一种测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置，包括：激励光源，其发出的照射光；介质材料，待测样品浸入所述介质材料，所述照射光照射到所述介质材料从而引起待测样品周围介质材料的折射率发生变化，由此造成引起所述待测样品的表面薄层内折射率发生变化；激光探针，其发出的光信号穿过所述介质材料，并因所述介质材料的折射率变化而发生偏转；位置传感器，其感测所述偏转并发出偏转信号；及计算装置，其根据所述偏转信号计算出所测薄膜材料的缺陷态密度。根据本发明专利技术的测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置，测量薄膜材料的光吸收谱来测试材料中的缺陷态，对低能端(<1.1eV)的吸收具有较高的灵敏度，并可以较为准确地测量材料的缺陷态分布。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置，属于半导体薄膜
，尤其涉及一种薄膜太阳能电池用硅基薄膜缺陷态密度测试装置。
技术介绍
以氢化非晶硅(a_S1:H)薄膜为吸收层的薄膜太阳电池，由于非晶硅材料光吸收系数大、具有较高的光敏性(105个量级左右)，且其吸收峰与太阳光谱接近，有利于对太阳光的充分利用，由于其还具有易于大面积化、连续化、自动化生产等优点，使其在第二代太阳电池即薄膜太阳能电池中占据首要地位。氢化非晶硅(a_S1:H)本身存在稳定性不好的问题，1977年Stabler和Wronski发现氢化非晶硅，特别是本征氢化非晶硅(I型未掺杂)在长时间的光照以后，其光电导率和暗电导率显著减小，但在150°C以上的条件下无光照退火，氢化非晶硅可以恢复到光照以前的状态，这就是氢化非晶娃的光致衰退效应(S-W效应)。由于光致衰退效应的存在，氢化非晶硅在长时间使用后光电特性变差，甚至失效，导致以其作为吸收层的非晶硅薄膜太阳能电池的性能随光照而严重下降，从而光照稳定性成为制约非晶硅薄膜太阳能电池发展的一个最大瓶颈。大量的实验和理论工作集于对光致衰退效应的特点和起源的研宄，总的看法认为，S-W效应起因于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级)，这种缺陷态会影响氢化非晶硅(a-S1:H)膜材料的费米能级EF的位置，从而使电子的分布情况发生变化，进而一方面引起光学性能的变化，另一方面对电子的复合过程产生影响。这些缺陷态成为电子和空穴的额外复合中心，使得电子的俘获截面增大、寿命下降。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种测试硅基薄膜的缺陷态密度，进而为硅基薄太阳能电池的材料特性改善提供解决方案。为了达成上述目的，提供了一种测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置，包括:激励光源，其发出的照射光；介质材料，待测样品浸入所述介质材料，所述照射光照射到所述介质材料从而引起待测样品周围介质材料的折射率发生变化，由此造成引起所述待测样品的表面薄层内折射率发生变化；激光探针，其发出的光信号穿过所述介质材料，并因所述介质材料的折射率变化而发生偏转；位置传感器，其感测所述偏转并发出偏转信号；及计算装置，其根据所述偏转信号计算出所测薄膜材料的缺陷态密度。一些实施例中，所述激励光源为单色仪。一些实施例中，所述介质材料为四氯化碳。根据本专利技术的测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置，测量薄膜材料的光吸收谱来测试材料中的缺陷态，对低能端(〈1.1eV)的吸收具有较高的灵敏度，并可以较为准确地测量材料的缺陷态分布。以下结合附图，通过示例说明本专利技术主旨的描述，以清楚本专利技术的其他方面和优点。【附图说明】结合附图，通过下文的详细说明，可更清楚地理解本专利技术的上述及其他特征和优点，其中:图1为根据本专利技术实施例的测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置示意图；及图2为本专利技术装置测试的一个非晶硅薄膜的缺陷态密度图。【具体实施方式】参见本专利技术具体实施例的附图，下文将更详细地描述本专利技术。然而，本专利技术可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本
的技术人员完全了解本专利技术的范围。现参考附图详细说明根据本专利技术实施例的测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置。根据本专利技术实施例的测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置，包括:激励光源，其发出的照射光；介质材料，待测样品浸入所述介质材料，所述照射光照射到所述介质材料从而引起待测样品周围介质材料的折射率发生变化，由此造成引起所述待测样品的表面薄层内折射率发生变化；激光探针，其发出的光信号穿过所述介质材料，并因所述介质材料的折射率变化而发生偏转；位置传感器，其感测所述偏转并发出偏转信号；及计算装置，其根据所述偏转信号计算出所测薄膜材料的缺陷态密度。一种测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置，如图1所示，包括单色仪1、斩波器2、光电接收器3、激光探针4、介质材料5、待测样品6、位置传感器7、前置放大器8、双相锁相放大器9、锁相放大器10、以及计算机数据装置11。斩波器2将连续光调制成为有固定频率的光。光电接收器3是将单色仪发出的单色光信号转为电信号。前置放大器8用于对传感器输出信号进行放大，双相锁相放大器9、锁相放大器10用于跟踪固定频率的光信号进行对比检测。计算机数据装置11主要是控制单色仪与按步长的变化输送单色光，以及后续的数据处理。当介质材料5受到单色仪I发出的激励光照射时，吸收的能量会周期性地转变成热能，热流从受热区向周围流出，引起介质材料5本身及其周围的温度升高，从而引起样品6表面薄层内折射率的变化。激光探针4发出的光信号将由于介质材料5折射率的变化而同步偏转，用位置传感器7检测这一周期性偏转，传感器的输出信号S可由位置传感器和锁相放大器放大后观察。S由下式确定:S = C X (1-Rf) X (1+Rb) / (1-RfRb)式中Rf、Rb分别为薄膜前后表面的反射系数；α为材料的吸收系数；d为薄膜厚度。通常情况下&是可以忽略的。在高光子能量区(ad>> 1)，信号趋于饱和。S/S饱和=l-exp(_a Xd)。因此只要已知样品厚度，就可由上式求出吸收系数a。同单晶硅相比，薄膜硅材料在低能端(〈1.1eV)的吸收明显增加，这主要与材料的缺陷有关。实施例图2为采用本专利技术装置测试的一个非晶硅薄膜的缺陷态密度图，并由上述公式求得该硅薄膜缺陷态密度为2.3E15cnT2。根据本专利技术的测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置，测量薄膜材料的光吸收谱来测试材料中的缺陷态，对低能端(〈1.1eV)的吸收具有较高的灵敏度，并可以较为准确地测量材料的缺陷态分布。以上详细描述了本专利技术的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本专利技术的构思做出诸多修改和变化。凡本
中技术人员依本专利技术的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。【主权项】1.一种测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置，其特征在于，包括: 激励光源，其发出的照射光； 介质材料，待测样品浸入所述介质材料，所述照射光照射到所述介质材料从而引起待测样品周围介质材料的折射率发生变化，由此造成引起所述待测样品的表面薄层内折射率发生变化； 激光探针，其发出的光信号穿过所述介质材料，并因所述介质材料的折射率变化而发生偏转； 位置传感器，其感测所述偏转并发出偏转信号；及 计算装置，其根据所述偏转信号计算出所测薄膜材料的缺陷态密度。2.根据权利要求1所述的测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置，其特征在于，所述激励光源为单色仪。3.根据权利要求2所述的测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置，其特征在于，所述介质材料为四氯化碳。【专利摘要】一种测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置，包括：激励光源，其发出的照射光；介质材料，待测样品浸入所述介质材料，所述照射光照射到所述介质材料从而引起待测样品周围介质材料的折射率发生变化，由此造成引起所述待测样品的表面薄层内折射率发生变化；激光探针，其发出的光信号穿过所述介质材料，并因所述介质材料的折射率变化而发生偏转；位置传感器，其感测所述偏转并发出偏转信号；及计本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量非晶硅薄膜带隙缺陷态密度的装置，其特征在于，包括：激励光源，其发出的照射光；介质材料，待测样品浸入所述介质材料，所述照射光照射到所述介质材料从而引起待测样品周围介质材料的折射率发生变化，由此造成引起所述待测样品的表面薄层内折射率发生变化；激光探针，其发出的光信号穿过所述介质材料，并因所述介质材料的折射率变化而发生偏转；位置传感器，其感测所述偏转并发出偏转信号；及计算装置，其根据所述偏转信号计算出所测薄膜材料的缺陷态密度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：彭寿，王芸，崔介东，石丽芬，曹欣，
申请(专利权)人：中国建材国际工程集团有限公司，蚌埠玻璃工业设计研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31
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