一種電光獨立調(diào)制的瞬態(tài)光電壓測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別是涉及一種電光獨立調(diào)制的瞬態(tài)光電壓測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)及太陽能電池相關(guān)研究和技術(shù)的發(fā)展，對太陽能電池等相關(guān)半導(dǎo)體器件內(nèi)部光電過程的探測與分析是理解該類器件工作機理，進一步提升該類器件效率的必要過程。太陽能電池的光電過程主要涉及光生電荷的產(chǎn)生、輸運、收集和復(fù)合，其中復(fù)合過程顯著影響著半導(dǎo)體器件最終的電流輸出和光生電壓，進而最終影響半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)特性和工作性能。因此對于該復(fù)合過程的準確測量和分析對于太陽能電池及其相關(guān)半導(dǎo)體器件的研究具有重要的意義。
[0003]對于太陽能電池光生電荷復(fù)合過程的研究，目前已經(jīng)發(fā)展出電化學(xué)交流阻抗譜和瞬態(tài)光電壓兩種方法。雖然交流阻抗譜可以在較寬的頻率范圍內(nèi)研究電池器件的交流響應(yīng)，但通過阻抗譜得到器件復(fù)合特性的方法需要依賴較為復(fù)雜的器件模型，而模型選擇正確與否會直接影響分析結(jié)果。因此這種間接的研究手段不利于得到準確直觀的復(fù)合過程。而瞬態(tài)光電壓可以直接給出電池器件中由光生非平衡電荷產(chǎn)生的光電壓的衰減過程，該衰減過程直接對應(yīng)了器件光生電荷的復(fù)合過程。通過該方法可以直接得到光生電荷的復(fù)合壽命和復(fù)合速率。因此瞬態(tài)光電壓方法在研究器件電荷復(fù)合方面更具優(yōu)勢。
[0004]雖然瞬態(tài)光電壓方法已經(jīng)得到了一定程度的應(yīng)用，并建立了相關(guān)的實驗和理論基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的瞬態(tài)光電壓測試系統(tǒng)無法實現(xiàn)對半導(dǎo)體器件的電調(diào)制，只能測量半導(dǎo)體器件在開路狀況下的電荷復(fù)合特性，而在開路狀態(tài)下，給器件兩端施加的穩(wěn)態(tài)偏壓只能通過偏置光實現(xiàn)。即，電調(diào)制與光調(diào)制過程難以分離。而實際太陽能電池等半導(dǎo)體器件可以工作在不同偏置光和不同的偏置電壓下。因此研究這些不同偏置光和不同偏置電壓下器件電荷的復(fù)合特性十分必要。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是要提供一種用于探測半導(dǎo)體器件在不同工作狀態(tài)下的電荷復(fù)合性質(zhì)的電光獨立調(diào)制的瞬態(tài)光電壓測試系統(tǒng)。
[0006]特別地，本實用新型提供了一種電光獨立調(diào)制的瞬態(tài)光電壓測試系統(tǒng)，用于探測半導(dǎo)體器件在不同光照和偏壓狀態(tài)的光生電壓的瞬態(tài)過程，以表征所述半導(dǎo)體器件的電荷復(fù)合性質(zhì)，包括:
[0007]脈沖光源，用于向所述半導(dǎo)體器件施加脈沖光激發(fā)，以在所述半導(dǎo)體器件內(nèi)形成光生電荷;其中，所述光生電荷在所述半導(dǎo)體器件兩側(cè)積累，以形成光生電壓；
[0008]穩(wěn)定光源，用于照射所述半導(dǎo)體器件以提供光調(diào)制，使所述半導(dǎo)體器件內(nèi)部建立穩(wěn)定存在的濃度可調(diào)的電荷分布；
[0009]電壓探測器，與所述半導(dǎo)體器件構(gòu)成電壓探測回路，用于實時探測所述半導(dǎo)體器件兩端的光生電壓;和
[0010]與所述電壓探測回路并聯(lián)的電調(diào)制回路，用于向所述半導(dǎo)體器件提供可控的直流電壓調(diào)制信號。
[0011]可選地，所述電壓探測器具體為數(shù)據(jù)采集卡或并聯(lián)的數(shù)字示波器與采樣電阻。
[0012]可選地，所述穩(wěn)定光源具體為波長可選的LED燈或強度連續(xù)可調(diào)的氙燈。
[0013]可選地，所述脈沖光源具體為脈沖激光器或高速控制的LED燈。
[0014]可選地，所述脈沖光源具有很窄的脈寬和較長的脈沖周期且所述脈沖光源的波長可調(diào)。
[0015]可選地，所述電調(diào)制回路包括串聯(lián)的電壓源與低通濾波器。
[0016]可選地，所述低通濾波器具體為電感或有源低通濾波器，所述電壓源具體為信號發(fā)生器或數(shù)字源表。
[0017]可選地，所述電壓源具有較低的直流輸入阻抗且可以提供可控的覆蓋所述半導(dǎo)體器件工作范圍的直流電壓信號，所述低通濾波器具有較低的直流輸入阻抗和較大的高頻輸入阻抗。
[0018]可選地，還包括設(shè)置在所述脈沖光源與所述半導(dǎo)體器件之間的濾光片，所述濾光片用于調(diào)節(jié)所述半導(dǎo)體器件接收到的所述脈沖光的強度。
[0019]可選地，還包括用于容納所述半導(dǎo)體器件的樣品室，所述樣品室用于為所述半導(dǎo)體器件提供預(yù)定的溫度環(huán)境、氣氛環(huán)境和/或電磁屏蔽。
[0020]可選地，所述電壓探測器具有皮秒或納秒尺度的時間分辨率。
[0021]可選地，所述半導(dǎo)體器件為太陽能電池或半導(dǎo)體PN結(jié)。
[0022]本實用新型的電光獨立調(diào)制的瞬態(tài)光電壓測試系統(tǒng)，通過脈沖光源激發(fā)待測半導(dǎo)體器件內(nèi)部的光生電荷，并在半導(dǎo)體器件兩端積累而形成光生電壓，通過電壓探測器對該光生電壓實時探測和記錄，以表征半導(dǎo)體器件的電荷復(fù)合性質(zhì)。本實用新型通過電調(diào)制回路向所述半導(dǎo)體器件提供可控的直流電壓調(diào)制信號，同時，本實用新型的穩(wěn)定光源可以提供不同的偏置光強度，使半導(dǎo)體器件可以處在不同的光照強度下。因此本實用新型可以實現(xiàn)半導(dǎo)體器件在不同的偏置電壓和不同的光照狀態(tài)下電荷復(fù)合形狀的表征。
[0023]根據(jù)下文結(jié)合附圖對本實用新型具體實施例的詳細描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會更加明了本實用新型的上述以及其他目的、優(yōu)點和特征。
【附圖說明】
[0024]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本實用新型的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中:
[0025]圖1是根據(jù)本實用新型一個實施例的電光獨立調(diào)制的瞬態(tài)光電壓測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是圖1所示瞬態(tài)光電壓測試系統(tǒng)的電路原理圖；
[0027]圖3示出了在電調(diào)制回路是否存在的情況下，太陽能電池的光電壓隨時間變化的曲線圖；
[0028]圖4是通過圖1所示瞬態(tài)光電壓測試系統(tǒng)探測到的多晶硅太陽能電池在暗態(tài)下不同偏置電壓下的光電壓隨時間變化的曲線圖；
[0029]圖5是通過圖1所示瞬態(tài)光電壓測試系統(tǒng)探測到的多晶硅太陽能電池在光照狀態(tài)下不同偏置電壓下的光電壓隨時間變化的曲線圖；
[0030]圖6是通過圖1所示瞬態(tài)光電壓測試系統(tǒng)探測到的太陽能電池在暗態(tài)和光照狀態(tài)下的光電壓強度和光電壓壽命隨偏置電壓變化的曲線圖。
【具體實施方式】
[0031]圖1是根據(jù)本實用新型一個實施例的電光獨立調(diào)制的瞬態(tài)光電壓測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述瞬態(tài)光電壓測試系統(tǒng)，用于探測半導(dǎo)體器件I在不同光照狀態(tài)和偏壓狀態(tài)的光生電壓的瞬態(tài)過程，以表征所述半導(dǎo)體器件I的電荷復(fù)合性質(zhì)，包括:
[0032]脈沖光源3，用于向所述半導(dǎo)體器件I施加脈沖光激發(fā)，以在所述半導(dǎo)體器件I內(nèi)形成光生電荷;其中，所述光生電荷在所述半導(dǎo)體器件I兩側(cè)積累，以形成光生電壓；
[0033]穩(wěn)定光源2，用于照射所述半導(dǎo)體器件I以提供光調(diào)制，使所述半導(dǎo)體器件I內(nèi)部建立穩(wěn)定存在的濃度可調(diào)的電荷分布；
[0034]電壓探測器4，與所述半導(dǎo)體器件I構(gòu)成電壓探測回路，用于實時探測所述半導(dǎo)體器件I兩端的光生電壓;和
[0035]與所述電壓探測回路并聯(lián)的電調(diào)制回路5，用于向所述半導(dǎo)體器件I提供可控的直流電壓調(diào)制信號。
[0036]本實用新型的電光獨立調(diào)制的瞬態(tài)光電壓測試系統(tǒng)，通過脈沖光源3激發(fā)待測半導(dǎo)體器件I內(nèi)部的光生電荷，并在半導(dǎo)體器件I兩端積累而形成光生電壓，通過電壓探測器4對該光生電壓實時探測和記錄，以表征半導(dǎo)體器件I的電荷復(fù)合性質(zhì)。本實用新型通過電調(diào)制回路5向所述半導(dǎo)體器件I提供可控的直流電壓調(diào)制信號，同時，本實用新型的穩(wěn)定光源2可以提供不同的偏置光強度，使半導(dǎo)體器件I可以處在不同的光照狀態(tài)下。因此本實用新型可以實現(xiàn)半導(dǎo)體器件I在不同的偏置電壓和不同的光照狀態(tài)下電荷復(fù)合性質(zhì)的表征。
[0037]在本實用新型的一個實施例中，所述半導(dǎo)體器件I為太陽能電池或半導(dǎo)體PN結(jié)。
[0038]在本實用新型的一個實施例中，所述電壓探測器4可以為并聯(lián)的數(shù)字示波器42與采樣電阻41。所述電壓探測器4還可以為數(shù)據(jù)采集卡。更具體地，電壓探測器4具有皮秒或納秒尺度的時間分辨率。這樣在連續(xù)的時間內(nèi)電壓探測器4測出的連續(xù)光生電壓可以形成光生電壓隨時間變化的曲線。
[0039]在本實用新型的一個實施例中，所述穩(wěn)定光源2具體為波長可選的LED燈或強度連續(xù)可調(diào)的氙燈，可以使半導(dǎo)體器件I可以處在不同的光照狀態(tài)下，從而探測半導(dǎo)體器件I在不同光照到光生電荷復(fù)合性質(zhì)的表征。
[0040]在本實用新型的一個實施例中，所述脈沖光源3為脈沖激光器或高速控制的LED燈。所述脈沖光源3具有很窄的脈寬和較長的脈沖周期且所述脈沖光源3的波長可調(diào)。
[0041]在本實用新型的一個實施例中，所述電調(diào)制回路5包括串聯(lián)的電壓源51與低通濾波器52。本實施例采用低通濾波器52和電壓源51組成電調(diào)制回路5，用于給半導(dǎo)體器件I施加不同的直流偏壓，使得半導(dǎo)體器件I可以處在不同