专利名称：光致发光测量工具和相关方法
技术领域：
本发明涉及一种光致发光测量工具和系统。
背景技术：
光致发光(PL)是物质吸收光子(电磁辐射)然后再辐射光子的过程。光致发光测量是一种探测材料的电子结构的非接触式、非破坏性的方法。集成到光伏模块制造工艺中的改进的PL测量工具和系统将是期望的。


图1是示出光致发光测量系统的图。图2是示出光致发光测量系统的工作过程的流程图。
具体实施例方式光伏电池可以包括构建在诸如基板或者覆板的前支撑件上的多个层。例如，光伏电池可以包括在基板上以堆叠件形成的阻挡层、透明导电氧化物(TCO)层、缓冲层和半导体层。每个层进而可以包括多于一个的层或膜。例如，半导体层可以包括第一膜和第二膜，其中，第一膜包括形成在缓冲层上的半导体窗口层，第二膜包括形成在半导体窗口层上的半导体吸收层。另外，每个层可覆盖该装置的全部或一部分和/或位于该层下方的基板或层的全部或一部分。例如，“层”可指与表面的一部分或全部接触的任何材料的任何量。
`
光致发光测量是探测材料(诸如包括在光伏电池的层中的材料)的电子结构的非接触式、非破坏性的方法。光被引导到样品上，在被称为光激发的过程中，在样品上光被吸收并将能量传递到材料中。该能量可以通过光的发射或者发光而被样品消散。这种光致发光的强度和光谱含量是各种基本材料性质的直接测量。开发出光致发光测量系统和相关方法用于半导体装置制造(例如，光伏装置)。光激发使材料内的电子迁移到容许的激发态。当这些电子返回它们的平衡态时，多余的能量被释放并且可以包括光的发射(辐射过程)。发射的光(光致发光)的能量与在激发态和平衡态之间的跃迁中所涉及的这两个电子态之间的能级差有关。发射的光的量与辐射过程的相对贡献有关。光致发光测量可以用来确定半导体的带隙。半导体中最常见的辐射跃迁处于具有被称为带隙的能量差的导带和价带中的状态之间。当用新的化合物半导体工作时，带隙确定是特别有用的。光致发光测量可以用来检测半导体的杂质水平和缺陷水平。半导体中的辐射跃迁还可以包括局部缺陷水平。与这些水平相关的光致发光能量可以被用来识别特定的缺陷，光致发光的量可以被用来确定它们的浓度。光致发光测量可以用来研究半导体复合机制。返回到平衡态(又称“复合”)可以包括辐射过程和非辐射过程。光致发光的量及其对光激发水平和温度的依赖是与辐射复合过程直接相关的。对光致发光的分析有助于理解复合机制的基本物理特性。光致发光测量可以用来测量半导体材料质量。通常，非辐射过程与局部缺陷水平有关，局部缺陷的存在对材料质量和随后的装置性能是不利的。因此，可以通过确定辐射复合的数量来测量材料质量。因此，为了半导体装置制造(例如，光伏装置)，特别是当形成一个以上的半导体层时，开发出光致发光测量系统和相关方法。例如，在光伏装置制造中，需要对半导体层的无损测量来优化太阳能模块性能、空间均匀性和时间稳定性。在线光致发光测量系统可以实时地测量多个波长和空间位置处的光致发光。这种无损技术可以使用光来激发半导体中的电载流子。当这些激发的载流子衰减时，发射光。入射光必须具有比将要被监测的能量跃迁高的能量。所得到的发光的光能量和强度可以提供关于P型半导体层和η型半导体层中的电状态的信息。改变入射波长可以使对不同半导体层的研究容易。在多个空间位置处并利用多个波长的入射光执行这种测量允许对电性能、均匀性和装置性能稳定性预测的原位测量。在一些实施例中，这种测量系统可以用在半导体装置(例如，太阳能模块)生产线中的多个点处。在基板或覆板构造中，这种测量系统可以从装置的半导体膜侧进行使用，或者在覆板构造中，这种测量系统可以通过透明基板进行使用。在一方面，光致发光测量工具可以包括用于产生第一光福射以照射基板的第一半导体材料的第一光源。第一半导体材料可以被第一光辐射激发并且发射第一发光辐射。该工具可以包括第一传感器。第一发光辐射可以从基板的第一半导体材料辐射到第一传感器。该工具可以包括光学连接至第一传感器的第一透镜。第一发光辐射可以通过第一透镜从基板的半导体材料辐射到第一传感器。该工具可以包括用于产生第二光辐射以照射基板的第二半导体材料的第二光源。第二半导体材料可以被第二光辐射激发并且发射第二发光辐射。该工具可以包括第二传感器。第二发光辐射可以从基板的第二半导体材料辐射到第二传感器。该工具可以包括光学连接至第二传感器的第二透镜。第二发光辐射可以通过第二透镜从基板的第二半导体材料辐射到第二传感器。该工具可以包括用于分析第一发光辐射和第二发光辐射的能量和强度以获得关于第一半导体材料和第二半导体材料的电状态的信息的分析模块。第一光源和第二光源能够产生多个波长的光辐射，基于半导体材料的带隙来选择第一光辐射和第二光辐射的波长。第一传感器和第二传感器能够测量由光源产生的多个波长的光辐射。该工具可以被原位构造为照射半导体材料的不同样品位置以获得电性能、均匀性和装置稳定性预测的空间测量。该工具可以包括至少一个滤波器。滤波器可以减小来自光源的光辐射的波长分布的差异(variance)。该工具可以包括第一光学系统。第一光学系统可以将来自第一光源和第二光源的第一光辐射和第二光辐射变换成准直或聚焦的光子束并且减小来自第一光源和第二光源的第一光辐射和第二光辐射的波长分布的差异。第一光学系统可以包括至少一个平凸透镜和一个带通滤波器。带通滤波器可以定位在第一光源和第一光学系统之间。该工具可以包括第二光学系统。第二光学系统可以将来自基板的半导体材料的第一发光辐射和第二发光辐射变换成聚焦在第一传感器和第二传感器上的聚焦的光子束。第二光学系统可以包括从由长通滤波器、短通滤波器、带通滤波器和这些滤波器的任意组合组成的组中选择的滤波器。这些滤波器的组合可以使来自基板的半导体材料的发光辐射的波长分布的仅特定区域被第一传感器和第二传感器检测到。第一光学系统和第二光学系统中的至少一个可以包括分色镜。分色镜可以定向在一定的角度以将来自第一或第二光学源或光源的光沿与包括半导体涂层的基板可以处于的基板位置基本垂直的路径反射。分色镜可以使从基板位置处的基板上的半导体材料重发射的光致发光福射透过。分色镜可以使光致发光福射被第一传感器和第二传感器检测到。基板的半导体材料可以包括双层半导体材料。光源可以包括激光二极管。光源可以包括发光二极管。基板可以在传送装置上输送。该工具可以包括在基板上的用于跟踪传送装置的运动和定位的编码器。传感器可以包括光电二极管。传感器可以包括光电倍增管。在另一方面，实时测量半导体材料的光致发光的在线方法可以包括通过传送装置将基板输送到测量位置并且通过光源产生第一波长的第一光辐射以照射基板的多层半导体材料的第一样品区域。第一半导体层可以被第一光辐射激发并且发射第一发光辐射。该方法可以包括通过传感器测量第一发光辐射并且分析第一发光辐射的能量和强度以获得关于第一半导体层的电状态的信息。该方法可以包括通过光源产生第二波长的第二光辐射以照射基板的多层半导体材料的第一样品区域。第二半导体层可以被第二光辐射激发并且发射第二发光辐射。该方法可以包括通过传感器测量第二发光辐射并且分析第二发光辐射的能量和强度以获得关于第二半导体层的电状态的信息。可以基于半导体层的带隙来选择第一光辐射和第二光辐射的波长。该方法可以包括减小来自光源的光福射的波长分布的差异。该方法可以包括通过第一光学系统将来自光源的光辐射变换成聚焦的或准直的光子束。第一光学系统可以包括至少一个平凸透镜和一个带通滤波器。该方法可以包括通过第二光学系统将来自基板的半导体材料的发光辐射变换成聚焦在传感器上的聚焦的光子束。第二光学系统可以包括从由长通滤波器、短通滤波、带通滤波器和这些滤波器的任意组合组成的组中选择的滤波器，这些滤波器的组合使来自基板的半导体材料的发光辐射的波长分布的仅特定区域被传感器检测到。该方法可以包括使来自光源的光辐射指向基板的半导体材料并且通过至少一个光学镜使来自基板的半导体材料的发光辐射指向传感器。在另一个方面，用于检测和控制光学模块制造工艺的光致发光测量系统可以包括至少一个光源来产生至少一种光辐射以照射基板的至少一种半导体材料。半导体材料可以被光辐射激发并且发射至少一种发光辐射。该系统可以包括至少一个传感器，其中，发光辐射从基板的半导体材料辐射到传感器；分析模块，用于分析发光辐射的能量和强度以获得关于半导体材料的电状态的信息。基板可以在传送装置上输送。该系统可以被构造成当基板处于运动中时测量半导体材料。该系统可以包括反馈控制回路。当光伏模块制造工艺正在偏离并且导致生产不合格模块时，该系统可以调节光伏模块制造工艺。该系统可以包括用于跟踪传送装置运动并且将每个测量的光致发光信号分配到基板上的特定位置的解码模块。参照图1，测量系统可以包括单色光源I和10。光源I或10可以是诸如发光二极管、二极管激光器或固态激光器的任何合适的光源。光源I或10也可以由放置在单色器前的白光光源组成。可以基于沉积在将被测量的第一位置51和第二位置52处的一种或多种半导体材料的带隙来选择光源I或10的波长。测量系统可以包括具有透镜和滤波器的光学系统2和9。光学系统2和9可以供应聚焦的和/或准直的光子束。光学系统2和9还可以减小波长分布的差异。光学系统2和9可以例如由至少一个平凸透镜和一个带通滤波器组成。带通滤波器可以位于光源I或10和它们各自的光学系统2或9之间，或者可以集成到光学系统2或9或者任何其他合适的位置中。带通滤波器或者滤波器可以是可选择的，可以基于来自光源的光的相干性来决定是否包括带通滤波器。测量系统可以包括用于将光子束重定向朝向第一基板位置51和第二基板位置52处的一种或多种半导体材料的光学镜3和光学镜8。测量系统可以包括透镜4和透镜7。可以选择并且定位透镜4和透镜7使得第一基板位置51和第二基板位置52在透镜4和透镜7的成像平面中。在一些实施例中，轻微的欠聚焦或过聚焦是可以接受的。根据光束准直、与半导体材料的距离或者期望的通量水平，透镜4和透镜7是可选择的。光源I可以包括任何合适的光源，所述合适的光源包括二极管、固态激光器或LED。光源I可以发射任何合适波长的光。例如，光源I可以发射红光。光源I可以发射波长在大约630nm和大约690nm之间的光。光源I可以发射波长为大约660nm的光。光源10可以包括任何合适的光源，所述合适的光源包括二极管激光器、固态激光器或LED。光源10可以发射任何合适波长的光。例如，光源10可以发射蓝光。光源10可以发射波长在大约440nm和大约490nm之间的光。光源10可以发射波长为大约470nm的光。在第一基板位置51和第二基板位置52处的半导体材料可以沉积在基板上，所述基板可以包括诸如透明导电氧化物涂覆的玻璃基板的任何合适的基板。在第一基板位置51和第二基板位置52中的一者或两者处的半导体材料可以在其表面或者从其与基板的界面处被光子束激发。用具有比半导体的带隙大的能量的光激发半导体后的光发射过程可以被称为光致发光。这是光生载流子复合的结果。光发射取决于每个半导体层的内量子效率和外量子效率。如果被激发的器件由材料的双层(例如沉积在η型半导体上的P型半导体)构成，那么根据激发光强度、波长和穿透到双层中的所得深度，可以在各种位置发生复合。测量系统可以包括诸如在生产线上输送太阳能模块的输送机6。这种在线构造可以允许对半导体光致发光的循环测量。在一些实施例中，用于快速批量评估的该系统的离线复制品也可以用在研发环境中。在第一基板位置51处的半导体材料可以包括半导体吸收层中的材料。在第一基板位置51处的半导体材料可以包括碲化镉或任何其他合适的半导体吸收材料。在第二基板位置52处的半导体材料可以包括半导体窗口层中的材料。在第二基板位置52处的半导体材料可以包括硫化镉或任何其他合适的半导体窗口材料。光致发光测量系统可以测量两种不同材料的发光特性，因此可以同时测量半导体吸收层(例如，碲化镉层)和半导体窗口层(例如，硫化镉层)。
可以利用来自两个光源I和10的光来测量两种不同的材料。例如，来自光源I的光可以被用于締化镉，而来自光源10的光可以被用于硫化镉。例如，随着基板相对于光致发光测量工具的移动(例如，在图1中从左至右)，在第二基板位置52处的碲化镉将经过邻近的光源I及其相关的镜子。因此，对在第二基板位置52处的碲化镉进行光致发光分析。然后，随着基板经过该系统，第二基板位置52向相邻的光源10及其相关的镜子移动。此时，可以通过光源10及其相关的镜子和检测器分析第二半导体材料(例如，可形成在与基板上的碲化镉层相邻的层中的硫化镉)。同时，因为碲化镉邻近于光源I并且在来自光源I的光的路径中，所以可以通过光源I观察到在第一基板位置51处的碲化镉。以这种方式，随着基板被输送经过光致发光测量系统，可以连续地分析多个位置处的多种材料(或者多个位置处的单一材料)。在第一基板位置51和第二基板位置52处的半导体材料还可以包括多于一种半导体的混合物。例如，在第一基板位置51和第二基板位置52处的半导体材料可以包括碲化镉和硫化镉的混合物(例如，用式CdTexSh表示)。这样的混合物可以出现在光伏装置中的碲化镉层和硫化镉层的界面处。随着基板移动通过制造过程，诸如这种混合的材料可以被光致发光测量系统分析。测量系统包括传感器12和13。具有任何合适的透镜和/或滤波器的组合的光学系统121和131可以设置在传感器12和13的前面。这些滤波器的组合可以仅使来自基板的半导体材料的发光辐射的波长分布的特定区域被第一传感器和第二传感器检测到。光学系统121和131可以供应聚焦的和/或准直的发光辐射光束以被传感器12和13测量到。光学系统还可以减小波长分布的差异。测量系统可以包括用于重定向发光辐射的光学镜8。测量系统可以包括透镜7。可以选择并定位透镜7，使得来自第二基板位置52处的半导体材料的发光辐射处于透镜7的成像平面内。传感器12和13可以包括正在用于光电流模式中的光检测器，而且还可以用在光子计数模式中。为了光电流源的光谱分离，可以添加利用两个镜子的衍射光栅。测量系统可以包括用于保护工具使用者不受光辐射影响的不透明且不反射的盖U。来自光源I和10的光可以通过任何合适的透镜或透镜系统(例如，透镜4和7)朝向第一基板位置51和第二基板位置52处的半导体材料变换为所需要的(例如，准直的或者聚焦的)。例如，来自光源I的光可以在透镜4的作用下朝向第一基板位置51处的碲化镉半导体材料准直。准直光束可以在第一基板位置51处的碲化镉半导体材料上具有小于大约20mm的斑直径,例如大约Imm的斑直径。来自光源10的光可以在透镜7的作用下朝向第二基板位置52处的硫化镉半导体材料聚焦。聚焦光束可以在第二基板位置52处的硫化镉半导体材料上具有小于大约30mm的斑直径。聚焦光束可以在第二基板位置52处的硫化镉半导体材料上具有大约4mm至大约20mm的斑直径。防护物或束流收集器14可以被包括在测量系统的中间，以防止光源和传感器的任何干扰。在一些实施例中，向前发射的发光可以被透镜4和7收集并被准直在光学系统121和131的方向上。镜子3和8可以是二向色性的。镜子3和8可以反射LED/激光波长，但是对于由半导体层发射的波长范围是透射的。光学系统121和131可以包括凸面透镜和位于该透镜的成像平面内的传感器/光检测器。
发光测量系统的镜子3和8以及可选择的其他元件可以被包含到将配置到光学模块制造工艺中的光学头中。光学头的紧凑性质可以部分归因于分色镜的使用和定向，这使得光辐射能够透射通过其被发射的同一结构。在一些实施例中，光学头可以定位在紧凑的背衬(backing)上(例如，在大约6"和12"之间乘大约6"和12"之间测量的背衬，诸如大约8"乘大约10"测量的背衬)。因为它们被如此紧凑地构造，所以光学头可以很灵活地集成到光伏模块制造工艺中。例如，相对于第一基板位置51和第二基板位置52处的半导体材料例如已经沉积在其上并且即将被分析的基板，光学头可以以任何合适的构造或位置来定位。应该注意的是，镜子3和8可以定向在一个角度，该角度使得镜子3和8能够将来自它们相应的光源I和10的光沿着与基板的表面垂直的路径反射，该基板包括用于分析的在第一基板位置51和第二基板位置52处的半导体材料。因为镜子3和8可以是二向色性的，所以它们对从第一基板位置51和第二基板位置52处的半导体材料重发射的光致发光辐射可以是透过式的，上述光致发光辐射返回通过光学头并且朝向接近于光学系统121和131定位的传感器，光致发光辐射可以穿过光学系统121和131传播(并且聚焦，如果必要的话)以被测量。在一些实施例中，光源I和10可以发射不同波长的光束，以测量至少两种不同的半导体材料(第一基板位置51和第二基板位置52处)。在一些实施例中，光源I和10可以发射同一波长的光束，以测量基板上两个不同位置处的一种半导体材料。测量系统还可以利用传感器12和13的读数来监测并调整半导体材料沉积过程或输送机6的移动速度。参照图2，具有在线构造的测量系统的测量过程可以包括下面的步骤步骤100，通过传送装置将基板输送到测量位置；步骤200，产生光辐射，以照射可被光辐射激发并发射发光辐射的半导体层的样品区域；步骤300，通过传感器测量发光辐射；以及步骤400，分析发光辐射的能量和强度，以获得关于半导体层的电状态的信息。基于半导体层的带隙选择光辐射的波长。如图2所示，当测量多层半导体材料时，可以用另一个具有不同波长的光辐射重复测量步骤100-400，以激发不同的半导体层。基于多层半导体材料的结构，可以重复多次测量步骤100-400，直到已经测量了所有的半导体层。可以基于多个半导体层的不同带隙来选择光福射的波长。在一些实施例中，光源的波长可以在光的可见光谱的红光区或蓝光区。波长的选择取决于将要被测量的半导体材料的带隙。在太阳能模块制造中，测量系统可以被用作模块长期性能的预测器。在太阳能模块制造中，测量系统可以用来监测太阳能模块内的过程驱动的非均匀性。例如，CdTe层和CdS层可以被沉积在TCO涂覆的玻璃上。双层堆叠件需要经历提供多种用途的活化退火，一些用途是吸收体颗粒重结晶、表面/界面态的钝化、电子掺杂和CdTe/CdS混合。由于其复杂性且由于送入烘箱中的涂覆基板的尺寸，使得这种工艺可以以非均匀的方式活化半导体层。在一些实施例中，测量系统可以被构造成测量沿基板的两个方向的多线扫描。例如，活化退火可以带来同一模块内的半导体光电子性质的重要变化。通过光致发光测量系统可以容易地且立即检测到这些。数据可以被送入闭合环路控制中，并且如果烘箱偏离其期望的基线，那么数据可以用于调制烘箱参数。
测量系统可以用作过程控制工具。当半导体层沉积工具或者半导体层活化工具偏离它们的期望的基线并且对模块电气性能或稳定性构成威胁时，测量系统可以被用来引发失控行动计划(out of control action plan)。在一些实施例中，如果控制界限存在于吸收体或者窗口层的某些电子特性上，并且如果过程偏离其期望的基线，那么测量系统可以被用作指示器来指示过程正在偏离且正在造成生产不合格产品。基于由在线光致发光测量系统测量的信号，可以调节过程参数以使工具重新受到控制。测量系统可以用作模块IV参数预测器。在一些实施例中，在生产线上可以用三个小时来生产太阳能模块，如果在生产线上预先设置测量系统，那么可以早期预测模块的最终IV参数。如果不同过程对IV参数的影响需要被隔离，那么可以安装一个以上的计量工具以便区分差异。也可以观察到主结点开路电压的相关性。可以评价诸如界面重组和吸收体批量重组的基本的装置性能指标。在模块被装箱并运往场外前，测量系统可以用来监测电子特性并且评价最终的IV参数。作为质量检验工具，当计量工具不受控制或者即将偏离其期望的基线并引起严重的模块性能和稳定性方面的风险时，计量工具可以提高过程中的标志。它可以被用来监测模块内的结构性质、电子性质和光学性质的分布，并确保过程不会引起模块内偏移。测量系统可以通过立即触发失控行动计划(OCAP)来防止生产失控或产生废料。该测量系统可以防止不合格模块的分布。该测量系统可标记不可见的过程偏移。它可以区分潜在的不稳定模块和记录模块的标准过程而不需要通常是破坏性的且耗时的加速的寿命测试。利用在线安装的测量系统，可以采取即时的反馈和行动来防止NCP/质量风险。测量系统可以被用作整体对准工具，以使线到线的变化最小化。已经描述了本发明的许多实施例。然而，将理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种修改。还应该理解的是，附图不一定按比例绘制，呈现了说明本发明基本原理的各种优选特征的某种程度上简化的表示。
权利要求
1.一种光致发光测量工具，包括: 第一光源，用于产生第一光辐射以照射基板的第一半导体材料，其中，第一半导体材料被第一光辐射激发并且发射第一发光辐射；以及 第一传感器，其中，第一发光辐射从基板的第一半导体材料辐射到第一传感器。
2.根据权利要求1所述的工具，所述工具还包括光学连接至第一传感器的第一透镜，其中，第一发光辐射从基板的半导体材料经过第一透镜辐射到第一传感器。
3.根据权利要求1所述的工具，所述工具还包括: 第二光源，用于产生第二光辐射以照射基板的第二半导体材料，其中，第二半导体材料被第二光辐射激发并且发射第二发光辐射；以及 第二传感器，其中，第二发光辐射从基板的第二半导体材料辐射到第二传感器。
4.根据权利要求1所述的工具，所述工具还包括光学连接至第二传感器的第二透镜，其中，第二发光辐射从基板的第二半导体材料经过第二透镜辐射到第二传感器。
5.根据权利要求3所述的工具，所述工具还包括:分析模块，用于分析第一发光辐射和第二发光辐射的能量和强度，以获得关于第一半导体材料和第二半导体材料的电状态的信肩、O
6.根据权利要求3-5中任一项权利要求所述的工具,其中，第一光源和第二光源能够产生多个波长的光辐射，基于半导体材料的带隙来选择第一光辐射和第二光辐射的波长。
7.根据权利要求3-6中任一项权利要求所述的工具，其中，第一传感器和第二传感器能够测量由光源产生的多个波长的光辐射。
8.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的工具，其中，所述工具能够照射半导体材料的不同样品位置，以获得对电性能、均匀性和装置性能稳定性预测的空间测量。
9.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的工具，所述工具还包括至少一个滤波器，其中，滤波器减小来自光源的光辐射的波长分布的差异。
10.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的工具，所述工具还包括第一光学系统，其中，第一光学系统将来自第一光源的第一光辐射和来自第二光源的第二光辐射变换成准直的或聚焦的光子束，并且减小来自第一光源的第一光辐射和来自第二光源的第二光辐射的波长分布的差异。
11.根据权利要求10所述的工具，其中，第一光学系统包括至少一个平凸透镜和一个带通滤波器。
12.根据权利要求11所述的工具，其中，带通滤波器位于第一光源和第一光学系统之间。
13.根据权利要求10-12中任一项权利要求所述的工具，所述工具还包括第二光学系统，其中，第二光学系统将来自基板的半导体材料的第一发光辐射和第二发光辐射变换成聚焦到第一传感器和第二传感器上的聚焦的光子束。
14.根据权利要求13所述的工具，其中，第二光学系统包括从由长通滤波器、短通滤波器、带通滤波器和这些滤波器的任意组合组成的组中选择的滤波器，这些滤波器的组合使来自基板的半导体材料的发光辐射的波长分布的仅特定区域被第一传感器和第二传感器检测到。
15.根据权利要求10-15中任一项权利要求所述的工具,其中,第一光学系统和第二光学系统中的至少一个光学系统包括分色镜，其中，分色镜定向在一定的角度以将来自第一光源或第二光源的光沿着与包括半导体涂层的基板能够处于的基板位置基本垂直的路径反射。
16.根据权利要求15所述的工具，其中，分色镜使从基板位置处的基板上的半导体材料重发射的光致发光辐射透过，以使光致发光辐射被第一传感器或第二传感器检测到。
17.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的工具，其中，基板的半导体材料包括双层半导体材料。
18.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的工具，其中，至少一个光源包括激光二极管。
19.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的工具，其中，至少一个光源包括发光二极管。
20.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的工具，其中，在传送装置上输送基板。
21.根据权利要求20所述的工具，所述工具还包括定位在基板上的用于跟踪传送装置的运动的编码器。
22.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的工具，其中，传感器包括光电二极管。
23.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的工具，其中，至少一个传感器包括光电倍增管。
24.一种实时测量半导 体材料的光致发光的在线方法，所述方法包括下述步骤: 通过传送装置将基板输送到测量位置； 通过光源产生第一波长的第一光辐射以照射基板的多层半导体材料的第一样品区域，其中，第一半导体层被第一光辐射激发并且发射第一发光辐射； 通过传感器测量第一发光辐射；以及 分析第一发光辐射的能量和强度，以获得关于第一半导体层的电状态的信息。
25.根据权利要求24所述的方法，所述方法还包括下述步骤: 通过所述光源产生第二波长的第二光辐射以照射基板的所述多层半导体材料的第一样品区域，其中，第二半导体层被第二光辐射激发并且发射第二发光辐射； 通过所述传感器测量第二发光辐射；以及 分析第二发光辐射的能量和强度，以获得关于第二半导体层的电状态的信息。
26.根据权利要求24-25中任一项权利要求所述的方法，其中，第一光辐射的波长和第二光辐射的波长是基于半导体层的带隙来选择的。
27.根据权利要求24-26中任一项权利要求所述的方法，所述方法还包括减小来自光源的光辐射的波长分布的差异。
28.根据权利要求24-27中任一项权利要求所述的方法，所述方法还包括通过第一光学系统将来自光源的光辐射变换成聚焦的或准直的光子束。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，第一光学系统包括至少一个平凸透镜和一个带通滤波器。
30.根据权利要求24所述的方法，所述方法还包括通过第二光学系统将来自基板的半导体材料的发光辐射变换成聚焦在传感器上的聚焦的光子束。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，第二光学系统包括从由长通滤波器、短通滤波、带通滤波器和这些滤波器的任意组合组成的组中选择的滤波器，这些滤波器的组合使来自基板的半导体材料的发光辐射的波长分布的仅特定区域被所述传感器检测到。
32.根据权利要求24所述的方法，所述方法还包括将来自光源的光辐射引导基板的半导体材料并且通过至少一个光学镜将来自基板的半导体材料的发光辐射引导到传感器。
33.一种用于监测并控制光学模块制造工艺的光致发光测量系统，所述光致发光测量系统包括: 至少一个光源，用于产生至少一个光福射以照射基板的至少一个半导体材料，其中，半导体材料被光辐射激发并且发射至少一个发光辐射； 至少一个传感器，其中，发光辐射从基板的半导体材料辐射到传感器；以及 分析模块，用于分析发光辐射的能量和强度，以获得关于半导体材料的电状态的信息。
34.根据权利要求33所述的光致发光测量系统，其中，在传送装置上输送基板。
35.根据权利要求33所述的光致发光测量系统，其中，所述系统被构造成当基板处于运动时测量半导体材料。
36.根据权利要求33所述的光致发光测量系统，所述光致发光测量系统还包括反馈控制回路，其中，当光伏模块制造工艺正在偏离并且造成不合格模块的生产时，该系统调节光伏模块制造工艺。
37.根据权利要求33所述的光致发光测量系统，该系统还包括用于跟踪传送装置的运动并且将每个 测量的光致发光信号指定到基板上的特定位置的解码模块。
全文摘要
本发明涉及一种用于探测半导体材料的电子结构的光致发光测量工具以及相关方法和测量系统。所述工具或系统可以集成到光伏模块制造工艺中。
文档编号G01N21/64GK103080731SQ201180043029
公开日2013年5月1日 申请日期2011年8月1日 优先权日2010年7月30日
发明者阿诺德·阿莱林克, 道格拉斯·贝肯, 边雅敏·布鲁尔, 约翰·克里斯特安森, 艾瑞尔·米尔斯坦恩, 艾威尼尔·瑞杰夫, 伊格尔·桑金 申请人:第一太阳能有限公司