GB/T30859-2014
太阳能电池用硅片翘曲度和波纹度测试方法
Testmethodforwarpandwavinessofsiliconwafersforsolarcells
- 中国标准分类号（CCS）H21
- 国际标准分类号（ICS）77.040
- 实施日期2015-04-01
- 文件格式PDF
- 文本页数12页
- 文件大小422.20KB
以图片形式预览太阳能电池用硅片翘曲度和波纹度测试方法
太阳能电池用硅片翘曲度和波纹度测试方法
国家标准 GB/T30859一2014 太阳能电池用硅片翘曲度和 波纹度测试方法 Iestmethodforwarpandwavinessofsiliconwafersforsolarcells 2014-07-24发布 2015-04-01实施 国家质量监督检监检疫总局 发布 国家标准花管理委员会国家标准
GB/T30859一2014 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)及材料分技术委员会(SAC/TC 203/sC2)共同提出并归口
本标淮起草单位;江苏协鑫硅材料科技发展有限公司,瑟米莱伯贸易(上海)有限公司、有研半导体 材料股份有限公司
本标准主要起草人;薛抗美,夏根平,孙燕、林清香,徐自亮、黄黎
GB/T30859一2014 太阳能电池用硅片翘曲度和 波纹度测试方法 范围 本标准规定了太阳能电池用硅片(以下简称硅片)翘曲度和波纹度的测试方法
本标准适用于硅片翘曲度和波纹度的测试
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 件
GB/T3505-2009产品几何技术规范(GPs)表面结构轮廓法术语、定义及表面结构参数 硅片翘曲度非接触式测试方法 GB/T6620 半导体材料术语 GB/T14264 产品几何技术规范(GPs)表面结构轮廓法表面波纹度词汇 GB/Tl6747一2009 产品儿何技术规范(GPS)表面结构轮廓法相位修正滤波器的计量特性 GB/T18777 GB/Z26958(所有部分)产品儿何技术规范(GPs)滤波 术语和定义 GB/T3505-2009,GB/T14264,GB/T167472009,GB/T18777和GB/Z26958界定的术语和 定义适用于本文件
为了便于使用,以下重复列出了GB/T35052009和GB/T16747一2009中的某 些术语和定义
3.1 轮廓滤波器profileilter 把轮廓分成长波和短波成分的滤波器
在测量粗糙度、波纹度和原始轮廓的仪器中使用三种滤波 器,见图1
它们都具有GB/T18777规定的相同的传输特性,但截止波长不同
[GB/T3505一2009,定义3.1.1] 3.2 入，轮廓滤波器入,profilefiler 确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器,见图1
[GB/T3505一2009,定义3.1.1.1] 3.3 入
轮廓滤波器2
profileiler 确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器,见图1 [GB/T3505一2009,定义3.1.1.2] 入，轮廓滤波器A，poiletllter 确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波的成分之间相交界限的滤波器,见图1
GB/T30859一2014 [GB/T3505一2009,定义3.1.1.3] 10o 粗糙度轮扇 波纹度轮刚 50 波长 图1粗糙度轮廓和波纹度轮廓的传输特性 3.5 实际表面realsurface 物体与周围介质分离的表面
实际表面是由粗糙度、波纹度和形状叠加而成的
[GB/T16747一2009,定义3.1] 3.6 表面轮廓(实际轮廓surtaeeprofile(realproile) 由一个指定平面与实际表面相交所得的轮廓
它由粗糙度轮廓,波纹度轮廓和形状轮廓构成
LGB/T16747一2009,定义3.2] 3.7 原始轮廓primaryproftile 通过入,轮廓滤波器后的总轮廓 [GB/T3505一2009,定义3.1.5 3.8' 表面波纹度轮廓波纹度轮廓profileofsurfacewaviness(wavinessprofile 对原始轮廓连续应用入和入
两个轮廓滤波器以后形成的轮廓
采用入轮廓滤波器抑制长波成 分,而采用入
轮廓滤波器抑制短波成分
这是经过人为修正的轮廓,见图2
[GB/T16747一2009,定义3.7刀 波纹度轮帛 图2波纹度轮廓示意图 3.9 分离实际表面轮廓成分的求值系统滤波器 operatorfilterfor eparutingthepie componentoftherealsurface
GB/T30859一2014 通过预定的信息转换,对实际表面的轮廓成分进行分离的一种处理过程
实际上,该过程可用各种 不同的方式实现,对各种不同方式分离出的轮廓成分,应说明其方法离差
倘若总体轮廓含有所认为的 公称形状,就须用一个附加的预处理过程来消除该轮廓的形状部分
[GB/T16747一2009,定义3.3] 常用的滤波器有高斯滤波器和最小二乘滤波器等
有关滤波器的更进一步的信息，可参 照GB/Z26958
3.10 表面波纹度surfacewaviness 由间距比粗糙度大得多的、随机的或接近周期形式的成分构成的表面不平度
波纹度通频带的极限由高斯滤波器的长波截止波长和短波截止波长之比入i:入
确定,若无特殊规 定,此比值通常为10:1
[GB/T16747一2009,定义3.6] 3.11 波纹度取样长度 wavineSsSamplinglength 用于判别波纹度轮廓的不规则特征的X轴方向上的长度
它等于长波截止波长入i
在这段长度 上确定波纹度参数 [GB/T16747一2009,定义3.8 3.12 波纹度评定长度wavinessevaluationlength 用于评定波纹度轮廓的X轴方向上的长度,它包括一个或几个取样长度 [GB/T16747一2009,定义3.9叮 3.13 波纹度轮廓偏距wavinessprofiledeparture z(x) 波纹度轮廓上的点与波纹度中线之间的距离
[GB/16747一2009,定义3.15 方法 4.1翘曲度 翘曲度的测量采用非接触式技术,利用成对的,分别位于硅片上方和下方的探头可以测量出硅片 上、下表面相对于同一侧探头的距离,沿一定路径扫描,则可以给出硅片上表面和下表面的轮廓起伏
根据测量得到的硅片表面轮廓数据,依据一定的物理模型就可以计算出硅片翘曲度
4.2波纹度 -般认为,硅片表面波纹度是硅片表面空域波长在0.5mm一30mm的硅片表面变化
波纹度的 测量可以采用各种接触式或非接触式技术;推荐采用非接触式技术,利用成对的,分别位于硅片上方和 下方的探头,剥量出硅片上、下表面相对于同一侧探头的距离,沿与硅片表面平行的路径进行扫描,得到 硅片上表面和下表面的表面轮席;然后采用合适的滤波器,选取合适的截止波长,在硅片表面轮廓中去 除粗糙度轮廓成分和硅片形状变化成分后得到波纹度轮廓;根据提取出的波纹度轮廓就可计算出波纹
GB/T30859一2014 度值 干扰因素 5.1对翘曲度和波纹度都有影响的干扰因素 5.1.1不同的测量技术,使用同一测量技术的不同厂家或同一厂家的不同型号的测量仪器均可能会给 出不同的测量结果
5.1.2不同的扫描路径,包括其长度或方向,可能会产生不同的测量结果;因此在试验报告中,应给出 采用的扫描路径的具体信息 5.1.3由于各种因素的影响,扫描路径的起始点和终结点距离硅片边缘过近可能会带来测量误差
因 此扫描路径的起始点和终结点应距离硅片边缘5mm以上,以去除边缘影响;而且扫描路径开始和结束 时的部分数据应去除,以避免扫描开始和结束时偶然因素对测量结果的影响
5.1.4测试平台的不平整可能会引人测量误差
5.1.5设备采集数据的频率不同,可能会产生不同的测量结果
5.1.6在测量过程中,测试仪器的振动或测试样品相对于测量方向的振动或挪移都会引人误差
5.1.7硅片表面的外来物或表面缺陷(如裂纹、孔洞,硅晶脱落等),都会引人测量误差
5.2对翘曲度有影响的干扰因素 本标准中规定的翘曲度的测试方法未考虑可能由硅片自重引人的重力形变影响
5.3对波纹度有影响的干扰因素 5.3.1从硅片表面轮廓中提取波纹度轮廓时,采用不同的滤波器以及不同的设置等,提取出的波纹度 轮廓可能会有不同,从而产生不同的波纹度测量结果,因此在硅片表面波纹度测量结果的报告中,应尽 可能给出使用的滤波器以及具体的滤波设置
5.3.2测量硅片表面波纹度时,扫描路径的长度最好大于评定长度;为方便全面评价硅片表面的变化， 建议扫描路径的长度不小于硅片尺寸规格的4/5,以避免由于采样不完全而导致的测量结果的偶然性
5.3.3如果评定长度内包含的取样长度数目不同,可能会影响波纹度的计算结果
建议评定长度内包 含5个或以上的取样长度,而且试验报告中应给出评定长度内包含的取样长度的具体数目 5.3.4对于接触式方法,由于各种原因,比如探针尺寸过大、移动速度过快、探针与硅片表面贴合不充 分,探针臂弹性过大以及仪器数据采集速度不够快等,测量到的硅片表面轮廓与实际的表面轮廓可能会 有差异,这可能会影响波纹度的测量结果
5.3.5对于非接触式方法，探头尺寸或者光斑尺寸过大,光路的像差、光信号采集系统的噪声等,都会 在提取出的硅片表面轮廓中引人一定的误差,从而影响波纹度的测量结果
仪器 6.1翘曲度测量仪 6.1.1探头传感器;采用光学,电容式或其他非接触测量技术,用于测量探头和硅片表面之间的相对距 离;成对安装,分别位于硅片的上方和下方,且上.下探头位于同一轴线上,该轴线垂直于硅片表面;探头 下暴直训节
抽线与测试平白的法钱之间的类角应小于》,厚度测疑分辨事应优手02 可以上、 Am
6.1.2测试平台或样品输送装置,测量区内测试平台或样品输送装置的表面平整度应小于0,25Am 6.1.3定位器,用于对测试平台或样品输送装置上所测硅片进行定位
GB/T30859一2014 6.1.4控制系统,包括电脑、外设以及软件等,负责控制测量过程、采集并存储测量数据,并根据测量数 据计算测量结果
在扫描测量过程中,自动采集数据的能力每秒钟应超过100个
6.1.5测量仪应备有厚度校准样片,用以校正测量仪
6.2 波纹度测量仪 6.2.1表面轮廓测量装置,可以是采用各种接触式或非接触式技术、用于获取硅片表面轮廓的探头传 感器;最好是采用非接触技术的探头传感器,成对安装,分别位于硅片的上方和下方,且上、下探头位于 同一轴线上;该轴线垂直于硅片表面;探头可以上、下垂直调节
轴线与测试平台的法线之间的夹角应 小于2"
6.2.2测试平台或样品输送装置,测量区内测试平台或样品输送装置的表面平整度应小于0,25m. 6.2.3 定位器,用于对测试平台或样品输送装置上所测硅片进行定位
控制系统,包括电脑、外设以及软件等,负责控制测量过程、采集存储测量数据,按照设定的参数 6.2.4 从硅片表面轮廓中提取波纹度轮廓、最后计算波纹度测量结果等
控制系统应具备设置、调节扫描参数 和滤波器参数的功能,以便根据硅片表面的不同情况设置合适的波纹度轮廓测量参数
在扫描测量过 程中,自动采集数据的能力每秒钟应超过100个
试样 硅片表面应清洁、干燥
测量程序 8.1测量环境 8.1.1温度;18C一28C
8.1.2湿度:不大于65%
8.1.3洁净度;8级洁净室或以上
8.1.4周围环境无明显的电磁干扰
8.1.5工作台振动小于0.5g
8.2仪器校准 8.2.1翘曲度测量仪校准 8.2.1.1翘曲度的校准是利用厚度校准进行的;根据待测硅片的规格和厚度范围,选择一张或一组厚度 标准片;如果选用一张厚度标准片,则其标称厚度与待测硅片的厚度之差应不大于25%;如果是选用一 组厚度标准片,则待测硅片的厚度范围应包含在选择的这组厚度标准片的厚度标称值区间内 8.2.1.2利用选择的厚度标准片校准翘曲度测量仪;如果选择了一张厚度标准片,其测量值与标称值的 偏差应小于2Am;如果选择的是一组厚度标准片,则每一标准片厚度的测量值与标称值的偏差应小于 2Am,然后以其厚度标称值为横坐标,测量值为纵坐标,在坐标系中描点,在两个端点之间画一条直线; 在两个端点处描出对应端点值士0.5%的两个点,通过两个+0.5%和-0.5%的点各画一条限制线,如图 3所示,观察描绘的点,如果所有的点都落在限制线之内(含线上),就认为设备满足测试的线性要求,否 则应对仪器重新进行调整
GB/T30859一2014 H0.5% 测 -0.% 量 厚 度 0.5器 -0.5% 标称厚度 + -厚度M
图3仪器的厚度线性校准 8.2.2波纹度测量仪校准 根据所用仪器的具体要求进行校准工作
如果可以用厚度校准波纹度测量仪,则应按照8.2.1中 的规定进行
8.3测量 8.3.1翘曲度测量 8.3.1.1选择合适的翘曲度测量仪
8.3.1.2依据选用测试仪器的具体情况,在下述建议的扫描路径中选取合适的扫描路径 单线或三线
如果是单线,建议扫描路径与硅片中线重合;如果采用三线,则建议中间一条线 a 与硅片中线重合,而另两条线对称分布于硅片中线两侧,距相应一侧的硅片边缘的距离至少大 于探头或传感器尺寸的一半
测量时,扫描方向应平行于硅片上下表面、且垂直于硅片线切工 艺的走线方向;如果无法判断线切工艺的走线方向,则推荐沿两条相互垂直、各自平行于硅片 边缘的路径进行扫描测量;如图4所示: 线痕 线痕 扫描方向 扫描方向 单线扫描 三线扫描 单线或三线扫描路径图 图4
GB/T30859一2014 b覆盖硅片中心和四角区域的多段扫描路径,如图5所示: 5mm 图5覆盖硅片中心和四角区域的多段扫描路径图 不同于上述两种路径的其他扫描路径,需经供需双方协商达成一致
对于在线检测,采用扫描 路径a)
8.3.1.3将待测硅片平放人测试平台或样品输送装置上,确认仪器的探头行程与8.3.1.2确定的扫描路 径一致
8.3.1.4按仪器要求,用定位器对待测硅片进行定位
8.3.1.5测量硅片翘曲度
8.3.1.6如果是半自动仪器,沿扫描路径,以um为单位,记录被测量点上下表面与各自相应测量探头 之间的距离;对于全自动仪器,直接读数仪器显示的翘曲度值
8.3.1.7测试完毕,小心取出硅片
8.3.1.8对每个测量硅片,进行8.3.1.38.3.1.7的操作步骤
8.3.1.9若使用半自动仪器,计算硅片翘曲度值;翘曲度的计算参照第9章进行
8.3.1.10分析、保存并记录测量结果
8.3.2波纹度测量 8.3.2.1选择合适的波纹度测量仪
8.3.2.2根据选用测试仪器的具体情况,确定合适的扫描路径
8.3.2.3扫描方向应与硅片线切工艺的走线方向垂直;如果无法判断线切工艺的走线方向,则推荐沿两 条相互垂直、各自平行于硅片边缘的路径进行扫描测量
8.3.2.4选择合适的波纹度参数;表征波纹度的参数建议采用下述参数中的一个或多个:波纹度轮廓算 术平均偏差(w.),波纹度轮廓的最大高度(w,,波纹度轮廓均方根偏差(w,)和波纹度轮廓的平均间距 (w)
也可以采用其他的参数
有关波纹度参数更详细的信息，可参见GB/T3505和 GB/T16747一2009
8.3.2.5根据选用的波纹度测量仪的具体情况,进行其他必要的参数设置,例如选择合适的滤波器、设 置滤波器的参数等 8.3.2.6观察硅片表面线切工艺的走线方向,将待测硅片平放人测试平台或样品输送装置上,确保仪器 探头或光斑的行程与确定的扫捕路径完全相同 用定位器对待测硅片进行定位
8.3.2.7 8.3.2.8测量硅片波纹度 8.3.2.9测试完毕,小心取出硅片
GB/T30859一2014 8.3.2.10分析、保存并记录测量结果
测量结果计算 9.1 翘曲度 9.1.1建议采用GB/T6620中规定的方法计算硅片翘曲度,如图6所示
翘曲度的计算按式(1)进行 -Cl -(b-a)m们 warp -a)max 式中 硅片的翘曲度单位为微米(m) warp 硅片下表面到下探头的距离,单位为微米(um); 硅片上表面到上探头的距离,单位为微米(um).
max表示最大值,min表示最小值
有关翘曲度更进一步的信息,可参见GB/T6620. 上探头 基准面 下探头 图6翘曲度计算示意图 9.1.2如果采用其他方法计算翘曲度,则应在试验报告中注明具体的计算方法
9.2 波纹度 波纹度轮廓算术平均偏差(w.) 9.2.1 在取样长度内,波纹度轮廓偏距绝对值的算术平均值,计算公式如式(2) |z(.rld W 式中: 取样长度,单位为毫米(mm); 波纹度轮廓偏距,单位为微米(um)
Z.r 或者近似为式3): w
=- 1么
GB/T30859一2014 式中: 在波纹度轮廓上的取样点数 9.2.2波纹度轮廓的最大高度(w 波纹度取样长度内,波纹度轮廓最大峰的偏差和波纹度轮廓谷底最大偏差的绝对值之和,按式(4 进行计算 W，=Z(.2 、十Z.r (4 eikmax IaleyMa g.2.3波纹度轮廓均方根偏差(w.)的计算公式如式(5): 5 H w
= 或者近似为式(6); Z(.r w，= 6 g.2.4波纹度轮廓不平度的间距(w. 含有一个波纹度轮廓峰和相邻轮廓谷的一段波纹度中线的长度
如图7所示
中线 图7波纹度轮廓不平度的间距示意图 10 精密度 10.1 翘曲度的测量结果 10.1.1三线扫描路径 样品选用厚度200m士20 Hm,边长156mm士0.5mm的多晶硅片10片,选择5家试验室进行测 量,每家试验室重复测量10次
单个试验室的2s标准偏差小于3.0 Am,多个试验室的精密度 为士9.23%
10.1.2覆盖硅片中心和四角区域的多段扫描路径 样品选用厚度3opm士20m.,.边长15amm士0》mn的多晶娃片!片,选择家试脸室进行谢 量,每家试验室重复测量10次
单个试验室的2、标准偏差小于1.3 3m,多个试验室的精密度 为士14.56%
GB/T30859一2014 10.1.3不同扫描路径测量对比分析 通过同一样品的三线扫描路径与覆盖硅片中心和四角区域的多段扫描路径翘曲度数据对比发现 多段扫描路径测试数据普遍大于三线扫描路径测试数据
10.2波纹度的测量结果 样品选用厚度200m土20m.边长156mm士0.5mm的多晶硅片10片
选择5家试验室进行 测量,每家试验室重复测量10次
w,值单个试验室的2、标准偏差小于2.04m,多个试验室的精密度 为士8.84%
11 试验报告 试验报告应包括下列内容 a)试样批号、编号; b)测量仪器名称、型号; 测量方式说明 d)测量结果; 本标准编号 测量单位和测量者; f g测量日期 h)如果是波纹度的报告,则需列出所用滤波器的类型、入、入
具体值、取样长度、评定长度和扫描 路径长度 10
太阳能电池用硅片翘曲度和波纹度测试方法GB/T30859-2014
一、引言
太阳能电池是一种利用光电效应将太阳光转换成电能的设备，其发展对于人类的可持续发展至关重要。而硅片作为太阳能电池的主要材料之一，其质量直接影响到太阳能电池的性能。因此，翘曲度和波纹度的测试对于确保硅片的质量至关重要。
二、测试原理
翘曲度是指硅片在自身重量和外力作用下所产生的弯曲程度，通常用一个平面来衡量硅片表面上最高点与最低点的距离差。而波纹度是指硅片表面的起伏程度，就像水波纹一样，通常用一个平面来衡量硅片表面上波峰与波谷的距离差。
测试时，需要将待测硅片放置在水平台上，然后测量硅片的翘曲度和波纹度。测试仪器主要包括平板、水平仪、游标卡尺等。测试过程需要注意避免硅片表面受到损伤，测试结果应该进行多次重复以确保准确性。
三、测试方法
太阳能电池用硅片翘曲度和波纹度测试方法参考标准为GB/T30859-2014。具体测试方法如下：
1. 硅片翘曲度测试方法
（1）将待测硅片放置在水平台上并调整到水平状态；
（2）使用游标卡尺测量硅片表面上最高点与最低点的距离差；
（3）将游标卡尺水平移动，沿着硅片长度方向分别测量头、中、尾三个位置，取三个位置平均值作为硅片翘曲度的测量值。
2. 硅片波纹度测试方法
（1）将待测硅片放置在水平台上并调整到水平状态；
（2）将平板放置在硅片表面上，观察平板与硅片表面之间的空隙程度，并使用游标卡尺测量硅片表面上波峰与波谷的距离差；
（3）将游标卡尺沿着硅片长度方向移动，分别测量头、中、尾三个位置，取三个位置平均值作为硅片波纹度的测量值。
四、结论
太阳能电池用硅片翘曲度和波纹度测试对于确保硅片的质量和太阳能电池的性能至关重要。测试方法参考标准为GB/T30859-2014，测试过程需要注意避免硅片表面受到损伤，测试结果应该进行多次重复以确保准确性。
以上就是太阳能电池用硅片翘曲度和波纹度测试方法的详细介绍，希望对于相关从业人员有所帮助。
通过对硅片翘曲度和波纹度的测试，可以有效评估硅片的质量，并为太阳能电池的制造提供准确数据。同时，这也有助于推动太阳能产业的可持续发展。
五、参考文献
GB/T30859-2014《太阳能电池用硅片翘曲度和波纹度测试方法》
以上就是本文对太阳能电池用硅片翘曲度和波纹度测试方法的介绍，希望能为相关从业人员提供一些参考和帮助。
