一片鈣鈦礦元件的效率下降,只先告訴工程師結果變差。問題可能出在測試光源、某段光譜、基板上的局部位置,也可能是材料與界面的電壓損失。要決定下一個實驗,團隊需要的資訊並不相同。
光焱科技廖清霖在論壇中,從太陽光模擬器一路談到外部量子效率(EQE)、光束誘發電流掃描(LBIC)與光致發光(PL)。放在一起看,每一種量測負責縮小不同範圍。
| 想回答的問題 | 量測 | 能縮小的範圍 |
|---|---|---|
| 兩次效率是否站在相同光照基準? | 太陽光模擬器 | 光譜、均勻度、時間漂移與校正差異 |
| 哪一段波長的轉換異常? | 外部量子效率(EQE) | 吸收、電荷收集或疊層子電池的電流匹配 |
| 問題集中在基板哪個位置? | 光束誘發電流掃描(LBIC) | 塗佈邊緣、劃線、接觸或局部缺陷 |
| 電壓潛力在哪裡損失? | 光致發光(PL)與電壓潛力分析 | 材料品質、非輻射損失與待查界面的範圍 |
太陽光模擬器先確認比較基準。地面、太空、長時間老化與疊層元件,需要的光譜和穩定時間並不相同。外部量子效率再把整體電流沿波長拆開,讓研究者看出哪一段響應降低。疊層元件尤其敏感,因為上下子電池吸收的波段不同,測試光譜一變,電流匹配也會移動。
LBIC 接著把問題攤回空間。聚焦光束逐點掃描後,平均效率相近的兩片元件可能呈現完全不同的分布:一片各處均勻,另一片在塗佈邊緣或劃線附近已經變暗。對製程人員而言,這張圖先告訴他異常聚集在哪裡。
廖清霖說,LBIC 設備早先在公司內比較像技術儲備,近一兩年才突然「變得活潑」。他點名印度、孟加拉、越南與泰國,說這些地方開始有更多太陽能生產端詢問。演講談的是詢問增加,沒有接著提供出貨或市占數字;但空間量測正在離開單純的研究展示,進到製程檢查的討論裡。
論壇中提到,10 × 10 公分的 LBIC 掃描可在 40–50 秒完成,當時同時提到約 1–2 百萬像素。光焱現行 LSD4 產品頁列出的 100 × 100 mm 是同一塊面積,條件則是 50 微米解析度、四分鐘內。像素數、解析度、步距、停留時間與資料處理方式一變,同一面積就會出現不同的掃描時間。
即使是 40–50 秒,對某些產線仍然太慢。廖清霖把另一種選擇形容為更「直接、暴力」的 PL 快篩,指的是先看整面的發光影像,不等聚焦光束逐點掃完,再決定哪些區域值得細查。發光訊號還可以用來估計材料在照光下能維持的電壓潛力,以及有多少能量透過不發光的方式流失。吸收、激發、厚度與出光都會影響亮暗,因此圖上的異常還不能直接告訴工程師是哪一層出了問題。
演講也展示了如何記錄發光隨時間的變化,再把發光、電流與電壓量測接在一起,追查效率損失從哪裡累積。要讓這些結果互相對照,同一片樣品仍需維持一致的測試條件。
在廖清霖的比較裡,PL 和 LBIC 不是每片樣品都要依序通過的兩站。需要快節拍時,可以先用 PL 圈出不均勻的區域;若問題進一步需要局部電流分布,再由 LBIC 花時間掃描。是否往下細查,取決於前一張圖能不能回答當下的製程問題。
資料來源與補充
演講與主辦單位資料
- TPRIA:精準量測串起材料研發與量產檢測:主辦單位對可調光譜、EQE、PL/QFLS 與 LBIC 的逐場整理;技術儲備、PL 快篩說法,以及印度、孟加拉、越南與泰國的詢問來自論壇錄音。
公司產品資料
- 光焱 LSD4:現行掃描面積、解析度與時間條件。
- 光焱 LQ-100X-PL:PL/PLQY 與隨時間量測功能。
- 光焱 SQ-VLA:PV-EQE、IV、EL-EQE 與開路電壓損失工作流。
標準與原始論文
- IEC 60904-9:2020:太陽光模擬器的光譜匹配、輻照不均與時間不穩定分級。
- Rau, Physical Review B 76, 085303(2007):EQE、發光與電壓損失分析的物理基礎。