Freiberg MDP技術：硅錠p-n結高精度在線定位與原料提效
在光伏產業高速發展的今天，硅材料成本占太陽能電池總成本的40%以上。為降低生產成本，行業普遍采用低純度冶金級硅（umg-Si），但其高磷雜質含量易導致硅錠頂部形成n型導電區，造成材料浪費。傳統電阻率檢測技術受限于分辨率低（通常>10 mm）、無法全區域掃描等缺陷，導致切割后硅片良率損失高達5%-8%。
Freiberg Instruments公司憑借自主研發的微波檢測光電導技術（MDP），成功實現多晶硅錠導電類型變化的1毫米級高分辨率在線檢測，將檢測環節前置至硅錠切割前，助力企業精準剔除廢料、優化生產工藝。該技術已通過全球數十家光伏巨頭的驗證，成為硅材料質量控制領域的標桿解決方案。
技術突破
1. 原理創新
MDP技術的核心在于非接觸式光電導動態檢測
·激光激發：采用500 mW激光脈沖（脈寬200 μs）精準激發0.79 mm²微區，生成載流子。
·微波探測：通過微波吸收實時測量光生載流子濃度，同步解析光電導信號與少子壽命。
·智能算法：獨創的導數分析算法（圖1）自動識別光電導陡升區域，結合噪聲過濾技術，實現pn結的毫米級定位，誤判率低于0.1%。
圖1. 光電導率線掃描、其導數以及檢測算法的結果輸出
與傳統電阻率線掃描相比，MDP具備三大顛覆性優勢：
·分辨率提升10倍：1 mm vs. 10 mm
·檢測速度提升50倍：全硅錠雙面掃描<2分鐘
·數據維度擴展：同步輸出光電導、少子壽命、電阻率三維數據圖譜
2. 性能驗證：從實驗室到產線的卓越表現
Freiberg Instruments聯合歐洲光伏研究中心開展的實驗表明（圖2-3）：
·復雜pn結檢測：對傾斜、彎曲的pn界面（圖2a），MDP檢測誤差較電阻率法降低20 mm，避免數千片硅片誤切。
·靈敏度突破：在電阻率>3 Ω·cm的高阻區，光電導信號增幅達20倍，遠超少子壽命的2倍變化，確保檢測可靠性。
·兼容性擴展：支持156 mm厚度硅錠的全區域掃描，適應行業主流尺寸需求。
圖2. 兩個mc-Si 磚的光電導示例圖，其中標明了算法的檢測區域（綠線）和電阻率線掃描超過3Ωcm的區域（紅線）
應用場景
1. 工藝優化
通過MDP硅錠檢測系統（MDPingot Tool），企業可在切割前完成以下關鍵分析：
·pn結分布建模：繪制硅錠三維導電類型圖譜，定位n型廢料區（圖2）。
·晶體生長參數調優：根據磷/硼分凝系數差異（=0.82 vs. =0.35），動態調整爐溫、冷卻速率，將pn結壓縮至頂部低質區。
·成本精準核算：預判可用硅錠體積，優化切割方案，降低原料損耗。
圖3. 圖1中磚塊的平均光電導率線以及pn檢測算法的相應輸出和在磚塊中間測得的電阻率線掃描2. 經濟效益
通過1mm分辨率在線檢測（圖2-3），MDP技術可精準定位硅錠中的p-n結分界線，實現兩大核心價值：
·廢料區域最小化：傳統電阻率線掃描因分辨率不足（>10 mm），需預留更大安全切割余量，而MDP憑借1mm精度，可將廢料切除厚度減少20mm，顯著提升硅錠可用體積。
·工藝參數閉環優化：通過同步輸出光電導、少子壽命與電阻率三維圖譜（圖4），可快速驗證晶體生長爐的溫場分布與摻雜均勻性，減少因導電類型異常導致的整錠報廢風險。
a
b
c
圖4（a）硼和磷的典型濃度與磚塊的關系以及由此產生的電阻率與磚塊高度的關系，（b）不同樣品厚度的有效壽命和與體積壽命的相對偏差與電阻率和深度的關系（c）模擬pn結的電阻率線掃描，以及與1 Ωcm值相比，測量的壽命（紅色）和光電導率（黑色）的變化
實驗表明，MDP對復雜pn結形態的檢測誤差較傳統方法降低80%，這意味著在切割環節，每噸硅料可多保留5%-8%的有效區，直接轉化為產能提升與成本節約。
Freiberg Instruments將持續優化MDP技術的檢測精度與智能化水平，計劃通過開發工藝參數預測模型、與晶體生長爐及切割設備的數據聯動，構建覆蓋“檢測-工藝-生產”的全流程質控體系。同時，該技術將向鈣鈦礦等新型光伏材料檢測領域拓展，助力行業突破材料應用瓶頸。隨著光伏產業對降本提效需求的加劇，MDP技術憑借1mm級在線檢測能力，將成為推動硅料利用率提升，為全球清潔能源轉型提供堅實技術支撐。
該文章由Freiberg Instruments公司在Conference Record of the IEEE Photovoltaic Specialists Conference會議上發表的數據，詳細文章可查閱：High resolution inline detection of changes in the conduction type of multicrystalline silicon by contact less photoconductivity measurements
Freiberg Instruments公司憑借自主研發的微波檢測光電導技術（MDP），成功實現多晶硅錠導電類型變化的1毫米級高分辨率在線檢測，將檢測環節前置至硅錠切割前，助力企業精準剔除廢料、優化生產工藝。該技術已通過全球數十家光伏巨頭的驗證，成為硅材料質量控制領域的標桿解決方案。
技術突破
1. 原理創新
MDP技術的核心在于非接觸式光電導動態檢測
·激光激發：采用500 mW激光脈沖（脈寬200 μs）精準激發0.79 mm²微區，生成載流子。
·微波探測：通過微波吸收實時測量光生載流子濃度，同步解析光電導信號與少子壽命。
·智能算法：獨創的導數分析算法（圖1）自動識別光電導陡升區域，結合噪聲過濾技術，實現pn結的毫米級定位，誤判率低于0.1%。
圖1. 光電導率線掃描、其導數以及檢測算法的結果輸出與傳統電阻率線掃描相比，MDP具備三大顛覆性優勢：
·分辨率提升10倍：1 mm vs. 10 mm
·檢測速度提升50倍：全硅錠雙面掃描<2分鐘
·數據維度擴展：同步輸出光電導、少子壽命、電阻率三維數據圖譜
2. 性能驗證：從實驗室到產線的卓越表現
Freiberg Instruments聯合歐洲光伏研究中心開展的實驗表明（圖2-3）：
·復雜pn結檢測：對傾斜、彎曲的pn界面（圖2a），MDP檢測誤差較電阻率法降低20 mm，避免數千片硅片誤切。
·靈敏度突破：在電阻率>3 Ω·cm的高阻區，光電導信號增幅達20倍，遠超少子壽命的2倍變化，確保檢測可靠性。
·兼容性擴展：支持156 mm厚度硅錠的全區域掃描，適應行業主流尺寸需求。
圖2. 兩個mc-Si 磚的光電導示例圖，其中標明了算法的檢測區域（綠線）和電阻率線掃描超過3Ωcm的區域（紅線）應用場景
1. 工藝優化
通過MDP硅錠檢測系統（MDPingot Tool），企業可在切割前完成以下關鍵分析：
·pn結分布建模：繪制硅錠三維導電類型圖譜，定位n型廢料區（圖2）。
·晶體生長參數調優：根據磷/硼分凝系數差異（=0.82 vs. =0.35），動態調整爐溫、冷卻速率，將pn結壓縮至頂部低質區。
·成本精準核算：預判可用硅錠體積，優化切割方案，降低原料損耗。
圖3. 圖1中磚塊的平均光電導率線以及pn檢測算法的相應輸出和在磚塊中間測得的電阻率線掃描2. 經濟效益通過1mm分辨率在線檢測（圖2-3），MDP技術可精準定位硅錠中的p-n結分界線，實現兩大核心價值：
·廢料區域最小化：傳統電阻率線掃描因分辨率不足（>10 mm），需預留更大安全切割余量，而MDP憑借1mm精度，可將廢料切除厚度減少20mm，顯著提升硅錠可用體積。
·工藝參數閉環優化：通過同步輸出光電導、少子壽命與電阻率三維圖譜（圖4），可快速驗證晶體生長爐的溫場分布與摻雜均勻性，減少因導電類型異常導致的整錠報廢風險。
abc圖4（a）硼和磷的典型濃度與磚塊的關系以及由此產生的電阻率與磚塊高度的關系，（b）不同樣品厚度的有效壽命和與體積壽命的相對偏差與電阻率和深度的關系（c）模擬pn結的電阻率線掃描，以及與1 Ωcm值相比，測量的壽命（紅色）和光電導率（黑色）的變化
實驗表明，MDP對復雜pn結形態的檢測誤差較傳統方法降低80%，這意味著在切割環節，每噸硅料可多保留5%-8%的有效區，直接轉化為產能提升與成本節約。
Freiberg Instruments將持續優化MDP技術的檢測精度與智能化水平，計劃通過開發工藝參數預測模型、與晶體生長爐及切割設備的數據聯動，構建覆蓋“檢測-工藝-生產”的全流程質控體系。同時，該技術將向鈣鈦礦等新型光伏材料檢測領域拓展，助力行業突破材料應用瓶頸。隨著光伏產業對降本提效需求的加劇，MDP技術憑借1mm級在線檢測能力，將成為推動硅料利用率提升，為全球清潔能源轉型提供堅實技術支撐。
該文章由Freiberg Instruments公司在Conference Record of the IEEE Photovoltaic Specialists Conference會議上發表的數據，詳細文章可查閱：High resolution inline detection of changes in the conduction type of multicrystalline silicon by contact less photoconductivity measurements