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一、 光致發(fā)光的概念與用途
光致發(fā)光（Photoluminescence,簡稱PL）是半導(dǎo)體材料的一種發(fā)光現(xiàn)象。是指半導(dǎo)體中的電子吸收外界光子后被激發(fā)，處于激發(fā)態(tài)的電子是不穩(wěn)定的，可以向較低的能級躍遷，以光輻射的形式釋放出能量的過程。
發(fā)光的頻率、相位、振幅、方向、偏振態(tài)等，攜帶了材料的大量基本信息，是一種探測材料電子結(jié)構(gòu)的非常重要的方法。另外它與材料無接觸，不損壞材料，并且靈敏度高且信息準(zhǔn)確，被廣泛應(yīng)用于材料的帶隙檢測，雜質(zhì)等級與缺陷分析，及材料的復(fù)合機(jī)制研究和材料的品質(zhì)鑒定等各個領(lǐng)域。
二、 PL檢測在光伏產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用是必然趨勢
近年來，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，特別是中國大陸，太陽能電池投資異常巨大，上千家光伏企業(yè)，產(chǎn)能已明顯過剩，另外歐美經(jīng)濟(jì)危機(jī)也極大影響了企業(yè)的銷售額與發(fā)展，合并和淘汰是這個行業(yè)必然的趨勢。因此，要想在這個關(guān)鍵的時期立于不敗之地，提高產(chǎn)品的效率和降低生產(chǎn)成本就成為了整個行業(yè)的目標(biāo)。
在太陽能電池的生產(chǎn)過程中，會出現(xiàn)許多嚴(yán)重的問題，如雜質(zhì)、碎片、隱裂、黑心表面污染、擴(kuò)散不均、電極不良等等，正是這些缺陷限制了電池的光電轉(zhuǎn)化效率和使用壽命。同時，由于沒有完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，Si片原材料質(zhì)量也是參差不齊，一些缺陷片的存在直接影響到組件乃至光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，太陽能行業(yè)需要有快速有效和準(zhǔn)確的定位檢驗(yàn)方法來檢驗(yàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題。
基于以上國內(nèi)外行情及生產(chǎn)線上的問題訴求，PL光致發(fā)光檢測系統(tǒng)在光伏產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用就至關(guān)重要，這是由PL可對整個生產(chǎn)線檢測及具有極高的檢測速度所決定的。PL能夠在線和離線對硅片、絨面、擴(kuò)散、刻蝕、PECVD、電極印刷、燒結(jié)、電池片等各個工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測和分析；是分析工藝問題，提高成品率，降低成本必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，為產(chǎn)品質(zhì)量和公司品質(zhì)提供了完全可靠的保障。
三、 光伏電池PL檢測的基本原理
PL光致發(fā)光為光伏電池缺陷檢測提供了不可取代的解決方案。既然如此重要，那必然要了解一下它的原理。
通常利用特定波長的激光作為激發(fā)光源，提供一定能量的光子，樣片中處于基態(tài)的電子在吸收這些光子后而進(jìn)入激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的電子屬于亞穩(wěn)態(tài)，在短時間內(nèi)會回到基態(tài)，并發(fā)出1150 nm（SI電池為例）左右的紅外光為波峰的熒光。利用高靈敏高分辨率的照相機(jī)進(jìn)行感光，然后將圖像通過通過軟件進(jìn)行分析。
發(fā)光的強(qiáng)度與本位置的非平衡少數(shù)載流子的濃度成正比，而缺陷將是少數(shù)載流子的強(qiáng)復(fù)合中心，因此該區(qū)域的少數(shù)載流子濃度變小導(dǎo)致熒光效應(yīng)減弱，在圖像上表現(xiàn)出來就成為暗色的點(diǎn)、線，或一定的區(qū)域，而在樣片內(nèi)復(fù)合較少的區(qū)域則表現(xiàn)為比較亮的區(qū)域。因此，可通過觀察光致發(fā)光成像，來判斷樣片是否存在缺陷，雜質(zhì)等等最終影響電池效率的因素。
圖1是PL檢測系統(tǒng)的簡單示意圖，圖2是合能陽光公司的對晶體硅PL發(fā)光波峰檢測的結(jié)果，與理論一致，并且信號很強(qiáng)。
四、 PL系統(tǒng)的分析結(jié)果
1． 完整的在線檢測分析。
PL光致發(fā)光檢測系統(tǒng)可對電池生產(chǎn)過程中各個工藝進(jìn)行檢測，進(jìn)行問題的精準(zhǔn)分析。是獨(dú)一無二的可整體檢測的系統(tǒng)，并且可以真正實(shí)現(xiàn)在線檢測，檢測速度非常快，每片檢測時間小于1秒。
實(shí)例：Bare wafer-Textured-Diffused-PSG-ARC-Cell
通過PL系統(tǒng)分析，可精確定位到diffusion這一步有問題，diffusion厚度不均，滾輪damage等；后續(xù)的工藝乃至最后的電池片結(jié)果說明，厚度不均的問題在之后的環(huán)節(jié)對wafer進(jìn)行了優(yōu)化，最后不會明顯減低cell效率，而滾輪的damage影響到之后所有的環(huán)節(jié)，并最終影響到cell效率。
2． 少子壽命的分析
PL系統(tǒng)可以分析整個面及內(nèi)部指定位置的少子壽命，并可以分析不同壽命的原因。
PL光致發(fā)光系統(tǒng)可以對電池進(jìn)行I-V曲線測試，在需要的情況下，PL的I-V經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)電池的校準(zhǔn)后，可以代替專門市場上的I-V曲線測試儀。
4． EL檢測分析
PL光致發(fā)光的系統(tǒng)中的EL模塊，可以清楚檢測到電池片中包括隱裂在內(nèi)的各種缺陷，可以完全取代專門的offline EL檢測設(shè)備。
5． PL系統(tǒng)檢測結(jié)果與其他設(shè)備對比
合能陽光的PL檢測系統(tǒng)不僅可準(zhǔn)確計(jì)算出少子，并且可通過各種結(jié)果來分析少子壽命降低的原因。這是其他設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)的。
五、 總結(jié)
合能陽光的PL檢測系統(tǒng)能夠適用于單晶硅片及電池、多晶硅片及電池、薄膜電池、化合物電池等幾乎所用的太陽能電池。能夠檢測少子壽命、串聯(lián)電阻、進(jìn)行硅片分類、檢測各種缺陷、暗條件I-V 曲線、光照條件I-V 曲線等完整的一系列參數(shù)。檢測速度快，時間小于1秒，精度高，能實(shí)時找到每個致效率降低的缺陷和原因，真正實(shí)現(xiàn)了在線的準(zhǔn)確快速檢測，是減低生產(chǎn)成本，提高電池品質(zhì)，產(chǎn)品競爭力革命性增長的必不可少的檢測設(shè)備。
