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专利名称：用于表征半导体构件的测量方法和装置的制作方法
专利说明本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于表征半导体构件的测量方法以 及一种根据权利要求22前序部分的用于半导体构件的测量装置。
背景技术：
对于确定半导体构件中的物理参数、尤其是损耗机制/损耗结构，空间分辨的测 量方法是有利的，因为能够给半导体构件的由此确定的空间分区分配确定的物理参数或损 耗机制，由此例如可在半导体构件的制造过程中简单地识别和分析空间不均勻性。这些方法尤其是应用在对呈半导体太阳能电池或这种太阳能电池在开发过程中 的前体的形式的半导体构件、即具有至少一个PN结的半导体元件的表征中。在后面，概念 “太阳能电池”不仅用于表示制成的太阳能电池，而且用于表示太阳能电池在制造过程中的 前体，只要所述前体已经具有PN结。对于空间分辨地测量太阳能电池，已知多种测量装置，这些测量装置包括照射装 置、测量电子装置和摄像机系统或其它空间分辨的探测单元。借助照射装置，一般以整面的 方式照射太阳能电池的前侧和/或后侧。由此生成的自由的电荷载体对在太阳能电池的PN 结上分开。测量电子装置一般与太阳能电池的电触点相连接，使得能借助测量电子装置预先 给定太阳能电池的工作点，即电触点上的电流或电压值。对于定量和定性分析，沿着太阳能电池的电流/电压特性曲线在不同的工作点上 执行测量，尤其是为了使太阳能电池的不同的与空间相关的参数能够彼此分开。在此，一般的工作点包括短路条件(在太阳能电池的电触点之间没有电压降)、 空载电压(在太阳能电池的电触点之间没有电流)和最佳工作点，在所述最佳工作点处，输 出的电流与当前电压的乘积最大。在太阳能电池的电流/电压特性曲线上为测量所选择的工作点决定性地确定了 可测出哪些局部特性。因此，例如在最佳工作点处来自太阳能电池的电流与局部的串联电 阻网络相关。而在空载电压时没有外部电流流动，尤其是在空间不均勻的损耗机制下，至多 在内部在太阳能电池中有平衡电流流动。这种内部的横向电流通常与太阳能电池最佳工作 点上的电流相比较倒是很小，由此，在空载电压下例如太阳能电池串联电阻网络的由电流 引起的对空间分辨测量的影响小到可以忽略。因此，利用通常的测量方法，不能通过在太阳 能电池的空载电压下进行测量来得到关于太阳能电池串联电阻网络的说明。

发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用于表征半导体构件的测量方法和测量装置， 与公知的测量方法相比，通过本发明的测量方法可以在技术复杂性更低、更快速、操作简单 的情况下对半导体构件、尤其是在串联电阻网络方面进行表征。尤其是在半导体构件不被 电接通的情况下实现测量，在该测量中，半导体构件至少在一些分区中具有与一电接通的半导体构件的在通过电接通来导入或导出电荷载体时的状态相对应的状态，尤其是与半导 体构件的最佳工作点处的状态相对应或至少类似的状态。该目的通过根据权利要求1的测量方法和根据权利要求22的测量装置来实现。测 量方法的有利方案在权利要求2至11中给出，测量装置的有利方案在权利要求23至18中
全A屮 口 QQ ο根据本发明的测量方法用于表征半导体构件，所述半导体构件具有一测量面和至 少一个PN结，该测量面是该半导体构件的前侧和/或后侧。该测量方法包括下述步骤在步骤A中，对半导体构件的测量面以面状方式施加电磁激励射束。在根据本发 明的方法中，一般对半导体构件的设计用于光耦入的前侧施加激励射束，即测量面有利地 是半导体构件的前侧，因为一般在太阳能电池中将前侧设计用于光耦入。但同样也在本发 明范围内的是，对半导体构件的后侧施加激励射束，或者尤其是在两侧都设计用于光耦入 的半导体构件中同时对前侧和后侧施加激励射束。借助耦入半导体构件中的电磁激励射束产生电荷载体对，这些电荷载体对在半导 体构件的PN结处分开。在步骤B中借助至少一个探测单元以空间分辨的方式测量由半导体构件发出的 电磁射束。空间分辨的测量在本文中是指对于太阳能电池上、优选测量侧上的多个分区和 /或空间点分别独立地测量由半导体构件发出的电磁射束。重要的是，在步骤A中，对测量面以面状方式、但不是以整个面的方式施加优选强 度均勻的激励射束。这意味着，对测量面的至少一个预先给定的受激分区施加针对所述受 激分区预先给定的强度的激励射束，而对所述测量面的至少一个另外的接收分区施加与所 述受激分区相比强度更小的激励射束。优选地，对于接收分区以面状方式遮蔽照射受激分 区的激励射束。由此，利用根据本发明的测量方法实现了，针对每一个预先给定的分区有目的地 设置半导体构件中的电荷载体对的分开程度。由此，可预先给定半导体构件中的电流图谱， 因为一般在半导体构件的被施加激励射束的分区(受激分区)与半导体构件的不被施加激 励射束或仅被施加很小的激励射束的分区(接收分区)之间有平衡电流流动，一般是横向 电流，即与半导体构件的前侧或后侧平行的电流。由此，在根据本发明的测量方法中感应出 电流，这种电流从受激分区流动到接收分区中。通过设置受激分区和接收分区来产生电流 图谱，由此，不必为产生电流图谱而使半导体构件被电接通。由此，利用根据本发明的测量方法，通过预先给定受激分区和接收分区以及相应 的激励射束强度而有目的地在半导体构件中产生电流图谱。制成的半导体构件的电接通通过一个或多个施加在半导体构件的前侧和/或后 侧上的接通结构来进行。接通结构表现为电流流出区域或电流导入区域，这些电流流出区 域或电流导入区域可与外部的接通装置导电连接，以便导入或导出电荷载体。接通结构一 般通过金属化部分或高掺杂区域来实现，因此电阻低，尤其是与半导体构件的发射极相比， 由此具有比该发射极高的导电能力。半导体构件的表面的由接通结构覆盖的区域在本申请的范围内被称为接通区域。 另外，即使对于仍未制成的、其中仍未施加接通结构的半导体构件，设置用于施加接通结构的区域也被称为接通区域，即接通区域在稍后的制造步骤中会被接通结构所覆盖在太阳能电池中，一般通过一个或多个施加在半导体构件的前侧和/或后侧上的 金属化结构来进行接通。因此，接通区域优选是金属化区域，即测量面的由金属化部分覆盖 或被设置用于被金属化部分覆盖的区域。在根据本发明的方法中，在至少一个步骤A中，至少一对受激分区和接收分区被 这样设置在预先给定的接通分区的对置侧，使得所述受激分区和接收分区与接通分区与所 述接通分区至少是邻接或者与之完全或部分重叠。接通分区在此包括接通结构的整个接通 区域或由此预先给定的分区。其结果是，电流从受激分区朝向接收分区的方向流动，也从受激分区朝向接通分 区的方向流动。该电流因此与如下的电流相对应，在该电流中从接通分区引出电荷载体，由 此(电流)从受激分区流入接通分区中。由此产生一电流图谱，至少对于预先给定的受激 区域该电流图谱与电接通的半导体构件的电流图谱相对应或至少接近。一般的接通结构设计成，使得半导体构件的前侧和/或后侧被接通结构划分成区 段。例如在太阳能电池中，栅格状或梳状的金属化结构对于电接通是常见的。优选在步骤A中至少一个通过接通结构限定的区段形成受激分区，其中，将半导 体的所有相邻的、即与界定所述区段的接通线对置的分区设置为接收部区域。由此，在至少 一个步骤A中，至少一个受激分区覆盖至少一个区段或多个相邻区段，与所述受激分区相 邻的区段被接收分区覆盖。为了容易地限定电流图谱和更容易地分析处理，受激分区有利 地恰好覆盖一个区段。由此产生一电流图谱，在该电流图谱中，电流从受激分区、进而从一个或多个相邻 的区段向相邻的区段流动，从而分别朝向界定区段的接通分区的方向流动。由此，得到的电 流图谱对于受激分区、即对于一个或多个区段对应于在半导体构件被电接通时的状态。附加地或作为替代方案有利的是，如下地限定所述区段在至少一个步骤A中至 少一个受激分区、优选在所有步骤A中所有受激分区，通过接通分区的边缘以及另外通过 另外的接通分区和/或另外通过半导体构件的一个或多个边缘界定。由此保证，受激分区 包括整个面，在半导体构件被接通的情况下电荷载体从整个面朝向接通分区的方向流动。 而如果受激分区仅包括该(整个)面的一部分，则在受激分区与接通分区之间将会存在接 收部(Senke)。但这种在受激分区与接通分区之间具有接收部的电流图谱一般不会在半导 体构件被电接通的情况下产生，因此不代表电接通的半导体构件的实际状态。因此，有利地在步骤A中的至少一个受激分区、优选在所有步骤A中的所有受激分 区具有与预先给定的接通分区公共的边界，由此，在该公共的边界上尤其是不存在在受激 分区与接通分区之间的接收部。优选地，受激分区沿着接通分区的一侧延伸。尤其是当接 通分区长形延伸或为线形时有利的是，受激分区沿着接通分区的一纵侧延伸，优选沿着整 个纵侧延伸。另外有利的是，在步骤A中至少一个受激分区、优选在所有步骤A中所有受激分区 具有在通过一个或多个预先给定的接通分区以及可能的一个或多个半导体构件边缘界定 的边界中可能的最大尺寸。尤其有利的是，受激分区在与受激分区相邻的接通分区以及可 能半导体构件边缘的内部具有最大尺寸。为了简化对测量的分析处理，有利的是，附加于上 述边界，受激分区是凸面。
一般地，接通结构、进而对应配置的接通分区不是直接到达半导体构件的边缘，而 是与该边缘相距一微小距离。在所述最大尺寸方面有利地不考虑该微小距离在该微小距 离上，由接通分区界定的边界通过接通分区的假想延长部来补充，该延长部一直(延伸)到 相应紧邻的边缘并且优选与该边缘垂直。附加地或作为替代方案有利的是，受激分区分别 选择为凸面，以便使可能的边界间隙闭合。
另外，附加地或作为替代方案有利的是，为受激分区和/或接收分区预先给定简 单的几何形状，尤其是矩形形状。由此，在产生相应的图谱时设备成本低，此外，简化了在将 单个测量(值)组合成一整体图像时的分析处理。在该有利实施方式中，在至少一个步骤 A中至少一个受激分区、优选在所有步骤A中所有受激分区都选择成，使得所述受激分区在 矩形形状的情况下在由一个或多个预先给定的接通分区以及可能的半导体构件边缘界定 的边界内具有最大面积。半导体构件的接通结构一般由不同元件构成。尤其是在太阳能电池中已知，接通 结构包括至少一个所谓的汇流条/母线以及多个与该汇流条导电连接的接触指。汇流条和 接触指一般设计成金属接通结构。汇流条具有比接触指更高的导电能力。这一点一般如下地保证汇流条具有比接 触指更大的横截面，因此在与横截面垂直的方向上具有更小的电阻。对于根据本发明的测 量方法，在多数情况下，产生仅在汇流条方面接通的半导体构件的电流图谱便足够，而不必 产生在接触指方面接通的半导体构件的电流图谱。因此，有利地这样限定接通分区，使得该 接通分区仅包括被汇流条覆盖的接通区域。相应地，上述区段也仅通过汇流条来进行分割。汇流条一般设计成线形，从而也有利地对应于被汇流条覆盖的区域而相应地将接 通分区限定成线形。为了产生具有足够强的电流的电流图谱以便产生能良好测量的测量信号，有利的 是，在每个步骤A中，所述受激分区总共覆盖至少0. 5cm2、优选至少Icm2(的面积)。同样有 利的是，在每个步骤A中，测量面的面积的六分之一、优选四分之一、尤其是测量面面积的 大致一半被所述受激分区覆盖。这一点使得尤其是在具有2至3个汇流条的一般的太阳能 电池中，得到能良好测量的测量信号。如果半导体构件具有多个汇流条或者设置用于被汇流条覆盖的接通分区，则有利 的是，对于汇流条数量b的情况，在每个步骤A中，所述受激分区总共覆盖测量面的面积的 至少l/(2b)部分、优选至少Ι/b部分，以便产生足够高的电流和相应足够高的测量信号。优选步骤A被执行至少两次，其中各自进行根据步骤B的测量，步骤A具有不同的 受激分区。由此在两个不同的步骤A中，在测量面的不同受激分区中进行激励。通过组合在至少两个步骤B中进行的空间分辨的测量，能够建立一整体测量图 像，该整体测量图像至少在受激分区中与电接通的构件的测量图像相同或接近。优选这样选择受激分区，使得所有步骤A的所有受激分区总计至少在不被接通结 构覆盖或者不是设置用于被接通结构覆盖的区域中覆盖测量面。由此，在执行所有步骤A之后，测量面的至少是不被接通结构覆盖或者不是被设 置用于被接通结构覆盖的所有区域都被施加至少一次激励射束，该激励射束具有针对受激 分区预先给定的强度。由此实现了通过组合所有测量(值)得到一个整体测量图像，在该 整体测量图像中整个测量面(可能在接通区域方面具有所述限制)被施加具有针对受激分区预先给定的强度的激励射束，同时该整体测量图像基于通过在对应步骤A中预先给定地组合受激分区和接收分区来选择的电流图谱。这尤其是允许在产生与电接通的构件的电流 图谱相对应的电流图谱的情况下以无接触的方式表征半导体构件。因此，有利地在半导体 构件不被电接通的情况下执行根据本发明的方法，以便加速和简化测量方法。因此，根据本发明的方法尤其是适用于表征半导体太阳能电池或这种太阳能电池 在制造过程中的前体，只要该前体已经具有至少一个PN结。该方法也适用于表征其它半导 体构件，尤其是具有至少一个至少部分地大致与前侧或后侧平行地延伸的面状PN结的半 导体构件。一般同时实施步骤A和B，即在对半导体构件施加激励射束的同时进行空间分辨 的测量。但前后相继地实施步骤A和B也在本发明的范围内。在持续地测量(步骤B)期 间，按照预先给定的施加频率以脉冲方式对半导体构件施加激励射束(步骤A)，以便以已 知的锁定(Lock-In)方法进行测量，在该锁定方法中过滤掉与所述施加频率不同频率的测 量信号，同样在本发明的范围内。在步骤B中，有利地至少在所属步骤A的受激分区中进行空间分辨的测量，优选在 步骤B中，对整个测量面或者半导体构件的整个前侧和/或后侧进行空间分辨的测量。在 步骤B中仅以空间分辨的方式测量所属步骤A的接收分区，也在本发明的范围内。这尤其 是当将根据本发明的方法应用于大面积发射的二极管时是有利的，因为在这种半导体构件 中一般对接收分区的表征是重要的。有利地，在所有步骤A中在所有受激分区中都用同谱的激励射束来照射半导体构 件，在受激分区与接收分区之间仅强度不同，因为尤其是激励射束的强度变化可简单、经济 地通过光学滤波器或光阑来实现。为了产生统一 /相同的测量条件，有利地对所有步骤A、对所有受激分区预先给定 激励射束的相同强度和/或对所有步骤A、对所有接收分区预先给定激励射束的相同强度。 为了在受激分区与接收分区之间产生足够高的平衡电流，有利的是，激励射束的强度在接 收分区中比在受激分区中至少小10倍，优选小100倍，更优选小1000倍。为了产生最大的平衡电流，有利地在至少一个预先给定的接收分区中预先给定强 度0，即所述分区在步骤A中不被施加激励射束，由此在所述分区中不产生电荷载体对。尤 其有利的是，对于所有步骤A的所有接收分区都预先给定强度0。另外，有利地这样选择受激分区和接收分区，使得受激分区中得到的电流图谱大 致相应于在通过电接通输出电流或注入电流时的电流图谱，优选相应于半导体构件在最佳 工作点处的状态。为了在步骤A中获得半导体构件的明确限定的状态，有利的是，在每个步骤A中， 受激分区和接收分区总计至少在不被接通结构覆盖或不是被设置用于被接通结构覆盖的 区域中覆盖测量面。如上所述，根据本发明的方法具有以下优点通过组合所有测量(值)产生一图 像，在该图像中测量面的全部区域(可能排除接通区域)被至少一次施加激励射束，该激励 射束具有针对受激分区预先给定的强度。为了避免来自相同区域的多重测量信号，有利的 是，所有步骤A的受激分区不相交，尤其是两两不相交。这意味着，所有受激分区总计不重 叠，由此，测量面的(任一)区域都不被多次施加具有针对受激分区预先给定的强度的激励射束。如上所述，在根据本发明的方法中，通过以预先给定的方式布置受激分区和接收 分区来产生预先给定的电流图谱。为了产生可容易实施的电流图谱以及为了较容易地由各 测量(值)组合成整体图像，有利的是，在至少一个步骤A中、优选在所有步骤A中，每个受 激分区都是凸面在根据本发明的测量方法的有利方案中，步骤A和B被实施至少两次，由此对由半 导体构件发出的电磁射束进行空间分辨的第一和至少第二测量。在此，在第一测量中，预 先给定与第二测量不同的受激分区和/或不同的激励射束强度。另外有利的是，在至少一 个测量中，在一步骤A'中对半导体构件的测量面以整面、射束强度均勻的方式施加激励射
束ο由此，在该有利方案中提供多个由半导体构件发出的电磁射束的空间分辨的测量 图像，在所述多个测量图像中(各自)对不同的分区施加激励射束或者对半导体构件的整 个测量面均勻地施加激励射束。这些测量数据的组合允许定量地反推出半导体构件的物理 参数，尤其是反推出空间不均勻分布的串联电阻。在整面地照射测量面的情况下进行的测 量在此用作基准，其中，将由在对受激分区施加激励射束的情况下进行的测量组合出的整 体测量图像与所述基准相比较。所述比较例如在测量发光辐射的情况下优选通过对整体测 量图像的测量值与所述基准做除法(分别针对测量的每个空间点进行)来进行，而在借助 热成像测量热辐射的情况下优选通过对整体测量图像的测量值和所述基准做减法(分别 针对测量的每个空间点进行)来进行。有利地在两个测量中对不同的分区施加激励射束，而在第三测量中如上所述地对 测量面以整面、均勻的方式施加激励射束。在接下来的分析处理步骤中，针对每个空间点， 借助预先给定的计算方法对由三个测量得出的空间分辨的测量(值)进行计算，由此，对于 每个空间点得到经分析处理的测量结果。申请人:的研究表明，在测量发光辐射时有利地预先给定按照公式1的计算方法MEi = ln(Mlf. + Mli) - 1η(Λ/3,) ； V/ (1”..，/ι)(公式 ι)，即当测量点总共为η个时，按照公式1，根据针对每个空间点i由第一测量Mli、由 第二测量M2i以及由第三测量M3i得到的测量值，来确定每个空间点i的测量结果MEitl由此，对于每个测量点，由前两个测量形成强度差，其中，在均勻地、整面照射的情 况下存在的、由半导体构件发出的电磁射束的基本水平通过减去第三测量来消除。由此得 到通过电流图谱引起的横向信号分布的、空间分辨的数据，由此尤其是能反推出半导体构 件中的串联电阻分布。在前两个测量中有利地这样预先给定分区，使得被照射的部分上的电流图谱与在 太阳能电池的电触点上输出电流时的电流图谱类似。在此有利地产生与最佳工作点上的正 常工作类似的电流图谱，尤其是半导体构件中的电流朝向半导体构件的电接通部、优选汇 流条的方向流动。一般的太阳能电池在被设计用于光耦入的前侧上具有格栅状的金属结构，其中， 金属化线大致平行地在太阳能电池的前侧上延伸(上述汇流条)，从这些汇流条起大多与 所述汇流条垂直地延伸出与此相比较薄的金属化(接触)指。有利地这样选择接收分区，使得接收分区的边界大致相应于半导体构件的汇流条或边缘。因此，在根据本发明的方法的优选 实施方式中，为了表征具有例如两个汇流条的 这种太阳能电池，在空间分辨的第一测量中，在处于两个相邻的汇流条之间并且通过所述 汇流条以及太阳能电池的边缘界定的第一受激分区中对太阳能电池施加激励射束，而其余 的分区作为接收分区不被施加激励射束或仅被施加具有较低强度的激励射束。反之，在空间分辨的第二测量中，所述其余的分区作为受激分区被施加激励射束， 而所述第一分区作为接收分区不被施加激励射束或仅被施加与所述其余分区相比强度更 低的激励射束。由此，在空间分辨的第一测量中，基本上在汇流条之间的分区中产生电荷载体。这 便引起朝向未被照射的分区流动的电流，因为所产生的电荷载体的复合的主要部分在那里 进行。由此，在第一测量中，通过这种布置方式在汇流条到汇流条之间的分区中产生一电流 图谱，这是因为从第一分区起观察，未被照射或仅被稍微照射的分区处于汇流条后面。这意味着，形成与在汇流条上进行太阳能电池的接通并且从汇流条引出电荷载体 时类似的电流图谱。由此，决定性的优点在于，产生可与接通的太阳能电池的电流图谱相当的电流图 谱，而不必为此接通太阳能电池。这允许以无接触的方式对太阳能电池进行测量，使得测量 太阳能电池所需的测量时间明显缩短、技术投入明显降低，此外在测量时不会由于电接通 而使太阳能电池承受机械负荷。相应地，对于空间分辨的第二测量满足在此，汇流条之间的区域是未被照射或仅 被稍微照射的分区，由此，在太阳能电池的其余分区中借助于激励射束分开的电荷载体对 朝向第一分区流动，即尤其是朝向汇流条流动，但是与空间分辨的第一测量相比这次从另 一侧(流出)。由此，在空间分辨的第二测量中，在所述其余分区中产生与在汇流条上接通太阳 能电池并且从这些汇流条引出电荷载体时的电流图谱。因此，组合空间分辨的第一测量和第二测量便得到整个太阳能电池的当在汇流条 上接通该太阳能电池时的电流图谱。在对太阳能电池以整面、均勻的方式施加激励射束的情况下进行的、空间分辨的 第三测量考虑仅用于基本上在对太阳能电池施加(激励射束)时由太阳能电池发出的、而 不是通过朝向金属化线流动的电流产生的电磁射束考虑作为基准点，从而能够更容易、更 准确地进行分析处理。在根据本发明的测量方法的一个有利方案中，以如下方式在预先给定的分区中对 半导体构件施加具有预先给定的强度和/或预先给定的谱的激励射束在产生激励射束的 辐射源的辐射路径中、在半导体构件与辐射源之间设置光学滤波器。辐射源有利地实施成能在没有中间连接的光学滤波器的情况下对半导体构件以 整面、均勻的方式施加激励射束。通过有目的地布置和/或有目的地设计光学滤波器，实现 在预先给定的分区中对半导体构件进行预先给定的施加。特别有利的是，光学滤波器设计成遮蔽罩板，这些遮蔽罩板对激励射束具有预先 给定的吸收率。有利地，在步骤B中以无接触的方式对由半导体构件发出的电磁射束(反向射束)进行测量。尤其是在具有电触点的半导体构件中有利的是，如上所述地不接通半导体构件 的电触点。对由半导体构件发出的电磁射束的无接触式测量尤其是利用光致发光测量方 法来进行是有利的。对于表征太阳能电池，这种光致发光测量方法是已知的并且例如 已在"T. Trupke, E. Pink, R. A. Bardos and M.D.Abbott 'Spatially resolved series resistance of silicon solar cells obtained fr om luminescence imaging', Applied Physics Letters 90，093506 (2007) ”中得到说明。该公开文献的内容通过引用而整体纳入 本说明中。同样有利的是，取代在复合过程中发出的光致发光辐射，以空间分辨的方式测量 半导体构件的热辐射。因此，在另一有利方案中，借助于ILIT方法(“发光锁定热成像”， "Illuminated Lock-In Thermography”)来执行步骤B中的空间分辨的测量。对于表征太 阳能电池，该ILIT方法是已知的并且另外已在“J. Isenberg, W. ffarta, J. Appl. Phys. 95 (9) 5200(2004)”中得到说明。该公开文献的内容通过引用而整体纳入本说明中。另外，本发明还涉及一种用于半导体构件的测量装置，所述半导体构件具有前侧 和后侧。测量装置包括辐射源和至少一个探测单元，所述辐射源用于对半导体构件的前侧 和/或后侧以面状方式施加激励射束，所述探测单元用于空间分辨地测量由半导体构件发 出的电磁射束。重要的是，测量装置还包括修正单元，所述修正单元在辐射源的辐射路径中设置 在半导体构件与辐射源之间。修正单元包括至少一个光学滤波器，所述光学滤波器可选择 性地在辐射路径中设置在辐射源与半导体构件之间。借助光学滤波器可在预先给定的分区 中控制辐射源的射束的强度和/或谱成分。由此，通过在辐射路径中将光学滤波器选择性地设置在辐射源与太阳能电池之间 实现了，在预先给定的分区中控制半导体构件的射束的强度和/或谱成分，由此，辐射源的 射束可被控制成，使得可执行根据权利要求1的测量方法，即尤其是对半导体构件以并非 整面、均勻的方式施加通过半导体构件产生的激励射束，而是借助于可选择性地设置的光 学滤波器对半导体构件的不同的预先给定的分区施加具有针对每个分区预先给定的强度 和/或谱成分的激励射束。光学滤波器有利地设计成遮蔽罩板，所述遮蔽罩板使辐射源的射束在至少一个预 先给定的分区中在强度方面降低预先给定的倍数，优选降低10倍，尤其是降低100倍。尤 其有利的是，光学滤波器设计成光阑，即光学滤波器完全吸收和/或反射激励射束。在根据本发明的测量装置的一个有利方案中，修正单元包括移动装置，光学滤波 器可借助于该移动装置与辐射源射束主轴垂直地移动，由此，该光学滤波器选择性地为半 导体构件的预先给定的分区遮蔽辐射源。在根据本发明的测量装置的另一个有利方案中，修正单元包括一固定装置，至少 一个光学滤波器以可摆动的方式设置在所述固定装置上。滤波器布置成能选择性地摆动到 与辐射源射束主轴平行的位置中或垂直的位置中。由此，在与辐射源射束主轴平行的位置中，光学滤波器对射束的影响小到可以忽 略。优选为此将光学滤波器设计成扁平状并具有小于5mm、优选小于3mm的小厚度。而如果滤波器摆动到与辐射源射束主轴垂直的位置中，则所述滤波器在预先给定的分区中影响辐射源的射束，相应地在滤波器与射束主轴垂直的位置中，也仅在预先给定 的分区中对半导体构件施加激励射束或者施加预先给定强度和/或谱成分的激励射束。修正单元有利地包括摆动装置，所述摆动装置与光 学滤波器这样作用连接，使得 借助于摆动装置能使光学滤波器相对于辐射源射束主轴摆动。尤其有利的是，摆动装置设 计成电摆动装置，该电摆动装置可借助于电控制信号来控制，由此可借助于电控制信号来 预先给定光学滤波器的取向。在另一个有利方案中，根据本发明的测量装置包括至少一个第二光学滤波器和第 二摆动装置，其中，各光学滤波器可彼此独立地借助各自配备的摆动装置摆动。在另一个有利方案中，根据本发明的测量装置包括至少一个光学滤波器和与所述 光学滤波器共同作用的移动单元。移动单元设计成，使得光学滤波器能以与辐射源射束主 轴基本垂直的方式移动。滤波器由此可借助移动单元穿过辐射源的射束移动，由此在待测 量的半导体构件上产生滤波器的移动式遮蔽，由此，半导体构件在滤波器移动期间被部分 遮蔽，其中，通过移动滤波器来改变遮蔽区域。在另一个有利实施方式中，修正单元和辐射源被集成在一个仪器中，其中，修正单 元设计成，使得可借助于计算机预先给定半导体元件的被施加辐射源的激励射束的分区。 尤其有利的是，辐射源和修正单元设计成市场上常见的视频投影仪(“Beamer”)。根据本发明的测量装置和根据本发明的测量方法尤其适用于对太阳能电池或太 阳能电池在制造过程中的前体进行表征，其中，该太阳能电池在前侧或后侧上构造有至少 一个金属化线。这些金属化线也被称为“汇流条”，如上所述。在太阳能电池表面的被金属 化线覆盖的区域中，电磁射束不能直接耦入太阳能电池中，因为射束一般被金属化线反射 和/或吸收。因此，光学滤波器有利地这样设置在修正单元上，使得当光学滤波器与辐射源射 束主轴平行取向时，留下的、由所述滤波器引起的遮蔽大致涉及到辐射源的射束的配置给 线形的金属化线的分区。由此，光学滤波器设置成，使得在与辐射源射束主轴平行的位置中，留下的光学滤 波器遮蔽由此大致落到金属化线上，使得在光学滤波器的该取向下太阳能电池的全部相关 (重要)分区都被施加激励射束。可根据期望的测量原理而改变在步骤B中探测的电磁射束的类型以及相 应地改变探测单元的构造方案。就此已知例如电荷载体在半导体构件中的带到带 (Band-zu-Band)的复合一般在发光的情况下进行。在所谓的光致发光(PL)方法中，利用 这种条件进行空间分辨的测量。同样已知热成像测量方法，这种热成像测量方法借助热敏 摄像机通过对局部热辐射进行空间分辨的测量来以空间分辨的方式探测半导体构件中由 电流引起的横向热分布。在步骤B中以其它方式对相应发出的电磁射束进行空间分辨的测 量，同样在本发明的范围内。


下面借助

根据本发明的方法的其它特征和有利方案。附图表示图1示出根据本发明的测量方法的一个实施例的过程的示意图。
具体实施例方式图1示出根据本发明的用于测量半导体构件1的测量方法的一个实施例的应用， 该半导体构件设计成太阳能电池，该太阳能电池具有两个彼此平行延伸的金属化线2a和 2b，这些金属化线是金属化结构的汇流条。
为了进行测量而使用传统的光致发光测量装置，该光致发光测量装置扩展有一带 两个光学滤波器的修正单元。在测量时，电池不被电接通。总共执行三个测量，其中，在每个测量中各利用测量 装置的摄像机以各一秒的测量时间执行摄影。这三个测量的区别仅在于对激励射束的遮蔽 条件不同。测量面是分别在图la、b、c、d中示出的太阳能电池的前侧。在第一测量中(图la)，在第一步骤A中，由金属化线2a和2b以及太阳能电池的 边缘界定的分区作为接收分区被光学滤波器遮蔽(通过横向条状标记来表示)，由此，仅从 金属化线2b到太阳能电池上边缘的分区以及从金属化线2a到太阳能电池下边缘的分区作 为受激分区被施加激励射束。相应地，也仅在太阳能电池的刚才提到的两个分区中由于耦入的激励射束而使电 荷载体显著分开，由此，从太阳能电池中的这些区域产生朝向金属化线2a和2b方向的横向 电流，这些横向电流通过图1中的太阳能电池上的箭头表示。如上所述，由此产生电流图谱，这些电流图谱相应于接通的太阳能电池。在接通的 太阳能电池中通过电接通金属化线2a和2b而使电荷载体从这些金属化线导出到外部电流 回路中，与此相应地在太阳能电池中产生流向金属化线的横向电流。在第二测量中(图lb)，利用相反的照射来摄取测量图像，即在第二步骤A中将两 个靠外的分区作为接收分区遮蔽(通过横向条状标记来表示)，而通过金属化线2a和2b以 及太阳能电池的左边缘和右边缘界定的中央分区作为受激分区被施加激励射束。在这种情况下也产生如下效果在太阳能电池中产生朝向金属化线2a和2b方向 的横向电流，由此为太阳能电池的中央分区模拟电接通的太阳能电池的状态。由此，在该实施例中，接通分区如上所述地仅被限定为被汇流条覆盖、但不被金属 化(接触)指覆盖的区域。另外，测量面被接通分区分成区段，在每个步骤A中，每个受激 分区分别覆盖一个区段，其中，相应邻接的区段被接收分区覆盖。另外，在该实施例中，受激分区和接收分区分别通过太阳能电池的边缘和接通分 区界定并且各自在这些边界内具有最大尺寸。关于所述最大尺寸不考虑汇流条不是直接 到达太阳能电池的边缘，而是与这些边缘相距微小的距离。在汇流条的端部与太阳能电池 边缘之间的微小距离中，由接通分区进行的界定通过接通分区的直到太阳能电池边缘的假 想延长部来补充。在第一测量和第二测量中，分别借助测量装置的摄像机来摄取光致发光射束的空 间分辨的图像。在第三测量中(图Ic)中，在步骤A'中，对整个太阳能电池施加激励射束，而不对 激励射束进行遮蔽。根据前面给出的公式1，在分析处理步骤中针对每个测量点对所述三个测量图像 进行相互计算将前两个测量图像在测量强度方面相加(通过带有“ + ”的三角形符号标 记)，由此得到整个太阳能电池的空间分辨的测量图像，该太阳能电池具有分别流向金属化线2a和2b的电流图谱。针对每个空间点减去第三测量的空间分辨的测量图像(带有“_” 的三角符号)，其中，在此按照公式1使用对数测量值。得到图Id)所示的串联电阻图像，在该串联电阻图像中可识别出可能存在的局部 提高的串联电阻，例如在图Id)中通过三个椭圆示意性表示的那样。因此，通过根据本发明的方法首次实现了在太阳能电池不被电接通的情况下进行 在如下条件下的测量，所述条件对应于在将电荷载体尤其是从太阳能电池的金属化线导出 的情况下的、与外部电流回路连接的太阳能电池。
由此便能够以低成本、快速的方式执行用于表征太阳能电池的空间分辨的测量。 由此，根据本发明的测量方法和根据本发明的测量装置尤其是适用于在线工作，即适用于 持续地表征在生产线上制造的太阳能电池，而不必为此从生产作业线中取出待测太阳能电 池。尤其是无需为测量而复杂地、在故障风险高的情况下电接通太阳能电池。
权利要求
一种用于表征半导体构件(1)的测量方法，所述半导体构件具有至少一个PN结和测量面，所述测量面是所述半导体构件的前侧和/或后侧，所述测量面具有至少一个接通分区，所述接通分区被接通结构覆盖或者设置用于被接通结构覆盖，所述测量方法包括下述步骤A对所述半导体构件(1)的所述测量面以面状方式施加电磁激励射束，以便使半导体构件(1)中的电荷载体对分开，以及B借助至少一个探测单元以空间分辨的方式测量由半导体构件(1)发出的电磁射束，其特征在于在至少一个步骤A中，对所述测量面的至少一个预先给定的受激分区施加针对所述受激分区预先给定的强度的激励射束，而对所述测量面的至少一个接收分区施加与所述受激分区相比强度更小的激励射束，其中，所述受激分区和所述接收分区设置在所述接通分区的对置侧上，并与所述接通分区相邻接和/或与所述接通分区完全或部分重叠。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述测量面被一个或多个接通分区划分成区段；在至少一个步骤A中，至少一个受激分区覆盖至少一个区段、优选恰好覆盖一个区段， 而与所述受激分区相邻的区段则被接收分区覆盖。
3.根据上述权利要求至少一项的方法，其特征在于在至少一个步骤A中，至少一个受 激分区具有与所述接通分区公共的边界；优选地，在所有步骤A中，所有受激分区都具有与 相应预先给定的接通分区公共的边界。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于所述受激分区沿着所述接通分区的一侧延伸； 尤其是，在所有步骤A中，所有受激分区都沿着相应预先给定的接通分区的一侧延伸。
5.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于在至少一个步骤A中，至少一个受激分 区通过接通分区的边缘以及另外通过另外的预先给定的接通分区和/或另外通过所述半 导体构件的一个或多个边缘界定。
6.根据上述权利要求至少之一的方法，其特征在于所述接通分区是汇流条接通分 区，所述汇流条接通分区被汇流条覆盖或者设置成被汇流条覆盖。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于所述半导体构件具有多个、即b个汇流条接通 分区；在每个步骤A中，所述测量面的面积的至少l/(2b)、优选至少Ι/b被所述受激分区覆至
8.根据上述权利要求至少一项的方法，其特征在于在每个步骤A中，所述测量面的面 积的至少1/6、优选至少1/4被所述受激分区覆盖；尤其是，在每个步骤A中，所述测量面的 面积的大致一半被所述受激分区覆盖。
9.根据上述权利要求至少一项的方法，其特征在于所述步骤A被执行至少两次，其中 各自进行根据所述步骤B的测量，所述步骤A具有不同的受激分区。
10.根据上述权利要求至少一项的方法，其特征在于所有步骤A的所有受激分区总计 至少覆盖在接通区域外的测量面；尤其是，所有步骤A的所有受激分区总计覆盖整个测量
11.根据上述权利要求至少一项的方法，其特征在于为至少一个预先给定的接收分 区规定激励射束的强度0，使得至少一个接收分区在步骤A中不被施加激励射束；尤其是，为所有接收分区都规定强度0。
12.根据上述权利要求至少一项的方法，其特征在于在每个步骤A中，受激分区和接 收分区总计至少覆盖在接通区域外的测量面，尤其是覆盖整个测量面。
13.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于所有步骤A的受激分区都不相交，尤 其是两两不相交。
14.根据上述权利要求至少一项的方法，其特征在于在至少一个步骤A中，所有受激 分区是凸面；尤其是，在所有步骤A中所有受激分区都是凸面的。
15.根据上述权利要求至少一项的方法，其特征在于在一另外的步骤A'中，对所述 半导体构件(1)的前侧和/或后侧、优选所述测量面以整个面的、射束强度均勻的方式施加 激励射束，并且进行根据步骤B的测量。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于执行总共三个测量，其中，在两个测量中对 不同的分区施加激励射束，而在第三测量中对半导体构件(1)以整面的、均勻的方式施加 激励射束；尤其是，在一分析处理步骤中，针对每个空间点i按照公式1进行分析处理MEi = ln(Ml,. + Mli) 一 ln(M3,) ； V/ (1，..·，w)(公式 d，即当测量点总共为η个时，按照公式1，根据针对每个空间点i由第一测量Ml”由第二 测量M2i以及由第三测量M3i得到的测量值，来确定每个空间点i的测量结果MEitl
17.根据权利要求15至16至少一项的方法，该方法用于测量半导体构件(1)、尤其是 太阳能电池，所述半导体构件具有至少两个基本平行延伸的金属化线，其特征在于在空间 分辨的第一测量中，在第一分区中对所述半导体构件(1)施加激励射束，所述第一分区处 于所述金属化线之间并且通过所述金属化线以及所述半导体构件(1)的边缘界定，而其余 分区不被施加激励射束或仅被施加强度相对较低的激励射束；在空间分辨的第二测量中， 对所述其余分区施加激励射束，而所述第一分区不被施加激励射束或仅被施加与所述其余 分区相比强度较低的激励射束。
18.根据上述权利要求至少一项的方法，其特征在于在预先给定的分区中以如下方 式对所述半导体构件(1)施加规定的强度和/或规定的谱，在产生激励射束的辐射源的辐 射路径中、在半导体构件(1)与辐射源之间设置光学滤波器，尤其是所述光学滤波器是遮 蔽罩板，这些遮蔽罩板对激励射束具有预先给定的吸收率。
19.根据上述权利要求至少一项的方法，其特征在于在不将所述半导体构件电接通 的情况下，尤其是在不将所述半导体构件的金属化部分电接通的情况下执行所述方法。
20.根据上述权利要求至少一项的方法，其特征在于在所述步骤B中，借助已知的光 致发光测量方法或已知的发光锁定热成像测量方法进行空间分辨的测量。
21.根据上述权利要求至少一项的方法，其特征在于同时实施步骤A和B。
22.一种用于半导体构件(1)的测量装置，所述半导体构件具有前侧和后侧，所述测量 装置包括辐射源，所述辐射源用于对所述半导体构件(1)的前侧和/或后侧以面状方式施加激 励射束，探测单元，所述探测单元用于空间分辨地测量由半导体构件(1)发出的电磁射束，其特征在于所述测量装置还包括一修正单元，所述修正单元在所述辐射源的辐射路 径中设置在所述半导体构件(1)与辐射源之间；所述修正单元包括至少一个光学滤波器，所述光学滤波器能被选择性地在辐射路径中设置在所述辐射源与半导体构件(1)之间，其 中，借助所述光学滤波器能在预先给定的分区中对所述辐射源的射束的强度和/或谱成分 进行控制。
23.根据权利要求22的测量装置，其特征在于所述光学滤波器是遮蔽罩板，所述遮蔽 罩板在至少一个预先给定的分区中使所述辐射源的射束的强度降低规定的倍数，尤其是， 所述光学滤波器在预先给定的分区中屏蔽 所述辐射源的射束。
24.根据权利要求22至23至少一项的测量装置，其特征在于所述修正单元包括一固 定装置，至少一个光学滤波器以能摆动的方式设置在所述固定装置上，使得所述光学滤波 器能选择性地摆动到与所述辐射源的射束的主轴线平行的位置中以及与该主轴线垂直的 位置中。
25.根据权利要求24的测量装置，其特征在于所述修正单元包括一摆动装置，所述 摆动装置与光学滤波器作用连接，以便使光学滤波器相对于所述辐射源的射束的主轴线摆 动，尤其是能借助电控制信号来控制该摆动装置。
26.根据权利要求25的测量装置，其特征在于所述修正单元包括至少一个第二光学 滤波器和第二摆动装置，其中，所述各光学滤波器能彼此独立地借助各自对应的摆动装置 摆动。
27.根据权利要求22至26至少一项的测量装置，其特征在于所述修正单元包括至少 一个光学滤波器和与所述光学滤波器共同作用的移动单元，其中，所述移动单元设计成使 得所述光学滤波器能借助所述移动单元以与所述辐射源的射束的主轴线基本垂直的方式 移动。
28.根据权利要求24至27至少一项的测量装置，其特征在于所述测量装置设计用于 对具有至少一个金属化线(2a，2b)的半导体构件(1)进行测量，所述光学滤波器在所述修 正单元上设置成，使得当所述光学滤波器与所述辐射源的射束的主轴平行取向时，由所述 滤波器引起的、留下的遮蔽部大致涉及辐射源的射束的与线形的金属化线(2a，2b)相应的 分区。
全文摘要
本发明涉及一种用于表征半导体构件(1)的测量方法，所述半导体构件具有至少一个PN结和测量面，所述测量面是所述半导体构件的前侧和/或后侧，所述测量面具有至少一个接通分区，所述接通分区被接通结构覆盖或者设置成被接通结构覆盖，所述测量方法包括下述步骤A.对所述半导体构件(1)的所述测量面以面状方式施加电磁激励射束，以便使半导体构件(1)中的电荷载体对分开，以及B.借助至少一个探测单元以空间分辨的方式测量来自半导体构件(1)的电磁射束。重要的是在至少一个步骤A中，对所述测量面的至少一个预先给定的受激分区施加针对所述受激分区预先给定的强度的激励射束，而对所述测量面的至少一个接收分区施加与所述受激分区相比强度更小的激励射束，其中，所述受激分区和所述接收分区设置在所述接通分区的对置侧上，并与所述接通分区相邻接和/或与所述接通分区完全或部分重叠。本发明还涉及一种用于实施所述方法的测量装置。
文档编号G01R31/26GK101971040SQ200980106174
公开日2011年2月9日 申请日期2009年2月23日 优先权日2008年2月22日
发明者A·舒特, H·福尔, J·卡斯滕森, M·凯斯曼, W·瓦尔塔 申请人:弗朗霍夫应用科学研究促进协会;基尔大学;阿尔伯特路德维希的弗赖堡大学