光學(xué)表面測(cè)量

通過量化、鑒定以及監(jiān)測(cè)，光學(xué)表面測(cè)量?jī)x能提高太陽能電池的產(chǎn)量，并降低總體生產(chǎn)成本。

     燃油價(jià)格的飆升、政府的能源倡導(dǎo)計(jì)劃,以及日益增長(zhǎng)的世界范圍內(nèi)減少溫室氣體以及碳排放量的需求等諸多因素，都在推動(dòng)著太陽能產(chǎn)業(yè)的日益發(fā)展。到 2050年，全世界的能源消耗將是現(xiàn)在的兩倍。目前，光伏太陽能電池的生產(chǎn)速度正在以每年40%的速度遞增。與其他產(chǎn)業(yè)一樣，太陽能電池商品化成功的關(guān)鍵 驅(qū)動(dòng)因素是終端用戶的總成本。對(duì)于太陽能電池制造商而言，這一關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素表現(xiàn)為系統(tǒng)壽命范圍內(nèi)單位千瓦時(shí)發(fā)電功率的成本。

      目前，日益增長(zhǎng)的太陽能市場(chǎng)上，多種光伏技術(shù)之間競(jìng)爭(zhēng)激烈。傳統(tǒng)的太陽能電池由結(jié)晶硅構(gòu)成，目前這種電池仍然在世界范圍內(nèi)太陽能電池制造中占據(jù)大 量市場(chǎng)份額。無定形薄膜硅能夠用于制造更為輕便、更易于加工、但效率相對(duì)較低的太陽能電池，因此其正在市場(chǎng)中獲得更多的份額。再加上一些其他的光伏技術(shù)， 包括CdTe、CuInGa(Se)2、以及效率最高的III/V族三結(jié)電池，目前太陽能電池市場(chǎng)正呈現(xiàn)出群雄逐鹿的局面。盡管每種技術(shù)都各有千秋，但是 所有這些技術(shù)都需要對(duì)表面進(jìn)行高精度測(cè)量以控制材料質(zhì)量。目前，許多光伏制造商利用光學(xué)表面測(cè)量?jī)x對(duì)各種加工過程進(jìn)行量化、鑒定以及監(jiān)測(cè)，以提高太陽能電 池的產(chǎn)量，并降低總體生產(chǎn)成本。

表面結(jié)構(gòu)測(cè)量

     表面結(jié)構(gòu)是影響太陽能電池效率的重要表面參數(shù)之一。根據(jù)入射光波長(zhǎng)的不同，拋光的單晶硅晶片(例如半導(dǎo)體級(jí)裸晶片)的反射率約為40%。減小該反 射率的常用技術(shù)是對(duì)表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)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面，從而提高光子在發(fā)射層發(fā)生光伏反應(yīng)的機(jī)會(huì)。然而，如果表 面過于粗糙，電子/空穴對(duì)復(fù)合的平均自由程就會(huì)增加，以致于達(dá)到一定值后下降的復(fù)合概率會(huì)導(dǎo)致總效率的減小。

      采用非接觸光學(xué)測(cè)量，最近研究人員應(yīng)用一套嚴(yán)格的理論與方法，研究出一種有效且可重復(fù)的方法，建立相對(duì)效率與表面性質(zhì)之間的關(guān)系。在早期研究中， 研究人員利用Veeco NT系列光學(xué)表面測(cè)量?jī)x對(duì)多種放大以及掃描條件下的單晶硅太陽能電池進(jìn)行測(cè)量。研究人員測(cè)量了三組不同制造商提供的光伏電池的三維表面特性，并且能將某些 表面結(jié)構(gòu)特征與電池的輸出效率關(guān)聯(lián)起來（見圖1）。

圖1：不同電池的表面結(jié)構(gòu)不同，因此效率不同。上圖顯示了若干光伏電池的表面圖像，它們的表面斜度（ssk）不同。這些電池的效率與表面斜度之間存在線性關(guān)系（下圖）。

圖2：對(duì)薄膜太陽能電池板上刻線測(cè)量結(jié)果進(jìn)行三維以及多區(qū)域顯示，能夠提供總體粗糙度、刻線區(qū)域粗糙度、線寬以及刻線深度等信息。
Surface stats：表面統(tǒng)計(jì)

圖3：不同襯底晶體取向的交界處對(duì)CIGS材料生長(zhǎng)的影響可以通過光學(xué)表面測(cè)量?jī)x測(cè)量。上圖顯示了交界兩側(cè)的不同晶粒結(jié)構(gòu)。