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•表面钝化的方法介绍•少子寿命测试在光伏领域的应用•少子寿命测试仪的介绍目录：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•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（最低可以测0.1ohmcm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~30µm10GHzmicrowavepen.depth~500µmin1cmSiThickness225µmp-typeMicrowavegenerator/detectorheadandantennaThegeneratedminoritycarriersdiffuseintheSiandrecombine=V0e-t/tDetectedµwsignalSdbulkeffttt111.DdSSdSd2221tteff:有效寿命,也是测试寿命tbulk:体寿命tsd: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、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(0.2-5%)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-PCDwithchemicalsurfacepassivationCharge-PCDm-PCDtaverage=14.6mstaverage=953mstaverage=1091ms3、热氧化法–样品表面生长高质量的氧化层钝化4、SemilabPTC法－(SemilabPrefaceTreatmentChamber)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；金属化等单晶生长及单晶硅片(internalquantumefficiency)resultsbasedonLBICandreflectanceaswellasfrequencytunedm-PCDmeasurementsonasinglecrystallinesampleperformedbytheWT-2000system.ClosecorrelationisshowninabsolutenumbersandalsoinlateraldistributionofIQEandlifetimevalues.IQEvs.lifetimemeasuredonthesamewafer505254565860622.52.72.93.13.33.53.73.94.14.3Lifetime[µs]Internalquantumefficiency[%]IQE51.0%63.5%m-PCD2.6ms4.3msl=980nm[祍]Efficiency[%]Sn=1cm/sSn=10cm/sSn=100cm/sSn=1000cm/sSn=10000cm/sSn=100000cm/sEffectivelifetimehasadirectinfluenceonsolarcellefficiency.Iftheeffectivelifetimeislargeenoughthanefficiencyislargerforsmallersurfacerecombinationvelocity(Sn).Efficiency=FFIscVoc/PlightFF:fillfactor~0.75-0.85Isc:shortcircuitcurrentVoc:opencircuitvoltagePlight:luminouspower-少子寿命对转化效率的影响”poly3.203us16.75%5”mono3.431usAscutwafer2.741usTexturedwafer3.055usDiffusedwafer9.738usNitridSiliconPass.138.96us-少子寿命在电池生产中应用举例(continuoushalogenlampillumination)insolarcellmeasurementactslikenaturalsunlightandprovidesinvestigationofcarrierlifetimeunderworkingconditions.Incaseofnitridpassivatedsiliconwafersbiaslightisnecessaryforcompensatingtrappingeffects.Measurementofbulklifetimeisonlypossiblewithbiaslightduetosurfacedamagesintroducedduringnitridefilmdeposition.13.014.015.016.001000200030004000BiasLight[mSun]Lifetime[us]LifetimemeasurementonnitridcoatedsamplesWithoutbiaslighttaverage=11.8msWithbiaslighttaverage=17.1msOnepointmeasurementwithincreasingbiaslightintensity-少子寿命测试中对陷阱缺陷(TrapDefects)效应的补偿多功能扫描系统，可选配：u-PCD/carrierlifetime（少子寿命）SPV/diffusionlength（扩散长度）LBIC/photovoltaicresponse（光诱导电流）biaslightforallaboves（各种偏置光）reflectance/efficiencyloss（反射率测试）eddycurrentresistivity（电阻率测试）thicknessandthicknessvariation（厚度测试）Non-contactsheetresistance（方块电阻测试)少子寿命测试仪的介绍单点硅片单点硅棒或硅片皮带传动，在线硅片自动检测（分选）•少子寿命•电阻率,厚度(TTV),P/N型号•方块电阻在线硅锭检测-在线检测设备谢谢！ThankYou!