硅薄膜的結晶度（晶體結構所占的比例）對光伏電池性能至關重要。由于大多數硅薄膜表征信號會被襯底信號掩蓋，因此難以確定其結晶度。拉曼光譜、橢偏光譜、透射電子顯微鏡（TEM）等技術都常被用于測量硅薄膜的結晶度，其中拉曼光譜最快捷，在短短幾秒鐘內，波長或偏振的變化就能夠揭示出樣品的相關信息。美能晶化率測試儀采用325激光器，優化紫外光路設計，提高光譜穩定性，高效率利用325激光與樣品拉曼信號，實現了5nm以上非晶/微晶材料的原位測試。

晶體、多晶、微晶硅和非晶硅中光的穿透深度

光在晶體、多晶、微晶和非晶硅中的穿透深度

使用325 nm紫外拉曼激發來分析不同晶體結構硅材料的結晶度。如圖所示，325nm 紫外拉曼激發光在a-Si:H中的穿透深度為8nm，在mc-Si:H中的穿透深度為8.5nm，幾乎具有相同的穿透深度。常用的拉曼光譜波長還有514和532nm，對晶體硅和非晶硅的穿透深度相差10倍，這表明不同波長光在硅材料中穿透深度的差異性。

遮蔽底層硅片信號的非晶硅薄膜厚度范圍

在325 nm激發下，不同厚度的非晶硅薄膜的拉曼光譜

圖中可以看到，對于0.3nm至12.6nm之間的非晶硅薄膜，能看到來自底層硅片的晶體硅峰，但對于14.9nm（或更厚）的薄膜，則不可見。非晶硅薄膜的厚度對底層硅片信號在拉曼光譜中顯現的影響，大致確定了能夠完全遮蔽底層硅片信號的薄膜厚度范圍。

不同厚度的非晶硅薄膜對拉曼信號的影響

如圖所示，對于 325nm 激發和非晶硅或微晶硅薄膜，拉曼檢測厚度（RDT）為 13nm，這意味著 13nm 或更厚的薄膜可以用紫外拉曼分析，實際測量場景中20nm厚的薄膜對于拉曼分析更常見。

不同襯底上微晶硅薄膜的拉曼光譜對比

氫化微晶硅薄膜：分別在c-Si和Al?O?襯底上制備了16.6 nm的氫化微晶硅薄膜。

基底處理：均涂有PECVD沉積的10nm的SiO?（拉曼透明），以確保后續氫化微晶硅層的相同生長。

16.6nm 厚的微晶硅薄膜在不同襯底上的拉曼光譜

SiO?/Al?O?襯底上的氫化微晶硅薄膜：325nm 激發下測量的結晶度（68%）略高于 532nm 激發下的結晶度（55%），這是因為薄膜的頂部比底部更容易結晶，而較短的波長（325nm）對薄膜表面更敏感。

SiO?/c-Si 襯底上的氫化微晶硅薄膜：532nm 拉曼光譜受到硅襯底信號的強烈干擾，而325nm 拉曼光譜測得的結晶度與在 SiO?/Al?O?上測量的結果幾乎相同（66%）。

由此表明，325nm 拉曼光譜對硅襯底不敏感，更適用于分析微晶硅薄膜的結晶度，而 532nm 拉曼光譜會受到硅襯底信號的干擾。

微晶硅薄膜結晶度與厚度的關系

微晶硅薄膜結晶度-隨薄膜厚度變化情況

上圖表明，紫外拉曼結晶度隨著微晶硅薄膜厚度的增加而穩步增加，在84nm后達到約90%的飽和，這反映了薄膜的結晶度與厚度存在依賴關系。

橢偏儀確定的結晶度對于大多數薄膜，結晶度接近零，而對于 24 和 84nm 厚的薄膜，結晶度則躍升至 60% 以上。這表明橢偏儀在測量結晶度時存在一定的困難，難以準確反映薄膜的結晶度變化。

最厚（84nm）微晶硅薄膜的TEM圖像

TEM圖像對于具有錐形晶體的較厚薄膜更容易轉換成黑白對比圖像。紫外拉曼可以用來監測微晶硅薄膜的結晶度，數據與TEM圖像中明顯的晶體區域在定性上是一致的。

綜上所述，紫外拉曼在測量微晶硅薄膜結晶度方面具有優勢，能夠更準確地反映薄膜的結晶度與厚度的關系。

美能晶化率測試儀

美能晶化率測試儀擁有極佳的紫外靈敏度和優異的光譜重復性。采用325激光器，同時優化紫外光路設計，提高光譜穩定性，高效率利用325激光與樣品拉曼信號，實現了5nm以上非晶/微晶材料的原位測試，是表征"微晶一異質結"電池的最優選擇。

行業最佳，紫外靈敏度硅一階峰的信號計數優于1000(1秒積分時間)

光譜重復性：單晶硅校準后，≤520±0.02cm?1

光柵刻線數：≤2400 gr/mm；≤1800 gr/mm

常見的拉曼光譜波長在分析硅薄膜時存在問題，而 325nm激光在分析薄的硅薄膜結晶度時具有優勢，其在硅材料中的穿透深度合適，且對襯底信號不敏感。美能晶化率測試儀采用穿透深度較淺325nm激光器，能夠實現晶化率的原位測試高效精確的一鍵輸出晶化率數值。