量生产线的性能。此外，他还表示：“薄膜光伏产业是LCD工业和玻璃工业的混合物，但是，玻璃工业并不会去追踪其产品，而我们需要投入精力去做这件事。”Cushing进一步对此进行解释，要进行成品率管理和分析，还需要解决不同协议之间集成的问题，“尽快制定标准是我们面临的最大挑战”。

我们目前面临的重大挑战是：要开发出一系列的测量设备来应付引入的更多的薄膜材料。Veeco的Anderson表示：“CIGS太阳能电池工艺所需要的大量测量设备都还仅仅处于学术领域——应用于科学实验。但是，在不久的将来，所有这些设备都必须能够应用到生产线上。如果所有的客户都使用相同的数据传输协议，我们的工作会轻松很多。”

利用半导体行业内的测量技术

尽管大型的太阳能电池厂开始增加中心数据管理系统，使用检测和量测设备，但是，就像光伏制造的很多其他方面一样，行业内还存在着很大的差别。设备供应商注意到：欧洲的那些基于硅片的太阳能电池生产商在每个工艺步骤后都会对质量进行检测，而一些中国的生产线上却没有任何检测设备。来自半导体行业的工程师往往需要大量的测量数据，而那些来自于传统太阳能行业的工程师对测量数据的需求却少很多。

对于高自动化程度的太阳能电池大厂而言，更严谨的工艺控制已经成为高性能产品、低成本的关键因素。来自KLA的Donnelly表示：“整套工艺自动化后，将标准化的设备与软件结合在一起，才能获得更高的成品率、更大规模的产量，以及可重复性。太阳能产业受益于半导体产业巨大的资本投入，从而降低了本行业内的研发成本。目前，太阳能产业依然如原始的西部一样，整个产业链的价值来源何处仍是一个疑问。”（作者：Paula Doe, Contributing Editor, SEMI, San Jose---《光伏国际》）

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