(57)【要約】      （修正有）【課題】間接バンドギャップ半導体デバイスにおいて接続不良または電気的に絶縁された領域を特定する方法およびシステムを提供する。【解決手段】間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性は、間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起してルミネセンスを発光させ１１０、外部励起に応答して間接バンドギャップ半導体デバイスから発光されたルミネセンスの像を捕捉し１２０、１つ以上のルミネセンス像中の領域の相対的強度の比較に基づいて間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定することによって測定される１３０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定する方法であって、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起して前記間接バンドギャップ半導体デバイスにルミネセンスを発光させるステップと、
複数の感光性電子素子を有する像捕捉デバイスで、前記外部励起に応答して前記間接バンドギャップ半導体デバイスから発光されたルミネセンスの像を捕捉するステップと、
２つ以上の前記ルミネセンス像中の領域の相対的強度の比較に基づいて、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定するステップと、を含み、
前記ルミネセンス像は、少なくとも１つのホトルミネセンス像を含み、
前記空間分解特性を測定するステップは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの電気的に絶縁された領域を空間的に分解するステップを含む方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つのホトルミネセンス像中の前記ホトルミネセンスは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの少なくとも１ｃｍ２から生ずることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記空間分解特性を測定するステップは、１つの前記ルミネセンス像中の異なる領域間の強度比を、少なくとも１つの他の前記ルミネセンス像中の対応する領域間の強度比と比較するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記空間分解特性を測定するステップは、少なくとも２つのルミネセンス像中の領域の相対的強度を比較するステップを含み、前記ルミネセンス像は、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを電気的信号で励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子を開回路状態に維持しながら、前記間接バンドギャップ半導体デバイスをホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起することによって生成されたホトルミネセンス像と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスをホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起し、同時に前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像とからなるルミネセンス像の群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起するステップは、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを前記間接バンドギャップ半導体デバイスにホトルミネセンスを誘起するのに適した光で照射するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電気的信号を印加して前記間接バンドギャップ半導体デバイスにエレクトロルミネセンスを誘起するステップとからなるステップの群の少なくとも１つを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記空間分解特性を測定するステップは、ホトルミネセンス像とエレクトロルミネセンス像中の領域の相対的強度を比較するステップを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記電気的に絶縁された領域は、前記エレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して強度の低い領域に対応し、前記ホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度変化した対応する領域がない請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起するステップは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスを前記間接バンドギャップ半導体デバイスにホトルミネセンスを誘起するのに適した光で照射するステップを含み、
前記方法は、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記空間分解特性を測定するステップは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させない少なくとも１つのホトルミネセンス像と、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させた少なくとも１つのホトルミネセンス像の対応する領域の強度を比較するステップを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップは、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に外部バイアスを印加するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に負荷を加えるステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間を短絡するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に電圧を印加するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電流を注入するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子から電流を引き抜くステップとからなるステップの群から選択されるステップを含む請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して降下させるステップを含む請求項８または９に記載の方法。
【請求項１２】
前記電気的に絶縁された領域は、前記接点端子間の電圧が低いホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度の高い領域に対応し、前記接点端子間の電圧が開回路電圧値であるホトルミネセンス像中の他の領域に比較して強度変化した対応する領域がない請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起するステップは、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電気信号を印加して前記間接バンドギャップ半導体デバイスにエレクトロルミネセンスを誘起するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを前記間接バンドギャップ半導体デバイスにホトルミネセンスを誘起するのに適した光で照射し、同時に前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させるステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記空間分解特性を測定するステップは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させて、少なくとも１つのエレクトロルミネセンス像中と少なくとも１つのホトルミネセンス像中の対応する領域の強度を比較するステップを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップは、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に外部バイアスを印加するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に負荷を加えるステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間を短絡するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に電圧を印加するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電流を注入するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子から電流を引き抜くステップとからなる群から選択されるステップを含むことができる請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して降下させるステップを含む請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記電気的に絶縁された領域は、前記エレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して強度の低い領域と、前記接点端子間の電圧が低い前記ホトルミネセンス像中の他の領域に比較して強度の高い領域とに対応する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記間接バンドギャップ半導体デバイスは、シリコンデバイス、光起電力デバイス、および太陽電池の１つ以上を含む請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
太陽電池中の電気的に絶縁された領域を特定する方法であって、前記太陽電池は、表面に少なくとも１つの金属パターンが配設された間接バンドギャップ半導体ウェーハの一部を含み、前記方法は、
前記太陽電池を励起してルミネセンスを発光させるステップと、
複数の感光性電子素子を有する像捕捉デバイスで、前記少なくとも１つの発光されたルミネセンスの像を捕捉するステップと、
前記少なくとも１つのルミネセンス像中の領域の強度比較に基づいて前記金属パターン中の破損を特定するために前記少なくとも１つのルミネセンス像を処理するステップとを含み、
前記ルミネセンス像は、少なくとも１つのホトルミネセンス像を含む方法。
【請求項２０】
前記金属パターンは、少なくとも１つのバスバーに電気的に接続された複数の平行な指を含む格子を含み、前記電気的に絶縁された領域は、
指と、
バスバーと、
指とバスバー間の接続部と、
からなる群から選択される１つ以上の項目の破損を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのホトルミネセンス像中の前記ホトルミネセンスは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの少なくとも１ｃｍ２から生ずることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記太陽電池を励起してルミネセンスを発光させるステップは、
前記太陽電池をホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で照射するサブステップと、
前記太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して同時に変化させるサブステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記太陽電池の接点端子間の電圧レベルを同時に変化させるサブステップは、
前記太陽電池の接点端子間に外部バイアスを印加するステップと、
前記太陽電池の接点端子間に負荷を加えるステップと、
前記太陽電池の接点端子間を短絡するステップと、
前記太陽電池の接点端子間に電圧を印加するステップと、
前記太陽電池の接点端子に電流を注入するステップと、
前記太陽電池の接点端子から電流を引き抜くステップとからなるステップの群から選択されるステップを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
相対的に強度の高い領域の検出に基づいて破損した指が特定される請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記相対的に強度の高い領域は、指の一部分に近接する細長い領域を含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのルミネセンス像を処理するステップは、少なくとも２つのルミネセンス像中の領域の相対的な強度の比較に基づいて前記金属パターン中の破損を特定するステップを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも２つのルミネセンス像は、
前記太陽電池を電気的信号で励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像と、
前記太陽電池の接点端子を開回路状態に維持しながら、前記太陽電池をホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起することによって生成されたホトルミネセンス像と、
前記太陽電池をホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起し、同時に前記太陽電池の接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像とからなるルミネセンス像の群から選択されるルミネセンス像を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記処理ステップは、１つの前記ルミネセンス像中の異なる領域間の強度比を少なくとも１つの他の前記ルミネセンス像中の対応する領域間の強度比と比較するステップを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定する装置であって、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを励起してルミネセンスを発光させる励起手段と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスによって発光されたルミネセンスの像を捕捉する、複数の感光性電子素子を有する像捕捉デバイスと、
２つ以上の前記ルミネセンス像中の領域の相対的な強度の比較に基づいて、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定するために前記ルミネセンス像を処理する処理手段とを備え、
前記ルミネセンス像は、少なくとも１つのホトルミネセンス像を含み、
前記空間分解特性は、前記間接バンドギャップ半導体デバイス中の電気的に絶縁された領域を含む装置。
【請求項３０】
前記励起手段及び前記像捕捉デバイスは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの少なくとも１ｃｍ２からのホトルミネセンス像を生成かつ捕捉するように適用される請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記処理手段は、１つの前記ルミネセンス像中の異なる領域間の強度比を少なくとも１つの他の前記ルミネセンス像中の対応する領域間の強度比と比較するように構成された請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
前記処理手段は、少なくとも２つのルミネセンス像中の領域の相対的な強度を比較するように構成され、前記ルミネセンス像は、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを電気的信号で励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子を開回路状態に維持しながら、前記間接バンドギャップ半導体デバイスをホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起することによって生成されたホトルミネセンス像と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスをホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起し、同時に前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像とからなるルミネセンス像の群から選択される請求項２９に記載の装置。
【請求項３３】
前記励起手段は、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを前記間接バンドギャップ半導体デバイスにホトルミネセンスを誘起するのに適した光で照射する照射手段と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスにエレクトロルミネセンスを誘起するために前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電気的な信号を印加する電気的信号発生手段とからなる励起手段の群の少なくとも１つを含む請求項３０に記載の装置。
【請求項３４】
前記処理手段は、ホトルミネセンス像とエレクトロルミネセンス像中の領域の相対的強度を比較するように構成される請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記電気的に絶縁されたまたは接続不良の領域は、前記エレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して強度の低い領域に対応し、前記ホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度変化した対応する領域がない請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させる電圧変化手段をさらに備える請求項３０に記載の装置。
【請求項３７】
前記処理手段は、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させない少なくとも１つのホトルミネセンス像と、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させた少なくとも１つのホトルミネセンス像中の対応する領域の強度を比較するように構成される請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記電圧変化手段は、
外部バイアス手段と、
負荷と、
短絡回路と、
電圧源と、
電流源と、
電流シンクと、
からなる群から選択される電圧変化手段を含む請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記電圧変化手段は、前記接点端子間の電圧を開回路値に対して降下させる請求項３６または３７に記載の装置。
【請求項４０】
前記電気的に絶縁された領域は、前記接点端子間の電圧が降下された前記ホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度の高い領域に対応し、前記接点端子間の電圧が開回路電圧値である前記ホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度変化した対応する領域がない請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記励起手段は、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスにエレクトロルミネセンスを誘起するために前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電気的信号を印加する電気的信号発生手段と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを前記間接バンドギャップ半導体デバイスにホトルミネセンスを誘起するのに適した光で照射する照射手段と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させる電圧変化手段と、を含む請求項３０に記載の装置。
【請求項４２】
前記処理手段は、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させて、少なくとも１つのエレクトロルミネセンス像と少なくとも１つのホトルミネセンス像中の領域の相対的強度を比較するように構成された請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記電圧変化手段は、
外部バイアス手段と、
負荷と、
短絡回路と、
電圧源と、
電流源と、
電流シンクと、
からなる群から選択される電圧変化手段を含む請求項４１または４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記電圧変化手段は、前記接点端子間の電圧を開回路値に対して降下させる請求項４１または４４に記載の装置。
【請求項４５】
前記電気的に絶縁された領域は、前記エレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して強度の低い領域、および前記接点端子間の電圧を降下させた前記ホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度の高い領域に対応する請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記間接バンドギャップ半導体デバイスは、シリコンデバイス、光起電力デバイス、太陽電池の１つ以上を含む請求項２９〜４５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４７】
太陽電池中の電気的に絶縁された領域を特定する装置であって、前記太陽電池は、表面上に少なくとも１つの金属パターンが配設された間接バンドギャップ半導体デバイスの一部を含み、
前記太陽電池を励起してルミネセンスを発光させる励起手段と、
前記発光したルミネセンスの少なくとも１つの像を捕捉する、複数の感光性電子素子を有する像捕捉デバイスと、
前記少なくとも１つのルミネセンス像中の領域の強度の比較に基づいて前記金属パターン中の破損を特定するために、前記少なくとも１つのルミンセンス像を処理する処理手段と、を備え、
前記ルミネセンス像は、少なくとも１つのホトルミネセンス像を含む装置。
【請求項４８】
前記金属パターンは、少なくとも１つのバスバーに電気的に接続された複数の平行な指を含む格子を含み、前記電気的に絶縁された領域は、
指と、
バスバーと、
指とバスバー間の接続部と、
からなる群から選択される１つ以上の項目の破損を含む請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記励起手段及び前記像捕捉デバイスは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの少なくとも１ｃｍ２からの本人ルミネセンス像を生成かつ捕捉するように適用される請求項４７に記載の装置。
【請求項５０】
前記励起手段は、
前記太陽電池を前記太陽電池にホトルミネセンスを誘起するのに適した光で照射する照射手段と、
前記太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させる電圧変化手段を含む請求項４７に記載の装置。
【請求項５１】
前記電圧変化手段は、
外部バイアス手段と、
負荷と、
短絡回路と、
電圧源と、
電流源と、
電流シンクと、
からなる群から選択される電圧変化手段を含む請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
前記処理手段は、相対的に強度の高い領域の検出に基づいて、破損した指または指とバスバー間の破損した接続を特定するように構成された請求項５０に記載の装置。
【請求項５３】
前記相対的に強度の高い領域は、指の一部分に近接した細長い領域を含む請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
前記処理手段は、少なくとも２つのルミネセンス像中の領域の相対的な強度の比較に基づいて前記金属パターン中の破損を特定するように構成された請求項４８に記載の装置。
【請求項５５】
前記少なくとも２つのルミンセンス像は、
前記太陽電池を電気的信号で励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像と、
前記太陽電池の接点端子を開回路状態に維持しながら、前記太陽電池をホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起することによって生成されたホトルミネセンス像と、
前記太陽電池をホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起し、同時に前記太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像とからなるルミネセンス像の群から選択されるルミネセンス像を含む請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記処理手段は、１つの前記ルミネセンス像中の異なる領域間の強度比を、少なくとも１つの他の前記ルミネセンス像中の対応する領域の強度比と比較する請求項５５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００６年５月５日出願のオーストラリア仮特許出願第２００６９０２３６６号の優先権を主張するものであり、その開示内容の全体を参照により援用する。
【０００２】
本発明は、ルミネセンス像形成を用いた半導体試験に関し、さらに詳細には、シリコン太陽電池などの間接バンドギャップ半導体デバイスの試験に関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池の製造は、シリコンウェーハなどの素地の半導体ウェーハから出発する。製造時には、金属パターンまたは格子が典型的にはスクリーン印刷または埋め込み接点工程によってウェーハに加えられる。金属パターンまたは格子の目的は、外部照明源による太陽電池の半導体構造の励起に応答して発生した電流を収集することにある。金属格子は典型的には１つ以上のバスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）に電気的に接続された複数の指（ｆｉｎｇｅｒ）を含む。
【０００４】
一方で、効率上の理由から、太陽電池の集光面積を最大にするのが望ましい。このため、集光面積の遮蔽を低減するために、指は薄く、細く、広い間隔でなければならない。他方、やはり効率上の理由から、金属指は電気的損失を最小限にして電流を伝達することが望ましい。このため、抵抗損失を最小にするために、金属指は厚く、広く、接近した間隔でなければならない。したがって、太陽電池設計の大部分は、これらの相反する要求の間に良好な折衷点を見出すことにある。
【０００５】
光起電力太陽電池の製造は、要求される効率仕様を満足しないデバイスの不良率の高さが一般的な特徴であり、一般的に従来の試験方法は効率の低い太陽電池の原因を判定することができない。
【０００６】
良好な光起電力デバイスの領域は、低い直列抵抗を経由して横方向に並列に接続される。光起電力デバイスの不良の１つの特定のモードは、光起電力デバイス中の領域が光起電力デバイスの他の領域と電気的に絶縁され、または接続不良になることである。例えば、太陽電池の製造中、特に非常に細い指を特徴とする最適設計のスクリーン印刷中に金属指が破損する。この場合、破損した指のごく近傍に発生した電流を効率的に収集することができず、これにより太陽電池の効率の損失を招く。他の不良モードは、高い接触抵抗または接触抵抗が高くなった太陽電池内の特定の領域に起因する。半導体のバルクから金属接点部への電流は接触抵抗によって定まる電圧降下を招く。接触抵抗が局部的に高いと、太陽電池の効率は低下する。工業生産された太陽電池には、このような局部的に高い接触抵抗を招くさまざまな原因が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、間接バンドギャップ半導体デバイスにおいて接続不良または電気的に絶縁された領域を特定することのできる方法およびシステムが必要とされている。また、産業用の太陽電池に発生する通常の問題である、太陽電池中の破損した金属指、破損したバスバー、および指とバスバーの間の破損した接続を特定する方法およびシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様は、間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を特定または測定する方法およびシステムに関する。
【０００９】
本発明の第１の態様は、間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を特定または測定する方法を提供する。本方法は、間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起して間接バンドギャップ半導体デバイスにルミネセンスを発光させるステップと、外部励起に応答して間接バンドギャップ半導体デバイスから発光されたルミネセンス像を捕捉するステップと、２つ以上のルミネセンス像の領域の相対強度の比較に基づいて、間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定するステップとを含む。
【００１０】
空間分解特性を測定するステップは、間接バンドギャップ半導体デバイスの電気的に絶縁されたまたは接続不良の領域を空間的に分解することを含んでもよい。
【００１１】
空間分解特性を測定するステップは、１つのルミネセンス像中の異なる領域間の強度比を、少なくとも１つの他のルミネセンス像中の対応する領域間の強度比と比較することを含んでもよい。
【００１２】
空間分解特性を測定するステップは、間接バンドギャップ半導体デバイスを電気信号で励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像と、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子を開回路状態に維持しながら、間接バンドギャップ半導体デバイスをホトルミネセンスの誘起に適した入射光で励起することによって生成されたホトルミネセンス像と、間接バンドギャップ半導体デバイスをホトルミネセンスの誘起に適した入射光で励起し、同時に間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像とからなるルミネセンス像の群から選択することのできる、少なくとも２つのルミネセンス像中の領域の相対的な強度を比較することを含んでもよい。
【００１３】
一実施形態において、間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起するステップは、間接バンドギャップ半導体デバイスにホトルミネセンスを誘起するのに適した光で間接バンドギャップ半導体デバイスを照射するステップと、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電気信号を印加して間接バンドギャップ半導体デバイスにエレクトロルミネセンスを誘起するステップ、の少なくとも１つを含んでもよい。空間分解特性は、ホトルミネセンス像とエレクトロルミネセンス像中の領域の相対的強度を比較することによって測定してもよい。電気的に絶縁されたまたは接続不良の領域は、エレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して強度の低い領域に対応し、ホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度変化に対応する領域はなくてもよい。
【００１４】
一実施形態において、間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起するステップは、間接バンドギャップ半導体デバイスにホトルミネセンスを誘起するのに適した光で間接バンドギャップ半導体デバイスを照射するステップを含んでいてもよく、本方法は、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップをさらに含んでもよい。空間分解特性は、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させない少なくとも１つのホトルミネセンス像と、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させた少なくとも１つのホトルミネセンス像中の対応する領域の強度を比較することによって測定してもよい。間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップは、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に外部バイアスを印加するステップと、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に負荷を加えるステップと、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間を短絡するステップと、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に電圧を印加するステップと、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電流を注入するステップと、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子から電流を引き抜くステップと、から選択されるステップを含んでもよい。間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップは、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して降下させることを含んでもよい。電気的に絶縁されたまたは接続不良の領域は、接点端子間の電圧が低いホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度の高い領域に対応し、接点端子間の電圧が開回路電圧値であるホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度変化した対応する領域はなくてもよい。
【００１５】
一実施形態において、間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起するステップは、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に少なくとも１つの電気的励起信号を印加することによって間接バンドギャップ半導体デバイスを電気的に励起してエレクトロルミネセンスを発光させることを含んでもよい。空間分解特性の測定ステップは、少なくとも２つのエレクトロルミネセンス像中の対応する領域の強度を比較することを含んでもよく、エレクトロルミネセンス像の各々は異なるレベルの電気的励起信号に対応する。電気的に絶縁されたまたは接続不良の領域は、第１レベルの電気的励起信号で形成された第１のエレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して強度の低い領域に対応し、第２レベルの電気的励起信号で形成された第２のエレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して強度の低い領域には対応せず、第１レベルの電気的励起信号は第２レベルの電気的励起信号よりも高くてもよい。
【００１６】
一実施形態において、間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起するステップは、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電気信号を印加して間接バンドギャップ半導体デバイスにエレクトロルミネセンスを誘起するステップと、間接バンドギャップ半導体デバイスを間接バンドギャップ半導体デバイスにホトルミネセンスを誘起するのに適した光で照射し、同時に間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させるステップとを含んでもよい。空間分解特性を測定するステップは、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させて、少なくとも１つのエレクトロルミネセンス像と、少なくとも１つのホトルミネセンス像中の対応する領域の強度とを比較することを含んでもよい。間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップは、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に外部バイアスを印加するステップと、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に負荷を加えるステップと、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間を短絡するステップと、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に電圧を印加するステップと、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電流を注入するステップと、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子から電流を引き抜くステップとから選択されるステップを含んでもよい。間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップは、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して降下させるステップを含んでもよい。電気的に絶縁されたまたは接続不良の領域は、エレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して強度の低い領域と、接点端子間の電圧が低いホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度の高い領域に対応することができる。
【００１７】
本発明の他の態様は、太陽電池中の電気的に絶縁されたまたは接続不良の領域を特定する方法を提供し、太陽電池は、表面に少なくとも１つの金属パターンが配設された間接バンドギャップ半導体ウェーハの一部を含む。本方法は、太陽電池を励起してルミネセンスを発光させるステップと、少なくとも１つの発光されたルミネセンスの像を捕捉するステップと、少なくとも１つのルミネセンス像中の領域の強度比較に基づいて金属パターン中の破損を特定するために少なくとも１つのルミネセンス像を処理するステップとを含む。金属パターンは、少なくとも１つのバスバーに電気的に接続された複数の平行な指を含む格子を含み、電気的に絶縁された領域は、指、バスバー、指とバスバー間の接続部からなる群から選択される１つ以上の項目の破損を含んでもよい。
【００１８】
一実施形態において、太陽電池は電気的信号で励起してエレクトロルミネセンスの発光を誘起してもよい。破損された指は、エレクトロルミネセンス像中の相対的に強度の低い領域の検出に基づいて特定してもよい。相対的に強度の低い領域は指の一部分に近接する細長い領域を含んでもよい。
【００１９】
一実施形態において、太陽電池は、ホトルミネセンスの誘起に適した入射光で太陽電池を照射することによって、および同時に太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによってルミネセンスを発光させてもよい。太陽電池の接点端子間の電圧レベルを同時に変化させることは、太陽電池の接点端子間に外部バイアスを印加すること、太陽電池の接点端子間に負荷を加えること、太陽電池の接点端子を短絡すること、太陽電池の接点端子間に電圧を印加すること、太陽電池の接点端子に電流を注入すること、または、太陽電池の接点端子から電流を引き抜くことを含んでもよい。破損された指は相対的に強度の高い領域の検出に基づいて特定してもよい。相対的に強度の高い領域は指の一部分に近接する細長い領域を含んでもよい。
【００２０】
少なくとも１つのルミネセンス像を処理するステップは、少なくとも２つのルミネセンス像中の相対的な強度の比較に基づいて金属パターン中の破損を特定するステップを含んでもよい。少なくとも２つのルミネセンス像は、太陽電池を電気的信号で励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像と、太陽電池の接点端子を開回路状態に保ちながら、ホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起することによって生成されたホトルミネセンス像と、ホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で太陽電池を励起し、同時に太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像とからなるルミネセンス像の群から選択されるルミネセンス像を含んでもよい。処理ステップは、１つのルミネセンス像中の異なる領域間の強度比を、他の少なくとも１つのルミネセンス像中の対応する領域間の強度比と比較することを含んでもよい。
【００２１】
本発明の他の態様は、間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定する装置を提供する。本装置は、間接バンドギャップ半導体デバイスを励起してルミネセンスを発光させる励起手段と、間接バンドギャップ半導体デバイスによって発光されたルミネセンスの像を捕捉する像捕捉手段と、２つ以上のルミネセンス像中の領域の相対的な強度の比較に基づいて、間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定するためにルミネセンス像を処理する処理手段とを含む。
【００２２】
本発明の他の態様は、太陽電池中の電気的に絶縁されたまたは接続不良の領域を特定する装置を提供し、太陽電池は、表面上に少なくとも１つの金属パターンが配設された間接バンドギャップ半導体ウェーハの一部分を含む。本装置は、間接バンドギャップ半導体デバイスを励起してルミネセンスを発光させる励起手段と、間接バンドギャップ半導体デバイスによって発光された少なくとも１つのルミネセンス像を捕捉する像捕捉手段と、少なくとも１つのルミネセンス像中の領域の強度の比較に基づいて金属パターン中の破損を特定するために、少なくとも１つのルミネセンス像を処理する処理手段とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態による間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定する方法のフローチャートである。
【図２ａ】不完全な太陽電池のルミネセンス像である。
【図２ｂ】不完全な太陽電池のルミネセンス像である。
【図２ｃ】不完全な太陽電池のルミネセンス像である。
【図３】本発明の一実施形態による太陽電池の電気的に絶縁されたまたは接続不良の領域を特定する方法のフローチャートである。
【図４ａ】不完全な太陽電池のルミネセンス像である。
【図４ｂ】不完全な太陽電池のルミネセンス像である。
【図５】本発明の一実施形態による太陽電池などの間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定する装置のフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付の図面を参照して、例示のためだけに少数の実施形態を説明する。
【００２５】
方法およびシステムの実施形態を、間接バンドギャップ半導体デバイスのエレクトロルミネセンスおよびホトルミネセンス像形成について以下に説明する。いくつかの実施形態は特に太陽電池に関連して説明されるが、本発明の原理は、完全にまたは部分的に処理されていてもよい光起電力デバイスおよび／または半導体デバイスおよび構造に概して適用性を有するので、本発明はそれらのデバイスに限定されるものではない。
【００２６】
本明細書の文脈において、電気的に絶縁された、または接続不良の領域は、意図された意味の範囲内で部分的に電気的に絶縁された領域を含むことが意図される。例えば、電気的に絶縁された、または接続不良の領域は、他の領域に抵抗結合された領域を含む。
【００２７】
光起電力デバイスおよび太陽電池などの間接バンドギャップ半導体デバイスを光学的に検査または試験する方法はデバイスの励起方法が異なる。エレクトロルミネセンス像形成において、外部電気信号または順方向のバイアス（電圧または電流）が太陽電池の接点端子に印加され、印加された順方向のバイアスに応答して発光する光が観察および／または記録される。この方法は、概して、完成されたデバイスに適用可能である。良好な空間分解能を有するエレクトロルミネセンス像は、典型的な産業用太陽電池から市場で入手可能なＣＣＤカメラを用いて約１秒間で撮影することができる。
【００２８】
ホトルミネセンス像形成において、半導体ウェーハまたは完成された太陽電池は、ホトルミネセンスを誘起するのに適した外部照明によって励起され、発光した光は観察および／または記録される。
【００２９】
図１は、間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定する方法のフローチャートである。このような空間分解特性は、例えば、間接バンドギャップ半導体デバイスの電気的に絶縁された、または接続不良の領域を含む。
【００３０】
図１を参照すると、ステップ１１０において、間接バンドギャップ半導体デバイスは外部励起されてルミネセンスを発光する。このような外部励起は、ホトルミネセンスを誘起するのに適した光で間接バンドギャップ半導体デバイスを照射すること、および／または電気的な信号（例えば、電圧または電流）を間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に印加してエレクトロルミネセンスの発光を誘起することを含んでいてもよい。間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルは、異なる、または、ある場合にはより有用なホトルミネセンス像を得るために、間接バンドギャップ半導体デバイスを照射しながら、開回路値（照射に応答して発生する）に対して変化させてもよい。間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧は、例えば、間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に外部バイアス、負荷、短絡回路、または電圧のいずれかを印加することによって、開回路値に対して変化させることができる。これに代えて、電流を間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に注入し、または引き抜いてもよい。
【００３１】
ステップ１２０において、外部励起に応答して間接バンドギャップ半導体デバイスによって発光されたルミネセンスの像が捕捉される。それらの像は、
・間接バンドギャップ半導体デバイスを電気的信号で励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像、
・間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子を開回路状態に維持しながら、間接バンドギャップ半導体デバイスをホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起することによって生成されたホトルミネセンス像、
・間接バンドギャップ半導体デバイスを、ホトルミネセンスの誘起に適した入射光で励起し、同時に間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像、
のいずれを含んでいてもよい。
【００３２】
ステップ１３０において、ルミネセンス像は、２つ以上のルミネセンス像中の領域の相対強度の比較に基づいて、間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定するために処理される。空間分解特性は、１つのルミネセンス像中の異なる領域間の強度比を１つ以上の他のルミネセンス像中の対応する領域間の強度比と比較することによって測定してもよい。
【００３３】
ルミネセンス像中の領域の相対強度比較
図１の方法の一実施形態において、領域の相対強度の比較は、
（ｉ）間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に電気的励起信号を印加することによって生成されたエレクトロルミネセンス像と、
（ｉｉ）間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子が開回路状態で生成されたホトルミネセンス像と、
の間で行われる。
【００３４】
エレクトロルミネセンス像中で相対強度が低い（すなわち、エレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して暗い）が、ホトルミネセンス像中の強度変化を示さない領域は、電気的に絶縁された、または接続不良の領域であることを示す。
【００３５】
図１の方法の他の実施形態において、領域の相対強度の比較は、
（ｉ）間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルが開回路値に対して低い電圧レベルで生成されたホトルミネセンス像と、
（ｉｉ）間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子が開回路状態で生成されたホトルミネセンス像と、
の間で行われる。
【００３６】
低い電圧レベルのホトルミネセンス像中で、相対強度が高い（すなわち、エレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して明るい）が、ホトルミネセンス像中の強度変化を示さない領域は、電気的に絶縁された、または接続不良の領域であることを示す。
【００３７】
図１の方法のさらに他の実施形態において、領域の相対強度の比較は、
（ｉ）間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に電気的励起信号を印加することによって生成されたエレクトロルミネセンス像と、
（ｉｉ）間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルが開回路状態に対して低い電圧レベルで生成されたホトルミネセンス像と、
の間で行われる。
【００３８】
エレクトロルミネセンス像中で相対強度が低く（すなわち、エレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して暗い）、ホトルミネセンス像中で相対強度の高い領域は、電気的に絶縁された、または接続不良の領域であることを示す。
【００３９】
図１の方法のさらに他の実施形態において、領域の相対強度の比較は、
（ｉ）間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に第１レベルの電気的励起信号を印加することによって生成された第１エレクトロルミネセンス像と、
（ｉｉ）間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に第２レベルの電気的励起信号を印加することによって生成された第２エレクトロルミネセンス像と、
の間で行われる。
【００４０】
第１レベルの電気的励起信号は、第２レベルの電気的励起信号よりも高い（すなわち、第１電圧は第２電圧よりも高い）。第１エレクトロルミネセンス像中で相対強度が低い（すなわち、エレクトロルミネセンス像中の他の領域に比べてより暗い）が、第２エレクトロルミネセンス像中で相対強度が低くない領域は、電気的に絶縁された、または接続不良の領域であることを示す。代替的な実施形態において、領域の相対強度の比較は２つ以上のエレクトロルミネセンス像の間で行ってもよい。
【００４１】
エレクトロルミネセンスおよびホトルミネセンス像を用いた例
図２ａ〜２ｃは、不完全な太陽電池から生成されたエレクトロルミネセンスとホトルミネセンス像の実際の例である。これらの像は、縦方向（すなわち、像の上から下へ）に配設された２つのバスバーと、バスバーを横断して水平方向（すなわち、像を横切って左から右へ）に配設された複数の細い指を示す。
【００４２】
図２ａは、不完全な太陽電池のエレクトロルミネセンス像を示す。この像は、太陽電池の接点端子間に電気的励起信号を印加し、電気的励起信号に応答して太陽電池から発光されたエレクトロルミネセンスを捕捉または記録することによって得られた。電気的励起信号は２５ｍＡ／ｃｍ2の電流密度であった。
【００４３】
図２ａの像の中心の相対的に暗い領域２１０は像中の隣接する他の領域に比べて相対的に強度の低い領域である。領域２１０は、
・太陽電池の寿命を短縮させやすい半導体基板材料中の欠陥（例えば汚染）、
・相対的に強度の高い領域に比べて相対的に少量の電流が流れる太陽電池中の電気的に絶縁された領域、
のいずれかに起因し得る。
【００４４】
図２ｂは、図２ａの被検体と同じ不完全な太陽電池のホトルミネセンス像を示す。図２ｂの像は、太陽電池の接点端子間を開回路に維持しながら、太陽電池を約１ｓｕｎに等しい照明で照射し、照射に応答して太陽電池から発光されたホトルミネセンスを捕捉または記録することによって得られた。
【００４５】
図２ａのエレクトロルミネセンス像中で相対的に暗く見える領域２１０において、図２ｂの像中には相対的に顕著に暗いまたは明るい領域は認められない。
【００４６】
図２ｃは、図２ａおよび２ｂの被検体と同じ不完全な太陽電池のホトルミネセンス像を示す。図２ｃの像はホトルミネセンスを誘起するのに適した光で太陽電池を照射し、同時に太陽電池の接点端子間に短絡回路を加え、照射に応答して太陽電池から発光されたホトルミネセンスを捕捉または記録することによって得られた。電気的励起信号は２５ｍＡ／ｃｍ2の電流密度であった。短絡回路の効果は、太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開
回路値に対して降下させることである。その結果、照射に応答して発生するキャリアは太陽電池から引き抜かれ、したがって、太陽電池の像が暗くなる。なお、短絡回路の替わりに、他の負荷状態、外部電圧または外部電流を太陽電池の接点端子に印加して、同じまたは同様の効果を得てもよい。
【００４７】
図２ｃの像の中心には、相対的に明るい領域２３０（すなわち、相対的に強度の高い領域）が観察可能である。他の領域に比べてルミネセンス強度の高い領域２３０は、
・太陽電池の長寿命化、または、
・相対的に強度の低い領域に比べて相対的に低い電流が流れている、太陽電池構造中の電気的に絶縁された領域、
のいずれかに起因し得る。
【００４８】
上述のように、相対的に強度の低い領域２１０および相対的に強度の高い領域２３０は、それぞれ図２ａおよび図２ｃの中心領域にあり、
・材料品質（すなわち、局部的な少数キャリアの寿命）の変動、または、
・相対的に強度の低い領域に比べて相対的に少量の電流が流れる太陽電池構造中の電気的に絶縁された領域、
のいずれかを示す。
【００４９】
したがって、図２ａのエレクトロルミネセンス像または図２ｃのホトルミネセンス像のいずれかだけを見ると、それぞれの像は、それぞれ、図２ａおよび２ｃの中心領域中の相対的に強度の低い領域２１０と相対的に強度の高い領域２３０の原因について十分に確実な情報を提供することができない。
【００５０】
しかし、図２ａのエレクトロルミネセンス像を図２ｂまたは図２ｃのいずれかのホトルミネセンスと比べると、相対的に強度の低いまたは高い領域の理由を判定することができる。また、相対的に強度の低いまたは高い領域の原因は、図２ｂおよび図２ｃのホトルミネセンス像の比較によっても判定することができる。
【００５１】
図２ｂのホトルミネセンス像を参照すると、中心に相対的に強度の低い領域がないことは、太陽電池の中心領域の半導体材料が劣化していないことを示している。したがって、図２ｂを図２ａまたは図２ｃのいずれかと比較すると、それぞれ中心の強度の相対的に低いまたは相対的に高い領域は、太陽電池中の電気的に絶縁された、または接続が部分的である領域であることを示し、領域中の少数キャリアの寿命が低減されていることは示していない。
【００５２】
図２ａのエレクトロルミネセンス像および図２ｃのホトルミネセンス像を参照すると、このエレクトロルミネセンス像内に他の領域に比べて強度の低い領域が存在し、および低い外部電圧でのホトルミネセンス像中に中心にこの領域に対応する相対的に強度の高い領域が存在することは、太陽電池の中心領域の半導体材料が電池の残りの部分と接続不良である、または電気的に絶縁されていることを示している。このような２つのルミネセンス像のコントラスト変化は、少数キャリアの寿命変化に起因するものではない。図２ａの低いルミネセンス強度は中心領域を低電圧にする直列抵抗上の電圧降下の結果である。また、図２ｃにおけるルミネセンス強度の高い領域も、中心領域を高い電圧にする直列抵抗上の電圧降下に起因するものであり、これは高いルミネセンス強度として現れている。
【００５３】
図３は、表面上に少なくとも１つの金属パターンが配設された間接バンドギャップ半導体ウェーハの一部を含む太陽電池中の、電気的に絶縁されたまたは接続不良の領域を特定する方法のフローチャートである。金属パターンは、少なくとも１つのバスバーに電気的に接続された複数の指を含む格子を含んでいてもよい。指は、本質的にではないが、典型的に、互いに略平行に配設される。電気的に絶縁された、または接続不良の領域は、指、バスバー、または指とバスバー間の接続破損（すなわち、電気的不連続性）を含み得る。
【００５４】
図３を参照すると、ステップ３１０において、太陽電池は励起されてルミネセンスを発光する。この励起は、
・太陽電池の接点端子に電気的信号または順方向のバイアス（例えば、電圧または電流）を印加してエレクトロルミネセンスの発光を誘起すること、および／または、
・太陽電池にホトルミネセンスの発光を誘起するのに適した光で太陽電池を照射し、同時に、太陽電池を照射しながら太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させること、
を含んでいてもよい。
【００５５】
太陽電池の接点端子間の電圧は、例えば、太陽電池の接点端子に外部バイアス、負荷、短絡回路、または電圧を印加することによって、開回路値に対して変化させてもよい。これに代えて、電流を太陽電池の接点端子に注入または接点端子から引き抜いてもよい。
【００５６】
ステップ３２０において、励起に応答して太陽電池から発光された少なくとも１つのルミネセンスの像は記録または捕捉される。このような像は、
・前述のように、太陽電池を電気的信号または順方向バイアスで励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像、
・ホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で太陽電池を励起し、同時に太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像、
のいずれかを含んでいてもよい。太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることは、外部バイアス、負荷、短絡回路、または電圧を太陽電池の接点端子間に印加することによって行うことができる。これに代えて、電流を太陽電池の接点端子に注入または接点端子から引き抜いてもよい。
【００５７】
ステップ３３０において、少なくとも１つのルミネセンス像は、この少なくとも１つのルミネセンス像中の領域の強度比較に基づいて、金属パターンの破損を特定するために処理される。処理ステップは、１つのルミネセンス像中の異なる領域間の強度比を、少なくとも１つの他のルミネセンス像の対応する領域間の強度比と比較することを含んでいてもよい。
【００５８】
太陽電池の金属パターンの破損は、１つ以上のルミネセンス像中の領域の相対的強度の比較に基づいて特定することができる。例えば、破損した指は、単一のエレクトロルミネセンス像中の相対的に強度の低い領域の検出に基づいて特定することができる。これに代えて、破損した指は、同時に太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させて、単一のホトルミネセンス像中の相対的に強度の高い領域の検出に基づいて特定してもよい。このような相対的に強度の高いまたは低い領域は、典型的に細長い形状であり、破損した指の部分に近接して発生する。
【００５９】
２つ以上のルミネセンス像を用いて太陽電池中の電気的に絶縁された、または接続不良の領域を特定する場合、ルミネセンス像は、
・太陽電池を電気的信号で励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像、
・太陽電池の接点端子を開回路状態に維持しながら、ホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で太陽電池を励起することによって生成されたホトルミネセンス像、
・ホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で太陽電池を励起し、同時に太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像、
を含むことができる。
【００６０】
図４ａおよび４ｂは、不完全な太陽電池から生成されたエレクトロルミネセンスおよびホトルミネセンス像の実際の例である。これらの像は、縦方向（すなわち、像の上から下へ）に配設された２つのバスバーと、バスバーを横断して水平方向（すなわち、像を横切って左から右へ）に配設された複数の細い指を示す。
【００６１】
図４ａは、エレクトロルミネセンス像形成を用いて生成された不完全な太陽電池の像を示す。この像は、太陽電池の接点端子に外部バイアス（２５ｍＡ／ｃｍ2の電流密度）を
印加し、外部バイアス電圧による励起に応答して太陽電池から発光されたエレクトロルミネセンスを捕捉または記録することによって得られた。
【００６２】
図４ａの検査は、指の一部に近接する相対的に強度の低い（すなわち、相対的に暗い）細長い領域４１０、４２０、４３０、４４０を示す。同じ破損した太陽電池を光学顕微鏡下で検査することによって、相対的に強度の低い（すなわち、概して隣接領域よりも暗い）細長い領域４１０、４２０、４３０、４４０が、太陽電池の対応する位置で破損した金属指を示すことを確認した。指の破損は、概ね対応する細長い領域の一端部に位置する。
【００６３】
したがって、太陽電池のエレクトロルミネセンス像中の相対的に強度の低い領域と、太陽電池の破損した金属指の間は直接の相関関係にある。
【００６４】
太陽電池の破損した金属指を特定する代替的な方法は、太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して同時に変化させるホトルミネセンス像形成を用いる。破損した金属指の影響は、破損した金属指に近接する領域を太陽電池の残りの部分から電気的に絶縁する（部分的または完全に）ものである。太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して降下させると、電気的に良好に接続された太陽電池の全ての領域に亘って急激な電圧レベルの降下を招く。破損した金属指など、太陽電池の残りの部分との電気的接続の悪い領域は、ホトルミネセンス像において相対的に強度の高い領域（すなわち、より明るい領域）として現れる。
【００６５】
図４ｂは、太陽電池の接点端子の電子レベルを開回路値に対して降下させながらホトルミネセンス像形成を用いて生成された、図４ａの被検体である不完全な太陽電池の像を示す。より具体的には、太陽電池を約１ｓｕｎに等しい照明で照射させながら、太陽電池の接点端子間に短絡回路が加えられた。短絡回路の効果は、太陽電池の照射の結果発生したキャリアが太陽電池から引き抜かれることである。キャリアを引き抜くと、太陽電池の像が暗くなる。したがって、図４ｂにおいて、指部分に近接する相対的に強度の高い（すなわち、概して隣接領域よりも明るい）細長い領域４５０、４６０、４７０、４８０は、太陽電池からのキャリア引き抜きが低いレベルであることを示す。同じ破損した太陽電池を光学顕微鏡下で検査することによって、相対的に強度の高い細長い領域４５０、４６０、４７０、４８０が太陽電池の対応する位置で破損した金属指を示すことを確認した。指の破損は、概ね対応する細長い領域の一端部に位置する。
【００６６】
したがって、太陽電池のホトルミネセンス像中の相対的に強度の高い領域と、太陽電池の破損した金属指の位置の間は直接の相関関係にある。
【００６７】
図５は、太陽電池などの間接バンドギャップ半導体デバイスにおける空間分解特性を特定または測定するための装置５００のブロック図である。
【００６８】
装置５００は、光源５１０と、任意のショートパスフィルタ部５１４と、像捕捉デバイス５２２と、バイアス手段５６０とを含む。ショートパスフィルタ部５１４は、１つ以上のショートパスフィルタを含んでいてもよい。ショートパスフィルタは、励起光を通過させ、不要な長波長の放出された光を吸収または反射する。ショートパスフィルタの例としては、着色フィルタおよび誘電体干渉フィルタが挙げられる。これに代えて、使用する光の部分を反射し、不要な長波長光を透過する誘電体ミラー（例えば、４５度未満）を用いてもよい。また、ショートパスフィルタ部は、ショートパスフィルタと誘電体ミラーの組み合わせを含んでもよい。また、装置は、コリメータ５１２および／またはホモジナイザ５１６を含んでいてもよく、ホモジナイザは、強度が不均一な光のコリメートされたビームを、コリメートされたビームに垂直な面の均一に照射された領域に変換するデバイスである。例としては、十字円筒状レンズアレイおよびマイクロレンズアレイが挙げられる。コリメータは、様々な種類のレンズとすることができる。
【００６９】
ホトルミネセンス像形成は、図５の装置５００を用いて間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の接点端子間の電圧を（ホトルミネセンスによって発生した）開回路電圧に対して変化させながら行うことができる。電圧変化手段５６０は、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０に接続され、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の接点端子間の電圧を開回路電圧に対して変化させる。電圧変化手段は、外部バイアス手段、電圧源、電流源、電流シンク、負荷、短絡回路、または電気工学分野で知られた他のいかなる適切な電圧変化手段を含んでいてもよい。間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の電気的接点間の電圧を開回路電圧に対して降下させると、開回路条件下では間接バンドギャップ半導体デバイス５４０内で再結合するキャリアが、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の電気的接点を介して間接バンドギャップ半導体デバイス５４０からより低い電位点へ引き抜かれる。このようなキャリアの引き抜きの結果、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０によるルミネセンスが減少する。引き抜かれたキャリアの数、したがって間接バンドギャップ半導体デバイス５４０によって発生されるルミネセンスのレベルは、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の電気的接点端子間の電圧レベルの開回路電圧に対する変化量に依存する。
【００７０】
図５の実施形態において、装置５００の構成要素は次のように配置される。光源５１０は、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０に対向し、コリメータ５１２、ショートパスフィルタ部５１４、およびホモジナイザ５１６は、光学的にこの順序で配列されている。他の実施形態において、コリメータ５１２とショートパスフィルタ部５１４の順序は逆にしてもよい。また、ホモジナイザと間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の間にフィールドレンズ（図示しない）を用いてもよい。要素は、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の大きな面積を照射することができるように、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０から間隔を置いて配置される。
【００７１】
光源５１０は、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０にホトルミネセンスを誘起するのに適した光を発光する。発光された光の総光出力は１．０ワットを超えてもよい。光源の光出力がより高いと、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０により迅速により強いホトルミネセンスを誘起することができる。光源５１０は、単色光または略単色光を発光してもよい。光源５１０は、少なくとも１つのレーザであってもよい。例えば、８０８ｎｍのダイオードレーザを用いて単色光を発光してもよい。また、異なる主波長を有する２つ以上のレーザを実施することもできる。他の光源５１０は、適切なフィルタリングと組み合わせた広いスペクトル光源（例えば、フラッシュランプ）を含み、部分的にフィルタリングされた光を出力してもよい。さらに他の光源５１０は、高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。さらに他の光源５１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを含んでいてもよい。例えば、このようなＬＥＤアレイは、ヒートシンクを有する小型アレイに多数の（例えば６０個）ＬＥＤを含んでいてもよい。本発明の範囲と精神から逸脱することなく他の高出力光源を実施することができる。
【００７２】
光源５１０からの光は、コリメータまたは１つ以上の要素を含んでいてもよいコリメータ部５１２によって平行ビームにコリメートされる。発光した光にはショートパスフィルタが適用される。これは、１つ以上のフィルタ要素を含む干渉ショートパスフィルタ部５１４を用いて行ってもよい。発光した光をショートパスフィルタにかけることにより、所定の発光ピークを超える長波長光を低減する。ショートパスフィルタ５１４は、発光した光の長波長テールの総光子束を約１０倍以上低減してもよい。長波長テールは、光源５１０の最長波長発光ピークよりも約１０％高い波長で始めてもよい。例えば、フィルタリングによって、９００ｎｍ〜１８００ｎｍの範囲、またはこの範囲よりも狭い範囲の波長の赤外成分など、不要なスペクトル成分を取り除くことができる。１つのフィルタのみでは不要なスペクトル成分を除去または低減するには不十分である場合もあるので、複数のショートパスフィルタを用いてもよい。ショートパスフィルタは、光源５１０と間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の間の光学素子の全体的な組み合わせにおいて多数の異なる位置で実施することができる。２つ以上のショートパスフィルタを用いる場合、これらのフィルタの１つ以上は、コリメートされたビームの光学軸に対してある角度に傾くように配置し、反射光の多重反射を避けるようにしてもよい。次に、ショートパスフィルタリングされコリメートされた光は、ホモジナイザ５１６によって均一化されて、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の大きな面積を均一に照射することができる。なお、これらのステップの順序は変更してもよい。間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の照射面積は約１．０ｃｍ2以上とすることができる。ホモジナイザ５１６は、コリメートされたビームを間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の表面に均一に分配する。
【００７３】
間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の表面に入射する照明は、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０にホトルミネセンスを誘起するのに十分である。このホトルミネセンスは、図５において間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の平坦面から出ている矢印すなわち光線で示される。シリコンのホトルミネセンス外部量子効率は非常に低くなり得る（１０-6よりも小さいオーダ）。像捕捉デバイス５３０は、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０に誘起されたホトルミネセンス像を捕捉する。ショートパスフィルタ部５１４は、光源５１０からの入射光が像捕捉デバイス５３０によって受光されるのを低減または除去する。光源テールの放射は光源ピークの１０-4のオーダであってもよく、これはＡｌＧａＡｓのような間接バンドギャップ半導体のそれ（１０-2のオーダ）とは対照的にシリコンのホトルミネセンス効率（１０-6程度）を大きく超え得る。反射された励起光が測定された信号に寄与することを遮断するために、任意の長波長フィルタ部５１８を像捕捉デバイス５３０と組み合わせて用いてもよい。
【００７４】
像捕捉デバイス５３０は、合焦素子５２０（例えば、１つ以上のレンズ）と、感光性電子素子の合焦面アレイ５２２とを含む。この実施形態において、感光性電子素子の合焦面アレイ５２２は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイを含む。合焦面アレイはシリコンからなっていてもよく、冷却されていてもよい。冷却によって、このような合焦面アレイの信号対ノイズ比が改善される。例えば、像捕捉デバイス５３０は、シリコンＣＣＤアレイを有するデジタルビデオカメラであってもよく、記録された像の通信のために、デジタルインターフェース（例えば、ＵＳＢまたはＦｉｒｅｗｉｒｅ）、または記憶媒体（例えば、ＤＶテープまたはメモリスティック）が設けられていてもよい。これに代えて、感光性電子素子の合焦面アレイ５２２は、ＩｎＧａＡｓからなっていてもよい。
【００７５】
ホトルミネセンス像に画像処理技術を適用して間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の特定の電子特性を定量化してもよい。ホトルミネセンス強度の空間的な変動が検査され特定される。図５に示すように、汎用コンピュータ５５０は、像捕捉デバイス５３０によって記録されたホトルミネセンス像を適切な通信インターフェースおよび／または記憶デバイスを含んでいてもよい通信チャンネル５５２を経由して取得し解析することができる。画像処理技術は、ソフトウェア、ハードウェア、またはその２つの組み合わせで実施してもよい。像形成は、処理が遅いために生産検査ツールとしての産業用途には適さないホトルミネセンスマッピング、および典型的には半導体の小面積の検査に関する分光検査とは異なるものである。本発明のこの実施形態に係るシステムは、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の欠陥領域を特定するのに用いることができる。
【００７６】
エレクトロルミネセンス像形成は、電圧変化手段５６０または電気技術において知られている他の適切な順方向バイアス発生手段を用いて、間接バンドギャップ半導体デバイス５４０の接点端子間に順方向のバイアス（すなわち、電圧または電流）を印加することによって行うことができる。エレクトロルミネセンス像は、前述のホトルミネセンス像形成と同様にして像捕捉デバイス５３０を用いて捕捉し、汎用コンピュータ５５０を用いて処理することができる。なお、光源５１０、コリメータ５１２、干渉ショートパスフィルタ５１４、およびホモジナイザ５１６は、エレクトロルミネセンス像形成の場合には用いられない。
【００７７】
以上の説明は、例示的な実施形態を提供するだけであり、本発明の範囲、用途、または構成を限定するものではない。例示的な実施形態の説明は、本発明の実施を可能にする説明を当業者に提供する。請求の範囲に記載されるように、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、構成要素の機能および配置におけるさまざまな変更を加えることができる。
【００７８】
本明細書において言及された特定の特徴、要素、およびステップは、本発明の関する技術分野において既知の相等物がある場合、それらの相等物は個々に記載されているのと同様に本明細書に組み込まれているものとみなされる。また、特定の実施形態に関して言及されている特徴、要素、およびステップは、特段の逆の記載がない限り、他のいずれの実施形態の部分を任意に形成することができる。
【００７９】
本明細書に用いられる用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、範囲が限定されず、非限定的な意味を有する。例えば、この用語は、「主として含むが必ずしも単独ではない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｐｒｉｎｃｉｐａｌｌｙ，ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｎｅｃｅｓｓａｒｉｌｙ  ｓｏｌｅｌｙ）」を意味するものであり、「本質的に〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」または「唯一〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｎｌｙ  ｏｆ）」を意味するものではない。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）、（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、および「〜で構成される（ｉｓ  ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ  ｏｆ）」などの用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」の変形は相当する意味を有する。
【図５】
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【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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