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晶体硅太阳能电池少子寿命测试方法

2013-9-23 17:25| 发布者: echo| 查看: 7444| 评论: 0|原作者: 周春兰|来自: 中国光伏测试网

摘要: 摘要:少数载流子寿命(简称少子寿命)是半导体晶体硅材料的一项重要参数,它对半导体器件的性能、晶体硅太阳能电池的光电转换效率都有重要的影响。分别介绍了常用的测量晶体硅和晶体硅太阳电池少子寿命的各种方法, ...

       假设光注入处于小注入时,认为测量得到的微波反射信号正比于样品电导率,对微波反射功率P与电导σ之间的关系进行一级泰勒级数展开:

       将dR(σ)/dσ作为灵敏因子A(σ),A(σ)=Cσ-1.5,Pin是入射的微波功率。一般来说,MW-PCD技术在相对较低的注入水平下具有足够的敏感度,但是对于重掺的片子或者在高注入水平下,由于微波的反射有可能等于1,这样在测试中反映不出来光脉冲对微波反射的影响,从而可能会使测试出现问题。因此微波反射方法适用于高电阻样品(低掺杂),它的测量局限于一个电导范围。现在有的研究使用射频光电导衰减(RF-PCD)方法解决在使用低电阻范围的问题[4]。 
       当硅片中的少子复合参数明显取决于过剩载流子浓度时,经常采用一种小信号方法进行测量。在这种方法中,为了调整在硅片中的载流子注入水平,使用小功率激光产生时间分辨的小信号,同时叠加一个由白光偏置光产生的强度更大的恒定载流子信号[5],这种偏置光为恒定光源,也就是直流光源,例如卤素灯,恒定光源的强度可以连续可调,通过使用电子学放大器和锁相技术,将脉冲激光产生的相对较小的载流子信号从偏置光的本底光照信号和本底噪音中分离出来。由于MW-PCD不能直接测试在不同光强下的过剩载流子浓度,需要借助于模型计算得到其值,从而得到表面复合速度或者体寿命与载流子注入水平的关系。 
        2.1.2 准稳态光电导衰减方法
      (QSSPC) QSSPC的测试原理是通过射频电感耦合得到样品中的光电压或者光电流[6]。根据(4)和(5)式,如果在稳态和准稳态的过程中决定寿命,它就要求绝对测量过剩载流子浓度Δn的值;除此之外,同时也需要准确测量产生率G。QSSPC技术测量的是由一个相对长的脉冲光( ̄2ms)照射样品而产生的光电导,这个脉冲光可以通过闪光灯,发光二极管阵列或者其它光源获得,这么长的时间参数保证了在测试非常低寿命(<200μs)的样品时,在闪光灯衰减的时间之内样品处于稳态情况,测试示意图如图2所示。
       通过一个光电探测器(例如一个标准太阳能电池)测量入射到样品表面的总的光通量,然后根据样品结构参数给出产生率G;校准后的射频电路感应耦合测试硅片的光电导,这个电路输出的时间分辨信号被示波器记录,最终经过计算机处理得到少子寿命或者Joe的值。

       在准稳态情况下,光产生的过剩载流子Δn=Δp导致Si片电导率的增加,同时,产生率和复合率必须相等。利用少子寿命描述我们可以得出光生过剩载流子的产生率为:

       方程(3)表明要绝对测量Δn,必需知道光电导的大小。由图2所知,时间分辨的光电导和闪光灯的光强度的绝对值同时被射频电桥和标准太阳能电池各自记录。根据公式:

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