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。
【技术实现步骤摘要】
一种椭偏测量装置及测量方法
本申请涉及光学测量仪器
，特别涉及一种椭偏测量装置及测量方法。
技术介绍
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：（1）在椭偏测量系统中设计倾斜角度不同的样品台，根据不同样品的测试需求，通过拆卸样品台的方式更换所需样品台，所述倾斜角度指：样品台的放置面与参考面所夹的锐角。这种方法在椭偏测量系统中应用较为普遍，但其缺点在于样品台的拆卸过程繁琐、更换速度慢且不便于保管拆卸下来的样品台，更换完新的样品台后，整个仪器的样品台在安装的过程中准确度和重复性均没法保证，需要重新校准。（2）在椭偏测量系统中设计不用拆卸样品台的方式，即安装两套不同倾斜角度的样品台，这两套样品台之间用电动（手动）导轨连接，当需要用某个倾斜角度的样品台时，通过导轨把该样品台移到安装位置，其他样品台则移出安装位置。但这种通过移动导轨更换不同种类的样品台的方式，速度比较慢且占用空间比较大，准确度和重复性也很难保证。（3）在椭偏测量系统中设计有两个台面定位面的样品台，这两个台面定位面的二面角夹角为54.7°±5°。通过转动样品台台面的方式，满足不同测试条件对样品台放置面和参考平面所构成的二面角角度的需求。但使用这种方式检测单晶硅太阳能电池时，需将待测样品以倾斜于水平面54.7°±5°的状态放置在样品台上，这无疑加大了样品取放的难度，也加大了损坏待测样品的风险。由此可见，在椭偏测量系统中，现有的用于椭偏仪中晶体硅太阳能电池样品台存在的问题是：（1）需要改变样品台角度实现样品平放或斜放；（2）样品斜放时不易进行样品移动，故不利于对样品进行均匀度检测；（3）样品斜放时碎片风险高。这些问题使某些种类的样品只能测试某个固定点，无法进行任意点测试，并且不便于取放测试样品，对工艺改善和提高测试效率都产生了极大的影响。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种无需变换样品台或改变样品台方位、结构简单、操作简捷、更换迅速、重复定位精度高、可实现多种类样品采用相同放置位置的一种椭偏测量装置及测量方法，其能同时满足单晶太阳能电池和多晶太阳能电池的检测需求，并降低单晶太阳能电池在测试过程中的碎片风险，实现样品的任意点测试，提高测试效率。本申请的上述目的一是通过以下技术方案得以实现的：一种椭偏测量装置，包括基板、样品台、检测部件、角度切换机构和角度定位机构；所述样品台固定安装在基板上，所述样品台台面为平面，待测样品放置在样品台台面上；所述检测部件包括用于发射入射光的起偏臂和用于接收反射光的检偏臂，入射光轴和反射光轴形成有入射面；所述角度切换机构转动安装在基板上，所述起偏臂和检偏臂安装在角度切换机构上，所述角度切换机构带动检测部件同步转动，以改变检测部件入射面与待测样品表面的夹角；所述角度定位机构安装在基板上，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通过采用上述技术方案，检测待测样品时，将待测样品平放在样品台上，通过角度定位机构对角度切换机构进行定位，使检测部件的入射面直接与待测样品的检测面相垂直，并使两光轴的交点通过检测面，然后进行后续测量即可；整个过程快速方便，且避免了样品斜放，降低样品损坏的风险。本申请进一步设置为：所述样品台高度可调节设置。通过采用上述技术方案，可实时调节样品台高度，以对应不同类型的样品，使样品台适应性更好。本申请进一步设置为：所述角度切换机构包括门型架和轴承座，所述轴承座设为两个，同轴布置在基板上；所述门型架的端部固接有转轴，所述门型架通过穿入轴承座中的转轴与轴承座转动连接；所述检测部件安装在门型架上。通过采用上述技术方案，门型架为检测部件提供安装基础，门型架通过轴承座转动安装在基板上，以使检测部件能够进行角度调节。本申请进一步设置为：所述角度定位机构包括倾斜定位件和竖直定位件，所述倾斜定位件和竖直定位件沿角度切换机构转动方向布置在角度切换机构两侧；所述角度切换机构与倾斜定位件刚性抵触配合，将角度切换机构定位至倾斜状态；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种椭偏测量装置，其特征在于：包括基板(1)、样品台(2)、检测部件(3)、角度切换机构(4)和角度定位机构(5)；/n所述样品台(2)固定安装在基板(1)上，所述样品台(2)台面为平面，待测样品(20)放置在样品台(2)台面上；/n所述检测部件(3)包括用于发射入射光的起偏臂(31)和用于接收反射光的检偏臂(32)，入射光轴和反射光轴形成有入射面；/n所述角度切换机构(4)转动安装在基板(1)上，所述起偏臂(31)和检偏臂(32)安装在角度切换机构(4)上，所述角度切换机构(4)带动检测部件(3)同步转动，以改变检测部件(3)入射面与待测样品(20)表面的夹角；/n所述角度定位机构(5)安装在基板(1)上，通过刚性抵触限位或自锁结构限定角度切换机构(4)的转动角度。/n
【技术特征摘要】
1.一种椭偏测量装置，其特征在于：包括基板(1)、样品台(2)、检测部件(3)、角度切换机构(4)和角度定位机构(5)；
所述样品台(2)固定安装在基板(1)上，所述样品台(2)台面为平面，待测样品(20)放置在样品台(2)台面上；
所述检测部件(3)包括用于发射入射光的起偏臂(31)和用于接收反射光的检偏臂(32)，入射光轴和反射光轴形成有入射面；
所述角度切换机构(4)转动安装在基板(1)上，所述起偏臂(31)和检偏臂(32)安装在角度切换机构(4)上，所述角度切换机构(4)带动检测部件(3)同步转动，以改变检测部件(3)入射面与待测样品(20)表面的夹角；
所述角度定位机构(5)安装在基板(1)上，通过刚性抵触限位或自锁结构限定角度切换机构(4)的转动角度。
2.根据权利要求1所述的一种椭偏测量装置，其特征在于：所述样品台(2)高度可调节设置。
3.根据权利要求1所述的一种椭偏测量装置，其特征在于：所述角度切换机构(4)包括门型架(41)和轴承座(42)，所述轴承座(42)设为两个，同轴布置在基板(1)上；所述门型架(41)的端部固接有转轴(43)，所述门型架(41)通过穿入轴承座(42)中的转轴(43)与轴承座(42)转动连接；所述检测部件(3)安装在门型架(41)上。
4.根据权利要求1或3所述的一种椭偏测量装置，其特征在于：所述角度定位机构(5)包括倾斜定位件(6)和竖直定位件(7)，所述倾斜定位件(6)和竖直定位件(7)沿角度切换机构(4)转动方向布置在角度切换机构(4)两侧；所述角度切换机构(4)与倾斜定位件(6)刚性抵触配合，将角度切换机构(4)定位至倾斜状态；所述角度切换机构(4)与竖直定位件(7)刚性抵触配合，将角度切换机构(4)定位至竖直状态。
5.根据权利要求4所述的一种椭偏测量装置，其特征在于：所述角度切换机构(4)与倾斜定位件(6)抵触配...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱宗洋，杨良，尹福钰，
申请(专利权)人：北京量拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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