太阳能电池性能测试表.pdf

5国制字碌印工诩判跖Institute of Electr ical Engineer ingChinese Academy of Sciences太阳能电池性能测试表 征方法简介 主要内容少子寿命测试材料检测以及工艺控制电流-电压（IV）特性测试-性能测试，电池性能参 数分析光谱响应（量子效率）测试器件表征，提供工艺 参考反射光谱测试电容电压测试薄膜厚度测试拉曼测试少子寿命测试寿命光生电子和空穴从一开始在半导体中产生直到消失的时间差当载流子连续产生时，决定了电子和空穴的稳定数量扩散长度平均载流子从产生的点到被收集点（p-n结）的平均距离有效寿命luleduii).3HeijltON piegjRFir 萨.derHothSolar CellBaO;是发生在Si片或者太阳能电池不同区域的所有复合损失叠加的净 结果数学的表述是非常有用的。11Teff Tbulk1+-surfacebulk rad111 1+-+-auger 工 SRH复合辐射复合-寿命mslow _ Iwd r；今-俄歇复合-在硅中主要是高注入条件下的复合%）Cpnp21-QN：p Aand7加gh，F _ _1（Jbrp-type）ToV一(Q+C,)W，一C2ooEv1andi（forn-type（geeh）Cnn2P_ CnND&一（q+Cp）A“2 一（*复合1 2 3 4IF O O Shockley-Read-Hall复合-缺陷能级引起的复合 1）体内的SRH复合1:电子发射2：电子俘获3：空穴俘获4：空穴发射Ec2）表面SRH复合OEv最大体复合寿命与 衬底掺杂浓度的关lola荒匚1最大体复合寿命与 过剩载流子浓度的 关系L；,二 r;,匕r:Ek rm-rE 二-E=i -6 5 4 3 1_ Q o o o u o o o 1 11 1111w三s1 31至-3tg.一OU21不同纯度硅的掺杂浓度与少子寿命的关系少子寿命测试有效寿命：表面对测试结果的影响Si片前后表面的复合速度为s,中载流子的扩散系数为DbSi片的厚度为W,体材料1 Ji 二明%W1 1cs二 +2Teff 入 印当 SDJW当 SvvDJW注：晶体Si太阳能电池的性能非常强烈地依赖于在Si体内和电池表面的电子-空 穴复合。因此，准确测试复合参数（例如体载流子寿命、表面复合速度）的实 验方法在太阳能电池的研究中是最重要的。【s mQ)E-05J二 pamso)H1 1 1-1-bulk surfaceBulk lifetime ps少子寿命测试A：Si表面很好钝化，Teff=Tb B：若舞0.1 的 S1000 cm/s C:若rlOOps,S105 cm/s,用1000 nm的光测试H若S1000 cm/s,蓝光测试S,红外 光测试q503020odu(5 二)OEWOH-pensBSs0少子寿命测试裸硅的测量：未钝化 一般测试值为0.1-2|LIS知麝 发射极形成后：使用大于700 nm波长的光激发研究发射极钝化效果：如氧化,沉积Sis2薄膜GES SW ucquzEcsdacw七二 SMeasur ed effective lifetine(s)ut-uy1.0E，01.0E 20E，3ru-3/wop-3M=u测试方法的分”寿命测试分类的根据方法特点信号收集的方式接触式需要制备金属电极,测试流过电极的压降非接触式无需制备金属电极可以测试电池拧个艺阶段光注入的强度大信号光束在半导体中产生较大林的载流 子小信号使用调制的激光束在半导体中产生相对小量的载流子;使用电子放大和锁相技术试的内容基于光电导的方法,如通过光电导转化成我流子存命MW-PCD 等门按测试光生过剩载流子的可以直接得出过剩载流子的空间分方法,如红外载流子密度成布，反应了我流子用命的信息像(CDI)等少子寿命测试基于光电导（PCD）的方法1:工作原理光电导是半导体材料的一个重要因素，它描述了器件的电导随着入射光的变 化情况。所有的技术都是无接触的，工作原理就是光激发产生过剩载流子，这些过剩载 流子在样品的暗电导基础上产生额外的光电导。少子寿命测试2.1瞬态衰减方法（TPCD）这种方法基于测试载流子随着时间的相 对变化，测试长寿命有利。包括电感耦合 PCD,微波PCD（MW-PCD）d(A)An出 Teff2.2稳态方法光强固定，光电导正比于光生载流子以 及它的寿命，有利于测试短寿命Azi G=Teffmeasuring head2.3准稳态光电导（QSSPC）光照强度缓慢变化，非常好地测试短 和长寿命。大信号方法dt-QSSPC测量要求：1：绝对测量过剩载流子密度An的值2：同时也需要准确测量产生率，通过一个光电探测器测量（例如一个校 准的太阳能电池）进行测量单位体积的产生率N f-phJ absCr 二-W,对于标准太阳能谱，能量大于Si能隙的光子密度为Nph=2.7xl017cm-2s-i,W为样品的厚度，建,为吸收份额测量内容:测量电导随着光强和时间的变化关系，得出7ff由1 _ 1 2J0（An+N 板）-二-1-2-Teff Tb Mi可以得出包含暗电流密度少子寿命测试-QSSPC光源+滤波片：不同波长，可 以得到不同区域的信息Test deviceResistorStepper motorGr ey filterComputer黑、光照之间的信号之差为：过剩电导汽（显示为电压）校准的射频电桥（V=0）测试 电导，参考电池测试光强度QSSPCJ的实验设备原理图（Sinton公司）光束的时间常数可调：同时兼容TPCD测量waferMW-PCDmeasuring headp wave antennareflected x wave光源：脉冲激光（方波信号，频率 低），偏置白光（光强通过衰 减片进行调节）少子寿命（低注入水平）少子寿命、多子寿命的混合 体（中间和高注入水平）。瞬态脉冲光注入产生的过剩载流子（R微波反射率）瞬态曲线进行渐进单指数衰减exp（T/c力）少子寿命测试-MW-PCD工作原理1:它是一种瞬态方法。2:优点:对于过剩载流子的测量不是绝对的，而是相对测量。3:缺点:瞬态方法测量短的载流子寿命，需要快的电子学记录非常快的光脉冲和光电 导衰减信号。4:微波反射率探测光电导AP=Pm”支，da5:反射率与光电导完全不是线性关系，这就限制了MW-PCD方法在小信号方面的 应用，解决方法：在脉冲光激发的同时加上偏置光，研究寿命与载流子浓度之 间的关系。6：MW-PCD的敏感因子dR(g)/do写为A(g)=C/gL5,因此对于高电导(低电 阻)样品的敏感度降低，适用于低电导(高电阻)样品的测试，而在低电阻方 面rf-PCD解决。少子寿命测卡控制脉冲光斑的大小，寿命平面分布MW-PCD无氧化层，单面抛光的Si片上的氧条纹分布Patterned wafer引自：WT-2000|i-PCD tool,)少子寿命测试-IR载流子密度成像(CDI)CDI测试设备示意图测量原理：基于Si片中自由载流 子的红外吸收CCD：在中红外355微米敏感3个过程：1：近似为1个太阳(AM 1.5G)的半导体激光照在样品上，产生 过剩自由载流子密度2：样品处于完全黑暗状态，没有 过剩载流子产生3：上两个过程的图像之差异正比 于载流子的吸收，也就是载流子 浓度少子寿命测试-IR载流子密度成像（CDI）特点：无接触的，全光学的，载流子寿命空间分布的测量技术。使用锁相技 术，分辨率很高与MW-PCD比较：MW-PCD：微分寿命值分布，测试时间较长（10X10 cm2,高注入，2 小时）CDI：实际寿命值分布图，测试时间短（10X10 cm2,低注入，几秒 钟），CDI技术适合于太阳电池生产在线测试-IR载流子密度成像(CDI)S2XXX 兀ficccX*1Msieo7D6o5o4o3a割10TTIMS孝如一 9308/24231512匚左图为CDF方法测试的结果，费时50秒，右图为MW-PCD测试结果，费时30分钟更多信息参考：Jan Linnros,J.Appl.Phys.84,276(1998);Jan Linnros,J.Appl.Phys.84,284(1998)另外一种红外成像：红夕卜lock-in热像仪，可以得出Si片、电池片中的缺陷分布u a.0.0.0.00.0.0.0.0.0.0.0-0-0-0-0-0-0-0987665432Io oo Do oooo020203040506红外lock-in热像仪，得出正常工 作时的功率损失。显示在多晶硅电池中晶 界是引起损失的主要原因红外lock-in热像仪，无光照，加偏压显示Shunt