文档介绍：太阳级硅材料少子寿命测试技术与仪器
少子寿命测试的基本原理和方法
处于热平衡状态下的半导体，在一定温度下，载流子的浓度是一定的，称为平衡载流子浓度, 如果对半导体施加外界作用,破坏了热平衡的条件，称为非平衡状态。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。非平衡载流子分为非平衡多数载流子和非平衡少数载流子, 对于n型半导体材料，多出来的电子就是非平衡多数载流子,空穴则是非平衡少数载流子。对p型半导体材料则相反, 产生非平衡载流子的外界作用撤除以后，它们要逐渐衰减以致消失，最后载流子浓度恢复到平衡时的值, 非平衡少数载流子的平均生存时间称为非平衡少数载流子的寿命,简称少子寿命
- 少子寿命的概念
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测量方法都包括非平衡载流子的注入和检测两个基本方面。最常用的注入方法是光注入和电注入，而检测非平衡载流子的方法很多，如探测电导率的变化，探测微波反射或透射信号的变化等，这样组合就形成了许多寿命测试方法, 如: 直流光电导衰减; 高频光电导衰减; 表面光电压; 微波光电导衰减等
- 少子寿命测试的方法
对于不同的测试方法，测试结果可能会有出入，因为不同的注入方法，厚度或表面状况的不同，探测和算法等也各不相同。因此，少子寿命测试没有绝对的精度概念，也没有国际认定的标准样片的标准，只有重复性，分辨率的概念。对于同一样品，不同测试方法之间需要作比对试验, 但比对结果并不理想
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微波光电导衰减法(μ-PCD法)相对于其他方法，有如下特点：
- 无接触、无损伤、快速测试
- 能够测试较低寿命
- 能够测试低电阻率的样品（）
- 既可以测试硅锭、硅棒，也可以测试硅片或成品电池
- 样品没有经过钝化处理就可以直接测试
- 既可以测试P 型材料，也可以测试N 型材料
- 对测试样品的厚度没有严格的要求
- 该方法是最受市场接受的少子寿命测试方法
- μ-PCD法
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- μ-PCD法的测试原理
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200 ns
Excitation pulse
V = V0 e
-t/t
Detected µw signal
eff: 有效寿命, 也是测试寿命
bulk : 体寿命
sd: 表面复合影响的寿命
S1, S2: 两个表面的复合速率
d : 样品厚度
D : 扩散系数
- μ-PCD法的测试模型
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样品表面钝化方法介绍
1、化学钝化－碘酒法
- HF (5%)+ HNO3(95%) 去除表面损伤层
- 样品如放置较长时间，需HF 去除表面自然氧化层
- 样品用碘酒(-5%)浸泡在塑料袋中测试
2、电荷(Charge)钝化方法－采用高压放电，在样品表面均匀
覆盖可控电荷，从而抑制表面复合
m-PCD with
chemical surface passivation
Charge-PCD
m-PCD
taverage=
taverage=953ms
taverage=1091ms
3、热氧化法 – 样品表面生长高质量的氧化层钝化
4、Semilab PTC 法 － (Semilab Preface Treatment Chamber)
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少子寿命测试在光伏领域的应用
- 在单晶生长和切片生产中:
1. 调整单晶生长的工艺，如温度或速度
2. 控制回炉料，头尾料或其他回收料的比例
3. 单晶棒，单晶片的出厂指标检测
在多晶浇铸生产中：
1. 硅锭工艺质量控制
2. 根据少子寿命分布准确判断去头尾位置
电池生产中：
1. 进片检查
2. 工艺过程中的沾污控制
3. 每道工序后的检测： 磷扩散；氮化硅钝化；金属化等
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- 单晶生长及单晶硅片
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多晶浇铸及多晶硅片
带硅和薄膜电池
Cut off
Cut off
Block
CuInGaSe Film
On Glass
Ribbon Silicon
As cut wafer
Solar Cell
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