制造過(guò)程中光學(xué)不可見(jiàn)的異常和缺陷降低太陽(yáng)能電池板的質(zhì)量，需要采用聲學(xué)顯微鏡來(lái)進(jìn)行成像和分析，從而可在量產(chǎn)開(kāi)始前修改工藝來(lái)減少缺陷，或確保在生產(chǎn)中沒(méi)有引入缺陷。

    為了達(dá)到最高的效率，太陽(yáng)能電池板制造商下了大力氣。在設(shè)備安裝初期，效率必須要高，在安裝好以后，太陽(yáng)能電池系統(tǒng)即使經(jīng)受熱應(yīng)力及其他惡劣環(huán)境，也須保持多年的高效率。

    太陽(yáng)能電池板的質(zhì)量可能會(huì)由于產(chǎn)生于制造過(guò)程中的異常和缺陷而降低。在硅太陽(yáng)能電池板中，典型的缺陷有裂紋、分層或氣孔。起初，缺陷對(duì)效率可能只有很小的影響，在制造商進(jìn)行電學(xué)測(cè)試或閃光測(cè)試時(shí)，它們的影響顯得微不足道。然而，在太陽(yáng)能電池板的使用過(guò)程中，這些缺陷可能會(huì)長(zhǎng)大，一直到效率明顯地降低。

    尋找這些光學(xué)不可見(jiàn)的缺陷是非常重要的，因?yàn)樗麄兪茄b配過(guò)程中的缺點(diǎn)的證據(jù)。例如，在硅片里面的裂紋，它們很細(xì)小以至于不能通過(guò)視覺(jué)觀察，但是由于硅是硬性的，所以當(dāng)太陽(yáng)能電池板正常使用被暴露在太陽(yáng)底下時(shí)，熱循環(huán)會(huì)使這些缺陷長(zhǎng)大。

    在過(guò)去的兩年中，采用聲學(xué)顯微鏡來(lái)成像和分析太陽(yáng)能電池及面板中的缺陷，這方面的發(fā)展相當(dāng)迅速。聲學(xué)顯微鏡在非破壞性成像上具有很長(zhǎng)的歷史，它的應(yīng)用包括封裝的集成電路、粘接晶圓和其他微電子器件，這些樣品在材料和層狀結(jié)構(gòu)上都和太陽(yáng)能電池及面板很相近。

    聲學(xué)成像的目的是在設(shè)計(jì)階段、樣品階段或早期生產(chǎn)時(shí)找到異常和缺陷，從而在量產(chǎn)開(kāi)始之前修改工藝來(lái)減少缺陷。聲學(xué)成像在量產(chǎn)中也會(huì)被用到，來(lái)確保在生產(chǎn)中沒(méi)有引入缺陷。通過(guò)這種方法就可以獲得設(shè)計(jì)在產(chǎn)品中的高效率。

    聲學(xué)顯微鏡采用了一個(gè)超聲波傳感器來(lái)掃描感興趣的區(qū)域，發(fā)送超聲脈沖進(jìn)入樣品，然后接收從樣品內(nèi)部返回的回聲。在這些產(chǎn)品材料中，超聲波的速度很快，所以在掃描時(shí)傳感器一秒內(nèi)可以發(fā)射數(shù)千個(gè)脈沖，同時(shí)接收數(shù)千個(gè)回聲。從每個(gè)有脈沖的地方得到的聲學(xué)數(shù)據(jù)就是在聲學(xué)圖像中成千上萬(wàn)個(gè)像數(shù)中的一個(gè)。

    感興趣的區(qū)域或大或小。掃描時(shí)一般只會(huì)牽涉到單個(gè)電池片，但是最近Sonocan有報(bào)道，現(xiàn)有的自動(dòng)聲學(xué)顯微系統(tǒng)可以很容易地完成數(shù)米長(zhǎng)的面板的掃描。用來(lái)產(chǎn)生像數(shù)的回聲只來(lái)自電池片或面板內(nèi)的材料界面，例如玻璃封蓋和硅片之間的界面。這個(gè)玻璃-硅界面包含了非常薄的光學(xué)粘接劑，所以它實(shí)際上包括了兩個(gè)材料界面。

    到達(dá)傳感器的回聲來(lái)自于電池片或面板內(nèi)不同深度。為了只對(duì)感興趣的深度進(jìn)行成像，因此一些回聲會(huì)被棄用。如果玻璃-硅界面正好是感興趣的深度，從更深區(qū)域（如硅與基底的接觸）返回的回聲將會(huì)被排除，也不會(huì)在聲學(xué)圖像上顯示。在聲學(xué)顯微的詞匯中，回聲會(huì)在玻璃-硅界面上被選通（gated）。通過(guò)選通更深的區(qū)域和忽略來(lái)自玻璃-硅深度的回聲，更深的區(qū)域可以單獨(dú)成像。為了實(shí)現(xiàn)測(cè)試，選通可以非常精確，例如只成像玻璃和光學(xué)耦合劑部界面，而不包含光學(xué)耦合劑底部和硅界面的圖像。   

圖1.硅電池和玻璃與硅間的粘接劑之間不規(guī)則的氣孔的聲學(xué)圖像。

    圖1是一個(gè)電池片局部區(qū)域的高度放大的聲學(xué)圖像。為了獲得圖像，回聲被選通在玻璃和硅的界面，包括了玻璃和硅之間的粘接劑。

    三條水平的暗線是導(dǎo)線。不規(guī)則的白色區(qū)域是分層，可能位于粘接劑底部和硅之間。它們看起來(lái)很亮，這是應(yīng)為反射的超聲波很強(qiáng)，返回的回聲信號(hào)有很高的放大倍數(shù)。分層似乎有擴(kuò)張，在擴(kuò)張過(guò)程中，它們被硅上的金屬導(dǎo)線限制。同一個(gè)電池片中的其他分層具有同樣的圖形，所以分層很有可能位于光學(xué)粘接劑和硅之間。

    這些分層都很小，在目前的狀態(tài)下它們對(duì)效率和可靠性只有很小的影響。但是測(cè)試說(shuō)明粘接劑-硅界面易受分層的影響。如果更多的電池片或面板也顯示了相似的分層，那么尋找分層的成因就很有意義。在大尺寸上，這樣的分層會(huì)降低太陽(yáng)能電池的效率，因?yàn)樗麄儾粌H反射超聲波，還反射太陽(yáng)光，因此會(huì)降低到達(dá)硅的太陽(yáng)光的強(qiáng)度。    

圖2.導(dǎo)電條較暗區(qū)域與硅之間有粘接；白色區(qū)域沒(méi)有粘接。

    在圖2中，水平的特征圖像是導(dǎo)電條，或者更精確地說(shuō)是導(dǎo)電條和硅之間的界面。箭頭指向?qū)щ姉l右端尾部的那部分界面非常暗，表明回聲具有較低的放大倍數(shù)，來(lái)自于兩種材料間粘接較好的地方。但是大多數(shù)導(dǎo)電條和硅之間的接觸區(qū)域都很明亮，意味著它們之間根本就沒(méi)有接觸。在工作時(shí)，這種未連接可能導(dǎo)致導(dǎo)電條過(guò)熱而失效。