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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: 7450| 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, ...

      (Nph为光子数量,fabs是吸收光所占入射光的份额),由测试得到的光电导和光强度,计算出样品中的Δn和G,然后根据式子(8)计算出有效寿命。另外,通过测试在不同光照强度下的有效寿命和过剩载流子浓度Δn,可以得到少子有效寿命随着过剩载流子浓度变化曲线τeff~Δn,结合SRH模型分析样品中与过剩载流子浓度相关的复合过程。对于进行扩散后的Si片,按照方程式(2)对此曲线τeff~Δn进行线性拟合,得到曲线的斜率,从而得出了PN结的饱和电流密度Joe[7]。 QSSPC方法优越于其它测试寿命方法(例如微波光电导方法)的一个重要之处在于它能够在大范围光强变化区间(10-5~1000太阳)内对过剩载流子进行绝对测量,同时可以结合SRH模型,得出各种复合寿命,如体内缺陷复合中心引起的少子复合寿命、表面复合速度等随着载流子浓度的变化关系。 
       2.2 基于光电压的技术和测量方法 
       基于光电压的测试方法,即表面光电压(SPV)法。它是一种非损伤性的测试方法,样品制备简单(无接触,没有PN结,或者无需高温工艺要求),在监控Si在各种工艺步骤中的体少子扩散长度方面得到了很大的关注。表面光电压法的原理是当光照在半导体表面时,产生电子-空穴对,一般而言在半导体近表面区域电子、空穴会从新分布,导致了能带弯曲的减少,这种能带弯曲的减少术语上称为表面光电压[8]。
       SPV方法使用透明电极去测量由表面空间电荷区域聚集的载流子形成的电压。为了保持光电压和载流子扩散长度的线性关系,这个电压值一般在mV量极。研究发现SPV是过剩载流子浓度的单一函数,而过剩载流子自身依赖于入射光通量,光学吸收系数,体少子扩散长度以及其它参数。 有两种方法测试扩散长度一种是改变激发光的波长,调节光通量使在不同波长下得到相同的SPV值,这种称为恒定SPV方法;另外一种是固定 入射光的光强,而测试在不同波长下的SPV值。一般常用恒定SPV方法测试扩散长度,测试系统如图3所示[9],利用能量高于能隙的斩波单色光照射样品,透明电极放在样品前面作为收集电压之用,光照之后在表面形成空间电荷区,而背面却保持暗状态,用锁相技术来提高信/噪比。可以根据以下关系来计算扩散长度:

       式子中&ph为某一个波长的光通量,α是对应于此波长的吸收系数。在&ph与吸收系数α-1的直线关系曲线中,直线在y轴的截距就是扩散长度,不在单一线性函数范围之内的数据不予分析,从而消除了表面复合效应的影响[9],然后根据Lb=Dbτb!,可以得出体寿命值。对于一个较好的测试系统,吸收系数与波长之间函数关系的不确定性是误差的主要来源。特别是多晶硅片中小晶粒的α (λ),它与已知的单晶硅

       的α(λ)之间存在偏差,另外,表面的应力也会影响材料的吸收,在重掺杂的硅片中,长波长的自由载流子吸收也可能会有影响,同时温度也会影响吸收系数,因此一般测试都稳定在室温下进行。 SPV方法适用于非常低的载流子注入水平。然而,其它的寿命测试技术,例如微波光电导衰减(MW-PCD),或者准稳态光电导(QSSPC)技术,在相对低注入情况下敏感度降低,同为重要的是它们在低注入情况下会受到少子俘获的影响。这种俘获产生了过剩的多子,由于光电导包含了少子和多子,因此在这种情况下光电导被歪曲,这也是在MW-PCD的技术中加偏置光的另外一个原因,因为增加偏置光之后减少少子的俘获。基于光电压的技术,例如SPV方法,由于只探测少子,因此不受俘获的影响。 综合这些考虑,广泛使用的基于光电导的寿命测试方法比SPV方法方便,但是比较适用于工作在中、高注入情况。 
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