[發明專利]一種太陽能電池材料少子壽命測試儀

無效

• 申請號: 200910112776.1
• 申請日: 2009-11-09
• 公開（公告）號: CN101702004A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發明（設計）人: 倪祖榮;陳松;陳朝;肖芬;呂文選
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種測試儀，尤其是涉及一種基于微波諧振腔傳感法的太陽能電池材料少數載流子(簡稱少子)壽命測試儀。

背景技術

太陽能電池基區的少子壽命是影響電池轉換效率的最重要參數之一，它與材料的完整性，某些雜質的含量有極密切的關系，在電池制造過程中工藝監控的重要參數，通過測試少子壽命來控制器件制造工藝已成為優化器件特性的重要手段。因此在太陽能電池研究與生產中，準確測量電池材料少子的壽命顯得至關重要。

有文獻報道過采用其它微波方法測量少子壽命，如公開號為CN86101518A的中國發明專利公開一種用介質波導測量半導體材料少子壽命的裝置；專利號為ZL95243479.2的中國實用新型專利提供一種測試少子壽命的裝置；專利號為ZL200310108310.7的中國發明專利提供一種太陽電池少數截流子壽命分析儀。第一種方法利用光照前后微波透過半導體樣品傳輸信號的變化測量少子壽命，后兩種方法都是通過測量光照前后微波輻射半導體樣品后反射信號的變化測量少子壽命，而實現微波輻射分別采用喇叭天線和微帶面天線。這3種方法的共同特點是用脈沖光源激發引起半導體材料少子濃度的躍變，再從撤去激發光后光電導的衰退曲線測量少子壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可實現對太陽能電池材料少數載流子壽命的無接觸無破壞的二維測量，獲得片狀太陽能電池材料少子壽命分布情況分析的太陽能電池材料少子壽命測試儀。

本發明設有微波系統、調光器調制電路、數據采集卡和用于數據處理的計算機。

微波系統設有壓控振蕩器、衰減器、諧振腔、二維移動平臺和檢波器，設于二維移動平臺上的樣品槽用于放置樣品，諧振腔設于樣品上，在諧振腔端蓋上設有對稱的LC諧振式孔縫，被測樣品通過LC諧振式孔縫從諧振腔中耦合出微波能量，壓控振蕩器的輸入端接數據采集卡，壓控振蕩器的輸出端經衰減器后接諧振腔，數據采集卡的正弦調制信號輸出端接信號放大電路輸入端，信號放大電路輸出端接固體激光器，固體激光器設于諧振腔下方，檢波器的輸入端接諧振腔，檢波器的輸出端接數據采集卡，數據采集卡接用于數據處理的計算機。

二維移動平臺的X、Y軸分別與步進電機連接，實現移動。檢波器可采用晶體二極管檢波器。在諧振腔端蓋為對稱開有LC諧振式孔縫的銅片，實現材料對微波諧振腔的微擾。

本發明采用激光器調制電路調制激光器激發太陽能電池材料，調制信號和晶體二極管檢波器輸出信號由高速數據采集卡中高性能的信號調理和放大電路進行隔直、濾波、放大，然后數字化后將數據送入計算機處理完成少數載流子壽命的計算分析。本發明應用微波諧振腔傳感法，通過測量調制信號和光電導信號振蕩狀態的時間差計算得到被測材料的少數載流子壽命，實現對太陽能電池材料少數載流子壽命的無接觸無破壞的二維測量。

固體激光器是光強被正弦信號調制的950nm激光二極管，激光準確地照射到被測樣品上，引起被測樣品的光電導率變化，而被測樣品從諧振腔中感應的微波能量與被測樣品的光電導率成正相關，微波系統后端的晶體二極管檢波器檢測出通過微波系統能量的變化，即檢測出與調制信號振蕩時間狀態不同的光電導信號，比較光電導信號和加在激光器上的調制信號的振蕩狀態時間差，即可計算得到少子壽命。

本發明采用工作于高Q值低損耗模的諧振腔作為微波檢測傳感器，它具有高靈敏度和易調諧的優點。由于在諧振腔端蓋為對稱開有LC諧振式孔縫的銅片，實現材料對微波諧振腔的微擾。被激發的被測樣品的材料光電導率變化正比于受正弦信號調制的激光光強，被測樣品通過LC諧振式孔縫從諧振腔中耦合出部分微波能量，耦合的微波能量正相關于材料的光電導率，使得諧振腔中的微波能量變化隨著調制信號而變化，該變化被微波系統后端的晶體二極管檢波器檢測到，即得到光電導信號。

本發明采用了一個二維的移動平臺，用在平移片狀的被測樣品，實現片狀樣品的少子壽命的分析。該移動平臺的運動受到計算機的控制。移動平臺中心是一個樣品槽，厚度與樣品厚度一致，樣品放上后形成一個平面與諧振腔緊貼，激光通過下部的圓孔激發，樣品平臺的X、Y軸被兩個步進電機牽引，實現移動。

本發明的激光器調制電路用于產生符合測試需要的激光調制信號對半導體激光二極管光強調制。高速數據采集卡產生的正弦調制信號經放大，疊加在一直流偏置電壓上，保證激光二極管正常工作并受正弦信號調制。電路中另設計有過流保護電路，避免激光二極管的燒毀。