（1）调制自由载流子吸收（ＭＦＣＡ）：在这种方法中，通过锁相技术测量平均过剩载流子浓度和谐波调制偏置光之间的相偏移以及和调制频率之间的关系。平均过剩载流子浓度用能量小于Ｓｉ能隙的红外激光探测（波长１．５５μｍ）。自由载流子的带内跃迁吸收这些光子，并且吸收程度取决于红外光束探测区域的自由电子的总浓度，探测红外激光在材料中的透射强度。有效寿命τｅｆｆ可以近似表述为：

       这里，$是测量的相偏移，ω是角调制频率。使用波长小于硅能隙的激光二极管作为载流子激发光源，光源由两部分组成：恒定稳态部分和正旋信号部分，为了在限定的注入水平下进行测试，产生光源中正旋部分的强度是稳态部分的１０％。正如在ＭＷ－ＰＣＤ中那样，稳态部分的强度可以通过中性滤光片加以调节，但是必须注意的是ＭＷ－ＰＣＤ技术在１０１１ｃｍ－３～１０１５ｃｍ－３注入水平比较敏感，而ＭＦＣＡ技术非常适合于测试较高过剩载流子浓度（１０１４ｃｍ－３～１０１７ｃｍ－３）。 

      （2）ＩＲ载流子浓度成像（ＣＤＩ） ［１０］ ：ＣＤＩ的测试基 础在于Ｓｉ片中自由载流子的红外吸收。

       一个红外光源发出的红外光照射在硅片上，另外一个快响应、在中红外区域（３．５μｍ～５μｍ）敏感的ＣＣＤ相机结合锁相技术测试两种状态下的硅片的红外透射率：在锁相周期的头半个周期内，近似为１个太阳（ＡＭ１．５Ｇ）的半导体激光（λ＝１７ｎｍ）照在样品上，产生过剩自由载流子，在后半个周期内，样品处于完全黑暗状态，没有过剩载流子产生。这两个过程的图像之间的差异正比于过剩自由载流子的吸收，也就是正比于局域过剩载流子的浓度。由于知道了产生几率Ｇ（ｘ，ｙ），实际寿命值可以通过τｅｆｆ＝ Δｎ（ｘ，ｙ）Ｇ（ｘ，ｙ）计算得出。除了能够测试出真实的载流子寿命之外，如同ＱＳＳＰＣ技术，它也能够测试在不同注入水平下的有效寿命；另外，与具有二维成像的ＭＷ－ＰＣＤ相比，由于在ＣＤＩ技术中，激发光均匀照射在整个样品表面，没有在ＭＷ－ＰＣＤ中存在的少子从非常小的光照点扩散出来的边缘效应，同时测试的时间非常短，适用于生产上的在线监控过程。 

      （３）光束诱导电流（ＬＢＬＣ）方法［１１］：这种方法是测量具有一定大小、形状的单色光束激发太阳电池产生的电流的光谱响应。在这种方法中，光生载流子在光束照射的局域位置产生，在所有光照产生的少子中，只有不参与复合过程的少子才会产生电流信号。测量光束产生的短路电流，通过这个短路电流，同时测得了在这个光照区域的少子复合信息，如少子扩散长度。如果确定分布在材料表面和体内的功率密度，那么可以决定单位时间内产生的载流子数量。 

       为了获得绝对的光生电流值，需要对光的强度进行标定（如采用标准太阳能电池），利用锁相技术来提高信号的信噪比。当样品为太阳电池时，使用光束表征更具有现实意义，因为ＬＢＩＣ通过测试短路电流，能够给出半导体器件的光电学性能的直接信息，同时也能够给出晶粒边界的少子扩散长度，或者复合速度等。另外还能够结合光反射测量得到样品的内量子效率分布，它实际上是一种表征电池性能的很好方法［１２］。 

      （４）电子束诱导电流（ＥＢＬＣ）方法：电子束注入样品中产生电流，这个电流可以用作描述样品特征图像的产生信号，例如，样品中ＰＮ结的位置，存在的局域缺陷，以及非均匀掺杂分布等［１３］。由于扫描电镜是电子束最为方便的源头，大部分ＥＢＩＣ技术都在ＳＥＭ上进行。当采用合适的电接触，电子束注入样品产生的电子和空穴可以被收集、放大和分析，因此载流子在不同局域位置产生、漂移或者复合的差异可以直接通过ＥＢＩＣ图像给出。电子束注入产生的电流的大小反映出电子和空穴的复合损失，这也是为什么ＥＢＩＣ是一种观察半导体中缺陷复合中心的有用方法。

ＥＢＩＣ使用薄的肖特基接触（经常是Ａｌ），肖特基接触处于反向偏置电压下，漏电流信号被放大，并在显示器上显示出来。电学活性的缺陷使电流减少，在图像中显得比较暗，也反映了少子寿命比较低。如果电子束在整个样品表面进行扫描，就可以得到诱导电流的二维成像。 

       3  测试中的问题 

       （1）根据公式（１）、（２），如果Ｓｉ片表面进行很好的钝化，那么测量的寿命值就等于实际的Ｓｉ材料的体寿命，这个值与光照的波长无关。对于测试相对低的体寿命，那么并不需要很好的表面钝化处理。例如，对于体寿命值为０．１μｓ的样品，表面复合速度高到１０００ｃｍ／ｓ是能够接受的。另一方面，如果体材料的少子寿命比较高，这就要求很好的表面钝化。例如，为了测量体寿命值＞１００μｓ的样品，表面复合速度应该小于１０ｃｍ／ｓ。

       （2）当表面复合速度大于１０００ｃｍ／ｓ时，分别采用蓝光和红外光测试得到的有效寿命明显不一样。由于蓝光产生的光生载流子对表面复合速度非常敏感，而红外光则在硅中的注入深度较深，这就允许在测试时同时使用这两种光，从而将体寿命和表面复合速度从结果中分离出来［１４］。 但是对于较高的寿命值（大于１０μｓ），由于较高的表面复合速度（大于１０００ｃｍ／ｓ）完全将体复合信息掩盖，同时使用蓝光和红外光测试也不能将体寿命区分出来。

       （3）在扩散发射极形成之后，为了准确地测量Ｓｉ片，可以使用波长较长的光照射样品，这样可以使在Ｓｉ片体内产生相对均匀的载流子分布，同时减少光在发射极被吸收的成分［１５］。 在这些方法中，基于ＭＷＰＣＤ和ＱＳＳＰＣ方法的设备在商业上已经比较成熟，如Ｓｅｍｉｌａｂ公司基于ＭＷＰＣＤ的少子寿命测试仪，Ｓｉｔｏｎ公司基于ＱＳＳＰＣ的测试仪，国内也开展了这方面的研究和设备的研制［１６］。另外的一些方法在实验室也得到一定的应用，总的说来，这些测试方法由于具有各自的特点而在实验室以及生产线上得到应用。 

       4 结束语 

       本文对晶体硅和晶体硅太阳能电池的少子寿命的常用测试方法进行了介绍，重点介绍了微波反射光电光电导衰减（ＭＷ－ＰＣＤ），准稳态光电导（ＱＳＳＰＣ），以及表面光电压方法（ＳＰＶ）。并对各种方法的优缺点进行了总结，对实践具有一定的参考意义：

     （1）基于光电导的方法，例如ＭＷ－ＰＣＤ和ＱＳＳＰＣ方法相对于表面光电压ＳＰＶ方便，在低注入情况下它们的敏感度降低，比较适用于中、高注入情况。他们在低注入情况下受到少子寿命俘获的影响。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。 ＭＷＰＣＤ方法测试的信号是一个微分信号，而ＱＳＳＰＣ方法能够测试少子寿命的真实值，ＭＷＰＣＤ在加偏置光的情况下，结合理论计算可以得出少子寿命随着过剩载流子的变化曲线，而ＱＳＳＰＣ直接就能够测得过剩载流子浓度，因此可以直接得出少子寿命与过剩载流子浓度的关系曲线，并且得到ＰＮ结的暗饱和电流密度；ＭＷＰＣＤ由于使用的脉冲激光的光斑可以做到几个到十几个，甚至更小的尺寸，在照射过程中，只有这个尺寸范围的区域才会被激发产生光生载流子，也就是得到的结果是局域区域的差额寿命值，这对于寿命分布不均匀的样品来说，结果并不具备代表性。可以利用激光光斑小的优点，对样品进行面扫描，可以得出片子或者电池中少子寿命的平面分布图象。

     （2）在ＳＰＶ方法中，少子吸收系数和迁移率的值必需准确知道。在ＳＰＶ方法中，少子寿命可以通过测得的扩散长度获得。当在低注入条件下工作时，在某种情况下ＳＰＶ和ＰＣＤ方法得出的少子寿命值应该相同。在ＳＰＶ方法中，少子吸收系数和迁移率的值必须准确知道。在ＰＣＤ测量的过程中，表面复合效应需要很好的说明，在测试中表面复合效应必须被消除。

     （3）同时介绍的其它测试方法也具有自身的优缺点，ＬＢＩＣ不光能够测试晶体硅电池片的体扩散长度，同时也可以测试不同波长的光的光电流，可以测试电池片在某个波长下的量子效率，直接表征电池的光电性能。而ＥＢＩＣ一般测试的是半导体材料表面几十个纳米深度的缺陷信息。而ＭＦＣＡ技术非常适合于测试较高过剩载流子浓度；ＣＤＩ技术中，激发光均匀照射在整个样品表面，没有在ＭＷ－ＰＣＤ中存在的少子从非常小的光照点扩散出来的边缘效应，同时测试的时间非常短，适用于生产上的在线监控过程。 由于在具体测试过程中有一些应该考虑到的问题因此在实际测量中，应根据具体情况选用合适的测量方法，才能得到较精确的结果。