非接触式发射极片电阻测量：与四探针法的对比验证

发射极片电阻（Remitter）是硅太阳能电池性能的核心参数之一，直接影响串联电阻与填充因子。传统方法依赖物理接触或受体电阻率干扰，难以满足在线检测需求。本文提出一种结合涡流电导与光致发光（PL）成像的非接触式测量技术，通过分离Remitter与体电阻（Rbulk），实现高精度、无损检测。实验验证表明，该方法与基于四点探针法（4pp）的Xfilm埃利在线四探针方阻仪测量结果偏差小于15%，且对体电阻率波动具有高容忍度，而且其非接触特性适合进行在线检测。

非接触式测量方法的原理

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该方法建立于两个物理效应耦合：

• 涡流电导测量：涡流技术通过交变磁场在硅片中感应出环形电流，其总电导（Gtotal）由发射极与体电导并联构成：

• PL空间分布特征：非均匀光照下，PL图像亮度分布与横向载流子流动相关。PL最大-最小强度比（MMPL）与(Remitter + Rbulk) × JL（光生电流密度）相关：

通过联立涡流电导方程与PL强度方程，可解析出Remitter与Rbulk。

模拟非均匀光照下的PL分布

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仿真几何结构示意图及典型归一化PL强度分布通过构建二维对称几何模型，并对体寿命（τbulk）及掺杂浓度（Ndop）进行参数化扫描，最终提取归一化PL分布及最大/最小PL强度比（MMPL）。仿真结果表明，非均匀光照下MMPL与（Remitter + Rbulk）和光生电流密度（JL）的乘积呈强相关性。

实验与四探针法4pp测量结果对比

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本文方法提取的Remitter与四探针（4pp）测量结果的对比研究使用涡流-PL法和四探针法（4pp）对九组具有不同发射极片电阻（Remitter）和体电阻（Rbulk）的样品进行了测量。硅片的体电阻（Rbulk）通过基于涡流的暗电导测量确定，体电阻率（ρbulk）则通过硅片厚度和Rbulk计算得出。

实验用样品参数（厚度、Remitter、Rbulk及体电阻率ρbulk）实验结果表明，使用新型非接触式测量方法提取的发射极片电阻数据与四探针法测量结果高度一致，最大相对偏差仅为15%。这一结果不仅验证了新方法的准确性，也为其在大规模生产中的应用提供了有力支持。

不确定性分析

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蒙特卡洛模拟估算的Remitter不确定性与Remitter及Rbulk的关系通过蒙特卡洛模拟评估测量误差对提取发射极电阻（Remitter）的影响。假设暗电导、光生电流密度（JL）和PL强度比（MMPL）的变异系数均为1%，对每组Remitter与体电阻（Rbulk）组合进行5000次模拟，计算其相对误差（均方根误差/真实值）。结果显示：误差传递规律：当Remitter≈Rbulk时，原始误差被放大；当两者差异显著时，误差被抑制。工业参数影响：当前典型参数（体电阻率0.5–2 Ω·cm、发射极电阻100–130 Ω/□）下误差轻微放大，但随轻掺杂趋势（Remitter进一步升高），不确定性将降低。

不同表面复合速率（SRVrear）下模拟横向PL剖面

考虑光子散射模糊效应前后的PL分布对比抗干扰能力：高表面复合速度（>5000 cm/s）下，体寿命、表面粗糙度对 PL 分布的影响可忽略，且光散射引起的 “涂抹效应” 对 MMPL 的影响小于 1%。本研究开发了一种用于测定扩散硅片发射极片电阻（Remitter）的方法。该方法结合了涡流电导测量与非均匀光照光致发光（PL）成像，其核心优势在于能够对体电阻率（Rbulk）可变的样品进行定量分析，并同步分离Remitter与Rbulk。通过与四探针（4pp）法对比验证，该方法在宽范围Remitter（100–314 Ω/□）与Rbulk（16–111 Ω/□）内表现出良好一致性（最大偏差15%）。

Xfilm埃利在线四探针方阻仪

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Xfilm埃利在线四探针方阻仪是专为光伏工艺监控设计的在线四探针方阻仪，可以对最大 230mm ×230mm的样品进行快速、自动的扫描，获得样品不同位置的方阻/电阻率分布信息。

• 最大样品满足230mm×230mm
• 测量范围：1mΩ~100MΩ
• 测量点数支持5点、9点测量，同时测试5点满足≤5秒，同时测试9点满足≤10秒
• 测量精度：保证同种型号测量的精准度不同测试仪器间测试误差在±1%

本文中涡流-PL法通过结合Xfilm埃利在线四探针方阻仪验证突破传统方法的接触限制和体电阻干扰难题，为光伏制造过程提供了可靠的在线检测方案。

原文参考：《A contactless method of emitter sheet resistance measurement for silicon wafers》

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