(57)【要約】  本発明は、太陽電池または太陽電池の中間製品である、エミッタとベースとを含む半導体構造物を測定するための方法であって、  半導体構造物内にルミネセンス放射を発生させ、半導体構造物から発するルミネセンス放射の空間分解測定が行われる際に、第１の測定が第１の測定条件ａにて実施され、この測定で得られた測定データから、少なくとも第１の測定で得られた測定データに依存して、太陽電池の多数の測定点ｘｉのための、空間分解され電圧キャリブレーションされた第１の電圧画像Ｖａ（ｘｉ）が決定されるステップＡと、  多数の測定点ｘｉのための、空間分解された暗飽和電流ｊｏ（ｘｉ）と空間分解されたエミッタ層抵抗ｐ（ｘｉ）と空間分解された局所直列抵抗ＲＳ（ｘｉ）の少なくとも１つに関する半導体構造物の空間分解された特性が少なくともステップＡで決定された第１の電圧画像Ｖａ（ｘｉ）に依存して決定されるステップＢとを備えたものに関する。  本発明は、ステップＡにおいてさらに、第１の測定条件ａとは異なる第２の測定条件ｂにて少なくとも第２の測定が実施されることで得られた少なくとも第２の測定の測定データに依存して、多数の測定点ｘｉのための、空間分解され電圧キャリブレーションされた第２の電圧画像Ｖｂ（ｘｉ）がステップＡで得られた測定データから決定され、  ステップＡにおいて、第１の測定と第２の測定の際、ルミネセンス放射は半導体構造物が励起電磁線で面状照射されることによって発生させられ、  第１の測定の測定条件ａと第２の測定の測定条件ｂは、励起電磁線の強度、スペクトル組成、半導体構造物に電気接点形成を経て印加される所定の外部電圧Ｖｅｘｔの少なくとも１つに関して相違しており、さらに、それぞれの測定条件（ａ、ｂ）に加えて、それぞれの測定条件下にて短絡条件の存在時に流れる電流の、電圧とは無関係かつ測定点とは無関係の短絡電流密度（ｊＰ，ａ、ｊＰ，ｂ）がそれぞれ設定または測定あるいはその両方がなされ、かつ  ステップＢにおいて、各測定点ｘｉのための、空間分解された電気的特性の決定が、各測定条件に関する少なくとも短絡電流密度（ｊＰ，ａ、ｊＰ，ｂ）と、電圧に依存しかつ測定点に依存した暗電流密度（ｊＤ，ａ（ｘｉ）、ｊＤ，ｂ（ｘｉ））とに依存して行われ、その際、暗電流密度（ｊＤ，ａ（ｘｉ）、ｊＤ，ｂ（ｘｉ））は少なくとも、電圧とは無関係の暗飽和電流密度ｊｏ（ｘｉ）と、第１と第２の電圧画像（Ｖａ（ｘｉ）、Ｖｂ（ｘｉ））から求められる測定点ｘｉのための第１の電圧及び第２の電圧に依存していることを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池または太陽電池の中間製品である、エミッタとベースとを含む半導体構造物を測定するための方法であって、
前記半導体構造物内にルミネセンス放射を発生させ、前記半導体構造物から発する前記ルミネセンス放射の空間分解測定が行われる際に、第１の測定が第１の測定条件ａにて実施され、この測定で得られた測定データから、少なくとも前記第１の測定で得られた測定データに依存して、太陽電池の多数の測定点ｘｉのための、空間分解され電圧キャリブレーションされた第１の電圧画像Ｖａ（ｘｉ）が決定されるステップＡと、
前記多数の測定点ｘｉのための、空間分解された暗飽和電流ｊｏ（ｘｉ）と空間分解されたエミッタ層抵抗ｐ（ｘｉ）と空間分解された局所直列抵抗ＲＳ（ｘｉ）のうちの少なくとも１つに関する前記半導体構造物の空間分解された特性が少なくとも前記ステップＡで決定された前記第１の電圧画像Ｖａ（ｘｉ）に依存して決定されるステップＢと、
を備えたものにおいて、
ステップＡにおいてさらに、前記第１の測定条件ａとは異なる第２の測定条件ｂにて少なくとも第２の測定が実施されることで得られた少なくとも前記第２の測定の測定データに依存して、前記多数の測定点ｘｉのための、空間分解され電圧キャリブレーションされた第２の電圧画像Ｖｂ（ｘｉ）が前記ステップＡで得られた前記測定データから決定され、
前記ステップＡにおいて、前記第１の測定と前記第２の測定の際、前記ルミネセンス放射は前記半導体構造物が励起電磁線で面状照射されることによって発生させられ、
前記第１の測定の測定条件ａと前記第２の測定の測定条件ｂは、前記励起電磁線の強度、スペクトル組成、前記半導体構造物に電気接点形成を経て印加される所定の外部電圧Ｖｅｘｔの少なくとも１つに関して相違しており、
さらに、それぞれの測定条件（ａ、ｂ）に加えて、それぞれの測定条件下にて短絡条件の存在時に流れる電流の、電圧とは無関係かつ測定点とは無関係の短絡電流密度（ｊＰ，ａ、ｊＰ，ｂ）がそれぞれ設定または測定あるいはその両方がなされ、かつ
前記ステップＢにおいて、各測定点ｘｉのための、空間分解された電気的特性の決定が、各測定条件に関する少なくとも前記短絡電流密度（ｊＰ，ａ、ｊＰ，ｂ）と、電圧に依存しかつ測定点に依存した暗電流密度（ｊＤ，ａ（ｘｉ）、ｊＤ，ｂ（ｘｉ））とに依存して行われ、その際、前記暗電流密度（ｊＤ，ａ（ｘｉ）、ｊＤ，ｂ（ｘｉ））は少なくとも、電圧とは無関係の前記暗飽和電流密度ｊｏ（ｘｉ）と、前記第１と第２の電圧画像（Ｖａ（ｘｉ）、Ｖｂ（ｘｉ））から求められる測定点ｘｉのための第１の電圧及び第２の電圧に依存していることを特徴とする半導体構造物測定方法。
【請求項２】
前記ステップＢにおいて、さらに、前記第２の測定条件ａの場合には外部電圧Ｖｅｘｔ，ａに依存し、前記第２の測定条件ｂの場合には外部電圧Ｖｅｘｔ，ｂに依存して、各測定点ｘｉのための空間分解された電気的特性の決定が行われ、その際、
前記ステップＡにおいて、前記第１と第２の測定時に、前記半導体構造物には電気接点が形成され、この電気接点形成を経て、前記第１の測定条件ａ時には前記外部電圧Ｖｅｘｔ，ａが、前記第２の測定条件ｂ時には前記外部電圧Ｖｅｘｔ，ｂが設定されているかまたは、
前記電圧Ｖｅｘｔ，ａに代えて、前記電圧画像Ｖａ（ｘｉ）において最小電圧を有する測定点の電圧が設定され、すなわち、
すべての測定点ｘｉのためにＶｅｘｔ，ａ＝Ｍｉｎ（Ｖａ（ｘｉ））、
同じく、すべての測定点ｘｉのためにＶｅｘｔ，ｂ＝Ｍｉｎ（Ｖｂ（ｘｉ））
が設定されることを特徴とする請求項１に記載の半導体構造物測定方法。
【請求項３】
前記ステップＢにおいて、各測定点ｘｉのための空間分解された電気的特性の決定は、前記第１と第２の電圧画像Ｖａ（ｘｉ）とＶｂ（ｘｉ）のそれぞれにつき１個の方程式（Ｇａ、Ｇｂ）を有する連立方程式が解かれることによって行われ、その際、方程式Ｇａは少なくとも、空間分解された、電圧とは無関係の前記局所直列抵抗Ｒｓ（ｘｉ）、前記電圧Ｖａ（ｘｉ）、前記外部電圧Ｖｅｘｔ，ａ、前記短絡電流密度ｊＰ，ａおよび前記暗電流密度ｊＤ，ａ（ｘｉ）を有し、同様に、Ｇｂは少なくとも、ＲＳ（ｘｉ）、Ｖｂ（ｘｉ）、Ｖｅｘｔ，ｂ、ｊＰ，ｂおよびｊＰ，ｂ（ｘｉ）を有しており、
前記連立方程式によって前記ＲＳ（ｘｉ）またはｊｏ（ｘｉ）あるいはその両方が決定されることを特徴とする請求項２に記載の半導体構造物測定方法。
【請求項４】
前記方程式Ｇａは式１ａに基づく以下の関数構造
【数１】
2013503354.tif 000011
を有し、
前記方程式Ｇｂは式１ｂに基づく以下の関数構造
【数２】
2013503354.tif 000012
を有していることを特徴とする請求項３に記載の半導体構造物測定方法。
【請求項５】
前記ステップＢにおいて、各測定点ｘｉのための空間分解された電気的特性の決定は、前記第１と第２の電圧画像Ｖａ（ｘｉ）とＶｂ（ｘｉ）のそれぞれにつき１個の方程式（Ｇａ’、Ｇｂ’）を有する連立方程式が解かれることによって行われ、その際、方程式Ｇａ’は少なくとも、空間分解された、電圧とは無関係のエミッタ層抵抗ｐ（ｘｉ）、前記電圧Ｖａ（ｘｉ）、前記短絡電流密度ｊＰ，ａおよび前記暗電流密度ｊＤ，ａ（ｘｉ）を有し、同様に、Ｇｂ’は少なくとも、ｐ（ｘｉ）、Ｖｂ（ｘｉ）、ｊＰ，ｂおよびｊＰ，ｂ（ｘｉ）を有しており、
前記連立方程式によってｐ（ｘｉ）またはｊｏ（ｘｉ）あるいはその両方が決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体構造物測定方法。
【請求項６】
前記方程式Ｇａ’は式２ａに基づく以下の関数構造
【数３】
2013503354.tif 000013
を有し、
前記方程式Ｇｂ’は式２ｂに基づく以下の関数構造
【数４】
2013503354.tif 000014
を有していることを特徴とする請求項５に記載の半導体構造物測定方法。
【請求項７】
前記測定データ中の雑音は、前記の式２ａと式２ｂとにおけるラプラス演算子に基づく２つの導出が、数学的適合法によって決定される多項式の導出によって置換されるまたは前記多項式中においてＭａｒｒ−Ｈｉｌｄｒｅｔｈ演算子が前記画像に適用されることによって低減化されることを特徴とする請求項６に記載の半導体構造物測定方法。
【請求項８】
さらに、各測定点ｘｉと前記第１の測定条件ａおよび第２の測定条件ｂのそれぞれにつき、潜在無負荷電圧（Ｖｉｍｐｌ，ａ、Ｖｉｍｐ，ｂ）が測定され、前記電圧キャリブレーションされた電圧画像Ｖａ（ｘｉ）およびＶｂ（ｘｉ）はさらにこの潜在無負荷電圧に基づいて決定されることを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載の半導体構造物測定方法。
【請求項９】
前記ステップＡにおいて、前記第１の測定条件ａ時における照明強度および励起電磁線のスペクトルは第２の測定条件ｂ時におけるそれと基本的に同一であるが、他方、測定条件ａ時においては、第２の測定条件ｂ時に所与の外部電圧Ｖｅｘｔ，ｂとは異なる外部電圧Ｖｅｘｔ，ａが設定されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体構造物測定方法。
【請求項１０】
前記半導体構造物は太陽電池または太陽電池の中間製品であり、
前記ステップＡにおいて、前記第１の測定条件ａは、電気接点形成を経て標準条件下で太陽電池の短絡電流の１５％〜３５％の範囲の電流、好ましくは約２５％の電流が流れるように選択されており、
前記第２の測定条件ｂは、電気接点形成を経て標準条件下で太陽電池の短絡電流の６５％〜８５％の範囲の電流、好ましくは約７５％の電流が流れるように選択されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体構造物測定方法。
【請求項１１】
前記暗電流密度（ｊＤ，ａ（ｘｉ）、ｊＤ，ｂ（ｘｉ））はシングルダイオードモデルによって記述され、特に、以下の式３ａおよび３ｂ
【数５】
2013503354.tif 000015
によって記述されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体構造物測定方法。
【請求項１２】
前記ステップＡにおいてさらに、前記第１の測定条件ａおよび第２の測定条件ｂとは異なる第３の測定条件ｃ下でさらに別の測定が実施され、さらに別の第３の電圧画像Ｖｃ（ｘｉ）が決定され、前記暗電流密度はさらに別の数値に基づいて記述され、前記ステップＢにおいて、前記半導体構造物の空間分解された特性の決定が少なくとも３個の電圧画像に依存して行われ、
前記暗電流密度はさらに、電圧とは無関係の局所並列抵抗ＲＰ（ｘｉ）によって記述され、好ましくは以下の式４ａ〜４ｃ
【数６】
2013503354.tif 000016
によって記述されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体構造物測定方法。
【請求項１３】
前記ステップＡにおいてさらに、前記第１、第２、第３の測定条件ａ、ｂ、ｃとは異なる第４の測定条件ｄ下でさらに別の測定が実施され、前記ステップＢにおいて、さらに別の第４の電圧画像Ｖｄ（ｘｉ）が決定され、前記暗電流密度はさらに別の数値に基づいて記述され、前記ステップＣにおいて、前記半導体構造物の空間分解された特性の決定が少なくとも４個の前記電圧画像に依存して行われ、
前記暗電流密度はさらに、ダイオード因子２を有する第２のダイオード依存性によって記述され、好ましくは、以下の式５ａ〜５ｄ
【数７】
2013503354.tif 000017
によって記述されることを特徴とする請求項１２に記載の半導体構造物測定方法。
【請求項１４】
前記ステップＢにおいて求められた電圧画像は、劣化した前記ルミネセンス放射による電圧画像がシャープネスフィルタ好ましくはウィーナー・フィルタによって修正されることにより、測定雑音ならびにその他の測定方法欠陥を免れることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の半導体構造物測定方法。
【請求項１５】
前記ステップＡにおいて、前記第１測定条件ａおよび第２測定条件ｂとは異なる測定条件下で少なくとも１つのさらに別の測定が実施されて、少なくとも１個のさらに別の電圧キャリブレーションされた画像が決定され、前記ステップＢにおいて、過剰に立てられた連立方程式が最小２乗法等によって解かれることを特徴とする請求項３または５に記載の半導体構造物測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１に記載の半導体構造物を測定するための方法に関し、この場合、前記半導体構造物とはエミッタとベースとを含んでいる太陽電池または太陽電池の中間製品である。
【背景技術】
【０００２】
間接半導体たとえばシリコンを基礎とした半導体構造物において、前記半導体構造物内に生ずるルミネセンス放射に基づいて前記半導体構造物の物理的特性を解明することは公知に属する。とりわけルミネセンス放射測定は、太陽電池または太陽電池の中間製品であって少なくともエミッタとベースとを有する半導体構造物において、空間分解によって電気的特性値を測定するために使用される。
【０００３】
この場合、たとえば、Ｗｕｅｒｆｅｌ，Ｐ．  ｅｔ  ａｌ，“Ｄｉｆｆｓｉｏｎｓ  ｌｅｎｇｔｈｓ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ｆｒｏｍ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｉｍａｇｅｓ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  ２００７．  １０１（１２３１１０）：  ｐ．１−１０に記載されているように、ルミネセンス放射測定から半導体材料の拡散距離を決定することが知られている。
【０００４】
太陽電池の特性決定、特に、工業的に製造された太陽電池の品質のチェックには、さらにその他の電気的特性値を空間分解によって測定すること、特に、暗飽和電流、エミッタ層抵抗および局所直列抵抗を空間分解によって測定することが望ましい。
【０００５】
基本的に半導体構造物に励起電圧を印加することによって生ずるルミネセンス放射（いわゆる「エレクトロルミネセンス放射」）において、異なる測定条件時のエレクトロルミネセンスの２つの空間分解測定から暗飽和電流を空間分解測定することが知られている。この種の方法は、Ｍ．Ｇｌａｔｔｈａａｒ，  Ｊ．Ｇｉｅｓｅｃｋｅ，  Ｍ．Ｋａｓｅｍａｎｎ，  Ｊ．Ｈａｕｎｓｃｈｉｌｄ，  Ｍ．Ｔｈｅ，  Ｗ．Ｗａｒｔａ，＆  Ｓ．Ｒｅｉｎ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  １０５，  １１３１１０／１−５（２００９）に述べられている。ただし、この測定方法には、たとえばエミッタ層抵抗が前以て知られていると共に、空間的に不変でなければならないという短所が付随している。しかしながら、特に工業的に製造された太陽電池において、エミッタ層抵抗は太陽電池の表面に沿って変動することが多いため、上記の条件は満たされていない。さらに、この方法は長い測定時間を要するために、製造プロセスにインラインで使用することができない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｗｕｅｒｆｅｌ，Ｐ．  ｅｔ  ａｌ．，“Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｓ  ｌｅｎｇｔｈｓ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ  ｆｒｏｍ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｉｍａｇｅｓ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  ２００７．１０１（１２３１１０）：  ｐ．１−１０
【非特許文献２】Ｍ．Ｇｌａｔｔｈａａｒ，  Ｊ．Ｇｉｅｓｅｃｋｅ，  Ｍ．Ｋａｓｅｍａｎｎ，  Ｊ．Ｈａｕｎｓｃｈｉｌｄ，  Ｍ．Ｔｈｅ，  Ｗ．Ｗａｒｔａ，  ＆  Ｓ．Ｒｅｉｎ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  １０５，  １１３１１０／１−５（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、半導体構造物の暗飽和電流および／または直列抵抗および／またはエミッタ層抵抗を、それらの数値のいずれかが前以て知られているまたは空間的に不変でなければならないという制限なしに、ルミネセンス測定によって空間分解測定することを可能にする半導体構造物の測定方法を創作することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は請求項１に記載の半導体構造物測定方法によって解決される。前記方法の好適な実施態様は請求項２〜１５に記載した通りである。
【０００９】
上記半導体構造物は太陽電池または太陽電池の中間製品である。重要な点は、上記半導体構造物はすでにエミッタとベースとを含んでいることである。
【００１０】
本発明による半導体構造物測定方法は以下の方法ステップを含んでいる：
【００１１】
ステップＡにおいて、上記半導体構造物内にルミネセンス放射を発生させ、前記半導体構造物から発するルミネセンス放射の空間分解測定が行われる。太陽電池は一般に面状構造物であり、つまり、太陽電池の表側および裏側は、太陽電池の厚さに比較して、遥かに大きな長さと幅とを有している。それゆえ、以下において、「空間分解」なる表現は常に、太陽電池の表側および／または裏側と平行をなす複数の測定点にもっぱら関係しており、太陽電池の厚さ方向つまり表側または裏側に対して垂直をなす線に沿った複数の測定点の配置には関係していない。
【００１２】
ステップＡにおいて、第１の測定条件ａにて、上記ルミネセンス放射の少なくとも第１の空間分解測定が行われる。
【００１３】
さらに、ステップＡにおいて、ステップＡで得られた上記測定データから、少なくとも空間分解され電圧キャリブレーションされた第１の電圧画像が測定される。この場合、「電圧キャリブレーションされた画像」なる用語は、空間分解され、電圧キャリブレーションされた電圧画像Ｖａ（ｘｉ）を意味しており、つまり、上記太陽電池の前記測定点ｘｉに対応する多数の電圧値を意味している。その際、これらの電圧値はそれぞれの前記測定条件時に局所的に前記測定点ｘｉで上記半導体構造物に印加されている電圧ないし、エミッタとベースとの間に形成されたｐｎ接合を経て局所的に降下する電圧を表している。したがって、ステップＢにおいて、上記第１の測定条件に基づき、空間分解された第１の電圧画像Ｖａ（ｘｉ）が測定される。
【００１４】
ステップＢにおいて、多数の測定点ｘｉのための、空間分解された暗飽和電流ｊｏ（ｘｉ）および／または空間分解されたエミッタ層抵抗ｐ（ｘｉ）および／または空間分解された局所直列抵抗Ｒｓ（ｘｉ）に関する上記半導体構造物の空間分解された特性が決定されるが、その際、前記決定はステップＡで決定された電圧キャリブレーションされた電圧画像に依存して行われる。
【００１５】
重要な点は、ステップＡにおいてさらに、上記第１の測定条件ａとは相違する第２の測定条件ｂにて少なくとも第２の測定が実施されることによって得られた少なくとも前記第２の測定の測定データに依存して、上記多数の測定点ｘｉのための、空間分解され電圧キャリブレーションされた第２の電圧画像Ｖｂ（ｘｉ）がステップＡで得られた測定データから測定されることである。ステップＡにおける双方の測定に際し、上記ルミネセンス放射は基本的に上記半導体構造物が励起電磁線で面状照射されることによって生じている。さらに、上記第１および第２の測定の測定条件は、上記励起電磁線の強度および／またはスペクトル組成および／または上記半導体構造物に電気接点形成を経て印加される所定の外部電圧Ｖｅｘｔ，に関して、互いに相違している。
【００１６】
さらに、それぞれの測定条件に加えて、電圧とは無関係かつ測定点とは無関係の短絡電流密度ｊｐ，ａ／ｂが設定および／または付加的に測定される。この短絡電流密度ｊｐ，ａ／ｂは、それぞれの測定条件下にて、短絡条件（つまり、短絡した電気接点）の存在時に存在する単位面積当たり基準化された短絡電流を表している。前記測定がまだ電気パターン接点形成の行なわれていない太陽電池の中間製品について実施される場合には、所定の短絡電流密度は、太陽電池の完成後に、それぞれの測定条件の存在時に、短絡条件に際して前記電気接点間に流れるそれに等しい。
【００１７】
本発明による方法においては、ステップＢにおいて、各測定点ｘｉのための空間分解された電気的特性の測定が、少なくとも上記短絡電流密度ｊｐ，ａ／ｂと、電圧に依存しかつ測定点に依存した暗電流密度ｊＤ，ａ／ｂ（ｘｉ）とに依存して行われる。この場合、暗電流密度ｊＤ，ａ／ｂ（ｘｉ）は、少なくとも、電圧とは無関係の暗飽和電流密度ｊｏ（ｘｉ）と、それぞれの電圧キャリブレーションされた画像から結果するそれぞれの測定点ｘｉのための双方の電圧Ｖａ／ｂ（ｘｉ）とに依存した数学モデルを用いて決定される。
【００１８】
本発明による方法は、上記被測定半導体構造物において、少なくとも２個の独立したパラメータ、たとえば、局所直列抵抗Ｒｓと空間分解された暗飽和電流ｊｏまたは、空間分解されたエミッタ層抵抗ｐと空間分解された暗飽和電流ｊｏが局所的な電圧変動を引き起こし得るとの本願出願人の知見を基礎としている。上記半導体構造物の、空間分解された、電圧に依存した電流密度は、ルミネセンス測定に際し、測定点とは無関係かつ電圧とは無関係の短絡電流密度と、電圧に依存しかつ測定点に依存した暗電流密度との和によって近似させることができるため、本発明による方法においては、空間分解され、電圧キャリブレーションされた少なくとも２個の画像と、短絡電流密度ｊｐ，ａ／ｂとを使用することにより、独立した２個のパラメータの決定が可能である。ただし、これが当てはまるのは、上記ルミネセンス放射が基本的に励起電磁線によって発生させられ、したがって、前記ルミネセンス放射が光ルミネセンス放射（ＰＬ）である場合のみである。
【００１９】
したがって、従来公知の方法とは異なり、本発明による方法においては、上記短絡電流密度ｊｐ，ａ／ｂと少なくとも２個の電圧画像との設定および／または測定による付加的な情報が使用される。この点から、上記暗飽和電流密度および／または上記エミッタ層抵抗および／または上記直列抵抗を、それらの数値のいずれか（特に、暗飽和電流密度）が測定点とは無関係であるおよび／または前以て知られていなければならないという必要なしに、それぞれ空間分解によって決定することが可能であるとの利点が生ずる。
【００２０】
したがって、本発明による半導体構造物測定方法により、太陽電池の分析に際する特性決定の可能性は光ルミネセンス放射の測定によって大幅に拡張される。さらに、本発明による半導体構造物測定方法は短い測定時間で実施可能であるため、この方法は製造ラインにインラインで使用することができる。
【００２１】
好ましくは、ステップＢにおいて、さらに、測定条件ａの場合には外部電圧Ｖｅｘｔ，ａに依存し、測定条件ｂの場合には外部電圧Ｖｅｘｔ，ｂに依存して、各測定点ｘｉのための空間分解された電気的特性の決定が行われる。この場合、ステップＡにおいて、双方の測定時に、上記半導体構造物は電気接点形成されており、前記電気接点形成を経て、測定条件ａ時には上記外部電圧Ｖｅｘｔ，ａが、測定条件ｂ時には上記外部電圧Ｖｅｘｔ，ｂが設定される。これの別形態として、上記電圧Ｖｅｘｔ，ａの代わりに、電圧画像Ｖａ（ｘｉ）において最小電圧を有する測定点の電圧が設定される：すべての測定点ｘｉのためのＶｅｘｔ，ａ＝Ｍｉｎ（Ｖａ（ｘｉ））。同様に、測定条件Ｂ下において、上記外部電圧に代えて、すべての測定点ｘｉのためのＶｅｘｔ，ｂ＝Ｍｉｎ（Ｖｂ（ｘｉ））が設定される。この第２の別法はとりわけ、上記測定がまだ電気パターン接点形成の行なわれていない太陽電池の中間製品について実施される場合に有用である。したがって、この第２の形態に際し、太陽電池ないし太陽電池の中間製品は電気接点形成されていず、それゆえ、Ｖｅｘｔ，ａおよびＶｅｘｔ，ｂの値は、上述したように、前記電圧画像の最小値から求められる。したがって、この第２の別法では、開端子電圧測定条件が存在している。
【００２２】
ルミネセンス放射は基本的に上記半導体構造物が励起電磁線で面状照射されることによって発生させられる。これは上記ルミネセンス放射が「光ルミネセンス放射」であることを意味している。さらに、上記半導体構造物は、好ましくは、電気接点形成されており、前記電気接点形成によって外部電圧Ｖｅｘｔが設定されている。ただし、上記ルミネセンス放射は基本的に上記半導体構造物が励起電磁線で照射されることによって発生させられるとはいえ、本発明による方法において、好ましくはさらに、上記太陽電池の状態は上記電気接点形成と外部電圧の設定とによって与えられるものとされ、これにより、特に、上記太陽電池内の電流フローも上記電気接点形成を経て定められている。これは電圧０の設定も含んでいる。ただし、本発明による方法においては、従来公知のエレクトロルミネセンス放射測定とは異なり、基本的に外部の電圧による電流の印加に基づくルミネセンス放射の発生は行われず、ルミネセンス放射は基本的に励起電磁線によって発生させられ、上記の外部電圧は測定条件の決定に補助的に用いられる。
【００２３】
基本的な測定の形態、とりわけ、上記半導体構造物の励起電磁線による照射および上記光ルミネセンスの測定ならびに外部電圧Ｖｅｘｔを設定するための上記半導体構造物の接点形成のそれぞれの方法形態は、好ましくはそれ自体公知の方法によって行われる。とりわけ、カメラ好ましくはＣＣＤカメラを用いたそれ自体として公知の方法による上記ルミネセンス放射の測定が有利である。
【００２４】
同様に、上記第１の電圧画像及び第２の電圧画像の測定は、好ましくは、たとえばＴ．Ｔｒｕｐｋｅ，  Ｅ．Ｐｉｎｋ，  Ｒ．Ａ．Ｂａｒｄｏｓ，  ａｎｄ  Ｍ．Ｄ．Ａｂｂｏｔｔ，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９０，  ０９３５０６−１−３  （２００７）に記載されているような、それ自体公知の方法で行われる：この場合、上記双方の、空間分解され、電圧キャリブレーションされた画像のために、上記ルミネセンス放射の複数の空間分解測定が必要である：Ｔ．Ｔｒｕｐｋｅ，  Ｅ．Ｐｉｎｋ，  Ｒ．Ａ．Ｂａｒｄｏｓ，  ａｎｄ  Ｍ．Ｄ．Ａｂｂｏｔｔ，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９０，  ０９３５０６−１−３  （２００７）によれば、ＰＬ画像はさらに３個のＰＬ画像、つまり、横方向電圧差を無視することのできる僅かな照明強度時の短絡画像および無負荷画像ならびにキャリブレーションされる画像の場合と同一の照明強度時の短絡画像を援用して電圧キャリブレーションすることができる。強度が相対的に低い場合、電圧Ｖｉは各画素ｘｉにおいて上記印加された電圧Ｖｅｘｔに等しいと仮定することができる。
【００２５】
したがって、熱電圧ＶＴを含む式０から、未知のパラメータＣｖ，ｉを決定することが可能であり、その際、Ｃｂ，ｉにはそれぞれの照明強度時の短絡画像の強度が代入される：
【数１】
2013503354.tif 000002
【００２６】
したがって、キャリブレーションされる画像については以下が生ずる：
【数２】
2013503354.tif 000003
【００２７】
好ましくは、ステップＢにおいて、各測定点ｘｉのための空間分解された電気的特性の決定は、双方の電圧画像Ｖａ（ｘｉ）およびＶｂ（ｘｉ）各々につきそれぞれ１個の方程式（ＧａおよびＧｂ）を有する連立方程式が解かれることによって行われる。その際、方程式Ｇａは少なくとも、空間分解された、電圧とは無関係の局所直列抵抗Ｒｓ（ｘｉ）、電圧Ｖａ（ｘｉ）、外部電圧Ｖｅｘｔ，ａ、短絡電流密度ｊＰ，ａおよび暗電流密度ｊＤ，ａ（ｘｉ）を有している。この場合、Ｖｅｘｔ，ａは測定条件ａ時に印加されている外部電圧を意味している。同様に、方程式Ｇｂは少なくとも、ＲＳ（ｘｉ）、Ｖｂ（ｘｉ）、Ｖｅｘｔ，ｂ、ｊＰ，ｂおよびｊＰ，ｂ（ｘｉ）を有しており、その際、Ｖｅｘｔ，ｂは測定条件ｂ時に印加されている外部電圧を意味している。Ｒｓ（ｘｉ）とＪｏ（ｘｉ）とが未知数を表す２個の方程式からなる連立方程式が存在しているため、それ自体公知の方法でこれらの値の一方もしくは双方の決定が行われる。したがって、この好適な実施形態において、連立方程式を解くためのそれ自体公知の数学的方法を適用することにより、上記太陽電池の特性決定を行うための上記パラメータの決定を容易に行うことが可能である。
【００２８】
好ましくは、方程式Ｇａは以下の構造を有し
【数３】
2013503354.tif 000004
方程式Ｇｂは相応して以下のように構成されている：
【数４】
2013503354.tif 000005
【００２９】
この場合、上記の式の構造が等価変換によって部分的に変えることも本発明の範囲に含まれる。重要なのは、上記連立方程式が未知数として単にＲＳ（ｘｉ）とｊｏ（ｘｉ）とを有しているにすぎないということである。
【００３０】
さらに別の好ましい実施形態において、ステップＢにおいて各測定点ｘｉのための、双方の電圧画像Ｖａ（ｘｉ）とＶｂ（ｘｉ）のそれぞれにつき１個の方程式Ｇａ’およびＧｂ’を有する連立方程式が解かれることによって、空間分解された電気的特性の決定が行われ、その際、方程式Ｇａ’は少なくとも、空間分解された、電圧とは無関係のエミッタ層抵抗ｐ（ｘｉ）、電圧Ｖａ（ｘｉ）、外部電圧Ｖｅｘｔ，ａ、短絡電流密度ｊＰ，ａおよび暗電流密度ｊＤ，ａ（ｘｉ）を有している。同様に、方程式Ｇｂ’は少なくとも、ｐ（ｘｉ）、Ｖｂ（ｘｉ）、Ｖｅｘｔ，ｂ、ｊＰ，ｂおよびｊＰ，ｂ（ｘｉ）を有している。
【００３１】
したがって、この好適な実施形態においても、２個の方程式からなる連立方程式が存在し、この場合、エミッタ層抵抗ｐ（ｘｉ）と暗飽和電流密度ｊｏ（ｘｉ）とが２つの未知数を表しているため、上記連立方程式に基づいて、これら２つの数値の一方もしくは双方が決定される。
【００３２】
好ましくは、この場合、方程式Ｇａ’は以下の構造を有しており：
【数５】
2013503354.tif 000006
方程式Ｇｂ’は相応して以下の構造を有している：
【数６】
2013503354.tif 000007
【００３３】
この方程式は、オームの法則と連続の方程式とのコンビネーションによって得られる。好ましくは、測定データ中に雑音がある場合、式２ａと２ｂとにおけるラプラス演算子に基づく電圧の２空間導出が、数学的適合法によって測定点の周囲に適合化される二次多項式の導出によって置換されることにより、雑音が低減化される。この方法による上記２つの導出の記述自体は知られている。たとえば、Ｍ．Ｇｌａｔｔｈａａｒ，  Ｊ．Ｇｉｅｓｅｃｋｅ，  Ｍ．Ｋａｓｅｍａｎｎ，  Ｊ．Ｈａｕｎｓｃｈｉｌｄ，  Ｍ．Ｔｈｅ，  Ｗ．Ｗａｒｔａ  ａｎｄ  Ｓ．Ｒｅｉｎ，“Ｓｐａｔｉａｌｌｙ  ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｄａｒｋ  ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ｆｒｏｍ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｉｍａｇｅｓ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  １０５，  １１３１１０（２００９）に述べられている。別なものとして、Ｄａｖｉｄ  Ｍａｒｒ，  Ｅｌｌｅｎ  Ｃａｔｈｅｒｉｎｅ  Ｈｉｌｄｒｅｔｈ，  Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｅｄｇｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎに基づく図も参照することができる。Ｔｈｅ  Ｒｏｙａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｌｏｎｄｏｎ紀要、Ｂ２０７，  １９８０，  ｐ．１８７，２１７では、Ｍａｒｒ−Ｈｉｌｄｒｅｔｈ演算子（ガウシアンのラプラシアン）がラプラス画像を計算するために使用されている。
【００３４】
好ましくは、本発明による方法においてはさらに、各測定点ｘｉと上記測定条件ａおよびｂ各々につき、潜在無負荷電圧（測定条件ａにつきＶｉｍｐｌ，ａおよび測定条件ｂにつきＶｉｍｐｌ，ｂ）が測定され、続いて、さらにこの潜在無負荷電圧に基づいて電圧キャリブレーションされた画像Ｖａ（ｘｉ）およびＶｂ（ｘｉ）が測定される。
【００３５】
好ましくは、上記潜在無負荷電圧は以下のようにして求められる：誘導測定により、少なくとも１測定点につき測定条件ａ下で、かつ、少なくとも１測定点につき測定条件ｂ下で、それぞれ前記測定点に関する潜在無負荷電圧が測定される。この測定は、たとえばＱＳＳＰＣ，  Ｒ．Ａ．Ｓｉｎｔｏｎ  ａｎｄ  Ａ，Ｃｕｅｖａｓ，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ６９，  ２５１０−２  （１９９６）に記載されているように、それ自体公知の方法で行うことができる。今や、１測定点につき、測定条件ａ下においても、測定条件ｂ下においても、上記無負荷電圧が既知であるため、この測定点につき、測定条件ａに関しても、同じく測定条件ｂに関しても、式０に基づいて因子Ｃｖ，ｉを計算することができる。この因子は測定点とは無関係であるため、これによって電圧キャリブレーションが行われて、上記双方の測定条件に関して電圧キャリブレーションされた画像Ｖａ（ｘｉ）とＶｂ（ｘｉ）とが生ずる。
【００３６】
好ましくは、上記測定条件ａとｂとは照明の強度によって相違しており、特に、太陽１個＝１０００Ｗ／ｍ２にて、測定条件ａについては太陽１個の強度、測定条件ｂについては太陽２個の強度を選択するのが有利である。
【００３７】
好ましくは、本発明による方法においては、ステップＡにおいて、測定条件ａと測定条件ｂとの間で、照明強度ならびに励起電磁線のスペクトルは変えられないが、測定条件ａ時においては、測定条件ｂ時に所与の外部電圧Ｖｅｘｔ，ｂとは異なる外部電圧Ｖｅｘｔ，ａが設定されている。
【００３８】
これは、強度または励起電磁線のスペクトルを所定通りに変化させることに比較して、上記外部電圧を変化させることが遥かに容易かつ正確に実現可能であるとの利点を有している。さらに別の好適な実施形態において、測定条件ａは、電気接点形成を経て標準条件下で太陽電池の短絡電流の１５％〜３５％の範囲の電流、好ましくは約２５％の電流が流れるように選択されている。この場合、標準条件とは、この太陽電池のタイプに適用される標準テスト条件を意味している。太陽光から発電を行うためのシリコン太陽電池の場合、これは通例、スペクトルＡＭ１．５での太陽の照明強度（１．０００Ｗ／ｍ２）である。さらに、測定条件ｂは、電気接点形成を経て標準条件下で太陽電池の短絡電流の６５％〜８５％の範囲の電流、好ましくは約７５％の電流が流れるように選択されている。こうした測定条件の選択は、このパラメータが太陽電池の標準運転についても妥当するとの利点を有している。さらに、太陽は電池の適度な加熱を生ずるにすぎない。強度が低下すれば電流は低下し、したがって、それから情報が得られる横方向電圧差も減少する。
【００３９】
上記暗電流密度ｊＤ，ａ／ｂ（ｘｉ）は、好ましくは、太陽電池を記述するためのそれ自体公知のシングルダイオードモデルにより、特に、式３ａおよび３ｂによって記述される：
【数７】
2013503354.tif 000008
【００４０】
本発明による方法のさらに別の好ましい実施形態においては、ステップＡにおいてさらに、上記測定条件ａおよびｂとは異なる測定条件ｃ下でさらに別の測定が行われ、ステップＢにおいて相応して、さらに別の電圧画像Ｖｃ（ｘｉ）が測定される。引き続き、暗電流密度ｊＤ，ａ／ｂ／ｃ（ｘｉ）がさらに、別の数値に基づいて記述され、ステップＢにおいて、少なくとも３個の電圧画像Ｖａ，ｂ，ｃ（ｘｉ）に依存して、上記半導体構造物の空間分解された特性の決定が実施される。したがって、この好ましい実施形態において、さらに別の（未知の）数値の採用によって暗電流密度のより正確な記述が可能であり、その際、さらに別の前記数値によりさらに必要とされる情報は第３の電圧画像Ｖｃ（ｘｉ）によって得られる。これにより、上記暗電流密度ｊＤ，ａ／ｂ／ｃ（ｘｉ）のより正確な記述が可能であるために、相応して、ステップＢで決定される数値のより正確な結果が達成される。
【００４１】
この場合、好ましくは、上記暗電流密度はさらに電圧とは無関係の局所並列抵抗ＲＰ（ｘｉ）により、好ましくは式４ａ〜４ｃによって記述される：
【数８】
2013503354.tif 000009
【００４２】
特に、ステップＡにおいてさらに、上記測定条件ａ、ｂおよびｃとは異なる測定条件ｄ下でさらに別の測定を実施し、ステップＢにおいて相応して第４の電圧画像Ｖｄ（ｘｉ）を決定し、上記暗電流密度ｊＤ，ａ／ｂ／ｃ／ｄ（ｘｉ）をさらに別の数値に基づいて記述するのが有利である。相応してステップＢにおいて、少なくとも４個の電圧画像Ｖａ，ｂ，ｃ，ｄ（ｘｉ）に依存して、上記半導体構造物の空間分解された特性の決定が行われる。この場合、好ましくは、上記暗電流密度はさらに、付加的なダイオード因子２を有するそれ自体公知のダブルダイオードモデルに基づく第２のダイオード依存性により、好ましくは式５ａ〜５ｄによって記述される：
【数９】
2013503354.tif 000010
【００４３】
本発明による方法のさらに別の好ましい実施形態において、ステップＢにおいて求められた電圧画像は、劣化したこのルミネセンス画像がシャープネスフィルタ（たとえば、ウィーナー・フィルタ：Ｎｏｒｂｅｒｔ  Ｗｉｅｎｅｒ：Ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ，  Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ，  ａｎｄ  Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ  ｏｆ  Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ  Ｔｉｍｅ  Ｓｅｒｉｅｓ．  Ｗｉｌｅｙ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ  １９４９）によって修正されることにより、その他の測定方法の欠陥を避けることができる。
【００４４】
測定された数値の精度を高めるには、ステップＡにおいて、上記測定条件ａおよびｂとは異なる測定条件下で少なくとも１つのさらに別の測定が実施され、相応して、少なくとも１個のさらに別の電圧キャリブレーションされた画像が決定されるのが有利である。したがって、この好適な実施形態においては、ステップＢにおいて、それ自体公知の方法により、好ましくは、最小２乗法によって解かれる超過定立された連立方程式が存在する。これによって、より高い精度が達成される。
【００４５】
上記光ルミネセンスの発生および測定は、公知の方法によって行われるが、これはたとえばＷｅｕｒｆｅｌ，  Ｐ．  ｅｔ  ａｌ，“Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｓ  ｌｅｎｇｔｈｓ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ｆｒｏｍ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｉｍａｇｅｓ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  ２００７．  １０１（１２３１１０）：ｐ．１−１０およびＰＣＴ／ＡＵ２００７／００１０５０に述べられている。
【００４６】
とりわけ、本発明による方法において、カメラたとえばＣＣＤカメラを用いて上記ルミネセンス放射を測定するのが有利である。したがって、このカメラの測定信号は上記ルミネセンス放射の強度の尺度である。特に、ＣＣＤカメラの使用によって、上記ルミネセンス放射の空間分解測定を直接（いわゆる「マッピング」によって）行うことが可能であり、換言すれば、上記半導体構造物の表面を走査ないしスキャンすることは不要である。
【００４７】
上記光ルミネセンスを発生させるための上記半導体構造物の表面の照射は、好ましくは、上記半導体構造物の被照射面に関して均一の強度で行われる。好ましくは、上記半導体構造物はノーマルスペクトル（たとえばスペクトルＡＭ１．５）で照射されるが、その他のスペクトルでの照射または、たとえばレーザによって発生させられる単色の励起電磁線での照射も同じく本発明の範囲に含まれる。同じく、上記半導体構造物を励起電磁線としての非変調光で照射するのも有利である。
【００４８】
さらに、励起電磁線での照射と、上記半導体構造物の上記ルミネセンス放射の測定とが、上記半導体構造物の同一表面で行われることも本発明の範囲に属する。この場合、励起電磁線が上記半導体構造物の表面で反射されれば、それを分離除去するため、上記ルミネセンス放射の測定に際しそれ自体公知のように光学フィルタを前置することが重要である。同じく、一方で励起電磁線による照射、他方で上記ルミネセンスの測定を、上記半導体構造物の互いに対向する２つの表面で行うことも本発明の範囲に含まれる。この測定方式においては、上記半導体構造物自体が励起電磁線に対してフィルタとして作用するため、測定プロセスにおいて、万一の場合の励起電磁線の検出に起因する雑音効果は生じない。
【００４９】
上記ルミネセンス放射の測定データは好ましくは評価装置たとえばコンピュータによって読み出され、このコンピュータによって本発明による方法に基づいてさらに処理される。
【００５０】
本発明による測定方法において外部電圧が与えられる限り、この外部電圧は好ましくは制御可能な電圧源を経て発生させられ、この電圧源はこの電圧源を制御するためのコンピュータと接続されている。
【００５１】
好適には、上記制御可能な電圧源はさらに、短絡条件下で流れる電流を測定して、この測定結果を同じく上記コンピュータに転送する電流測定装置を含んでいる。こうして、それぞれの場合に存在する測定条件時に、短絡電流密度を容易に測定することが可能である。
【国際調査報告】
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