一种硅片与硅基太阳能电池的少数载流子传输特性检测方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种硅片与硅基太阳能电池的少数载流子传输特性检测方法与系统。所述方法由正弦规律调制808nm半导体激光激励、短波红外探测器采集少数载流子辐射复合发光信号及发光信号锁相处理与少数载流子运输参数分析三个步骤组成；所述系统包括激光激励装置、函数发生器、短波红外探测器、锁相放大器及计算机。本发明专利技术应用短波红外探测技术与信号采集及锁相处理技术得到调制激光诱发半导体硅片与硅基太阳能电池的载流子辐射复合发光的频域响应特性，利用少数载流子辐射复合发光频响特性分析得到少数载流子传输特性参数，这是一种快速、准确及全面获取少数载流子传输特性参数的无损检测方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种硅片与硅基太阳能电池的少数载流子传输特性检测方法与系统。所述方法由正弦规律调制808nm半导体激光激励、短波红外探测器采集少数载流子辐射复合发光信号及发光信号锁相处理与少数载流子运输参数分析三个步骤组成；所述系统包括激光激励装置、函数发生器、短波红外探测器、锁相放大器及计算机。本专利技术应用短波红外探测技术与信号采集及锁相处理技术得到调制激光诱发半导体硅片与硅基太阳能电池的载流子辐射复合发光的频域响应特性，利用少数载流子辐射复合发光频响特性分析得到少数载流子传输特性参数，这是一种快速、准确及全面获取少数载流子传输特性参数的无损检测方法。【专利说明】—种硅片与硅基太阳能电池的少数载流子传输特性检测方法与系统
本专利技术涉及一种硅片半导体材料与硅基太阳能电池的少数载流子传输参数的无损检测方法，尤其涉及一种基于调制激光激发少数载流子辐射复合发光检测硅片及硅基太阳能电池的少数载流子输运特性参数(少数载流子平均寿命τ、扩散系数队前后表面复合速率5>、兄)的无损检测新方法。
技术介绍
随着新型半导体材料制备和先进太阳能电池制造技术的发展，高性能、高转化效率的太阳能电池需求不断增大，现代太阳能电池工业需求已达到GW量级。半导体材料制备与太阳能电池的制造和质量控制与评价已成为关键问题。众所周知，半导体材料或太阳能电池吸收光子产生少数载流子的传输特性参数(少数载流子平均寿命、扩散系数(率)及表面复合速率等)直接决定了太阳能电池的性能和效率。目前代表性的半导体硅片少数载流子平均寿命与扩散长度的检测方法主要有电致发光检测(EU、光致发光检测(PU、光电导衰减检测(PCD)及光热辐射检测(PTR)等。电致发光检测(EL) —般适用于硅基太阳能电池片的少数载流子平均寿命与少数载流子扩散长度的检测，该方法具有快速、准确等优点，但需要硅基太阳能电池片带有电极进行接触施加偏置电压，而易于对太阳能电池片造成破坏，且无法对半导体硅片的少数载流子传输特性进行检测。光电导衰减检测(PCD)是一种准确快速、非接触的检测半导体硅片少数载流子平均寿命的检测方法，该方法对待测样品形状、尺寸和电阻率有一定要求，PCD不能对太阳能电池的少数载流子传输特性参数进行检测，同时，当半导体硅片的少数载流子平均寿命较短时，需要采样频率更高的电子设备记录光脉冲和光电导衰减信号，其灵敏度较低。光致发光检测(PL)是一种快速、非接触检测半导体硅片的少数载流子寿命的检测方法，该方法可实现半导体硅片少数载流子寿命分布的快速检测，但该方法难于实现太阳能电池少数载流子传输特性参数的检测。光热辐射检测技术(PTR)是一种非接触的无损检测方法，可用于高温、强放射性等恶劣或危险环境下进行检测，用于半导体硅片少数载流子传输特性检测时计算量大，分析复杂，对少数载流子传输特性参数的检测灵敏度低。尽管目前存在了基本成熟的少数载流子传输特性参数的检测方法，这些方法各有所长，也各有其局限性。调制激光诱发少数载流子辐射复合发光检测技术具有非接触、分析简单、灵敏度高等优点，可实现半导体硅片与硅基太阳能电池的少数载流子传输特性参数的检测，不受样件形状、尺寸及电阻率的限制。因此，实现全面可靠的调制激光诱发少数载流子辐射复合发光检测硅片及硅基太阳能电池的少数载流子传输特性参数具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于调制激光诱发载流子辐射复合发光检测半导体硅片与硅基太阳能电池的少数载流子传输特性参数的无损检测方法，应用短波红外探测技术与信号采集及锁相处理技术得到调制激光诱发半导体硅片与硅基太阳能电池的载流子辐射复合发光的频域响应特性，利用少数载流子辐射复合发光频响特性分析得到少数载流子传输特性参数，这是一种快速、准确及全面获取少数载流子传输特性参数的无损检测方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的: 一种硅片及硅基太阳能电池的少数载流子传输特性检测方法，由正弦规律调制808nm半导体激光激励、短波红外探测器采集少数载流子辐射复合发光信号及发光信号锁相处理与少数载流子运输参数分析三个步骤组成，具体步骤如下: 首先，将函数发生器的输出端通过信号线与半导体激光器电源的弱信号输入端相连，实现半导体激光器输出的激光光强按照正弦规律变化，通过聚焦镜和反射镜使半导体激光器输出的调制激光在激发离轴抛物镜的焦点位置聚焦，并激发焦点位置处的硅片或硅太阳能电池产生非平衡少数载流子密度波，同时非平衡少数载流子通过辐射复合而发光。其次，将IOOOnm长通滤波片放置在短波红外探测器的前端，短波红外探测器固定在三维微位移调节台上，调节三维微位移台的水平与垂直运动，使短波红外探测器移至采集离轴抛物镜的焦点位置。激发离轴抛物镜将非平衡少数载流子辐射复合发出的光反射到采集离轴抛物镜并聚焦，激发离轴抛物镜轴线与采集离轴抛物镜轴线完全重合，且采集离轴抛物镜的直径大于激发离轴抛物镜的直径。非平衡少数载流子辐射复合发出的光聚焦后通过IOOOnm长通滤波片被短波红外探测器收集。最后，短波红外探测器将光电转换信号放大后通过信号线与锁相放大器的测量输入端相连，函数发生器输出端用信号线与锁相放大器参考信号输入端相连，由锁相放大器完成正弦调制半导体激光光强激励下的非平衡少数载流子辐射复合发光的幅值与相位计算，通过对非平衡少数载流子辐射复合发光的频响特性进行分析，计算少数载流子输运参数(少数载流子平均寿命τ、扩散系数久前后表面复合速率5>、兄)。本专利技术中，采用波长808nm的半导体激光器作为激励源，最大调制频率为200KHz，调制激光经过聚焦镜与反射镜聚焦到激发离轴抛物镜的焦点，并激发样件产生非平衡少数载流子密度波。本专利技术中，采用短波红外探测器，波长响应范围为900nm-1700nm，在红外探测前端加一个IOOOnm长通滤波片阻止样件反射的激光进入红外探测器。红外探测器固定在三维微位移台上，通过调节微位移台的水平与垂直运动，使红外探测器处于采集离轴抛物镜的焦点位置。本专利技术中，调制激光通过激发离轴抛物镜的加工小孔聚焦到激发离轴抛物镜的焦点。本专利技术中，采用计算机编程完成函数发生器与数字锁相放大器参数设置、计算结果的采集与保存及少数载流子传输特性参数分析，实现硅片及硅基太阳能电池的少数载流子传输特性的无损检测。一种硅片及硅基太阳能电池的少数载流子传输特性检测系统，包括激光激励装置、函数发生器、短波红外探测器、锁相放大器及计算机，其中: 所述激光激励装置用以实现激光激发半导体产生少数载流子，它包括半导体激光器、聚焦镜、反射镜、激发离轴抛物镜与采集离轴抛物镜，所述半导体激光器输出激光通过聚焦镜和反射镜聚焦在激发离轴抛物镜焦点位置，采集离轴抛物镜与激发离轴抛物镜保持同轴,且采集离轴抛物镜直径大于激发离轴抛物镜直径； 所述函数发生器用以产生调制激励信号； 所述短波红外探测器前端带有IOOOnm长通滤波片用以探测少数载流子辐射复合发光信号，IOOOnm长通滤波片用以消除激励激光的影响； 所述锁相放大器用以进行调制激励信号与少数载流子辐射复合发光信号的锁相运算，得到少数载流子辐射复合发光信号的幅值与相位； 所述计算机用以编程分析少数载流子辐射复合发光信号的幅频与相频响应特性，计算得到少数载流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅片与硅基太阳能电池的少数载流子传输特性检测方法，其特征在于所述方法步骤如下：首先，将函数发生器的输出端通过信号线与半导体激光器电源的弱信号输入端相连，实现半导体激光器输出的激光光强按照正弦规律变化，通过聚焦镜和反射镜使半导体激光器输出的调制激光在激发离轴抛物镜的焦点位置聚焦，并激发焦点位置处的硅片或硅太阳能电池产生非平衡少数载流子密度波，同时非平衡少数载流子通过辐射复合而发光；其次，将1000nm长通滤波片放置在短波红外探测器的前端，短波红外探测器固定在三维微位移调节台上，调节三维微位移台的水平与垂直运动，使短波红外探测器移至采集离轴抛物镜的焦点位置；激发离轴抛物镜将非平衡少数载流子辐射复合发出的光反射到采集离轴抛物镜并聚焦；非平衡少数载流子辐射复合发出的光聚焦后通过1000nm长通滤波片被短波红外探测器收集；最后，短波红外探测器将光电转换信号放大后通过信号线与锁相放大器的测量输入端相连，函数发生器输出端用信号线与锁相放大器参考信号输入端相连，由锁相放大器完成正弦调制半导体激光光强激励下的非平衡少数载流子辐射复合发光的幅值与相位计算，通过对非平衡少数载流子辐射复合发光的频响特性进行分析，计算少数载流子输运参数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊岩，王扬，秦雷，宋鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23