[發(fā)明專利]大面積半導(dǎo)體器件的電氣及光電子表征

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080018738.0
• 申請(qǐng)日: 2010-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN102439467A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 菲利普·戴爾;蘇珊娜·西奔特力特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 盧森堡大學(xué);TDK株式會(huì)社
• 主分類號(hào): G01R31/26
• 分類號(hào): G01R31/26;H01G9/20
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 孫紀(jì)泉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于大面積半導(dǎo)體器件的電氣及光電子表征的方法和裝置。尤其是，本發(fā)明涉及在工業(yè)生產(chǎn)線中的此類半導(dǎo)體器件的表征。

背景技術(shù)

薄膜太陽能電池制造商生產(chǎn)由很多堆疊薄層構(gòu)成的昂貴產(chǎn)品。圖1示出太陽能電池的一個(gè)例子，圖1采用的形式是薄膜Cu(ln，Ga)(S，Se)₂(下面稱為CIGS)的結(jié)構(gòu)的橫截面。該結(jié)構(gòu)的各個(gè)層依次沉積在玻璃基底11上。鉬導(dǎo)電層12提供電接觸到該結(jié)構(gòu)的背側(cè)。在鉬的上面是光吸收p型半導(dǎo)體層13，該層可以從CIGS選出。在它的上面是半導(dǎo)體緩沖層14，該緩沖層可以從CdS選出，在該層上面是透明窗層15和16，其首先包括非故意摻雜的ZnO層15，以及故意摻雜的氧化鋅層16。

所有的層都是重要的，需要精確控制沉積條件以從這些層獲得需要的特性，以制造有效的太陽能器件。一個(gè)問題是在大面積上獲得期望的控制，對(duì)于太陽能電池應(yīng)用來說大面積通常是在一或更大平方米的量級(jí)上。

在繼續(xù)完成堆疊的剩余部分以及因而完成太陽能器件之前，制造商很想證實(shí)半導(dǎo)體層已經(jīng)被正確沉積。如果它們能夠在所有區(qū)域上確定已沉積的半導(dǎo)體的光電子特性是否合適的話，他們將在他們的制造過程中提高產(chǎn)量并減少浪費(fèi)。大規(guī)模制造的典型問題是沉積不一致或在退火期間加熱不一致。

典型的太陽能電池生產(chǎn)過程在圖2a到2f中示出。在第一步驟(a)中，用作背電極的鉬導(dǎo)電層22被沉積在玻璃基底21(圖2a)。在步驟(b)中，接著用P1劃針(scribe)除去限定區(qū)域中的Mo層22(圖2b)。在第三步驟(c)中，光吸收Cu(ln，Ga)(S，Se)₂p型半導(dǎo)體層23被沉積(圖2c)。此后，緩沖層例如硫化鎘層24在步驟(d)中被沉積，如圖2d所示。隨后，在步驟(e)中包括非故意摻雜的氧化鋅的透明窗層25被沉積在CdS緩沖層24上面(圖2e)。在步驟(f)中使用最終P2劃針除去所有沉積的層23至25，直到Mo導(dǎo)電層22在限定區(qū)域26中露出(圖2f)。在圖2中未示出的是，最終故意摻雜的氧化鋅層可以加到堆疊上以連接兩個(gè)單獨(dú)的電池。

為了知道半導(dǎo)體層是否在太陽能器件中正確執(zhí)行其功能，制造商目前使用間接測(cè)量來查明材料具有與特定性能特征相關(guān)的特定性質(zhì)。已知兩種吸收體層半導(dǎo)體材料質(zhì)量間接測(cè)量方法：拉曼光譜和光致發(fā)光壽命。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，Cu(ln，Ga)(S，Se)₂的特征拉曼響應(yīng)峰的寬度與該器件能產(chǎn)生的最大電壓相關(guān)。還有，在用激光激勵(lì)之后，吸收體層的光致發(fā)光的壽命與最終器件性能相關(guān)。另外，可以通過機(jī)械壓抵吸收體層并測(cè)量其導(dǎo)電性來測(cè)量吸收體層的導(dǎo)電性。

目前沒有直接的在線方法來確定該器件將產(chǎn)生多大的電流，該器件將吸收太陽光光譜的哪一部分(器件的能帶隙)，以及完成的電池將具有多高的電壓。當(dāng)前，為了確定這些特性，半導(dǎo)體層必須實(shí)體地電接觸前側(cè)和背側(cè)兩者。P型半導(dǎo)體背側(cè)一般沉積在提供在背面的接觸的導(dǎo)電基板或?qū)щ妼拥纳厦妗Ｈ欢紤]到測(cè)試，半導(dǎo)體前側(cè)也必須要被接觸到。

一種接觸半導(dǎo)體前側(cè)的途經(jīng)是使用導(dǎo)電的方案，其本身可以被外部電極例如鉑“接觸”。該方案提供透明的電觸點(diǎn)，調(diào)查用光可以通過所述透明電觸點(diǎn)以詢問(interrogate)半導(dǎo)體。此類技術(shù)一般被叫做光電化學(xué)，并在文獻(xiàn)(Dale?P?J等人，2007ECStransactions?6；及Duffy?N?W等人，2002J.Electroanal.Chem.532?207-14)中介紹。一旦半導(dǎo)體被電接觸，光線可以照射到其上，而確定該層的光電特性。關(guān)鍵的優(yōu)點(diǎn)是，該方案提供一種非常容易除去(例如，洗掉就可以)的前側(cè)接觸，或者如果正確選擇接觸方案的話，可以形成電池制造過程的一部分。

然而，上面描述的光電化學(xué)技術(shù)僅限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模(例如1×1cm²)，而不能用在較大面積例如平方米規(guī)模上，后者是工業(yè)生產(chǎn)過程中實(shí)際使用的大小。

本發(fā)明目的在于克服或至少減輕已知的現(xiàn)有技術(shù)表征方法和裝置的缺點(diǎn)。本發(fā)明還意圖提供一種電氣及/或光電子表征方法，該方法可以在大面積半導(dǎo)體器件的制造過程中使用。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)第一方面，本發(fā)明提出一種用于測(cè)試在生產(chǎn)中的大面積半導(dǎo)體器件的電氣及/或光電子表征方法，該方法包括下述步驟：

提供第一電極并將其設(shè)置成與半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電層的接觸區(qū)域電接觸；

提供可移動(dòng)的電極組件，其包括保持電解質(zhì)溶液和至少第二電極的容器，將所述第二電極浸沒到所述電解質(zhì)溶液中，

放置電極組件使得電解質(zhì)溶液設(shè)置成讓第二電極與半導(dǎo)體器件的上表面電接觸；