采用声学显微镜确保太阳能电池的可靠性

    制造过程中光学不可见的异常和缺陷降低太阳能电池板的质量，需要采用声学显微镜来进行成像和分析，从而可在量产开始前修改工艺来减少缺陷，或确保在生产中没有引入缺陷。

    为了达到最高的效率，太阳能电池板制造商下了大力气。在设备安装初期，效率必须要高，在安装好以后，太阳能电池系统即使经受热应力及其他恶劣环境，也须保持多年的高效率。

    太阳能电池板的质量可能会由于产生于制造过程中的异常和缺陷而降低。在硅太阳能电池板中，典型的缺陷有裂纹、分层或气孔。起初，缺陷对效率可能只有很小的影响，在制造商进行电学测试或闪光测试时，它们的影响显得微不足道。然而，在太阳能电池板的使用过程中，这些缺陷可能会长大，一直到效率明显地降低。

    寻找这些光学不可见的缺陷是非常重要的，因为他们是装配过程中的缺点的证据。例如，在硅片里面的裂纹，它们很细小以至于不能通过视觉观察，但是由于硅是硬性的，所以当太阳能电池板正常使用被暴露在太阳底下时，热循环会使这些缺陷长大。

    在过去的两年中，采用声学显微镜来成像和分析太阳能电池及面板中的缺陷，这方面的发展相当迅速。声学显微镜在非破坏性成像上具有很长的历史，它的应用包括封装的集成电路、粘接晶圆和其他微电子器件，这些样品在材料和层状结构上都和太阳能电池及面板很相近。

    声学成像的目的是在设计阶段、样品阶段或早期生产时找到异常和缺陷，从而在量产开始之前修改工艺来减少缺陷。声学成像在量产中也会被用到，来确保在生产中没有引入缺陷。通过这种方法就可以获得设计在产品中的高效率。

    声学显微镜采用了一个超声波传感器来扫描感兴趣的区域，发送超声脉冲进入样品，然后接收从样品内部返回的回声。在这些产品材料中，超声波的速度很快，所以在扫描时传感器一秒内可以发射数千个脉冲，同时接收数千个回声。从每个有脉冲的地方得到的声学数据就是在声学图像中成千上万个像数中的一个。

    感兴趣的区域或大或小。扫描时一般只会牵涉到单个电池片，但是最近Sonocan有报道，现有的自动声学显微系统可以很容易地完成数米长的面板的扫描。用来产生像数的回声只来自电池片或面板内的材料界面，例如玻璃封盖和硅片之间的界面。这个玻璃-硅界面包含了非常薄的光学粘接剂，所以它实际上包括了两个材料界面。

    到达传感器的回声来自于电池片或面板内不同深度。为了只对感兴趣的深度进行成像，因此一些回声会被弃用。如果玻璃-硅界面正好是感兴趣的深度，从更深区域（如硅与基底的接触）返回的回声将会被排除，也不会在声学图像上显示。在声学显微的词汇中，回声会在玻璃-硅界面上被选通（gated）。通过选通更深的区域和忽略来自玻璃-硅深度的回声，更深的区域可以单独成像。为了实现测试，选通可以非常精确，例如只成像玻璃和光学耦合剂部界面，而不包含光学耦合剂底部和硅界面的图像。   

图1.硅电池和玻璃与硅间的粘接剂之间不规则的气孔的声学图像。

    图1是一个电池片局部区域的高度放大的声学图像。为了获得图像，回声被选通在玻璃和硅的界面，包括了玻璃和硅之间的粘接剂。

    三条水平的暗线是导线。不规则的白色区域是分层，可能位于粘接剂底部和硅之间。它们看起来很亮，这是应为反射的超声波很强，返回的回声信号有很高的放大倍数。分层似乎有扩张，在扩张过程中，它们被硅上的金属导线限制。同一个电池片中的其他分层具有同样的图形，所以分层很有可能位于光学粘接剂和硅之间。

    这些分层都很小，在目前的状态下它们对效率和可靠性只有很小的影响。但是测试说明粘接剂-硅界面易受分层的影响。如果更多的电池片或面板也显示了相似的分层，那么寻找分层的成因就很有意义。在大尺寸上，这样的分层会降低太阳能电池的效率，因为他们不仅反射超声波，还反射太阳光，因此会降低到达硅的太阳光的强度。    

图2.导电条较暗区域与硅之间有粘接；白色区域没有粘接。

    在图2中，水平的特征图像是导电条，或者更精确地说是导电条和硅之间的界面。箭头指向导电条右端尾部的那部分界面非常暗，表明回声具有较低的放大倍数，来自于两种材料间粘接较好的地方。但是大多数导电条和硅之间的接触区域都很明亮，意味着它们之间根本就没有接触。在工作时，这种未连接可能导致导电条过热而失效。