少子寿命 -物理意义
基本概念
少子: 非平衡载流子，少数载流子，少数非平衡载流子
如对p-Si而言，少子就是电子，对n-Si而言就是空穴 产生方式：光照或电注入
光照
左图：光照产 生非平衡载流 子的能带结构 示意图
State Key Lab of Silicon materials
少子寿命： 非平衡载流子的平均生存时间， 用τ表示
适用于近表面区域缺陷的观察
State Key Lab of Silicon materials
Electron beam
Schottky barrier
IEBIC
e-h pairs
GB
Ib Ig I
State Key Lab of Silicon materials
应用实例 应用实例
多晶硅锭检测
0.12 0.10 0.08 0.06 0.04
N4-24 N4-25 N4-26
Y Axis Title
0.02 0.00 -0.02 -0.04 -0.06 -0.08 -0.10 -0.12 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
State Key Lab of Silicon materials
State Key Lab of Silicon materials
微波光电导衰减法 (μ-PCD)
仪 器 照 片 无损测试
State Key Lab of Silicon materials
State Key Lab of Silicon materials
Top
Central
Bottom
SE
EBIC _300 K
100 µm
铸造多晶硅头，中，尾部分SEM与EBIC图像对比
State Key Lab of Silicon materials
多晶硅在热处理前后缺陷的EBIC图像（E=30KeV) a 热处理前（原始状态） b 热处理后，在晶界附近有明亮的吸杂区形成。
非平衡载流子随时间指数衰减
State Key Lab of Silicon materials
少子寿命与电池效率以及硅片最优厚度的关系
State Key Lab of Silicon materials
少子寿命测试方法介绍 少子寿命测试方法介绍
微波光电导衰减法 (m-PCD)
表面光电压(SPV)
表面光电压(SPV)
光照
电子空穴对
重新分布
表面光电压
过剩载流子浓度的单一函数
State Key Lab of Silicon materials
表面光电压(SPV)
State Key Lab of Silicon materials
Байду номын сангаас
准稳态光电导方法 (QSSPC)
State Key Lab of Silicon materials
不同的曲线形状对应 不同的深能级以及浅 能级的SRH寿命
SRH寿命随少子注入强度的变化
State Key Lab of Silicon materials
电子束诱生电流（EBIC）
原理： 电子束在样品内激发出电子空穴对，在样 品结势场的作用下电子空穴分离，定向运 动并被收集。由于样品中各个部位复合强 度的不同，在二维EBIC图像上就表现为明 暗不同，即电流强度的不同
氮化硅膜是太阳电池行业广泛使用的表面钝化及减反射技术
蓝色SiNx膜
State Key Lab of Silicon materials
多晶硅中缺陷的表征
图中颜色较深区域 是复合活性高，少 子寿命低的区域， 在多晶硅中与晶界 相对应
State Key Lab of Silicon materials
State Key Lab of Silicon materials
铸造多晶硅 -市场占有量最高的太阳电池材料
能耗低 片型大 成本低 效率高 稳定
State Key Lab of Silicon materials
存在的问题 -晶界。。。
均匀性 机械强度-破片 电池失效-漏电 杂质沾污 少子寿命测试
准稳态光电导方法 (QSSPC)
电子束诱生电流（EBIC）
State Key Lab of Silicon materials
微波光电导衰减法 (μ-PCD)
1. 脉冲激光（904nm）产 生电子空穴对 2. 撤去激光时，电子空 穴对发生复合 3. 样品电导率变化
200 ns
State Key Lab of Silicon materials
X Axis Title
近发射级，沿晶界走向的沉淀图像
相应能谱测定的杂质原子含量 硅 中 的 原 子 含 量 ％
Ag
雾状缺陷区：位错密度 高达107 cm-2 量级
Oxygen
State Key Lab of Silicon materials
• 微晶区域内，沿晶界分布有大量的雾状位错团； • 沿晶界的位错团能吸附高浓度氧，使得晶界能被HF强 烈腐蚀，但未形成大尺寸的氧沉淀； • 多晶硅柱状生长，雾状缺陷也随晶界柱状分布，在发 射区附近，该区域含有较高浓度的Ag，是由电极工艺 中的异常扩散和偏析导致； • 雾状缺陷是少子复合中心，会导致材料体寿命下降； • 当雾状缺陷贯穿PN结时，会导致PN严重漏电，甚至完 全失效。
State Key Lab of Silicon materials
表面钝化效果表征
不同的表面复合速率下，体寿命和测试寿命的关系
State Key Lab of Silicon materials
表面钝化技术 表面热处理：氧化层或氮化层 化学试剂法：HF酸：有毒, 且钝化效果在20min 后
就消失了 碘酒：测试时需把样品浸泡在溶液中, 且碘酒挥发对设备有损害
电池失效分析
低寿命与漏电区对应关系
0.12 0.10 0.08 0.06 0.04
N4-14 N4-15 N4-16
Y Axis Title
0.02 0.00 -0.02 -0.04 -0.06 -0.08 -0.10 -0.12 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
X Axis Title
转换效率低于单晶硅太阳电池 转换效率低于单晶硅太阳电池
State Key Lab of Silicon materials
少子寿命 -与太阳电池转换效率密切相关
晶体硅最重要的电学参数之一，用于硅片检测 方便的测量Fe杂质沾污浓度 表面钝化效果表征 多晶硅中缺陷的表征 用于电池失效分析
State Key Lab of Silicon materials
State Key Lab of Silicon materials
电池失效分析
在电池某些栅 电极附近少子 寿命特别低， 这些区域则可 能成为电池失 效区，但进一 步的判断还要 结合I－V等其 他表征手段 多晶硅基太阳能电池少子寿命分布
State Key Lab of Silicon materials
铸锭多晶硅少子寿命测试
报告人： 汪 雷 硅材料国家重点实验室 浙江大学，杭州
报告内容：
背景 少子寿命测试方法介绍 应用实例
State Key Lab of Silicon materials
背景 背景
单晶 多晶
晶体硅太阳电池是世界主流，10年内仍将占主导地位 晶体硅太阳电池是世界主流，10年内仍将占主导地位
其中Cμ-PCD＝3.4×1013μs/cm3
State Key Lab of Silicon materials
表面钝化效果表征
(a)
(b)
SiON钝化效果表征 (衬底为p-Si) (a) PECVD沉积SiON; (b)沉积SiON后经FGA退火 (H2:N2=1:10 400℃/30min)
头部2cm：过渡族金属沾 污 (Fe分凝） 尾部4-5cm：氧杂质沾污 （分凝）或坩埚中金属扩 散 这两个区域都不能用于太 阳能电池，必须去除 多晶硅纵向少子寿命分布
State Key Lab of Silicon materials
Fe杂质沾污浓度的测试
N Fe ⎛ 1 1 = Cμ − PCD ⎜ − ⎜τ ⎝ before τ after ⎞ ⎟ ⎟ ⎠