[发明专利]一种椭偏测量装置及测量方法

说明书

本申请公开了一种椭偏测量装置及测量方法，包括基板、样品台、检测部件、角度切换机构和角度定位机构；样品台固定安装在基板上，样品台台面为平面；角度切换机构转动安装在基板上，角度切换机构的转动轴线位于检测面内；检测部件包括起偏臂和检偏臂，起偏臂和检偏臂安装在角度切换机构上；角度定位机构安装在工作平台上，通过刚性抵触限位或自锁结构限定角度切换机构的转动角度。本申请的椭偏测量装置及测量方法，无需再变换样品台或改变样品台方位，具有结构简单、操作简捷、重复定位精度高的优点，可实现多种类样品采用相同放置位置，降低测试过程中样品碎片风险，实现样品的任意点测试，提高测试效率。

技术领域

本申请涉及光学测量仪器技术领域，特别涉及一种椭偏测量装置及测量方法。

背景技术

太阳能电池是一种将光能转换成电能的半导体器件。太阳能电池的种类包括：晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池等，其中晶体硅太阳能电池为目前最常用的太阳能电池，其基本结构是硅基底上制绒后再镀减反膜。其中，制绒的作用是让太阳能电池有效的吸收太阳光；减反膜的作用是使太阳光在太阳能电池表面的反射降低，使大部分太阳光能到达电池的内部被半导体材料所吸收，从而大大提高了光能的转换。

目前，绒面单晶硅太阳能电池中大多采用碱法制绒，利用晶体受腐蚀时的各向异性，使电池表面上形成规则排列的四面锥金字塔形状的基本结构；而绒面多晶硅太阳能电池大多取用酸腐蚀的方法制绒，使电池表面上形成了不规则的微小起伏。

目前检测绒面晶体硅太阳能电池上减反膜厚度和折射率的常用仪器为椭偏仪。椭偏仪的基本原理是利用光波在样品表面反射时偏振态的变化获得样品的表面信息（如，纳米薄膜的厚度、折射率等）。

椭偏仪检测时，要求样品检测面所处的平面垂直于由入射光轴和反射光轴所形成的入射面，并通过二光轴的交点。通常把垂直于由入射光轴和反射光轴所形成的入射面、并通过二光轴的交点的平面称为参考面。检测时，必须满足检测面与参考面重合，此时也满足了系统的入射角等于反射角。

当利用椭偏测量系统对不同晶体硅（如单晶硅、多晶硅）上的减反膜厚度和折射率进行测量时，由于晶体硅上绒面的结构不同，就要求在样品检测时不同晶体硅相对参考面的方位不同，以满足检测面与参考面重合。

具体来说，单晶硅太阳能电池表面上形成的四面锥金字塔的锥面与硅基底所夹的锐角大约为54.7°，金字塔的尺寸约为2-5微米。在锥面上镀有减反膜，为了检测减反膜的厚度和折射率，在检测时要求将该金字塔的锥面作为检测面。为了保证此检测面与参考面重合，则需要保证放置单晶硅的样品台放置面与参考平面的倾斜角度为54.7°；并且要调整单晶硅太阳能电池在样品台上的方位，来满足检测面与参考面重合。

采用酸法制绒的多晶硅太阳能电池的绒面特征是硅表面有微小的不规则的起伏,起伏的尺寸为微米量级，在硅上镀有减反膜，为了检测减反膜的厚度和折射率，以平行于硅基底并通过样品表面的平面为检测面，所以放置多晶硅的样品台放置面平行于参考平面。

另外，对于未制绒的晶体硅太阳能电池，其检测面为镀有减反膜的上表面，也要求样品台放置面平行于参考平面,与多晶硅太阳能电池的样品台相同。

通过以上分析，可以看出，在对单晶硅和多晶硅太阳能电池测试时,电池相对于参考面的放置方位不同，碱法制备的单晶硅放置时其基底与参考面有一个很大的夹角，而酸法制备的多晶硅放置时其基底平行于参考面。

换句话说，即要求在对两种不同表面制绒结构的太阳能电池的减反膜进行检测时，需要改变样品台放置面和参考平面所构成的二面角角度，以使其符合测试需求。

在实际检测中，比如，在太阳能电池的生产线上，需要对不同类型（单晶、多晶）的太阳能电池进行检测，这就要求椭偏仪能够适应这种变化的检测条件,并且要求在检测过程中操作简单、节约时间、准确度高、重复性好。

为了满足以上的需求，现有方法有：