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DE102006026528A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben Download PDF

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DE102006026528A1
DE102006026528A1 DE102006026528A DE102006026528A DE102006026528A1 DE 102006026528 A1 DE102006026528 A1 DE 102006026528A1 DE 102006026528 A DE102006026528 A DE 102006026528A DE 102006026528 A DE102006026528 A DE 102006026528A DE 102006026528 A1 DE102006026528 A1 DE 102006026528A1
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DE
Germany
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silicon wafers
polycrystalline silicon
guide plate
testing
silicon wafer
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Ceased
Application number
DE102006026528A
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English (en)
Inventor
Lothar Dipl.-Ing. Schlegel
Dietmar Bretschneider
Lutz Weidhase
Andreas Rammer
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Solarwatt GmbH
Original Assignee
Solarwatt GmbH
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Publication date
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Abstract

Aufgabe ist es, eine neuartige Vorrichtung und ein automatisierbares Verfahren zum Prüfen zu schaffen, wobei schnell und mit hoher Zuverlässigkeit eine Fehlerermittlung bei den geprüften Siliziumscheiben gewährleistet werden kann. Erfindungsgemäß erfolgt eine neuartige Auswertung von ermittelten Messdaten, die aus mehrmaligen mechanischen Biegeprozessen gewonnen werden. Neuartig ist auch die konstruktiv einfache Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Sie besteht aus verfahrbarer Linearführung 13 mit daran befestigtem Mitnehmerarm 12, der mit einer höhenverfahrbaren Führungsplatte 11, die Auflagebolzen 5 besitzt, verbunden ist. Es ist eine Weg-Messeinrichtung so angeordnet, dass diese den zurückgelegten Weg, den der Mitnehmerarm 13 mit der zweiten Führungsplatte 11 mit ihren zwei ersten Auflagebolzen 5 gegenüber der zu prüfenden Siliziumscheibe 17 zurücklegt, genau ermittelt. Mit der Führungsplatte 11 ist die Führungsplatte 9, die Auflagebolzen 6 besitzt, über eine Distanzfeder 16 gekoppelt. Die Auflagebolzen 5 und 6 enden in ihrer Grundstellung genau in einer Ebene und bilden vier plane Auflagepunkte für die Auflage der zu prüfenden Siliziumscheibe 17. Auf der anderen Seite gegenüber der Auflagefläche sind Messbolzen 4 angeordnet. Die Messbolzen 4 sind an einer Aufnahmeplatte 3, die über Ausgleichsfedern (15) an einer Halteplatte 1 geführt ist, befestigt. Dazwischen ist ein Kraftsensor 14 zur Ermittelung der über die Messbolzen 4 einwirkenden Kraft angeordnet. ...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine automatisierbare Vorrichtung zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben, insbesondere von Solarzellen oder Siliziumwafern unter Nutzung einer mechanisch betätigten Verformungseinheit und ein automatisierbares Verfahren zum Prüfen unter Auswertung der Messdaten aus einer Biegebeanspruchung zur Fehlerermittlung und sich daraus ergebenden Selektion der Siliziumscheiben.
  • Es sind eine Reihe unterschiedlicher Vorrichtungen und Verfahren zum Prüfen von Solarzellen und Siliziumwafern bekannt. So sind verschiedene Möglichkeiten beschrieben um Risse, Spalten und ähnliche Defekte bei Halbleiterscheiben erkennen und auswerten zu können. Unter anderem sind Verfahren bekannt die zerstörungsfrei mit kristallografischen, thermographischen, thermo-mechanischen, bildanalytischen, spektrometrischen, strahlungs-technischen, schall-emmissions nutzenden, dauerschwingverhalten untersuchenden und ultraschall nutzenden Prüfmethoden arbeiten. Nachteilig bei allen diesen Verfahren und den zugehörigen Prüfvorrichtungen ist deren hoher gerätetechnische Aufwand und die nicht eindeutige reproduzierbare Fehlererkennung.
  • So ist zum Beispiel in der DE 101 01 203 A1 ein Verfahren zum Erfassen und Klassifizieren von Kratzern auf Halbleiterwafern beschrieben. Dabei wird auf dem Wafer ein Koordinatensystem aufgesetzt und definiert und dann die Verteilung der Fehlerzellen ermittelt. Aus der Verteilung der Fehlerzellen ergibt sich die Art und der Grad der Schädigung der geprüften Solarzellen.
  • Da Kratzer auf Wafern vor allen bei den immer geringer werdenden Schichtdicken als Ausgang von möglichen Rissbildungen gefährlich sind, ist in der DE 198 40 432 A1 eine technische Lösung beschrieben, bei der die Kratzer mittels einer strukturanalytischen Methode mit Hilfe einer speziellen Spektroskopie ermittelt und ausgewertet werden können.
  • Es ist des weiteren aus der DE 198 22 360 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, wobei die energetische Lage und Breite von vorliegenden Defekten durch Messung der Bandverbiegung in Abhängigkeit von der Lichtintensität und/oder Temperatur ermittelt wird.
  • In einer anderen technischen Lösung zur Fehlersuche von Rissen gemäß der DE 199 41 135 A1 wird die Siliziumscheibe einem Hochfrequenz-Magnetfeld ausgesetzt und der Wirbelstrom im Halbleitermaterial kontaktlos ausgelesen. Die Ladungsträger werden dabei mit Licht erzeugt.
  • Aus der DE 197 23 080 A1 ist es auch bekannt Kristallrisse mit Hilfe mehrere Lastimpulse festzustellen, wobei die Änderung der thermischen Widerstände ausgewertet wird.
  • Nach der DE 100 41 118 A1 wird die Wafer-Oberfläche mit Licht unter einem bestimmten Einfallswinkel abgerastert und das unter einem vorgegebenen Winkel wieder reflektierte Licht zur Signalerzeugung für die Suche nach Krazern verwendet.
  • All diese Verfahren sind zwar geeignet eine Vielzahl von verschiedenen Defekten zu erfassen und abzubilden. Für eine Untersuchung der bruch-mechanischen Eigenschaften von Siliziumscheiben unter den Belastungen eines automatisierten Fertigungsprozesses sind diese aber nur bedingt und mit hohem Aufwand geeignet.
  • Aus der DE 103 39 519 A1 14 115 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der Biegefestigkeit von Solarzellen im Fertigungsprozess bekannt, bei dem die Solarzellen bei der Prüfung den gleichen Biegebeanspruchungen wie im Fertigungsprozess der Solarmodule, sowie bei der Betriebsbelastung unterzogen werden. Dabei wird die Größe der Impedanzänderung der Zellen bei unterschiedlichen Biegebeanspruchungen, Messfrequenzen und fehlender Bestrahlung als Parameter für ausreichende Biegbeanspruchung gemessen und ausgewertet. Es erfolgt eine Reihe von unterschiedlichen Annahmen und es werden die Solarzellen während der Impedanzmessung und der Biegebeanspruchung zusätzlich mit einer Dichte-Schwingung beaufschlagt. Als Ergebnis werden die Impedanz-Änderungen als Funktion der Biegebeanspruchung, der Schwingungs-Amplitude, der akustischen Frequenz sowie der Messfrequenz dargestellt. Die Spannung und/oder der Strom der Solarzellen wird als Funktion unterschiedlicher Biegebeanspruchungen und Bestrahlungen gemessen und einer Auswerteeinrichtung zugeführt, die während der Belastung emittierten akustischen Signale werden mit einem Sensor aufgenommen und ebenfalls der Auswerteeinrichtung zugeführt. Diese technische Lösung ist sowohl konstruktiv als auch gerätetechnisch sehr aufwendig ausgeführt.
  • In der Dissertation der Universität Konstanz mit dem Titel „Charakterisierungsverfahren und industriekompatible Herstellungsprozesse für dünne multikristalline Siliziumsolarzellen" von Dr. Andreas Schneider vom 16.02.2004 wird auf den Seiten 29 bis 32 unter anderem ausführlich auf das sogenannte Twisten von Solarzellen eingegangen. Dabei werden die Solarzellen in allen Stadien des gesamten Fertigungsprozesses in einer bestimmten Art und Weise mechanisch verbogen und ausführlichen Bruchtests unterzogen. Es wir gezeigt, inwieweit sich die Twist-Test-Methode eignet geschädigte Wafer rechtzeitig aus zu sortieren. Dieses sogenannte Twisten ist allerdings bereits seit 1984 im Zusammenhang als Testmethode für Solarzellen bekannt. Es wird genau auf das mechanische Verbiegen eingegangen und es werden jeweils verschiedene Solarzellen einer Herstellungsserie jeweils einem mechanischen Biegeprozess unterzogen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige leicht automatisierbare und konstruktiv einfache Vorrichtung zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben unterschiedlicher Formen und Abmessungen, insbesondere von Solarzellen oder Siliziumwafern unter Nutzung einer mechanisch betätigten Verformungseinheit und ein dazugehöriges automatisierbares Verfahren zum Prüfen unter Auswertung der Messdaten aus einer Biegebeanspruchung zur Fehlerermittlung zu schaffen, die schnell und mit hoher Zuverlässigkeit eine Fehlerermittlung bei den geprüften Siliziumscheiben gewährleistet und damit eine genaue algorithmisierte Selektion der Siliziumscheiben nach Fehler- und Qualitätskriterien ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten und zweiten Patentanspruchs gelöst. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren rückbezüglichen Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben, insbesondere von Solarzellen oder Siliziumwafern arbeitet zwar unter Nutzung einer an sich bekannten mechanisch betätigten Verformungseinheit aber mit einer völlig neuartigen Auswertung von ermittelten Messdaten, die aus mehrmaligen mechanischen Biegeprozessen gewonnen werden. Neuartig ist auch die konstruktiv einfache Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei ist an einer verfahrbaren Linearführung 13 ein Mitnehmerarm 12 so angeordnet, dass er nach innen mit einer zweiten Führungsplatte 11 verbunden ist. Diese zweite Führungsplatte 11 ist ebenfalls höhenverfahrbar geführt und an dieser sind in Richtung der zu prüfenden Siliziumscheibe 17 hin mindestens zwei erste Auflagebolzen 5 angeordnet. An dieser zweiten Führungsplatte 11 oder am Mitnehmerarm 12 oder an der Linearführung 13 ist eine Weg-Messeinrichtung so angeordnet, dass diese den zurückgelegten Weg den der Mitnehmerarm 13 mit der zweite Führungsplatte 11 mit ihren zwei ersten Auflagebolzen 5 gegenüber der zu prüfenden Siliziumscheibe 17 zurücklegt, genau ermittelt.
  • In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist des weiteren eine höhenverfahrbare erste Führungsplatte 9 angeordnet, die mit der zweiten Führungsplatte 11 über eine oder mehrere Distanzfeder(n) 16 gekoppelt ist. An dieser ersten Führungsplatte 9 sind in Richtung der zu prüfenden Siliziumplatte 17 hin, mindestens zwei zweite Auflagebolzen 6 angeordnet. Die zwei ersten Auflagebolzen 5 und die beiden zweiten Auflagebolzen 6 enden in ihrer Grundstellung genau in einer Ebene und sind räumlich im Inneren der erfindungsgemäßen Vorrichtung so verteilt angeordnet, dass sie vier plane Auflagepunkte für die Auflage der zu prüfenden Solarzelle 17 bilden. Bevorzugt liegen die Auflagepunkte außen in der Nähe der Ecken bei einer eckigen Siliziumscheibe bzw. außen in der Nähe des Umfangs bei einer runden Siliziumscheibe. Beide Führungsplatten 9 und 11 sind bevorzugt über geeignete angeordnete Führungssäulen 8 gegen eine fixiert angeordnete Siliziumscheibe 17 linear verfahrbar. Die Verfahrbarkeit der höhenverstellbaren ersten Führungsplatte 9 wird durch einen oder mehrere angeordnete Endanschläge 7 begrenzt. Die zu prüfende Siliziumscheibe 17 wird auf der anderen Seite gegenüber der Auflagefläche mit mindestens einem Messbolzen 4 positioniert und unverrückbar fixiert. Der bzw. die Messbolzen 4 sind an einer Aufnahmeplatte 3 angeordnet. Die Aufnahmeplatte 3 ist über Ausgleichsfedern 15 an einer Halteplatte 1 geführt und gelenkig befestigt. Zwischen Halteplatte 1 und Aufnahmeplatte 3 ist des weiteren mindestens ein Kraftsensor 2 zur Ermittlung der über die Messbolzen 4 einwirkenden Kraft angeordnet. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben unterschiedlicher Formen und Abmessungen, wie insbesondere von Solarzellen oder Siliziumwafern geeignet, ist konstruktiv einfach aus wenigen beweglichen Teilen aufgebaut und kann leicht als automatisierte Vorrichtung betrieben werden.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben wird die zu prüfende Siliziumscheibe 17, wie an sich bekannt, mechanisch verformt und es werden Messdaten aus einer Biegebeanspruchung ausgewertet. Allerdings nicht wie bisher aus dem Stand der Technik bekannt, mittels Auswertung der elektrischen Messdaten. Überaschenderweise wurde gefunden, dass eine Siliziumscheibe 17 bei zweimaliger oder mehrmaliger hintereinander erfolgender mechanischer Verformung bestimmten charakteristischen Veränderungen in dem Kraft-Weg- Verläufen unterliegt, die mittels geeigneter rechentechnischer Geräte verglichen und ausgewertet werden können, so dass allein an Hand der mechanisch einwirkenden Kräfte, der Kraftverläufe und der Wegverläufe der Durchbiegungen die zu prüfenden Siliziumscheiben 17 qualitativ selektiert und klassifiziert werden können. Die rein mechanischen Messdaten, die durch mehrmaliges Prüfen einer in der erfindungsgemäßen Vorrichtung fixierten Siliziumscheibe 17 gewonnen werden, werden erfindungsgemäß entweder getaktet oder stetig aufgenommen, rechentechnisch gespeichert und datentechnisch verglichen. Insbesondere werden die Werte von der über die zu prüfende Siliziumscheibe 17 auf den Kraftsensor 14 wirkenden Werte der Kraft und die Durchbiegung der Siliziumscheibe 17 bei jeder mechanischen Verformung als analoge oder digitalisierte Daten ermittelt und/oder berechnet und verglichen.
  • Durch dieses neuartige einfache Prüfverfahren können erstmals wiederholt einsetzbare Prüfbedingungen für verschiedene Arten und Abmessungen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben geschaffen werden. Der Prüfprozess ist problemlos automatisierbar und kann in bestehende Fertigungsprozesse auf einfache Art und Weise integriert werden. Die mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben können damit des weiteren erstmals einer zerstörungsfreien Prüfung unterzogen werden und es lassen sich Klassifizierungen von Fehlerparametern feststellen, auswerten und die Siliziumscheiben genau klassifizieren. Der wesentlichste Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Prüfung von Siliziumscheiben ist, dass es nicht zum Bruch der Siliziumscheiben kommen muss. Das Verfahren ist beliebig oft unter gleichen Prüfkriterien für verschiedene Arten von Siliziumscheiben fertigungstechnisch reproduzierbar und kann leicht in eine automatisierte Fertigung, insbesondere auch von Solarzellen integriert werden.
  • In einer bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahren zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben werden die ermittelten Werte aller Messpunkte und/oder Fehler datentechnisch verglichen und es erfolgt eine umgehende Fehleranalyse aller einzelnen Werteabweichungen.
  • Bei erfindungsgemäßen Verfahren zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben ist es auch möglich, dass nur ermittelte Werte einzelner definiert ausgewählter Messpunkte und/oder Fehler datentechnisch verglichen werden und nur eine Fehleranalyse dieser einzelnen bestimmten Werteabweichungen erfolgt. Dadurch kann die Zeitdauer des Prüfprozesses wesentlich beschleunigt werden.
  • In einem anders spezifizierten Verfahren zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben erfolgt jeweils eine Interpolation der Kraft-Weg-Geraden jeder Verformung und die Berechnung des Anstieges der interpolierenden Geraden über die ermittelten Werte der Messpunkte. Anschließend werden die ermittelten Werte datentechnisch verglichen und ins Verhältnis zueinandergesetzt und/oder es erfolgt eine Fehleranalyse.
  • In einer weiteren bevorzugten Verfahrensabwandlung zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben werden über die ermittelten Werte der Messpunkte jeder mechanischen Verformung jeweils einer Interpolation der Kraft-Weg-Kurven unterworfen. Es erfolgt anschließend eine Integration der datentechnisch vorliegenden rein mechanisch ermittelten Ausgangswerte und die berechneten Werte werden mit mathematischen Methoden datentechnisch verglichen.
  • In einer besonderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben unter Auswertung der Messdaten aus mehreren mechanischen Verformungen wird der Prüfprozess bereits bei der zweiten oder einer weiteren folgenden mechanischen Verformung bei Erreichen bestimmter größerer definierter Veränderungen (Grenzwertüberschreitung) der Messwerte oder auch bei größeren Abweichungen bereits nach relativ kurzer Dauer der Messwertermittlung der Messkurven abgebrochen. Voraussetzung ist dabei eine stetige Ermittlung einzelner Messwerte und der ständige rechentechnische Vergleich der ermittelten Daten der aufeinanderfolgenden mechanischen Verformungsprozesse. Dies hat den Vorteil, dass es zu keiner weiteren mechanischen Schädigung der zu prüfenden Siliziumscheibe 17 kommt und ein Zerbrechen der Prüflinge zuverlässig vermieden werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll an Hand der 1 in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die 1 zeigt den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben mit der das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden kann. Dabei ist in einem Gehäuse (nicht gezeichnet) eine verfahrbare angetriebene Linearführung 13, wie z. B. eine Linearachse angeordnet. Gleichfalls ist ein Mikrorechner zum Speichern und Auswerten der ermittelten Daten in die erfindungsgemäße Vorrichtung integriert. Des weiteren sind im Inneren der Vorrichtung vier Führungssäulen 8 verteilt so angeordnet, dass auf jeweils zwei diagonal gegenüberliegenden Führungssäulen 8 je eine erste Führungsplatte 9 und je eine zweite Führungsplatte 11 höhenverfahrbar angeordnet und geführt sind. In der ersten Führungsplatte 9 und der zweiten Führungsplatte 11 sind Bohrungen an entsprechenden Stellen außen so angeordnet, dass in denen zur spielfreien und präzisen Führung Führungsbuchsen 10 montiert sind, die auf den Führungssäulen 8 leicht und spielfrei gleiten. Zwischen den sich kreuzenden Führungsplatten 9 und 11 ist zentrisch eine Distanzfeder 16 befestigt, die die Führungsplatten 9 und 11 voneinander beabstandet. Auf der ersten Führungsplatte 9 sind weiter innen neben den Führungsbuchsen 10 in Richtung der zu prüfenden Siliziumscheibe 17 hin je zwei zweite Auflagebolzen 6 angeordnet. Gleichfalls sind auf der zweiten Führungsplatte 11 weiter innen neben den Führungsbuchsen 10, in Richtung der zu prüfenden Siliziumscheibe 17 hin, je zwei erste Auflagebolzen 5 angeordnet. Die Längen der ersten Auflagebolzen 5 und der zweiten Auflagebolzen 6 sind so aufeinander abgestimmt, dass deren Enden in der Ausgangsstellung der Führungsplatten 9 und 11 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung jeweils vier genau in einer Ebene liegende Auflagepunkte (oder auch Auflageflächen) für die zu prüfende Siliziumscheibe 17 bilden. Die zu prüfende Siliziumscheibe 17 ist zunächst auf diese Auflagepunkte lose aufgelegt.
  • Über der zu prüfenden Siliziumplatte 17 ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Halteplatte 1 angeordnet. An dieser Halteplatte 1 ist in Richtung der zu prüfenden mono- oder polykristallinen Siliziumplatte 17 hin eine Aufnahmeplatte 3 zur Aufnahme der auszuwertenden Druckkräfte befestigt. Diese Aufnahmeplatte 3 ist mit Ausgleichsfedern 15 belastungsfrei, kraftneutral und selbstjustierend an der Halteplatte 1 aufgehangen. Zwischen Halteplatte 1 und Aufnahmeplatte 3 ist ein Kraftsensor 2 zur Auswertung der Kraftverläufe während des Biegeprozesses der Siliziumscheibe 17 zentrisch angeordnet. Hier im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist des weiteren ein Verbindungsbolzen 14 zwischenmontiert, der über ein Kugelgelenk auf den Kraftaufnehmer des Kraftsensors 2 wirkt. An der Aufnahmeplatte 3 sind links und rechts außen zwei Messbolzen 4 angeordnet. Diese Messbolzen 4 befinden sich in einer Flucht mit den zweiten Auflagebolzen 6, d. h. ihre Mittelpunkte sind deckungsgleich mit den Mittelpunkten der zweiten Auflagebolzen 6. Anstelle eines zentrisch angeordneten zentralen Kraftsensors 2 können auch zwei oder mehrere Kraftsensoren an der Aufnahmeplatte 3 angeordnet sein.
  • Die in die Vorrichtung eingelegte und auf den vier Auflagepunkten der Auflagebolzen 5 und 6 aufliegende mono- oder polykristalline Siliziumscheibe 17 wird zunächst in Richtung der Messbolzen 4 verfahren bis die Siliziumscheibe 17 an den Auflageflächen der beiden Messbolzen 4 anliegt. Dabei werden alle beiden ersten Auflagebolzen 5 über die zweite Führungsplatte 11 nach oben in Richtung der zu prüfenden Siliziumscheibe 17 bewegt. Gleichzeitig werden über die hier in diesem speziellen Ausführungsbeispiel zentral angeordnete Distanzfeder 16 gekoppelten zweiten Auflagebolzen 6 über die erste Führungsplatte 9 mit nach oben bewegt. Dies erfolgt, indem der Mitnehmerarm 12 der Linearführung 13 in Richtung der Messbolzen 4 verfahren wird. Die eigentliche Prüfposition ist erreicht, wenn die zu prüfende Siliziumscheibe 17 an den Messbolzen anliegt, d. h. die zu prüfende Siliziumscheibe 17 ist nunmehr zuverlässig fixiert. Damit die Siliziumscheibe 17 in dieser Position exakt fixiert bleibt, läuft die erste Führungsplatte 9 gegen zwei Endanschläge 7. Ein weiteres Verfahren nach oben ist deshalb für die beiden zweiten Auflagebolzen 6 in dieser Prüfposition nicht mehr möglich. Beim weiteren nach oben Verfahren der zweiten Führungsplatte 11 wird die zu prüfende Siliziumscheibe 17 diagonal nach oben gebogen (mechanisch verformt), da sich die beiden ersten Auflagebolzen 5 weiter nach oben bewegen, während die beiden zweiten Auflagebolzen 6 aufgrund der Endanschläge 7 in Prüfstellung verharren. Die Distanzfeder 16 wird dabei weiter zusammengedrückt. Von oben wird über die beiden Messbolzen 4 die Kraft, die auf die Messbolzen 4 wirkt, mittels des Kraftsensors 2 gemessen. Die Messsignale werden vom ersten angezeigten Messsignal an aufgezeichnet. Gleichzeitig wird der zurückgelegte Weg des Mitnehmerarms 12 ab Erreichen der Prüfposition genau gemessen und aufgezeichnet. Die mechanische Verformung der Siliziumscheibe 17 wird bis zu einem definierten Verformungspunkt, welcher einem vorher definierten Prüfkriterium entspricht, fortgeführt. Dieses Prüfkriterium wird in Abhängigkeit von der Form, der Größe und der Materialzusammensetzung, der zu prüfenden mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben 17 bestimmt. Nach dem Stopp eines ersten Prüfprozesses wird die Vorrichtung in die Ausgangslage nach unten zurückgefahren. Die Messwerte der Kraft-Wegverläufe werden datentechnisch gespeichert. Anschließend erfolgt ein zweiter in der Regel mit gleichen Wegverläufen beaufschlagter Prüfprozess, wobei wiederum die analogen Messdaten, d. h. die einwirkenden Kräfte, die Kraftverläufe und die Wegverläufe der Durchbiegungen der Siliziumscheibe 17 stetig aufgenommen und gespeichert werden. Anschließend erfolgt ein Vergleich der aufgenommenen und gespeicherten Daten beider mechanischen Verformungen. Bei qualitativ fehlerfreien Siliziumscheiben sind die vergleichbaren Daten des ersten mechanischen und zweiten mechanischen Verformungsprozesses identisch oder liegen innerhalb geringer Abweichungen. Solcherart Siliziumscheiben 17 sind dann nicht nur mechanisch fehlerfrei, sondern es ist dann auch zu erwarten, dass diese geprüften Siliziumscheiben 17 die zu erwartenden weiteren mechanischen Belastungen währen des weiteren Herstellungsprozesses, z. B. für Solarzellenmodule, erfüllen. Durch dieses neuartige, einfache und schnelle Verfahren zum Prüfen mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben werden die auftretenden werkstoff- und fertigungstechnisch bedingten Fehler sehr zuverlässig erkannt. Über den problemlosen datentechnischen Vergleich (bevorzugt über geeignete Mikrorechner) der ermittelten Werte und/oder Fehler und der sich daraus ergebenden Kraft-Weg-Verläufe der beiden oder mehreren mechanischen Verformungen können die Siliziumscheiben genau klassifiziert werden.
  • 1
    Halteplatte
    2
    Kraftsensor
    3
    Aufnahmeplatte
    4
    Messbolzen
    5
    Erster Auflagebolzen
    6
    Zweiter Auflagebolzen
    7
    Endanschlag
    8
    Führungssäule
    9
    erste Führungsplatte
    10
    Führungsbuchse
    11
    zweite Führungsplatte
    12
    Mitnehmerarm
    13
    Linearführung
    14
    Verbindungsbolzen
    15
    Ausgleichsfeder
    16
    Distanzfeder
    17
    Siliziumscheibe

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben, insbesondere von Solarzellen oder Siliziumwafern unter Nutzung einer mechanisch betätigten Verformungseinheit dadurch gekennzeichnet, dass an einer verfahrbaren hinearführung (13) ein Mitnehmerarm (12) angeordnet ist, der mit einer angeordneten zweiten Führungsplatte (11) verbunden ist, die höhenverfahrbar geführt ist und an der mindestens zwei erste Auflagebolzen (5) angeordnet sind, an der zweiten Führungsplatte (11) oder am Mitnehmerarm (12) oder an der verfahrbaren Linearführung (13) eine Weg-Messeinrichtung angeordnet ist, eine höhenverfahrbare erste Führungsplatte (9) angeordnet ist und an der mindestens zwei zweite Auflagebolzen (6) angeordnet sind, die erste Führungsplatte (9) mit der zweiten Führungsplatte (11) über eine oder mehrere Distanzfeder(n) (16) gekoppelt ist, die zweite Führungsplatte (11) gegen eine fixiert angeordnete Siliziumscheibe (17) linear verfahrbar ist, wobei die Siliziumscheibe (17) mittels einem oder mehreren Messbolzen (4), die an einer Aufnahmeplatte (3) angeordnet sind, positioniert ist, die Aufnahmeplatte (3) über Ausgleichsfedern (15) an einer Halteplatte (1) geführt ist, und zwischen Halteplatte (1) und Aufnahmeplatte (3) mindestens ein Kraftsensor (2) angeordnet ist.
  2. Verfahren zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben, insbesondere von Solarzellen oder Siliziumwafern unter Auswertung der Messdaten aus einer Biegebeanspruchung, dadurch gekennzeichnet, dass eine fixierte Siliziumscheibe (17) zweimal oder mehrmals hintereinander mechanisch verformt wird, dabei die einwirkenden Kräfte, die Kraftverläufe und die Wegverläufe der Durchbiegungen der Siliziumscheibe (17) getaktet oder stetig aufgenommen und gespeichert werden, die dabei auftretenden werkstoff- und fertigungstechnisch bedingten Fehler über die charakteristischen Veränderungen der Messkurven ermittelt und die ermittelten Werte der beiden oder mehreren mechanischen Verformungen datentechnisch verglichen werden.
  3. Verfahren zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben unter Auswertung der Messdaten aus einer Biegebeanspruchung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Werte aller Messpunkte und/oder Fehler datentechnisch verglichen werden und eine Fehleranalyse der einzelnen Werteabweichungen erfolgt.
  4. Verfahren zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben unter Auswertung der Messdaten aus einer Biegebeanspruchung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur die ermittelten Werte einzelner definiert ausgewählter Messpunkte und/oder Fehler datentechnisch verglichen werden und nur eine Fehleranalyse dieser einzelnen bestimmten Werteabweichungen erfolgt.
  5. Verfahren zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben unter Auswertung der Messdaten aus einer Biegebeanspruchung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass über die ermittelten Werte der Messpunkte jeweils einer Interpolation der Kraft-Weg-Geraden und die Berechnung des Anstieges der interpolierenden Geraden erfolgt und die ermittelten Werte datentechnisch verglichen und in das Verhältnis gesetzt werden und/oder eine Fehleranalyse erfolgt.
  6. Verfahren zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben unter Auswertung der Messdaten aus einer Biegebeanspruchung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass über die ermittelten Werte der Messpunkte jeweils eine Interpolation der Kraft-Weg-Kurve erfolgt anschließend eine Integration der Werte durchgeführt wird und die berechneten Werte mit mathematischen Methoden verglichen werden.
  7. Verfahren zum Prüfen von mono- oder polykristallinen Siliziumscheiben unter Auswertung der Messdaten aus einer Biegebeanspruchung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der zweiten oder einer weiteren folgenden mechanischen Verformung bei Erreichen bestimmter größerer definierter Veränderungen (Grenzwertüberschreitung) der Messkurven der Verformungsprozess abgebrochen wird.
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