태양광 전지 생산에서의 분광학

소개

광전자(PV) 산업은 태양 전지 수율을 개선하고 제조 비용을 낮추는 수단으로 태양 전지 제조 라인에 프로세스 모니터링 기술을 통합하는 데 큰 관심을 가지고 있습니다. 일반적인 태양 전지 라인에는 톱질, 텍스처링, 반사 방지 코팅 증착, 접합 형성 및 금속화를 포함한 여러 프로세스 단계가 포함됩니다. 태양 전지 시설은 일반적으로 하루에 50,000~100,000개의 웨이퍼를 대량으로 처리하기 때문에 측정 기술은 빠르게 이루어져야 합니다. 안타깝게도 마미전자공학 산업을 위해 개발된 기술은 태양 전지 제조의 프로세스 모니터링에 적합하지 않습니다. 따라서 태양 전지 프로세스를 모니터링하는 데 적합한 매개변수를 측정할 수 있는 빠르고 실시간이 있고 저비용 기술이 필요합니다. 이상적인 경우 여러 프로세스 단계에서 작동할 수 있는 하나의 접근 방식을 갖는 것이 가장 좋습니다. 이렇게 하면 장비, 교육, 유지 관리 및 예비 부품 비용이 최소화됩니다.

분광학 사용의 장점:

• 비파괴 검사: 분광학의 주요 장점 중 하나는 비파괴적 특성입니다. 즉, 재료와 구성 요소를 변경하거나 손상시키지 않고 분석할 수 있어 샘플의 무결성을 유지할 수 있습니다.
• 높은 감도와 특이성: 분광학은 높은 감도를 제공하여 태양광 패널의 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있는 미량의 불순물이나 결함을 감지할 수 있습니다.
• 실시간 모니터링 기능: 실시간 데이터를 통해 제조 중에 즉각적인 조정이 가능하여 최적의 조건을 보장하고 결함이 발생하지 않도록 방지할 수 있습니다.
• 자동화 및 생산 라인 통합: 분광학은 자동화된 생산 라인에 쉽게 통합되어 제조 공정을 중단하지 않고도 지속적인 모니터링과 품질 관리를 용이하게 할 수 있습니다.

방법

반사 분광법은 반도체 웨이퍼와 장치의 물리적 매개변수를 측정하는 데 매우 유연한 기술입니다. 반도체 장치(또는 반도체와 유전체 반막으로 구성된 모든 계층 구조)의 광대역 반사 스펙트럼은 각 층의 두께 및 계면 거칠기와 같은 매개변수에 대한 정보를 제공할 수 있습니다. 분광법을 산란계와 결합하면 반사 분광법의 가능을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 이 조합은 웨이퍼/태양 전지의 비정형 구조를 묘사하는 데 사용할 수 있습니다. 측정된 반사 스펙트럼에서 그 응용 잠재력은 엄청납니다. 태양 전지 제조 공정 모니터링(각 코팅층의 두께 측정), 반사 방지 코팅 분석, 성능 테스트 등입니다.
PV 모듈은 전면 유리 표면에서 ~4%의 반사 손실을 경험합니다. 이 손실은 현재 상업용 모듈의 90% 이상을 덮고 있는 반사 방지 코팅을 사용하여 완화할 수 있습니다. 태양 전지의 코팅 반사율을 평가하려면 반사 스펙트럼이 가장 최적의 방법입니다.
일반적인 다공성 SiO₂ AR 코팅은 반사를 2%~3% 감소시킵니다. AR 코팅 재료에 흡수가 없다고 가정하면, 이러한 반사 감소는 코팅되지 않은 뒷면을 고려하여 최대 94~95%까지 빛 투과율을 직접 증가시킵니다. 그림 1은 일반적인 단일 층 AR 코팅 PV 모듈 커버 유리의 반사율과 투과율을 보여줍니다(전면에서만, 이 경우 코팅되지 않은 뒷면 반사율은 제거됨). 반사율 최소값(및 해당 투과율 최대값)은 명확하게 볼 수 있으며, 이 값의 양쪽에서 값이 증가합니다. 이러한 이유로 단일 층 AR 코팅을 종종 'V' 코팅이라고 합니다. 이상적으로는 AR 코팅의 경우 각 파장에서 반사율과 투과율 값의 합이 100%가 되어야 하며 광학 코팅 재료에서 흡수 손실을 피해야 하기 때문입니다.

그림 1: 일반적인 단일 층 AR 코팅 유리의 반사율 및 투과율.

각 침전 단계 후 반사율 측정을 통해 전체 공정에서 각 층의 두께를 결정할 수 있습니다. 분광기와 분광기로 측정된 간섭 무늬의 수는 자동으로 분석되어 박막 두께를 결정합니다. 그림 2는 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS) 기반 박막 태양 전지 생산 공정입니다.

그림 2: CIGS 기반 태양 전지의 층.

TCO 및 CdS 반막 두께는 가시광선에서 근적외선 스펙트럼 범위(500~1000nm)에서 작동하는 분광기로 감지할 수 있지만 흡수체의 반막 두께를 결정하려면 이러한 재료가 가시광선을 흡수하기 때문에 적외선 반사율 측정이 필요합니다. 측정 정확도는 흡수체 층의 경우 1%, TCO 층의 경우 2% 범위입니다. 그러나 CdS 층의 결정은 이러한 층이 얇고 거친 흡수체 층에서 직접 성장하기 때문에 더 어렵습니다. 50nm 미만의 CdS 층의 경우 동일한 공정에서 CdS를 침전하기 전에 흡수체 층 반사율 스펙트럼을 측정하는 것이 매우 중요합니다.

그림 3: 각 침전 단계 후 반사율을 측정하면 PV 층 침전 프로세스 전체를 완벽하게 통제할 수 있습니다.

시스템 구축

INTINS는 이러한 응용 분야에 대한 완전한 시스템을 제공할 수 있습니다. TS 시리즈는 스펙트럼 반사율 측정을 사용하여 광학 및 비광학 박막 두께를 정확하게 결정하는 유연하고 구성 가능한 박막 측정 시스템입니다. 이 시리즈는 다양한 반도체, 의료 및 산업 응용 분야에 적합합니다. TS 시리즈는 다음과 같은 많은 뛰어난 기능을 갖추고 있어 작동하기 쉽습니다. 다층 측정, 필요에 따른 선택적 사용자 정의 파장 범위 선택, 유연한 광학 프로브 클러스터를 사용한 쉬운 온라인 및 현장 두께 측정,...

TM 시리즈 시스템은 강철, 알루미늄, 황동, 구리, 세라믹 및 플라스틱과 같은 기판의 반사 방지 코팅, 긁힘 방지 코팅 및 거친 층을 측정합니다. TM 시리즈의 박막 반사계 시스템은 1nm에서 250μm까지의 광학 층의 두께를 분석할 수 있습니다. 단일 두께는 0.1nm 분해능으로 관찰할 수 있으며, 단일 또는 다중 층 반막은 1초 이내에 분석할 수 있습니다.