少子壽命對(duì)太陽(yáng)能電池性能的影響

少子壽命對(duì)太陽(yáng)能電池性能的影響

1多子有效壽命的表征光生電子和空孔從一開(kāi)始就生成并消失，稱為生命之門(mén)。當(dāng)載流子連續(xù)產(chǎn)生時(shí),在太陽(yáng)能電池中,壽命的值決定了電子和空穴的穩(wěn)定數(shù)量。這些數(shù)目決定了器件產(chǎn)生的電壓,因此它應(yīng)該盡可能的高。壽命的一個(gè)重要方面就是它直接與擴(kuò)散長(zhǎng)度Lb相關(guān),Db是材料的擴(kuò)散系數(shù),τb是材料的體壽命,擴(kuò)散長(zhǎng)度就是這個(gè)平均載流子從產(chǎn)生的點(diǎn)到被收集點(diǎn)(p-n結(jié))的平均距離。由于晶體硅太陽(yáng)電池性能主要決定于在電池體內(nèi)和表面的電子-空穴復(fù)合,因此,在太陽(yáng)能電池的研究?jī)?nèi)容中,最為重要的是準(zhǔn)確地獲得載流子復(fù)合參數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法,測(cè)試體內(nèi)的載流子壽命,表面復(fù)合速度等的大小。在測(cè)試的少子壽命中,實(shí)際上是不同復(fù)合機(jī)制的綜合結(jié)果,測(cè)試的少子壽命實(shí)際上是整個(gè)樣品的有效壽命,它是發(fā)生在Si片或者太陽(yáng)能電池不同區(qū)域(體內(nèi)、表面)的所有復(fù)合疊加的凈結(jié)果,采用數(shù)學(xué)表達(dá)式能夠?qū)Ⅲw內(nèi)、表面各種復(fù)合機(jī)制對(duì)有效壽命的貢獻(xiàn)分別呈現(xiàn)出來(lái)。定義Si片前后表面的復(fù)合速度為Sfront,Sback,Si片的厚度為W,在認(rèn)為載流子的濃度在整個(gè)片子中分布均勻的假設(shè)下,可以得到測(cè)試樣品的有效壽命的表達(dá)式:式中,τeff為有效壽命,τintrinsic為體硅材料的本征壽命,包含了俄歇和輻射復(fù)合壽命,τSRH是按照Shockley-Read-Hall模型描述材料中的缺陷復(fù)合中心引起的少子復(fù)合壽命,它們是載流子注入大小的函數(shù)。一般情況下,可以近似認(rèn)為Sfront,Sback相同,因此在式(1)中的表面部分變?yōu)?。為了得到材料的真?shí)的體壽命值:需要對(duì)表面進(jìn)行有效的鈍化,從而消除或者減少表面復(fù)合;另外,如果使用非常高壽命的片子,假定τSRH=∞,那么通過(guò)式子(1)就可以得到表面復(fù)合速度S的上限值。在片子的前后表面經(jīng)過(guò)擴(kuò)散形成PN結(jié)后,發(fā)射結(jié)或者擴(kuò)散區(qū)域一般通過(guò)飽和電流密度Joe來(lái)表征,這個(gè)參數(shù)包含了在薄擴(kuò)散區(qū)域體內(nèi)的俄歇復(fù)合以及在重?fù)诫s表面區(qū)域的少子復(fù)合信息。例如,對(duì)于一個(gè)P型襯底,在認(rèn)為載流子的濃度在整個(gè)片子中分布均勻的假設(shè)下,擴(kuò)散N型發(fā)射結(jié)之后有效壽命可以表述為:在這個(gè)方程中,NA是片子的摻雜濃度,Joe(front)和Joe(back)是在前后表面擴(kuò)散區(qū)域的飽和電流密度,ni是材料的本征載流子濃度,Δn是在某個(gè)光照強(qiáng)度下的過(guò)剩載流子濃度,類似的表述同樣適用于對(duì)于N型襯底。對(duì)于未形成擴(kuò)散結(jié)的硅片,它的體復(fù)合和表面復(fù)合部分與過(guò)剩載流子濃度的關(guān)系不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系,而從(2)中可以知道,Joe與過(guò)剩載流子濃度成線性關(guān)系,因此可以通過(guò)在不同的載流子濃度下測(cè)試少子有效壽命的方法來(lái)得到Joe的值,這種方法在高注入情況下尤其有效。當(dāng)片子在只有一面擴(kuò)散(通過(guò)飽和電流密度Joe來(lái)表征),而另外一面沒(méi)有進(jìn)行擴(kuò)散(通過(guò)表面復(fù)合速度S來(lái)表征)的情況下,可以簡(jiǎn)單地將(1)、(2)兩個(gè)方程式組合起來(lái)描述這種結(jié)構(gòu)的有效少子壽命。實(shí)際上,Joe和S這兩個(gè)概念在低注入的情況下是相關(guān)聯(lián)的,即Seff≈JoeNA/qni2。2最小持續(xù)時(shí)間測(cè)試2.1載流子壽命測(cè)試光電導(dǎo)是半導(dǎo)體材料的一個(gè)重要因素,它描述了材料的電導(dǎo)隨著光照的變化。利用光電導(dǎo)測(cè)量少子壽命的方法有幾種。所有的技術(shù)都是無(wú)接觸的,工作原理就是光激發(fā)產(chǎn)生過(guò)剩載流子,這些過(guò)剩載流子在樣品的暗電導(dǎo)基礎(chǔ)上產(chǎn)生額外的光電導(dǎo),載流子濃度的變化導(dǎo)致了半導(dǎo)體的電導(dǎo)σ的變化:這里,W是硅片的寬度,μn和μp和是電子、空穴的遷移率,是摻雜濃度和注入水平的函數(shù)。這些額外的光電導(dǎo)的時(shí)間變化反應(yīng)了過(guò)剩載流子濃度和它的短期行為,也就是少子壽命。按照半導(dǎo)體中載流子產(chǎn)生的途徑不同,測(cè)試壽命有三個(gè)基本的方法:(1)瞬態(tài)光電導(dǎo)衰減(TPCD):利用一個(gè)短脈沖作為光源,在光滅掉以后,脈沖產(chǎn)生的電荷載流子的衰變通過(guò)光電導(dǎo)隨著時(shí)間的變化來(lái)監(jiān)控。同時(shí)測(cè)量載流子消失的速率dn/dt和過(guò)剩電子濃度Δn,由于每個(gè)光子產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì),因此Δn=Δp。如果器件中沒(méi)有電流,那么載流子濃度變化的速率等于復(fù)合幾率:這個(gè)方程顯示了載流子濃度隨著時(shí)間發(fā)生指數(shù)衰減,因此光電導(dǎo)也遵循這種指數(shù)衰減關(guān)系,這種方法經(jīng)典地被稱為瞬態(tài)光電導(dǎo)衰減(TPCD)。(2)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)衰減(SSPCD):是保持一個(gè)穩(wěn)定的已知的載流子產(chǎn)生率G,通過(guò)產(chǎn)生和復(fù)合之間的平衡來(lái)決定有效壽命。這種方法具有測(cè)試非常低壽命的特點(diǎn)。在穩(wěn)態(tài)中,光電導(dǎo)正比于光生載流子的數(shù)量以及它們的壽命。載流子的產(chǎn)生率與有效壽命之間的關(guān)系為:這個(gè)簡(jiǎn)單的表達(dá)式認(rèn)為在整個(gè)厚度的樣品中產(chǎn)生率是均勻分布的,并且具有均勻的過(guò)剩載流子濃度分布。然而,實(shí)際上它們并不均勻,在應(yīng)用時(shí)認(rèn)為Δn是一個(gè)平均值。(3)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)(QSSPC):如果光照強(qiáng)度緩慢變化,在半導(dǎo)體中存在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)狀態(tài),從而產(chǎn)生了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)方法(QSSPC):QSSPC包含了以上兩種PCD方法的優(yōu)點(diǎn),特別是它可以非常準(zhǔn)確地測(cè)試短和長(zhǎng)壽命。實(shí)際上,瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)PCD是兩個(gè)光電導(dǎo)隨著時(shí)間衰減的特殊例子,是可以應(yīng)用于載流子壽命獨(dú)立于光脈沖寬度情況下的分析方法。瞬態(tài)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)方法常用在測(cè)試半導(dǎo)體的少子壽命中,下面分別介紹基于這兩種方式的常用的測(cè)試方法。2.1.1過(guò)剩載流子濃度測(cè)量結(jié)果和反射的科學(xué)微波光電導(dǎo)方法是一種瞬態(tài)方法,瞬態(tài)方法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要絕對(duì)測(cè)量過(guò)剩載流子的大小,而是通過(guò)光電導(dǎo)進(jìn)行相對(duì)測(cè)量。缺點(diǎn)在于當(dāng)瞬態(tài)方法測(cè)量短的載流子壽命時(shí),需要快的電子學(xué)設(shè)備記錄非常快的光脈沖和光電導(dǎo)衰減信號(hào)。MW-PCD技術(shù)的測(cè)試原理是通過(guò)測(cè)試從樣品表面反射的微波功率的時(shí)間變化曲線來(lái)記錄光電導(dǎo)的衰減,也就是并未直接測(cè)試方程(1)中的過(guò)剩載流子濃度變化。大部分MW-PCD方法使用脈沖光源在樣品中產(chǎn)生過(guò)剩載流子,由于產(chǎn)生的過(guò)剩載流子使樣品的電導(dǎo)發(fā)生變化,而入射的微波的反射率是材料電導(dǎo)的函數(shù),即反射微波的能量變化也反映了過(guò)剩載流子濃度的變化。其測(cè)試系統(tǒng)示意圖如圖1所示,系統(tǒng)包括微波源,微波探測(cè)器,以及脈沖光源。脈沖激光作為硅片的注入光源,可在半導(dǎo)體材料中激發(fā)過(guò)剩載流子;微波源給出探測(cè)信號(hào),檢測(cè)半導(dǎo)體材料的光電導(dǎo),微波經(jīng)硅片反射后進(jìn)人檢波器和放大電路。當(dāng)光照結(jié)束后,隨著過(guò)剩載流子的逐漸衰減,微波的反射也越來(lái)越弱;通過(guò)分析反射微波曲線(~exp(-t/τeff))的指數(shù)因子,可求得測(cè)試樣品中的有效少子壽命。假設(shè)光注入處于小注入時(shí),認(rèn)為測(cè)量得到的微波反射信號(hào)正比于樣品電導(dǎo)率,對(duì)微波反射功率P與電導(dǎo)σ之間的關(guān)系進(jìn)行一級(jí)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi):將dR(σ)/dσ作為靈敏因子A(σ),A(σ)=Cσ-1.5,Pin是入射的微波功率。一般來(lái)說(shuō),MW-PCD技術(shù)在相對(duì)較低的注入水平下具有足夠的敏感度,但是對(duì)于重?fù)降钠踊蛘咴诟咦⑷胨较?由于微波的反射有可能等于1,這樣在測(cè)試中反映不出來(lái)光脈沖對(duì)微波反射的影響,從而可能會(huì)使測(cè)試出現(xiàn)問(wèn)題。因此微波反射方法適用于高電阻樣品(低摻雜),它的測(cè)量局限于一個(gè)電導(dǎo)范圍?，F(xiàn)在有的研究使用射頻光電導(dǎo)衰減(RF-PCD)方法解決在使用低電阻范圍的問(wèn)題。當(dāng)硅片中的少子復(fù)合參數(shù)明顯取決于過(guò)剩載流子濃度時(shí),經(jīng)常采用一種小信號(hào)方法進(jìn)行測(cè)量。在這種方法中,為了調(diào)整在硅片中的載流子注入水平,使用小功率激光產(chǎn)生時(shí)間分辨的小信號(hào),同時(shí)疊加一個(gè)由白光偏置光產(chǎn)生的強(qiáng)度更大的恒定載流子信號(hào),這種偏置光為恒定光源,也就是直流光源,例如鹵素?zé)?恒定光源的強(qiáng)度可以連續(xù)可調(diào),通過(guò)使用電子學(xué)放大器和鎖相技術(shù),將脈沖激光產(chǎn)生的相對(duì)較小的載流子信號(hào)從偏置光的本底光照信號(hào)和本底噪音中分離出來(lái)。由于MW-PCD不能直接測(cè)試在不同光強(qiáng)下的過(guò)剩載流子濃度,需要借助于模型計(jì)算得到其值,從而得到表面復(fù)合速度或者體壽命與載流子注入水平的關(guān)系。2.1.2多子壽命和過(guò)剩載流子對(duì)pn的影響QSSPC的測(cè)試原理是通過(guò)射頻電感耦合得到樣品中的光電壓或者光電流。根據(jù)(4)和(5)式,如果在穩(wěn)態(tài)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的過(guò)程中決定壽命,它就要求絕對(duì)測(cè)量過(guò)剩載流子濃度Δn的值;除此之外,同時(shí)也需要準(zhǔn)確測(cè)量產(chǎn)生率G。QSSPC技術(shù)測(cè)量的是由一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的脈沖光(~2ms)照射樣品而產(chǎn)生的光電導(dǎo),這個(gè)脈沖光可以通過(guò)閃光燈,發(fā)光二極管陣列或者其它光源獲得,這么長(zhǎng)的時(shí)間參數(shù)保證了在測(cè)試非常低壽命(<200μs)的樣品時(shí),在閃光燈衰減的時(shí)間之內(nèi)樣品處于穩(wěn)態(tài)情況,測(cè)試示意圖如圖2所示。通過(guò)一個(gè)光電探測(cè)器(例如一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池)測(cè)量入射到樣品表面的總的光通量,然后根據(jù)樣品結(jié)構(gòu)參數(shù)給出產(chǎn)生率G;校準(zhǔn)后的射頻電路感應(yīng)耦合測(cè)試硅片的光電導(dǎo),這個(gè)電路輸出的時(shí)間分辨信號(hào)被示波器記錄,最終經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理得到少子壽命或者Joe的值。在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)情況下,光產(chǎn)生的過(guò)剩載流子Δn=Δp,導(dǎo)致Si片電導(dǎo)率的增加,同時(shí),產(chǎn)生率和復(fù)合率必須相等。利用少子壽命描述我們可以得出光生過(guò)剩載流子的產(chǎn)生率為:將(3)、(8)方程進(jìn)行合并計(jì)算,得出:方程(3)表明要絕對(duì)測(cè)量Δn,必需知道光電導(dǎo)的大小。由圖2所知,時(shí)間分辨的光電導(dǎo)和閃光燈的光強(qiáng)度的絕對(duì)值同時(shí)被射頻電橋和標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池各自記錄。根據(jù)公式:(Nph為光子數(shù)量,fabs是吸收光所占入射光的份額),由測(cè)試得到的光電導(dǎo)和光強(qiáng)度,計(jì)算出樣品中的Δn和G,然后根據(jù)式子(8)計(jì)算出有效壽命。另外,通過(guò)測(cè)試在不同光照強(qiáng)度下的有效壽命和過(guò)剩載流子濃度Δn,可以得到少子有效壽命隨著過(guò)剩載流子濃度變化曲線τeff~Δn,結(jié)合SRH模型分析樣品中與過(guò)剩載流子濃度相關(guān)的復(fù)合過(guò)程。對(duì)于進(jìn)行擴(kuò)散后的Si片,按照方程式(2)對(duì)此曲線τeff~Δn進(jìn)行線性擬合,得到曲線的斜率,從而得出了PN結(jié)的飽和電流密度Joe。QSSPC方法優(yōu)越于其它測(cè)試壽命方法(例如微波光電導(dǎo)方法)的一個(gè)重要之處在于它能夠在大范圍光強(qiáng)變化區(qū)間(10-5~1000太陽(yáng))內(nèi)對(duì)過(guò)剩載流子進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量,同時(shí)可以結(jié)合SRH模型,得出各種復(fù)合壽命,如體內(nèi)缺陷復(fù)合中心引起的少子復(fù)合壽命、表面復(fù)合速度等隨著載流子濃度的變化關(guān)系。2.2spv法測(cè)定多子壽命基于光電壓的測(cè)試方法,即表面光電壓(SPV)法。它是一種非損傷性的測(cè)試方法,樣品制備簡(jiǎn)單(無(wú)接觸,沒(méi)有PN結(jié),或者無(wú)需高溫工藝要求),在監(jiān)控Si在各種工藝步驟中的體少子擴(kuò)散長(zhǎng)度方面得到了很大的關(guān)注。表面光電壓法的原理是當(dāng)光照在半導(dǎo)體表面時(shí),產(chǎn)生電子-空穴對(duì),一般而言在半導(dǎo)體近表面區(qū)域電子、空穴會(huì)從新分布,導(dǎo)致了能帶彎曲的減少,這種能帶彎曲的減少術(shù)語(yǔ)上稱為表面光電壓。SPV方法使用透明電極去測(cè)量由表面空間電荷區(qū)域聚集的載流子形成的電壓。為了保持光電壓和載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度的線性關(guān)系,這個(gè)電壓值一般在mV量極。研究發(fā)現(xiàn)SPV是過(guò)剩載流子濃度的單一函數(shù),而過(guò)剩載流子自身依賴于入射光通量,光學(xué)吸收系數(shù),體少子擴(kuò)散長(zhǎng)度以及其它參數(shù)。有兩種方法測(cè)試擴(kuò)散長(zhǎng)度,一種是改變激發(fā)光的波長(zhǎng),調(diào)節(jié)光通量使在不同波長(zhǎng)下得到相同的SPV值,這種稱為恒定SPV方法;另外一種是固定入射光的光強(qiáng),而測(cè)試在不同波長(zhǎng)下的SPV值。一般常用恒定SPV方法測(cè)試擴(kuò)散長(zhǎng)度,測(cè)試系統(tǒng)如圖3所示,利用能量高于能隙的斬波單色光照射樣品,透明電極放在樣品前面作為收集電壓之用,光照之后在表面形成空間電荷區(qū),而背面卻保持暗狀態(tài),用鎖相技術(shù)來(lái)提高信/噪比。可以根據(jù)以下關(guān)系來(lái)計(jì)算擴(kuò)散長(zhǎng)度:式子中&ph為某一個(gè)波長(zhǎng)的光通量,α是對(duì)應(yīng)于此波長(zhǎng)的吸收系數(shù)。在&ph與吸收系數(shù)α-1的直線關(guān)系曲線中,直線在y軸的截距就是擴(kuò)散長(zhǎng)度,不在單一線性函數(shù)范圍之內(nèi)的數(shù)據(jù)不予分析,從而消除了表面復(fù)合效應(yīng)的影響,然后根據(jù),可以得出體壽命值。對(duì)于一個(gè)較好的測(cè)試系統(tǒng),吸收系數(shù)與波長(zhǎng)之間函數(shù)關(guān)系的不確定性是誤差的主要來(lái)源。特別是多晶硅片中小晶粒的α(λ),它與已知的單晶硅的α(λ)之間存在偏差,另外,表面的應(yīng)力也會(huì)影響材料的吸收,在重?fù)诫s的硅片中,長(zhǎng)波長(zhǎng)的自由載流子吸收也可能會(huì)有影響,同時(shí)溫度也會(huì)影響吸收系數(shù),因此一般測(cè)試都穩(wěn)定在室溫下進(jìn)行。SPV方法適用于非常低的載流子注入水平。然而,其它的壽命測(cè)試技術(shù),例如微波光電導(dǎo)衰減(MW-PCD),或者準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)(QSSPC)技術(shù),在相對(duì)低注入情況下敏感度降低,同為重要的是它們?cè)诘妥⑷肭闆r下會(huì)受到少子俘獲的影響。這種俘獲產(chǎn)生了過(guò)剩的多子,由于光電導(dǎo)包含了少子和多子,因此在這種情況下光電導(dǎo)被歪曲,這也是在MW-PCD的技術(shù)中加偏置光的另外一個(gè)原因,因?yàn)樵黾悠霉庵鬁p少少子的俘獲?；诠怆妷旱募夹g(shù),例如SPV方法,由于只探測(cè)少子,因此不受俘獲的影響。綜合這些考慮,廣泛使用的基于光電導(dǎo)的壽命測(cè)試方法比SPV方法方便,但是比較適用于工作在中、高注入情況。2.3ir載流子濃度成像:cdi與msw-pcd的比較(1)調(diào)制自由載流子吸收(MFCA):在這種方法中,通過(guò)鎖相技術(shù)測(cè)量平均過(guò)剩載流子濃度和諧波調(diào)制偏置光之間的相偏移以及和調(diào)制頻率之間的關(guān)系。平均過(guò)剩載流子濃度用能量小于Si能隙的紅外激光探測(cè)(波長(zhǎng)1.55μm)。自由載流子的帶內(nèi)躍遷吸收這些光子,并且吸收程度取決于紅外光束探測(cè)區(qū)域的自由電子的總濃度,探測(cè)紅外激光在材料中的透射強(qiáng)度。有效壽命τeff可以近似表述為:這里,φ是測(cè)量的相偏移,ω是角調(diào)制頻率。使用波長(zhǎng)小于硅能隙的激光二極管作為載流子激發(fā)光源,光源由兩部分組成:恒定穩(wěn)態(tài)部分和正旋信號(hào)部分,為了在限定的注入水平下進(jìn)行測(cè)試,產(chǎn)生光源中正旋部分的強(qiáng)度是穩(wěn)態(tài)部分的10%。正如在MW-PCD中那樣,穩(wěn)態(tài)部分的強(qiáng)度可以通過(guò)中性濾光片加以調(diào)節(jié),但是必須注意的是MW-PCD技術(shù)在1011cm-3~1015cm-3注入水平比較敏感,而MFCA技術(shù)非常適合于測(cè)試較高過(guò)剩載流子濃度(1014cm-3~1017cm-3)。(2)IR載流子濃度成像(CDI):CDI的測(cè)試基礎(chǔ)在于Si片中自由載流子的紅外吸收。一個(gè)紅外光源發(fā)出的紅外光照射在硅片上,另外一個(gè)快響應(yīng)、在中紅外區(qū)域(3.5μm~5μm)敏感的CCD相機(jī)結(jié)合鎖相技術(shù)測(cè)試兩種狀態(tài)下的硅片的紅外透射率:在鎖相周期的頭半個(gè)周期內(nèi),近似為1個(gè)太陽(yáng)(AM1.5G)的半導(dǎo)體激光(λ=917nm)照在樣品上,產(chǎn)生過(guò)剩自由載流子,在后半個(gè)周期內(nèi),樣品處于完全黑暗狀態(tài),沒(méi)有過(guò)剩載流子產(chǎn)生。這兩個(gè)過(guò)程的圖像之間的差異正比于過(guò)剩自由載流子的吸收,也就是正比于局域過(guò)剩載流子的濃度。由于知道了產(chǎn)生幾率G(x,y),實(shí)際壽命值可以通過(guò)計(jì)算得出。除了能夠測(cè)試出真實(shí)的載流子壽命之外,如同QSSPC技術(shù),它也能夠測(cè)試在不同注入水平下的有效壽命;另外,與具有二維成像的MW-PCD相比,由于在CDI技術(shù)中,激發(fā)光均勻照射在整個(gè)樣品表面,沒(méi)有在MW-PCD中存在的少子從非常小的光照點(diǎn)擴(kuò)散出來(lái)的邊緣效應(yīng),同時(shí)測(cè)試的時(shí)間非常短,適用于生產(chǎn)上的在線監(jiān)控過(guò)程。(3)光束誘導(dǎo)電流(LBLC)方法:這種方法是測(cè)量具有一定大小、形狀的單色光束激發(fā)太陽(yáng)電池產(chǎn)生的電流的光譜響應(yīng)。在這種方法中,光生載流子在光束照射的局域位置產(chǎn)生,在所有光照產(chǎn)生的少子中,只有不參與復(fù)合過(guò)程的少子才會(huì)產(chǎn)生電流信號(hào)。測(cè)量光束產(chǎn)生的短路電流,通過(guò)這個(gè)短路電流,同時(shí)測(cè)得了在這個(gè)光照區(qū)域的少子復(fù)合信息,如少子擴(kuò)散長(zhǎng)度。如果確定分布在材料表面和體內(nèi)的功率密度,那么可以決定單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的載流子數(shù)量。為了獲得絕對(duì)的光生電流值,需要對(duì)光的強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)定(如采用標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池),利用鎖相技術(shù)來(lái)提高信號(hào)的信噪比。當(dāng)樣品為太陽(yáng)電池時(shí),使用光束表征更具有現(xiàn)實(shí)意義,因?yàn)長(zhǎng)BIC通過(guò)測(cè)試短路電流,能夠給出半導(dǎo)體器件的光電學(xué)性能的直接信息,同時(shí)也能夠給出晶粒邊界的少子擴(kuò)散長(zhǎng)度,或者復(fù)合速度等。另外還能夠結(jié)合光反射測(cè)量得到樣品的內(nèi)量子效率分布,它實(shí)際上是一種表征電池性能的很好方法。(4)電子束誘導(dǎo)電流(EBLC)方法:電子束注入樣品中產(chǎn)生電流,這個(gè)電流可以用作描述樣品特征圖像的產(chǎn)生信號(hào),例如,樣品中PN結(jié)的位置,存在的局域缺陷,以及非均勻摻雜分布等。由于掃描電鏡是電子束最為方便的源頭,大部分EBIC技術(shù)都在SEM上進(jìn)行。當(dāng)采用合適的電接觸,電子束注入樣品產(chǎn)生的電子和空穴可以被收集、放大和分析,因此載流子在不同局域位置產(chǎn)生、漂移或者復(fù)合的差異可以直接通過(guò)EBIC圖像給出。電子束注入產(chǎn)生的電流的大小反映出電子和空穴的復(fù)合損失,這也是為什么EBIC是一種觀察半導(dǎo)體中缺陷復(fù)合中心的有用方法。EBIC使用薄的肖特基接觸(經(jīng)常是Al),肖特基接觸處于反向偏置電壓下,漏電流信號(hào)被放大,并在顯示器上顯示出來(lái)。電學(xué)活性的缺陷使電流減少,在圖像中顯得比較暗,也反映了少子壽命比較低。如果電子束在整個(gè)樣品表面進(jìn)行掃描,就可以得到誘導(dǎo)電流的二維成像。3表面復(fù)合速度和分光光度計(jì)算方法(1)根據(jù)公式(1)、(2),如果Si片表面進(jìn)行很好的鈍化,那么測(cè)量的壽命值就等于實(shí)際的Si材料的體壽命,這個(gè)值與光照的波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。對(duì)于測(cè)試相對(duì)低的體壽命,那么并不需要很好的表面鈍化處理。例如,對(duì)于體壽命值為0.1μs的樣品,表面復(fù)合速度高到1000cm/s是能夠接受的。另一方面,如果體材料的少子壽命比較高,這就要求很好的表面鈍化。例如,為了測(cè)量體壽命值>100μs的樣品,表面復(fù)合速度應(yīng)該小于10cm/s。(2)當(dāng)表面復(fù)合速度大于1000cm/s時(shí),分別采用藍(lán)光和紅外光測(cè)試得到的有效壽命明顯不一樣。由于藍(lán)光產(chǎn)生的光生載流子對(duì)表面復(fù)合速度非常敏感,而紅外光則在硅中的注入深度較深,這就允許在測(cè)試時(shí)同時(shí)使用這兩種光,從而將體壽命和表面復(fù)合速度從結(jié)果中分離出來(lái)。但是對(duì)于較高的壽命值(大于10μs),由于較高的表面復(fù)合速度(大于1000cm/s)完全將體復(fù)合信息掩蓋,同時(shí)使用藍(lán)光和紅外光測(cè)試也不能將體壽命區(qū)分出來(lái)。(3)在擴(kuò)散發(fā)射極形成之后,為了準(zhǔn)確地測(cè)量Si片,可以使用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射樣品,這樣可以使在Si片體內(nèi)產(chǎn)生相對(duì)均勻的載流子分布,同時(shí)減少光在發(fā)射極被吸收的成分。在這些方法中,基于MWPCD和QSSPC方法的設(shè)備在商業(yè)上已經(jīng)比較成熟,如Semilab公司基于MWPCD的少子壽命測(cè)試儀,Sinton公司基于QSSPC的測(cè)試儀,國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了這方面的研究和設(shè)備的研制。另外的一些方法在實(shí)驗(yàn)室也得到一定的應(yīng)用,總的說(shuō)來(lái),這些測(cè)試方法由于具有各自的特點(diǎn)而在實(shí)驗(yàn)室以及生產(chǎn)線上得到應(yīng)用。4多子壽命測(cè)試的方法本文對(duì)晶體硅和晶體硅太陽(yáng)能電池的少子壽命的常用測(cè)試方法進(jìn)行了介紹,重點(diǎn)介紹了微波反射光電光電導(dǎo)衰減(MW-PCD),準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)(QSSPC),以及表面光電壓方法(SPV)。并對(duì)各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié),對(duì)實(shí)踐具有一定的參考意義:(1)基于光電導(dǎo)的方法,例如MW-PCD和QSSPC方法相對(duì)于表面光電壓SPV方便,在低注入情