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广州市昆德科技有限公司 Guangzhou Kunde Technology Co., Ltd. 网址: Email : gzkunde@ R广州市昆德科技有限公司王昕田蕾江瑞生王世进 2012 年5月太阳能级硅晶体载流子复合寿命的测量广州市昆德科技有限公司 Guangzhou Kunde Technology Co., Ltd. 网址: Email : gzkunde@ R目录 1 、太阳能级硅晶体的特点 2 、载流子复合寿命与少数载流子寿命 3 、太阳能级硅晶体载流子寿命测量设备 4 、载流子复合寿命的测试条件 5 、载流子复合寿命测量中的干扰因素广州市昆德科技有限公司 Guangzhou Kunde Technology Co., Ltd. 网址: Email : gzkunde@ R1、太阳能级硅晶体的特点太阳能级硅晶体主要是指电阻率为 ~3Ω·cm 的P型单晶硅及铸造多晶硅,载流子寿命一般分布在 1~60μs。非主流产品还有 N型单晶硅。如果把空间用***化镓太阳能电池的硅衬底片包含在太阳能级硅晶体内,其电阻率范围将延伸至: 1×10 -2Ω·cm 。 从以上电学参数可以看出太阳能级硅晶体与电路级单晶相比有以下特点: 低电阻率,高掺质浓度( ×10 15 cm -3 ~ ×10 18 cm -3)。 低寿命,重金属杂质含量高。 铸造多晶硅中增加了更多的晶体缺陷,如晶粒间界、位错及微缺陷。 太阳能级硅晶体的特点给载流子寿命测量设备和理论分析都带来一些新的问题: 原来在电路级单晶寿命测量中很适用的光源: μm波长的红外发光二极管,光强已不能满足要求,必须使用能在晶体表面激发出高达 × 10 15光子/cm 2密度的红外脉冲激光器。 由于载流子浓度高,光强控制在低注入情况下产生的光电导衰退信号太小,使测量变得不可能或者很困难,因此往往要在中等注入水平或高注入时进行测量。此时我们测量出的寿命往往不是少子寿命( minority-carrier lifetime ),而是少子与多子的复合寿命( carrier 太阳能级硅晶体载流子复合寿命的测量广州市昆德科技有限公司 Guangzhou Kunde Technology Co., Ltd. 网址: Email : gzkunde@ R bination lifetime )。 由于寿命变短,要求测试仪器的寿命分辨率要高(优于 μs),同时对寿命仪光源的余辉以及放大器的频宽都带来了新的要求。 由于缺陷杂质成分及浓度的增加,给寿命测量带来更复杂的干扰因素。 2、载流子复合寿命与少数载流子寿命在电路级硅单晶寿命测量中我们常常在低注入水平η下,例如η≤ ,测量硅单晶的少子寿命,此时测出的寿命值与η数值无关。但是在测量太阳能级单晶寿命时往往满足不了这个条件,在中等注入水平下测量的是少子和多子的复合寿命,此寿命值是注入水平的函数。一个完整的复合过程从理论上可以描述为两个过程: 首先空复合中心俘获一个电子,第二步是俘获电子后的满复合中心再俘获一个空穴, 或者说满复合中心俘获一个空穴,再去俘获一个电子,所以载流子的复合时间取决于复合中心俘获电子、俘获空穴的时间常数以及复合中心的数量,这些复合中心是由重金属杂质和晶体缺陷形成的。半导体中非平衡载流子通过缺陷中心(含金属杂质及晶体缺陷)复合的基本模型,国际上通常采用“ Shockley-Read-Hall ”模型,简称 S-R-H (肖-里-霍)模型。该理论模型假定: (1)半导体的掺杂水平不太高,没有使半导体产生简并;( 2)缺陷中心浓度和多数载流子浓度相比很小。在这两个假定下, 过剩电子浓度( n e)与过剩空穴浓度( n p)相等,并且通过位于禁带中能级(如重金属杂质能级)为ε r的缺陷中心复合广州市昆德科技有限公司 Guangzhou Kunde Technology Co., Ltd. 网址: Email : gzkunde@ R的电子寿命( τ n)与空穴寿命( τ p)相等。载流子复合寿命(以μs为单位)可表示如下: 其中: τ n0—空中心俘获电子的时间常数, μs; τ p0—满中心俘获空穴的时