｜雷射調光模組於太陽能矽晶片微裂檢測系統之應用

摘要：為因應雷射工業之快速發展以及雷射應用產業之需求，本文提出一種結合雷射之曝光調節裝置應用在檢測系統上，此系統針對太陽能電池微裂檢測用。利用Line scan Camera擷取透射過矽晶片之近紅外光影像，我們可以很容易分辨Line scan Camera擷取影像之微裂紋和晶粒邊界。此外在系統中使用雷射曝光調節裝置，對於厚度不一的多晶矽太陽能晶圓微裂檢測非常有效，此檢測系統可符合太陽能電池廠生產線上矽晶片品質控制之需求。

Abstract: The development of industrial lasers and their applications is becoming more and more important. A novel inspection system combining a laser tunable exposure unit for inspecting micro-cracks of solar wafers is proposed. With infrared ray transmitting through silicon wafers, clear inspecting images can be captured by a Line scan Camera and then used to detect the micro-crack defects. Certain algorithms are applied to precisely distinguish between micro-cracks or grain-boundaries from the images. This inspection system is especially effective when the thickness of the multi-crystalline silicon wafer is not constant. Furthermore, the system is also useful for controlling quality in the solar cell production line.

關鍵詞：雷射應用、微裂紋、線掃描、矽晶片

Keywords：Laser Application, Micro-cracks, Line scan, Silicon wafer

前言
在地球暖化日益嚴重、石油枯竭危機浮現之下，減碳節能已成為全球性議題以致世界各國均不斷尋求替代能源，目前現有的替代能源為風力、水力、火力、電力、太陽能等，但前兩者受限於地域性以及發電效力不高、成本昂貴，而火力、電力又因環保與全球暖化等問題，故現階段以提倡太陽能電池最為熱門，亦使太陽能成為眾所矚目的綠色能源。儘管太陽能電池市場上，各種技術蓬勃發展也彼此競爭，然而許多新出頭的太陽能電池技術儘管具有很高的未來發展性，目前的市佔率也都僅是九牛一毛而已。目前兩類最主流的太陽能電池，一類是矽太陽電池，包括單晶矽（sc-Si）、多晶矽（mc-Si）兩種，僅矽太陽能電池就佔去整個市場的90 %比重。至於另一類的薄膜太陽能電池，主要包括非晶體矽（a-Si，非結晶形態的矽）、銅銦鎵硒（CIGS）和碲化鎘（CdTe），薄膜則佔了約7 %的比重。雖然其他具有潛力的太陽電池技術不斷有突破性的進展，但大多屬實驗室規模，在未來幾年也都會有明顯的市場成長，但至少五年內都很難威脅多晶矽與單晶矽的主流地位。然而在2008年以前，矽材料面臨缺貨問題，價格暴漲，在原料短缺的情況下，使得太陽能電池檢測市場並不盛行，近年來太陽能市場上存在供過於求，太陽能電池矽晶原料市場將由賣方轉為買方市場，讓太陽能電池之進料端與模組端開始講究產品品質之提升，檢測變得格外重要，另外為了防止大陸太陽能電池低價競爭，主打高品質水準的台灣，更需要相關的機台設備廠商積極投入各種檢測設備發展，以提升太陽能產品製程的良率與品質。對目前受到重視之太陽能電池缺陷檢測，矽基太陽能電池製造時所產生裂痕來源兩個，其一是矽晶片（Silicon wafer）在拉晶時形成之孔洞（pin-hole）或是線鋸切割時產生之裂痕，另一為太陽能電池製程中傳輸取放產生之裂痕。一般來說，在生產線之進料時會進行進料檢測確保矽晶片之品質，其檢測項目有電性及外觀。其中，檢測是否有微裂痕（micro-crack）是一個重要之檢測項目。因為若在製造前試片內部就已存有應力或微裂痕，將會在未來製程中容易造成破片或瑕疵損壞，使得太陽能電池發電效率降低，也就形成次級品，影響廠商整體之獲利。

在國外針對太陽能電池之入料品質及出廠產品品質之檢測機台已被陸陸續續被開發，而反觀國內之太陽能電池檢測產業則仍處於萌芽階段。目前國內太陽能電池製造廠大都仍使用國外進口之檢測機台進行檢測，甚至不檢測或仰賴人工進行裸眼檢測，不僅檢測速度慢，且有破片之憂慮，而使用一般可見光之光學自動化檢測則無法對矽晶片之微裂缺陷作檢測。