精确表面计量学可以提高产量

由于许多因素，包括创纪录的石油价格和减少温室气体排放的愿望，太阳能行业正在经历快速增长。预计到2050年，世界能源消耗将翻一番，太阳能电池的生产目前每年增加40％以上。与任何行业一样，商业成功的主要驱动力是消费者的总成本。对于太阳能电池制造商而言，此关键驱动器是每千瓦时电力的费用。只有在太阳能电池材料质量和效率继续发展时，这种成本才会下降。

目前，多种光伏技术正在竞争不断增长的太阳能市场。传统的太阳能电池是由结晶硅制成的，并且是全球生产的大部分。无定形的硅膜可以产生更轻，更可构型但效率较低的细胞，以生产太阳能电池的份额。此外，还使用新材料以亚博网站下载较低的成本来创建太阳能电池₂或CIGS）和更高的效率（III/V化合物）比传统的晶体太阳PV细胞。这些技术中的每一个都有比其他技术的优势和缺点，但所有这些都需要精确表面计量学来控制质量控制。许多太阳能电池制造商正在利用手写笔和光学介绍者提供的快速，准确和多功能的计量解决方案，以通过量化，资格或监测各种过程步骤来提高产量并降低太阳能电池的总生产成本。

过程控制的粗糙度表征

粗糙度是影响太阳能电池效率的关键表面参数之一。略带粗糙的太亚博网站下载阳材料比完美光滑的表面更光线，因此它们在相似的光条件下实现了更大的输出。但是，太粗糙的表面会通过过度散射和吸收较少而失去效率。另一方面，使玻璃或塑料包裹的材料尽可能光滑，以使最小量的光被吸收并散布在界面。亚博网站下载

Stylus Profilers和Optical Profilers都在粗糙度测量应用中广泛使用。对于亚纳米的垂直分辨率和不超过几秒钟的测量时间，光学剖面是最常见的基于区域的工具之一，用于量化生产和质量保证实验室的粗糙度。图1显示了一个太阳能电池的表征，其中形状，微连锁度和表面上存在的几个划痕的斜率都可以从相同的测量中以非常准确的方式进行评估。

图1。（a）总体表面粗糙度和形状，仅从测量结果中除去倾斜；（b）也取下了最佳拟合圆柱体的相同测量，现在表现出更好的粗糙度和划痕；（c）对同一测量的划痕区域上的斜率计算，以便可以准确计算缺陷的斜率。

在这些应用中，手写笔伪造者也通常使用，以提供长痕迹的快速粗糙度表征。扫描长度达到200毫米，可以通过亚纳米垂直分辨率获得大型表面的粗糙度。单个迹线也可以组合形成大型，基于区域的测量。图2显示了玻璃基板上的手写笔剖面扫描，并通过视觉软件包进行了后续分析，该软件包可以分析手写笔和光学测量结果。在此1毫米痕迹上很容易看到亚纳米粗糙度。可以使用基本的粗糙度计算，高度的直方图，空间频率分析以检测抛光标记以及许多其他潜在计算，可以在数据库中自动传递/失败底物质量。这种灵活性允许确定，测量和报告最关键的过程控制参数，以进行质量控制和效率和产量的最大提高。

图2。通过视觉软件分析，跨玻璃基板进行1mm的手写笔扫描显示了子纳米的粗糙度。

痕量和线宽度测量

除了出色的垂直分辨率和快速测量时间外，光学和手写笔伪造者还具有数据分割功能，可评估不同级别样品表面上的关键特性。对于太阳能应用，这通常用于痕量和线宽度测量。太阳能电池生产中使用的银或其他导电轨迹的质量需要仔细控制以确保面板的正确性能，并且最少的面积被非伏伏型材料覆盖。此外，抄写线，尤其是在薄膜过程中，后来充满了连接各个活动区域的昂贵导电油墨。如果抄写线太浅或深，错误的宽度或错误的位置，则面板的性能可能会受到不利影响。在墨水沉积之前识别此类缺陷，可以在添加过多的价值之前取消材料。

视觉软件可以自动计算线路宽度，线间距，深度，卷，轨迹内的粗糙度，并在数据库中以通过/失败的能力将所有参数记录到数据库中。图3显示了从薄膜太阳能电池板上的抄写线测量，揭示了线条特征的线宽度，粗糙度和深度。这些分析可以在测量中具有一到几百个关键特征的表面上进行。

图3。3D和多个区域在薄膜太阳能电池板上显示抄写线，显示了整体粗糙度，抄写区域内的粗糙度，线条宽度和抄写线的深度。

高级材料研究亚博网站下载

光学剖面材料也经常用于表征不同条件下材料的表面特性。亚博网站下载伊利诺伊大学的材料科学和工亚博老虎机网登录程系利用光学剖面来表征晶型BI-Crystals的生长和光电效率的晶界影响。图4显示了一个边界区域，其中不同的底物晶体方向影响了CIGS材料的生长。通过快速和高分辨率量化这些和其他相互作用，光学剖道师可以帮助全世界的研究人员改善太阳能细胞性能。

图4。通过光学剖面测量的CIGS边界区域在边界两侧显示不同的谷物结构。数据提供A. Hall/a。伊利诺伊大学材料科学与工程系Rock亚博网站下载ett。亚博老虎机网登录

过程设备的优化和控制app亚博体育

手写笔和光学系统还用于用于太阳能制造中使用的工艺设备的质量控制和改进。app亚博体育可以使用光学或手写笔伪造者的高级自动化功能在整个晶片上快速计算蚀刻速率和沉积速率。特征的高度在基板的各个位置迅速测量。这些数据允许对调整进行调整，以使其对齐，以提高均匀性，以及所需的处理时间，以确保达到所需的厚度。例如，图5显示了沉积过程开发过程中8英寸晶圆的阶梯式特征的高度变化。进行测量并在所有位置上自动分析。然后，数据用于提高统一性和关键特征的平均高度。

图5。跨8英寸晶圆的阶梯式特征的高度变化。

光学剖面材料还结合了许多功能，使它们非常适合定量缺陷检测和分析。用户可以设置音量和/或高度阈值，该软件将自动识别缺陷，并可以报告高度，直径，音量以及X和Y最大程度的功能。图6显示了光伏晶圆的表面测量值，其中存在缺陷。通过量化它们，系统用户可以确定在过程中的位置，并努力优化流程设置以消除它们。

图6。光伏晶圆上的缺陷检测和定量。

膜厚度

透明和不透明的不同底物层的厚度需要适当的表征，尤其是对于CIGS设备。Stylus Profiler使用的接触方法提供了非常快速，准确的膜厚度测量值，在有边界，很容易识别膜到底物的距离。凭借其非常低的接触力，即使在软聚合物上，表面剖面师也能够无需损坏。更重要的是，作为一种接触技术，Stylus Profiler对材料属性差异不敏感，如果材料过于薄或具有不同的吸收，则可以在光学技术中产生抵消。亚博网站下载图7显示了2微米步骤的测量，以验证沉积过程。在这里，除了报告整体步骤高度的报告外，还可以将少量污染视为数据集中的尖峰。由于仅在几秒钟内就可以获得此信息，因此对过程质量进行频繁检查是可行的。

图7。将2µm步骤表征为验证沉积过程，显示出少量的污染，被视为数据集中的尖峰。

由于它们各自的功能，手写笔和光学剖面材料通常在膜厚度控制中通常使用。例如，光学剖道师以几种关键方式补充膜表征的手写笔测量值。可以在整个样品表面测量厚度大于2微米的透明膜。光学系统可提供更快的基于区域的测量值，但是如果存在光学特性的高度偏移，则可以使用表面剖面来快速校准膜。然后，Arevision™分析软件可以自动将偏移应用于将来的光学测量。此外，光学介绍者可以分别提供有关膜的顶部和底部表面的表面粗糙度和缺陷的信息，以便可以分析膜的共形性能。因此，这两个系统可以很好地合作，以确保膜厚度和表面质量都充分表征以改善和维持峰值性能。

结论

随着研究人员和公司努力提高效率并推动成本降低，用于太阳能电池制造的各种技术正在迅速发展。关键特征的准确表面计量学是该过程的关键部分。光学剖面材料和手写笔伪造者都可以使快速的表面和厚度计量学到亚纳米分辨率，相互补充，以提供改善太阳能电池开发和生产所需的数据。粗糙度，步进高度，痕量宽度，抄写宽度，膜厚度和缺陷检测均有助于制造线。同时，研究人员可以研究材料效果，环境攻击和疲劳，并对工艺设备对最终产品的影响的影响进行复杂的表征。app亚博体育

该信息已从布鲁克·纳米（Bruker Nano）表面提供的材料中采购，审查和改编。亚博网站下载

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