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通过在晶圆上的接触角测量来提高太阳能产量
太阳能是目前全球可再生能源中发展最快的一种，其年发电量已超过风能（截至2019年，来源：www.bmwi.de）。诸如Fraunhofer硅光伏研究中心CSP的正在使用的这些设备，用于确保光电效应得到更有效、更经济的利用，从而进一步积极推动其发展。作为Fraunhofer CSP的研究员——Ringo Köpge正在主导一个优化晶圆制造和质量保障的项目，该项目同样包括了用于清洁控制的接触角测量过程。
光伏硅片的清洁控制：通过润湿分析来进行评价
由二氧化硅构成的硅片是一般太阳能板的前体，在生产出原始硅片后，硅片会经历多个蚀刻过程，过程中其表面会受到污染的影响。因此，硅片的最终清洁控制是质量保障中不可或缺的步骤。Fraunhofer CSP的项目经理Ringo Köpge为此制定了优化的任务。对于清洁度的测试方法，这位科学家决定使用接触角法测量润湿性，因为这种测试的方法是非接触、非破坏性的，在使用纯水的情况下甚至不会在敏感的表面留下任何痕迹。Köpge旨在解决两个重要问题：如何成功地对硅片进行最终的清洁度检查，并覆盖尽可能多的样品？以及研究在过程中收集的接触角数据与成品太阳能电池的效率有什么关联？
从硅元件到成品晶圆的过程
Fraunhofer CSP的设备可以根据面临的问题绘制整个晶圆的工艺链。首先，掺有外来原子的单晶硅（即所谓的晶锭），会与牺牲板结合，然后会通过多线切割机将两者切割成180至250µm厚的方形硅片。在这整个工艺过程中不同步骤的优化，包括牺牲板粘合剂的开发，已经成为研究项目的一部分。根据不同的问题，项目合作伙伴进行了分工：Wettenberg（德国黑塞州）的PVA TePla AG参与结晶方面，Erfurt（德国图林根州）的PV Crystalox Solar Silicon GmbH公司参与晶圆方面。
在进行预清洗步骤以溶解牺牲板粘合剂后，晶圆在自动清洗系统中通过一系列的超声波浴，以使其免受硅粉尘和有机污染物的污染，同时保证最终成品免受清洁剂中表面活性剂的污染。
在随后的联机检查中，将其分为A和B类晶圆，并记录其厚度，接着使用相机检查光学质量，最后进行接触角测量等。
Fraunhofer CSP所执行的优化晶圆制造及最终的清洁度检查流程
数据科学将接触角结果转化为下一步行动的指南
许多工艺步骤伴随着同样多的影响最终产品的质量的因素。然而，决定性的单位面积电流产量只能在由测试过的晶圆制成的成品电池上检验。研究的核心问题是，哪些工艺参数和质量缺陷有什么影响，有多大影响，以及接触角对成品太阳能电池板的预期产量有什么影响。
想要可靠地确定众多独立影响因素的关联性，通常需要大量的数据。作为项目的一部分，数千块经过不同处理和清洁度的晶圆通过质量控制的联机工作站。为了评估和解释接触角的测量结果，Köpge和他的同事借鉴了数据科学的方法，并与来自德累斯顿（德国萨克森）的Kontron AIS公司合作。该项目成功完成后，其结果有望对光伏晶圆的优化和质量保障产生突破性影响。
关于Fraunhofer CSP
Fraunhofer这个名字代表着以应用为导向的研究，Fraunhofer专注于创新产品的开发以及与企业和大学的密切交流。Fraunhofer协会在80多个研究机构拥有29,000名员工，并拥有无数来自工业界的合作伙伴和客户，是欧洲最大的同类协会。
位于哈雷（德国萨克森-安哈尔特）的Fraunhofer硅光伏研究中心CSP于2007年从材料和系统微结构研究所IMWS以及太阳能系统研究所ISE分离出来。除了结晶和晶圆之外，Fraunhofer CSP的多样化研究课题还包括工艺链上的分析方法、现有半导体材料的回收和新半导体材料的开发，以及数据和工艺分析。
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