(57)【要約】  本発明は、測定条件ＡおよびＢ下で半導体構造物中にルミネセンス放射を発生させ、半導体構造物の所定の複数の測定点につき局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉを決定し、半導体構造物の所定の複数の測定点につき局所直列抵抗ＲＳ，ｉを決定することによって半導体構造物の直列抵抗を空間分解測定するための方法に関する。重要なのは、局所直列抵抗ＲＳ．ｉはすべての局所直列抵抗に関して同一に設定された半導体構造物のグローバル直列抵抗ＲＳｇに依存して決定されることである。
2012527750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池（１）または太陽電池（１）の中間製品としての、少なくとも１つのｐｎ接合と半導体構造物の接点端子とを含んでいる当該半導体構造物の直列抵抗を空間分解測定するための方法であって、
前記半導体構造物の前記接点端子間に電圧ＶＡが存在する測定条件Ａ下で前記半導体構造物中にルミネセンス放射を発生させ、前記半導体構造物の複数の測定点につきそれぞれ当該測定点から発する前記ルミネセンス放射の局所強度ＩＬＡ，ｉを測定するステップＡと、
前記半導体構造物の前記接点端子間に電圧ＶＢが存在する測定条件Ｂ下（この測定条件Ｂにおいては、前記半導体構造物の前記接点端子間に、前記測定条件Ａの場合よりも大きな電流が流れる）で前記半導体構造物中にルミネセンス放射を発生させ、複数の測定点につきそれぞれ前記半導体構造物の当該測定点から発する前記ルミネセンス放射の局所強度ＩＬＢ，ｉを測定するステップＢと、
前記半導体構造物の所定の複数の測定点につき、当該測定点における前記ルミネセンス放射の前記局所強度と前記半導体素子に局所的に印加されている当該測定点における前記電圧との所定の数学的関係を表す局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉを、少なくとも前記ステップＡで測定された前記ルミネセンス放射の強度ＩＬＡ，ｉと測定条件Ａ時に前記半導体構造物の前記接点端子間に存在する前記電圧ＶＡとに依存させて決定するステップＣと、
前記半導体構造物の所定の複数の測定点につき、局所直列抵抗ＲＳ，ｉを、それぞれ、少なくとも前記ステップＢで測定された前記ルミネセンス放射の少なくとも１つの局所強度ＩＬＢ，ｉと前記ステップＣで決定された少なくとも１つの局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉとに依存させて決定するステップＤと
を含み、
前記ステップＤにおいて、前記局所直列抵抗ＲＳ，ｉを、すべての局所直列抵抗に関して同一に設定された前記半導体構造物のグローバル直列抵抗ＲＳｇに依存させて決定することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ステップＤにおいて、すべての局所直列抵抗に関して同一のグローバルスケーリング係数ｆでスケーリングされ、その際、前記グローバルスケーリング係数ｆは、前記局所直列抵抗ＲＳ，ｉが前記グローバル直列抵抗ＲＳｇに対して所定の数学的比率を有するように、前記局所直列抵抗ＲＳ，ｉを決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記グローバルスケーリング係数ｆは、前記局所直列抵抗ＲＳ，ｉの所定の平均、好ましくは算術平均が前記グローバル直列抵抗ＲＳｇに等しくなるよう決定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記半導体構造物は、前記測定条件Ａにおいては前記接点端子に前記電圧ＶＡが印加され、前記測定条件Ｂにおいては前記電圧ＶＢが印加され、その際、いずれの測定条件においても前記半導体構造物は電磁線に曝露されないか、もしくは僅かに曝露されるにすぎないために、前記半導体構造物中を流れる電流は実質的にそれぞれの場合の前記印加電圧に起因しており、しかも、ＶＡはＶＢよりも小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップＡにおける前記強度ＩＬＡの測定時の測定時間は、前記ステップＢにおける前記強度ＩＬＢの測定時の測定時間の少なくとも３倍、好ましくは約５倍の大きさであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記測定条件Ａにおいて、前記半導体構造物の前記接点端子間には、前記半導体構造物の通常条件下で流れる短絡電流の３０％以下、好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下の電流が流れることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記測定条件Ｂにおいて、前記半導体構造物の前記接点端子間には、前記半導体構造物の通常条件下で流れる短絡電流の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％、より好ましくは約１００％に達する電流が流れることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ステップＣにおいて、前記局所ルミネセンス放射強度ＩＬＡ，ｉと前記電圧ＶＡとの間には、好ましくは以下の式１、
【数１】
2012527750.tif 000010
に示すように、前記ステップＣで決定される前記局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉと熱応力ＶＴとで表される指数関数関係が設定されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ステップＤにおいて、各々の局所直流抵抗は以下の式２、
【数２】
2012527750.tif 000011
により、局所電圧Ｖｉと局所電流密度ｊｉとによって決定され、その際、前記局所電圧は少なくとも前記ステップＢで測定された前記局所強度ＩＢ，ｉと前記ステップＢで決定された前記局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉとに依存して決定され、前記局所電流密度ｊｉは以下の式３、
【数３】
2012527750.tif 000012
により、前記局所電圧Ｖｉ、前記熱応力ＶＴおよび局所暗飽和電流密度ｊ０，ｉを用いて決定されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記局所暗飽和電流密度ｊ０ｉは以下の式４、
【数４】
2012527750.tif 000013
により、前記局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉと前記グローバルスケーリング係数ｆとを用いて決定されることを特徴とする、少なくとも請求項２または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップＡにおいてさらに、前記半導体構造物の前記接点端子間に電圧ＶＡ’が存在する第２の測定条件Ａ’下で上記半導体構造物中にルミネセンス放射が少なくとも１回発生させられて、前記半導体構造物の複数の測定点につきそれぞれ当該測定点から発する前記ルミネセンス放射の局所強度ＩＬＡ，ｉ’が測定され、その際、前記測定条件Ａ’においては、前記半導体構造物の前記接点端子間に前記測定条件Ａの場合とは異なった電流が流れ、
前記ステップＣにおいて、前記局所ルミネセンス放射の強度ＩＬＡ，ｉと前記電圧ＶＡとの間には、以下の式５、
【数５】
2012527750.tif 000014
により、前記熱応力ＶＴと、前記局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉとｍＶ，ｉとで表される指数関数関係が与えられ、
前記ステップＣにおいて、前記局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉとｍＶ，ｉとは前記測定された強度ＩＬＡ，ｉとＩＬＡ，ｉ’とに依存して決定され、
前記ステップＤにおいて、前記局所直列抵抗ＲＳ，ｉはそれぞれさらに前記局所キャリブレーションパラメータｍＶ，ｉに依存して決定されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念記載の、半導体構造物の直列抵抗を空間分解測定するための方法に関し、詳しくは、当該半導体構造物とは太陽電池または少なくとも１つのｐｎ接合と接点端子とを含んでいる太陽電池製造時の中間製品である。
【背景技術】
【０００２】
直列抵抗が高いことは一般に太陽電池の効率の低下をもたらすことになるから、直列抵抗は太陽電池を特徴付けるための重要な値である。なお、太陽電池の全直列抵抗は複数の成分から合成され、たとえば、金属パターン接点の横伝導抵抗、ドーピング層たとえばエミッタ層の横伝導抵抗および／または金属パターン接点とドーピング層の間の接触抵抗は全直列抵抗に大きく影響を与える。
【０００３】
太陽電池に特徴を付与するには、及び太陽電池製造時のプロセス制御を行うには、太陽電池の直列抵抗を空間分解測定すること、つまり、複数の測定点につきそれぞれ局所直列抵抗を求めることが望ましい。局所直列抵抗の分布を通じて、局所的に不均一なプロセス条件または欠陥要素たとえばメタライジングパターンの途切れを推定することが可能である。
【０００４】
直列抵抗を空間分解測定するための複数の測定方法が知られているが、この種の測定方法には、特に、太陽電池内で生ずるルミネセンス放射の空間分解測定が適当である。太陽電池の表面から発するルミネセンス放射をＣＣＤカメラを用いて空間分解測定し、それから直列抵抗を空間分解によって決定することは既知である。
【０００５】
非特許文献１である、Ｔ．Ｔｒｕｐｋｅ，  Ｅ．Ｐｉｎｋ，  Ｒ．Ａ．Ｂａｒｄｏｓ，ａｎｄ  Ｍ．Ｄ：Ａｂｂｏｔｔ著、“Ｓｐａｔｉａｌｌｙ  ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｓｅｒｉｅｓ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ｏｂｔａｉｎｅｄ  ｆｒｏｍ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ”，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９０，  ０９３５０６（２００７）には、それ自体公知の方法で太陽電池を照射してルミネセンス放射を発生させ、このいわゆる光ルミネセンス放射をＣＣＤカメラで空間分解測定する方法が記載されている。ここでは、異なる測定条件下で２つの光ルミネセンス放射画像が撮像され、その際、測定条件Ａにおいてはオープン端子条件が存在し（つまり、接点端子間に電流は流れておらず）、測定条件Ｂにおいては太陽電池から電流が取り出される。さらに、前述した２つの画像の測定値修正のために、短絡条件下での少なくとも１つの第３の光ルミネセンス放射画像が必要である。
【０００６】
測定条件Ａにて撮像された測定画像から空間分解キャリブレーションパラメータＣｉが決定され、その際、それぞれの測定点ｉにつきそれぞれ１キャリブレーションパラメータが算定される。このキャリブレーションパラメータによって、測定条件Ｂにて測定された局所ルミネセンス放射強度は太陽電池のそれぞれの測定点に局所的に印加されている電圧に換算される。
【０００７】
太陽電池全体につき暗飽和電流に関する統一的な値が想定可能であるとの前提で、太陽電池の局所電気的特性をモデル化する近似法としてそれ自体公知のシングルダイオードモデルをもちいて、局所直列抵抗を決定することが可能である。
【０００８】
ただし、工業的に製造された一般の太陽電池、特に多結晶シリコン太陽電池において、局所的に均一な暗飽和電流から、始めることはできない。それゆえ、この種の太陽電池の場合、局所直列抵抗の定量測定のために、さらに暗飽和電流の空間分解測定が必要である。
そのため、通例、その他の測定条件下でのさらなる光ルミネセンス測定、たとえば異なる波長の電磁線を太陽電池に照射することが必要である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｔ．Ｔｒｕｐｋｅ，  Ｅ．Ｐｉｎｋ，  Ｒ．Ａ．Ｂａｒｄｏｓ，ａｎｄ  Ｍ．Ｄ：Ａｂｂｏｔｔ著、“Ｓｐａｔｉａｌｌｙ  ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｓｅｒｉｅｓ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ｏｂｔａｉｎｅｄ  ｆｒｏｍ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ”，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９０，  ０９３５０６（２００７）
【非特許文献２】Ｄ．Ｐｙｓｃｈ，  Ａ．Ｍｅｔｔｅ，  ａｎｄ  Ｓ．Ｗ．Ｇｌｕｎｚ著、Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ＆  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  ９１，  １６９８-７０６（２００７）
【非特許文献３】Ａ．Ｇ．Ａｂｅｒｌｅ，  Ｓ．Ｒ．Ｗｅｎｈａｍ，  ａｎｄ  Ｍ．Ａ．Ｇｒｅｅｎ著、“Ａ  ｎｅｗ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ａｃｃｕｒａｔｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｌｕｍｐｅｄ  ｓｅｒｉｅｓ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｏｆ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ”，  Ｌｏｕｉｓｖｉｌｌｅ，  Ｋｅｎｔｕｃｋｙ，  ＵＳＡ，  １９９３（ＩＥＥＥ；  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ＮＹ，  ＵＳＡ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の目的は、半導体構造物の直列抵抗の空間分解測定を行うための測定方法を改善して、所要の測定画像数を減少するか、または直列抵抗の空間分解測定に要する総時間を低減するかあるいはその両方を実現することである。さらに、本発明による測定方法を太陽電池生産ライン中のインライン測定箇所での使用に適するよう構成することも本発明の目的のひとつである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は請求項１に記載の半導体構造物の直列抵抗の空間分解測定を行うための方法によって解決される。本発明による方法の好適な実施態様は従属請求項２〜１１に記載した通りである。
【００１２】
本発明の方法により、半導体構造物の直列抵抗は空間分解されて測定されるが、その際、当該半導体構造物とは太陽電池または太陽電池製造時の中間製品である。当該半導体構造物は少なくとも１つのｐｎ接合と接点端子とを含んでいる。
上記方法は以下の方法ステップＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを含んでいる：
ステップＡにおいて、測定条件Ａにて、上記半導体構造物中にルミネセンス放射が発生させられるが、その際、上記半導体構造物の上記接点端子間には電圧ＶＡが存在している。上記半導体構造物の複数の測定点ｉにつき、該測定点から発するルミネセンス放射の局所強度ＩＬＡ，ｉを測定する。
【００１３】
ステップＢにおいて、測定条件Ｂにて、上記半導体構造物中にルミネセンス放射が発生させられるが、その際、上記半導体構造物の上記接点端子間には電圧ＶＢが存在している。この測定条件Ｂは、上記半導体構造物の上記接点端子間に測定条件Ａの場合よりも大きな電流が流れる点において、測定条件Ａとは相違している。ステップＡと同様に、ステップＢにおいても、複数の測定点につき、上記半導体構造物の当該測定点から発するルミネセンス放射のそれぞれの局所強度ＩＬＢ，ｉの測定が行われる。
【００１４】
ステップＣにおいて、上記半導体構造物の所定の複数の測定点につき、当該それぞれの測定点における局所ルミネセンス放射強度と当該半導体素子に局所的に印加されている電圧との所定の数学的関係を表す局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉがそれぞれ決定される。この場合、このキャリブレーションパラメータＣＶ，ｉの決定は、少なくとも、ステップＡで測定された強度ＩＬＡ，ｉと測定条件Ａ時に上記半導体構造物の上記接点端子間に存在する電圧ＶＡとに依存して行われる。
【００１５】
最後に、ステップＤにおいて、上記半導体構造物の所定の複数の測定点につき局所直列抵抗ＲＳ，ｉの決定が行われる。この決定はそれぞれ少なくとも、ステップＢで測定された少なくとも１つの局所ルミネセンス放射強度ＩＬＢ，ｉとステップＣで決定された少なくとも１つのキャリブレーションパラメータＣＶ．ｉとに依存して行われる。
【００１６】
重要なのは、ステップＤにおいて、上記局所直列抵抗ＲＳ，ｉは、さらに、それぞれすべての局所直列抵抗に関して同一に設定された上記半導体構造物のグローバル直列抵抗ＲＳｇに依存して決定されることである。
【００１７】
ステップＤにおいて上記局所直列抵抗を決定するためにさらに追加的なルミネセンス放射測定が必要とされる従来公知の測定方法とは異なり、本発明による測定方法においては、上記局所直列抵抗を決定するために補助的に上記半導体構造物の上記グローバル直列抵抗が使用される。これにより、必要とされるルミネセンス測定を減らすことが可能であると同時に、相応して、測定全体に必要とされる所要測定時間を減少させることが可能である。
【００１８】
上記の測定ならびに測定時間の減少により、製造プロセス中に上記半導体構造物の測定が行われる既設のインライン測定装置に本発明の方法を使用することが可能となる。
【００１９】
したがって、本発明による測定方法においては、上記局所直列抵抗を決定するためのステップＤにおける必要な補助的情報は追加的なルミネセンス放射測定を介して得られるのではなく、上記半導体構造物の所定のグローバル直列抵抗によって得られる。上記半導体構造物の上記グローバル直列抵抗は比較的容易に決定可能である。これには、従来の技術から公知のさまざまな測定方法を使用することが可能である。
【００２０】
たとえば、上記直列抵抗は上記半導体構造物の明暗特性曲線から、あるいは上記半導体構造物の明暗特性曲線の組み合わせからそれ自体公知の方法で決定することができる（このことに関しては、以下の文献が参照される、Ｄ．Ｐｙｓｃｈ，  Ａ．Ｍｅｔｔｅ，  ａｎｄ  Ｓ．Ｗ．Ｇｌｕｎｚ著、Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ＆  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  ９１，  １６９８−７０６（２００７），およびＡ．Ｇ．Ａｂｅｒｌｅ，  Ｓ．Ｒ．Ｗｅｎｈａｍ，  ａｎｄ  Ｍ．Ａ．Ｇｒｅｅｎ著、Ａ  ｎｅｗ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ａｃｃｕｒａｔｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｌｕｍｐｅｄ  ｓｅｒｉｅｓ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｏｆ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ，  Ｌｏｕｉｓｖｉｌｌｅ，  Ｋｅｎｔｕｃｋｙ，  ＵＳＡ，  １９９３（ＩＥＥＥ；  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ＮＹ，  ＵＳＡ），ｐ．１３３−９）。同じく、上記半導体構造物の特性データたとえばメタライジングパターンの大きさ寸法、ドーピング層の大きさ寸法およびドーピング層のドーピングプロフィールないし層抵抗に基づいて、上記グローバル直列抵抗を計算することも可能である。
【００２１】
上記局所直列抵抗の決定に上記グローバル直列抵抗を使用するさらなる利点は、一般に１工程ラインにおいて、上記個々の半導体構造物間の上記グローバル直列抵抗の変動は１半導体構造物上の上記局所直列抵抗の変動よりも遥かに小さいということである。したがって、各々の半導体構造物につき個別に上記グローバル直列抵抗を決定することは必ずしも必要ではない。同じく、上記半導体構造物にとって代表的なグローバル直列抵抗を使用することも可能である。
【００２２】
本願出願人の研究から、上記局所直列抵抗の決定は上記グローバル直列抵抗に依存して、上記局所直列抵抗ＲＳ，ｉがそれぞれすべての局所直列抵抗に関して同一のグローバルスケーリング係数ｆでスケーリングされるようにして行われるのが有利であることが判明した。このグローバルスケーリング係数ｆは、上記局所直列抵抗ＲＳ，ｉが上記グローバル直列抵抗ＲＳｇに対して所定の数学的比率を有するようにして決定される。
【００２３】
この所定の数学的比率は、好ましくは、上記局所直列抵抗ＲＳ，ｉの所定の平均化処理であるため、スケーリングされた上記局所直列抵抗ＲＳ，ｉに関する結果平均値は上記グローバル直列抵抗ＲＳ，ｇに等しい。この場合、本願出願人の研究から、平均化処理として算術平均が使用されるのが好ましいことが明らかとなった。
【００２４】
本発明による方法は、上記半導体構造物への電磁線の照射によるルミネセンス放射の発生（つまり、光ルミネセンス放射の発生）にも、上記半導体構造物の上記接点端子への電圧の印加によるルミネセンス放射の発生（つまり、エレクトロルミネセンスの発生）にも適用可能である。
【００２５】
光ルミネセンス放射の発生に際して、たとえば測定条件Ａの場合、上記半導体構造物の接点端子形成を不要とすることができる。この場合、上記接点端子に印加されている電圧ＶＡは照明条件に基づいて生じ、上記接点端子間に電流は流れない。測定条件Ｂの場合、当該印加電圧ＶＢ時に上記接点端子間に所定の電流フローを発生させるため、接点端子形成が必要である。したがって、この場合にも、測定条件Ｂにおいては、測定条件Ａの場合よりも大きな電流が流れる。ただし、光ルミネセンス放射の発生に際して、励起に使用された電磁線が光ルミネセンス放射として検出されてはならないため、使用される検出装置たとえばＣＣＤカメラに励起線を消去するためのハイコストな光学フィルタが不可欠であるという短所が生ずる。この種の光学フィルタは、当該方法がエレクトロルミネセンス法として形成される場合、不要とすることができる。
【００２６】
したがって、好適には、測定条件Ａにおいて上記半導体構造物の上記接点端子に電圧ＶＡが印加され、測定条件Ｂにおいて電圧ＶＢが印加される。これらのいずれの測定条件においても、上記半導体構造物は電磁線に曝露されないもしくは僅かに曝露されるにすぎない。したがって、好ましくは、測定は暗闇で行われる。ただし、上記測定条件すなわち特に上記半導体構造物中の電荷キャリア分布が基本的に照明によってではなく印加電圧によって決定される限り、当該半導体構造物の僅かな照明も可能である。
【００２７】
本発明による方法がエレクトロルミネセンス法として構成される場合、ＶＡはＶＢよりも小さいために、測定条件Ａ下では、測定条件Ｂに比較して、より僅かな電流が上記半導体構造物の上記接点端子間に流れる。
【００２８】
これを可とする背景は、測定条件Ａ下では、上記局所直列抵抗が上記半導体構造物内の電流フローパターンに及ぼす影響はできるだけ小さくなければならないためである。先述したように、測定条件Ａ下での上記ルミネセンス放射測定は上記局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉの算定に使用され、その際、上記局所直列抵抗が当該算定されるキャリブレーションパラメータに及ぼす影響は無であるもしくはごく僅かでしかないことが望ましいためである。
【００２９】
ただし、同じく、測定条件Ａの場合の上記半導体構造物の上記接点端子の僅かな電圧ＶＡとそれに相応した上記接点端子間の僅かな電流フローとは、測定条件Ｂに比較して、上記局所ルミネセンス放射強度の低下をもたらす。したがって、測定条件Ａは、好適には、一方で、上記局所直列抵抗の影響は僅かであるが、他方で、できるだけ高強度の上記ルミネセンス放射が発生させられて、上記ルミネセンス放射の空間分解検出に必要とされる時間が低く抑えられるように選択される。
【００３０】
したがって、測定条件Ａにおいて、上記半導体構造物の上記接点端子間には、上記半導体構造物の通常運転下で流れる電流の３０％以下、好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下の電流が流れるのが好ましい。
【００３１】
通常運転とは、この場合、上記半導体構造物がそのために形成されている標準テスト条件を表している。これは、取引通例の屋外使用向け太陽電池の場合、一般に、ノーマルスペクトルＡＭ１．５Ｇの電磁線による、総出力１０００Ｗ／ｍ２で照射される面積の太陽電池の照射である。本願出願人の研究により、通常条件下の短絡電流の約２０％が流れる測定条件Ａは、上記局所直列抵抗の僅少な影響を一方とし、上記発生ルミネセンスの高い強度を他方とした両者間の良好な最適化を結果することが判明した。
【００３２】
他方、測定条件Ｂにおいて、上記局所直列抵抗の影響が発生ルミネセンス放射のうちに現れることが必要である。したがって、測定条件Ｂの場合、上記半導体構造物の上記接点端子間に、上記半導体構造物の通常条件下で流れる短絡電流の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％、より好ましくは約１００％に達する電流が流れるのが有利である。特に、測定条件Ｂの場合、通常条件下の開端子電圧（ＶＯＣ）が上記半導体構造物に印加されるのが好都合である。
【００３３】
先述したように、測定条件Ａの場合の発生ルミネセンス放射強度は、測定条件Ｂの場合よりも低い。したがって、ステップＡにおけるルミネセンス放射の空間分解測定のための測定時間は、ステップＢにおけるルミネセンス放射強度の測定に際する測定時間よりも少なくとも３倍、好ましくは約５倍であるのが好適である。
【００３４】
一般的な半導体太陽電池特に多結晶シリコンからなる太陽電池において、上記ルミネセンス放射を検出するために通例のＣＣＤカメラを使用する場合、測定条件Ａでは０．５秒以下の測定時間、測定条件Ｂでは０．１秒以下の測定時間の達成が可能である。
【００３５】
上記半導体構造物に局所的に印加されている電圧とこの印加電圧によって局所的に発生させられるルミネセンス放射との関係は、近似的に、指数関数関係式として表すことができる。したがって、好適には、ステップＣにおいて、上記局所ルミネセンス放射強度ＩＬＡ，ｉと電圧ＶＡとの間には、特に好ましくは以下の式１、
【数１】
2012527750.tif 000003
が示され、ステップＣで決定される局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉと熱応力ＶＴとで表される指数関数関係が設定される。
【００３６】
したがって、この好適な実施態様において、上記局所キャリブレーションパラメータによって、測定された上記局所ルミネセンス放射強度を、局所的に印加されている電圧に換算することが可能である。
【００３７】
さらに好適には、ステップＤにおいて、各々の局所直列抵抗は以下の式２、
【数２】
2012527750.tif 000004
により、上記半導体構造物に印加されている局所電圧Ｖｉと上記半導体構造物のこの領域を流れる局所電流密度ｊｉとを用いて決定される。この場合、上記局所電圧は少なくとも、ステップＢで測定された上記局所強度ＩＢ，ｉとステップＢで決定された上記局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉとに依存して、好ましくは先述した式１によって決定される。
【００３８】
上記局所電流密度ｊｉは好ましくは以下の式３、
【数３】
2012527750.tif 000005
により、上記局所電圧Ｖｉ、上記熱応力ＶＴおよび上記局所暗飽和電流密度ｊ０，ｊを用いて決定される。
【００３９】
上記局所暗飽和電流密度ｊ０，ｉは好ましくは以下の式４、
【数４】
2012527750.tif 000006
により、上記局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉと、既述した上記グローバルスケーリング係数ｆとを用いて決定される。この場合、上記グローバルスケーリング係数ｆは、上記局所直列抵抗ＲＳ，ｉが上記グローバル直列抵抗ＲＳｇに対して所定の数学的比率を有するように、好ましくは、上記スケーリングされた直列抵抗の算術平均が上記グローバル直列抵抗に一致するようにして決定される。
【００４０】
したがって、この好ましい実施態様において、上記局所直列抵抗のスケーリングは、上記局所直列抵抗の算術平均が上記グローバル直列抵抗に一致するとの条件下で、上記暗飽和電流密度のスケーリングを経て行われる。こうしたスケーリングによって、さらなる測定とりわけ上記局所直列抵抗の定量算定を行うためのさらなる空間分解ルミネセンス放射測定を行わずに済ますことが可能である。
【００４１】
したがって、本発明による方法がエレクトロルミネセンス法として形成される場合、上記局所直列抵抗の決定は定量的に行うことが可能であり、その際、単に２測定条件下でそれぞれ１回の上記局所ルミネセンス放射測定が必要とされ、さらに補助的に、上記半導体構造物のグローバル直列抵抗の設定が必要とされるにすぎない。
【００４２】
測定精度を高めるには、ステップＡにおいてさらに、上記半導体構造物の上記接点端子間に電圧ＶＡ’が存在する第２の測定条件Ａ’下で上記半導体構造物中にルミネセンス放射が少なくとも１回発生させられて、上記半導体構造物の複数の測定点につきそれぞれ当該測定点から発する上記ルミネセンス放射の局所強度ＩＬＡ，ｉ’を測定するのが有利である。この測定条件Ａ’においては、上記半導体構造物の上記接点端子間に測定条件Ａの場合とは異なる電流が流れ、ステップＣにおいて、上記局所ルミネセンス放射強度ＩＬＡ，ｉと上記電圧ＶＡとの間には、以下の式５、
【数５】
2012527750.tif 000007
により、上記熱応力ＶＴと、上記局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉとｍＶ，ｉとで表される指数関数関係が与えられる。相応して、ステップＣにおいて、上記局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉとｍＶ，ｉとは上記測定された強度ＩＬＡ，ｉとＩＬＡ，ｉ’とに依存して決定され、ステップＤにおいて、上記局所直列抵抗ＲＳ，ｉはそれぞれさらに上記局所キャリブレーションパラメータｍＶ，ｉに依存して決定される。
【００４３】
したがって、この好ましい実施形態において、上記半導体構造物に局所的に印加されている電圧と上記半導体構造物のこの領域で発生させられるルミネセンス放射強度との指数関数関係につき、式１に基づく単純な指数関数関係ではなく、さらに局所理想係数ｍＶ，ｉを有する指数関数関係が想定される。これに応じて、各々の測定点につき、上記双方のキャリブレーションパラメータを決定するために、上記局所ルミネセンス放射強度の２測定（測定条件Ａ下での測定および測定条件Ａ’下での測定）が必要である。
【００４４】
さらなる測定に要する追加コストは上記補助的なキャリブレーションパラメータｍＶ，ｉによる評価において精度を高めることになる。
【００４５】
上記局所ルミネセンス放射強度と局所的に印加されている電圧との数学的関係につき、追加的なキャリブレーションパラメータを有するさらに別の数学モデルを想定し、相応して、ステップＡにおいて、上記のさらに別なキャリブレーションパラメータをも決定すべく、さらに別な測定条件下で上記ルミネセンス放射強度の追加的な測定を行うことも同じく本発明の範囲である。
【００４６】
ただし、本願出願人の研究によれば、すでに式１を使用する場合、つまり、各々の測定点につき１局所キャリブレーションパラメータを決定するだけで、一般的な半導体構造物について十分な精度が達成されることが判明した。
【００４７】
上記ステップＡ、Ｂ、ＣおよびＤにおいてそれぞれ同一の測定点が設定されているのが好ましい。したがって、これにより、各々の所定の測定点ｉにつき、強度ＩＬＡ，ｉ、強度ＩＬＢ，ｉ、局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉおよび相応して局所直列抵抗ＲＳ，ｉが決定され、その際、各々の測定点につき、上記局所直列抵抗の決定は他の測定点の当該測定値またはパラメータから独立している。ただし、個々の方法ステップにつき異なる測定点を設定し、ステップＤでの評価に際し、局所直列抵抗ＲＳ，ｉが決定される各々の測定点につき、当該測定点の周囲で測定された測定値ないしキャリブレーションパラメータの平均化を行うことも同じく本発明の範囲に入る。
【００４８】
上記所定の測定点は上記半導体構造物の表面全体、好ましくは、上記半導体構造物の前面全体にわたってほぼ一様に分布しているのが好ましい。
【００４９】
特に、上記ルミネセンス放射を測定するためにＣＣＤカメラが使用される場合、ピクセルが正方形または方形網目パターンをなして配置されたチップを有するカメラが使用されるのが有利であり、その場合、各々のピクセルには対物レンズを経てシリコンウェーハの測定面１ａ上の１測定点が対応させられており、したがって、上記所定の測定点も同じく上記半導体構造物上に正方形ないし方形網目パターンをなして配置されている。
【００５０】
好ましくは、本発明による方法の実施は、上記局所直列抵抗に関して局所的に十分に分解された情報を得るべく、多数の測定点で行われる。好ましくは、方法ステップＢ、ＣおよびＤは少なくとも１．０００，００、好ましくは少なくとも２０．０００，００、より好ましくは少なくとも１００．０００，００の異なった測定点につき実施される。これらの測定点は好ましくは、少なくとも０．１ｍｍ、好ましくは少なくとも０．３ｍｍ、好ましくは少なくとも１ｍｍの間隔を有している。好ましくは、これらの測定点は直角格子上、好ましくは正方形格子上に配置されている。先述したように、ＣＣＤカメラを使用するのが特に有利である。好ましくは該カメラのすべての測定点は上記方法ステップＢ、ＣおよびＤを実施するために使用される。一般的なＣＣＤカメラは、正方形格子（少なくとも５１２点×５１２点）上に配置された少なくとも２５０．０００，００点の解像度を有している。好ましくはこれらの測定点は、選択された測定点によって上記太陽電池の上記局所直列抵抗に関する代表的な領域がカバーされるように選択されている。特に、上記測定点の選択に際して、接点端子形成パターンたとえばメタライジングラインまたはメタライジング格子でカバーされた領域をあけておくのが有利である。
【００５１】
本発明による上記方法は、たとえば多結晶シリコンからなる太陽電池の場合と同様に、材料パラメータおよび／またはプロセスパラメータによって局所的に不均一な暗飽和電流密度が存在するシリコン太陽電池に特に適している。
【００５２】
上述した物理量は以下の単位を有している：
電圧ＶＡ、ＶＢ：［Ｖ］
ルミネセンス放射の局所強度ＩＬＡ，ｉ、ＩＬＢ，ｉおよびＩＬＡｉ：［１］
キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉ：［１］
スケーリング係数ｆ：［Ａ／ｍ２］
キャリブレーションパラメータｍＶ，ｉ：［１］
電流密度ｊｉ，ｊ０ｉ：［Ａ／ｍ２］。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による方法の実施例を実施するための測定システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下、本発明による方法のその他の特徴ならびに好ましい実施態様を、実施例および図１を参照して説明する。
多結晶シリコン太陽電池１はその前面１ａに格子状の金属パターン接点端子を有すると共に、反対側の背面に全面におよぶ背面接点端子を有している。エレクトロルミネセンスを発生させるために、制御式電圧源３を経て、上記太陽電池１の前面接点端子と背面接点端子の間に電圧が設定される。
【００５５】
太陽電池１の前面１ａから発するエレクトロルミネセンス放射は空間分解されてＣＣＤカメラ２によって測定される。ＣＣＤカメラ２はピクセルが正方形網目パターンをなして配置されたＣＣＤチップを含み、各々のピクセルには対物レンズ２ａを経て太陽電池１の前面１ａ上の１測定点が対応している。
【００５６】
この測定システムはさらに、ＣＣＤカメラ２および電圧源３と接続された図中不図示の制御・評価装置を含んでいる。
【００５７】
測定プロセス全体は暗闇で行われる。先ず、太陽電池１の前面接点端子と背面接点端子の間に電圧ＶＡが印加されることにより、測定条件Ａがつくり出される。太陽電池１は開端子電圧が６２０ｍＶの多結晶シリコン太陽電池である。上記電圧ＶＡは５７０ｍＶであり、標準条件下で短絡電流の約２０％が前面接点端子と背面接点端子の間を流れるように選択されている。これにより、測定条件Ａにて、一方で、局所直列抵抗の影響は無視し得るほど僅かであると共に、他方で、十分に高い強度のエレクトロルミネセンスの発生が達成されるため、約０．２５秒の測定時間で、空間分解されたルミネセンス放射の十分に無雑音の測定画像が、局所強度ＩＬＡ，ｉを測定するために、ＣＣＤカメラ２によって撮像されることが担保される。
【００５８】
続いて、電圧源３によって上記太陽電池の上記接点端子に上記太陽電池の開端子電圧ＶＯＣに等しい電圧（この実施例で使用される多結晶シリコン太陽電池の場合には約ＶＯＣ＝６２０ｍＶである）が印加されることにより、測定条件Ｂがつくり出される。この電圧時に太陽電池１の上記接点端子間には標準条件下で略短絡電流が流れるために、測定条件Ｂにおいては、局所直列抵抗の有意な影響が存在する。
【００５９】
測定条件Ｂにて、ＣＣＤカメラ２によって、上記太陽電池から発するルミネセンス放射の局所強度ＩＬＡ，ｉの測定画像が撮像される。測定条件Ｂにおいては、測定条件Ａに比較して、より大きな電流が流れると共に、相応して、ルミネセンス放射の強度も大きいことから、この場合、０．０５秒の測定時間で十分である。
【００６０】
上記太陽電池は上記測定の間、ＣＣＤカメラ２に対して相対運動することがないため、上記それぞれの測定の測定点も同一である。
【００６１】
相応して、ステップＣにおいて、測定された測定点の各々につきそれぞれ１つの局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉが式１に準拠して決定される。各々の測定点につき、測定条件Ａにて印加された電圧ＶＡと該測定点について決定されたルミネセンス放射強度とを代入することにより、当該測定点に関する局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉが決定される。この場合、熱応力ＶＴ＝ｋＴ／ｑ（ボルツマン定数ｋ、電気素量ｑ）は測定時に存在する温度Ｔつまり一般に上記測定システムの周囲温度を介して所与である。測定環境は約２５℃に温度調節されているのが好ましい。
【００６２】
続いて、各々の測定点ｉにつき、局所直列抵抗が式２に準拠して計算される。
【００６３】
そのため、前述の式１をＶｉについて解くことにより、先ず局所電圧Ｖｉが決定される（式６）： 
【数６】
2012527750.tif 000008
ここで、熱応力ＶＴ、当該測定点につき測定条件Ｂにて測定されたルミネセンス放射強度ＩＢ，ｉおよび該測定点について決定された局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉが用いられる。
【００６４】
局所電流密度ｊｉは各々の測定点につき、上記のようにして決定された局所電圧Ｖｉと局所暗飽和電流密度ｊ０，ｉとを用いて、それぞれ式３に準拠して決定される。
【００６５】
局所暗飽和電流密度は、局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｊとグローバルスケーリング係数ｆとを用いて、式４に準拠して決定される。
【００６６】
グローバルスケーリング係数ｆは、算術平均による局所直列抵抗の平均値が所定のグローバル直列抵抗に一致するようにして決定される（式７）：
【数７】
2012527750.tif 000009
その際、所定の測定点の総数Ｎ、所定のグローバル直列抵抗ＲＳｇ、上記のそれぞれの測定点ｉにつき上記のようにして計算された局所電圧Ｖｉ、測定条件Ｂにて上記太陽電池の接点端子に印加された電圧ＶＢ、上記それぞれの測定点ｉにつき決定された局所キャリブレーションパラメータＣＶ，ｉおよび熱応力ＶＴが用いられる。
【００６７】
この場合、太陽電池１のグローバル直列抵抗ＲＳｇは、前段階において、太陽電池１の明暗特性曲線の測定および比較ならびにグローバル直列抵抗の決定に基づいて算定される。この算定に関しては、以下文献が参照される。
Ａ．Ｇ．Ａｂｅｒｌｅ，  Ｓ．Ｒ．Ｗｅｎｈａｍ，  ａｎｄ  Ｍ．Ａ．Ｇｒｅｅｎ著、Ａ  ｎｅｗ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ａｃｃｕｒａｔｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｌｕｍｐｅｄ  ｓｅｒｉｅｓ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｏｆ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ，  Ｌｏｕｉｓｖｉｌｌｅ，  Ｋｅｎｔｕｃｋｙ，  ＵＳＡ，  １９９３（ＩＥＥＥ；  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ＮＹ，  ＵＳＡ），ｐ．１３３−９）。
【図１】
2012527750.tif 000015
【国際調査報告】
2012527750.tif 000016
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2012527750.tif 000018
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