[發(fā)明專利]一種硅片與硅基太陽能電池的少數(shù)載流子傳輸特性檢測方法與系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410161986.0
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103929128A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉俊巖;王揚;秦雷;宋鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: H02S50/10
• 分類號: H02S50/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硅片半導體材料與硅基太陽能電池的少數(shù)載流子傳輸參數(shù)的無損檢測方法，尤其涉及一種基于調(diào)制激光激發(fā)少數(shù)載流子輻射復合發(fā)光檢測硅片及硅基太陽能電池的少數(shù)載流子輸運特性參數(shù)（少數(shù)載流子平均壽命τ、擴散系數(shù)D、前后表面復合速率S_f、S_b）的無損檢測新方法。?

背景技術(shù)

隨著新型半導體材料制備和先進太陽能電池制造技術(shù)的發(fā)展，高性能、高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池需求不斷增大，現(xiàn)代太陽能電池工業(yè)需求已達到GW量級。半導體材料制備與太陽能電池的制造和質(zhì)量控制與評價已成為關(guān)鍵問題。眾所周知，半導體材料或太陽能電池吸收光子產(chǎn)生少數(shù)載流子的傳輸特性參數(shù)（少數(shù)載流子平均壽命、擴散系數(shù)（率）及表面復合速率等）直接決定了太陽能電池的性能和效率。?

目前代表性的半導體硅片少數(shù)載流子平均壽命與擴散長度的檢測方法主要有電致發(fā)光檢測（EL）、光致發(fā)光檢測（PL）、光電導衰減檢測（PCD）及光熱輻射檢測（PTR）等。電致發(fā)光檢測（EL）一般適用于硅基太陽能電池片的少數(shù)載流子平均壽命與少數(shù)載流子擴散長度的檢測，該方法具有快速、準確等優(yōu)點，但需要硅基太陽能電池片帶有電極進行接觸施加偏置電壓，而易于對太陽能電池片造成破壞，且無法對半導體硅片的少數(shù)載流子傳輸特性進行檢測。光電導衰減檢測（PCD）是一種準確快速、非接觸的檢測半導體硅片少數(shù)載流子平均壽命的檢測方法，該方法對待測樣品形狀、尺寸和電阻率有一定要求，PCD不能對太陽能電池的少數(shù)載流子傳輸特性參數(shù)進行檢測，同時，當半導體硅片的少數(shù)載流子平均壽命較短時，需要采樣頻率更高的電子設(shè)備記錄光脈沖和光電導衰減信號，其靈敏度較低。光致發(fā)光檢測（PL）是一種快速、非接觸檢測半導體硅片的少數(shù)載流子壽命的檢測方法，該方法可實現(xiàn)半導體硅片少數(shù)載流子壽命分布的快速檢測，但該方法難于實現(xiàn)太陽能電池少數(shù)載流子傳輸特性參數(shù)的檢測。光熱輻射檢測技術(shù)（PTR）是一種非接觸的無損檢測方法，可用于高溫、強放射性等惡劣或危險環(huán)境下進行檢測，用于半導體硅片少數(shù)載流子傳輸特性檢測時計算量大，分析復雜，對少數(shù)載流子傳輸特性參數(shù)的檢測靈敏度低。?

盡管目前存在了基本成熟的少數(shù)載流子傳輸特性參數(shù)的檢測方法，這些方法各有所長，也各有其局限性。調(diào)制激光誘發(fā)少數(shù)載流子輻射復合發(fā)光檢測技術(shù)具有非接觸、分析簡單、靈敏度高等優(yōu)點，可實現(xiàn)半導體硅片與硅基太陽能電池的少數(shù)載流子傳輸特性參數(shù)的檢測，不受樣件形狀、尺寸及電阻率的限制。因此，實現(xiàn)全面可靠的調(diào)制激光誘發(fā)少數(shù)載流子輻射復合發(fā)光檢測硅片及硅基太陽能電池的少數(shù)載流子傳輸特性參數(shù)具有重要意義。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于調(diào)制激光誘發(fā)載流子輻射復合發(fā)光檢測半導體硅片與硅基太陽能電池的少數(shù)載流子傳輸特性參數(shù)的無損檢測方法，應(yīng)用短波紅外探測技術(shù)與信號采集及鎖相處理技術(shù)得到調(diào)制激光誘發(fā)半導體硅片與硅基太陽能電池的載流子輻射復合發(fā)光的頻域響應(yīng)特性，利用少數(shù)載流子輻射復合發(fā)光頻響特性分析得到少數(shù)載流子傳輸特性參數(shù)，這是一種快速、準確及全面獲取少數(shù)載流子傳輸特性參數(shù)的無損檢測方法。?

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：?

一種硅片及硅基太陽能電池的少數(shù)載流子傳輸特性檢測方法，由正弦規(guī)律調(diào)制808nm半導體激光激勵、短波紅外探測器采集少數(shù)載流子輻射復合發(fā)光信號及發(fā)光信號鎖相處理與少數(shù)載流子運輸參數(shù)分析三個步驟組成，具體步驟如下：

首先，將函數(shù)發(fā)生器的輸出端通過信號線與半導體激光器電源的弱信號輸入端相連，實現(xiàn)半導體激光器輸出的激光光強按照正弦規(guī)律變化，通過聚焦鏡和反射鏡使半導體激光器輸出的調(diào)制激光在激發(fā)離軸拋物鏡的焦點位置聚焦，并激發(fā)焦點位置處的硅片或硅太陽能電池產(chǎn)生非平衡少數(shù)載流子密度波，同時非平衡少數(shù)載流子通過輻射復合而發(fā)光。

其次，將1000nm長通濾波片放置在短波紅外探測器的前端，短波紅外探測器固定在三維微位移調(diào)節(jié)臺上，調(diào)節(jié)三維微位移臺的水平與垂直運動，使短波紅外探測器移至采集離軸拋物鏡的焦點位置。激發(fā)離軸拋物鏡將非平衡少數(shù)載流子輻射復合發(fā)出的光反射到采集離軸拋物鏡并聚焦，激發(fā)離軸拋物鏡軸線與采集離軸拋物鏡軸線完全重合，且采集離軸拋物鏡的直徑大于激發(fā)離軸拋物鏡的直徑。非平衡少數(shù)載流子輻射復合發(fā)出的光聚焦后通過1000nm長通濾波片被短波紅外探測器收集。?