硅晶圆/硅太阳能电池主要特性参数的PCR/LIPL检测技术研究

发布时间：2022-02-17 07:17

　　硅作为最为广泛应用的半导体材料,在半导体芯片、微电子器件及太阳能光伏领域占有十分重要的地位。随着半导体芯片性能不断提升、太阳能电池发电量需求不断增加,对硅晶圆、硅基太阳能电池结构设计与制造工艺质量要求越来越高。硅晶圆载流子输运特性及硅基太阳能电池的载流子输运特性和电性能准确检测与分析已成为其质量控制的重要环节。因此,发展一种可靠的无损检测技术对硅晶圆及硅基太阳能电池特性进行准确表征与分析具有十分重要的意义。锁相光致载流子辐射检测技术是一种光致发光技术（Photolunminescence,PL）与锁相（lock-in）信号提取技术相结合的新型光学非接触检测技术,包括基于单点探测的光致载流子辐射检测技术（Photocarrier radiometry,PCR）和基于焦平面相机探测的锁相光致载流子成像检测技术（Lock-in carrierography/photolunminescence,LIC/LIPL）。相比传统光致发光检测技术,锁相光致载流子辐射检测技术（PCR/LIPL）具有频域动态、自校正、信噪比高等优势,为定量分析半导体材料特性参数（载流子参数与电性能参数）提供新途径。本文... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校

【文章页数】：143 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 硅晶圆和硅太阳能电池主要特性参数
        1.2.1 载流子参数
        1.2.2 电性能参数
    1.3 光学检测方法及研究现状
        1.3.1 光电导衰减技术的研究现状
        1.3.2 锁相热成像检测技术的研究现状
        1.3.3 光致发光检测技术的研究现状
        1.3.4 锁相光致载流子辐射检测技术的研究现状
    1.4 国内外研究现状简析
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 光致载流子密度波模型建立与PCR信号仿真
    2.1 引言
    2.2 不同结构的光致载流子密度波模型
        2.2.1 载流子连续性方程
        2.2.2 单层硅晶圆等效结构的一维载流子密度波模型
        2.2.3 双层太阳能电池等效结构的一维载流子密度波模型
    2.3 锁相光致载流子辐射频域信号
        2.3.1 零差PCR信号
        2.3.2 差动PCR信号
    2.4 载流子有效寿命模型及其PCR信号
    2.5 PCR信号数值仿真与灵敏性分析
        2.5.1 零差PCR信号频域仿真
        2.5.2 差动PCR信号频域仿真
        2.5.3 PCR信号对载流子输运参数的相对灵敏系数模型及分析
    2.6 本章小结
第3章 PCR/LIPL检测系统研制与硅晶圆载流子参数检测
    3.1 引言
    3.2 锁相光致载流子辐射检测系统研制
        3.2.1 锁相光致载流子激光激励系统
        3.2.2 锁相光致载流子信号采集系统
        3.2.3 锁相光致载流子辐射软件处理系统
        3.2.4 锁相光致载流子辐射检测系统校正
    3.3 硅晶圆载流子有效寿命与掺杂浓度及电阻率PCR/LIPL检测
        3.3.1 参数拟合算法选取
        3.3.2 掺杂浓度及电阻率检测试验参数选择
        3.3.3 硅晶圆载流子寿命与掺杂浓度及电阻率检测
    3.4 硅晶圆载流子输运参数的PCR/LIPL检测
        3.4.1 LIPL差动频域扫描检测试验参数选择
        3.4.2 载流子输运参数的PCR与 LIPL检测结果
        3.4.3 氢氟酸清洗硅晶圆后载流子输运参数成像检测
    3.5 本章小结
第4章 硅太阳能电池电性能参数的LIPL成像检测
    4.1 引言
    4.2 光照下太阳能电池辐射光电模型
    4.3 硅太阳能电池电性能参数的有限元仿真
        4.3.1 有限元仿真模型的建立
        4.3.2 饱和电流密度及其分布对发光光强的影响
        4.3.3 串联电阻和并联电阻及其分布对发光光强的影响
        4.3.4 断栅分布对发光光强的影响
    4.4 硅太阳能电池电性能参数的LIPL成像试验研究
        4.4.1 硅太阳能电池样件及样品台
        4.4.2 电荷迁移调制和光调制方法与分析
        4.4.3 开路电压成像检测
        4.4.4 饱和电流密度成像检测
        4.4.5 串联电阻成像检测
    4.5 本章小结
第5章 辐照损伤单晶硅太阳能电池特性参数的PCR/LIPL检测与分析
    5.1 引言
    5.2 辐照损伤单晶硅太阳能电池的零差PCR试验
        5.2.1 单晶硅太阳能电池样件及辐照试验
        5.2.2 未辐照单晶硅太阳能电池的PCR试验
        5.2.3 质子辐照单晶硅太阳能电池PCR试验
        5.2.4 电子辐照单晶硅太阳能电池的PCR试验
    5.3 辐照损伤单晶硅太阳能电池的电性能PCR分析
        5.3.1 电子和质子Monte-Carlo仿真
        5.3.2 缺陷参数对I-V曲线影响的仿真研究
        5.3.3 电子辐照损伤单晶硅太阳能电池电性能的PCR分析
        5.3.4 质子辐照损伤太阳能电池电性能的PCR分析
    5.4 辐照损伤单晶硅太阳能电池的PCR/LIPL成像研究
        5.4.1 扩散长度的PCR成像试验研究
        5.4.2 电性能参数的LIPL成像试验研究
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]双波长自由载流子吸收技术测量半导体载流子体寿命和表面复合速率[J]. 王谦,刘卫国,巩蕾,王利国,李亚清.  物理学报. 2018(21)
[2]基于氧化锡纳米晶的低温电子传输层型钙钛矿太阳电池的研究（英文）[J]. 赵晋津,魏丽玉,刘金喜,王鹏,刘正浩,贾春媚,李江宇.  Science China Materials. 2017(03)
[3]调制激光致硅晶圆载流子辐射扫描成像试验研究[J]. 刘俊岩,宋鹏,秦雷,王飞,王扬.  物理学报. 2015(08)
[4]硅太阳能电池的调制载流子红外辐射动态响应与参数分析[J]. 刘俊岩,秦雷,宋鹏,龚金龙,王扬,A.Mandelis.  物理学报. 2014(22)
[5]基于偏振光反射多点法测量薄膜参数[J]. 周进朝,宋亚杰,曾宪佑,王泽斌,黄佐华.  中国激光. 2012(12)
[6]半导体特性的调制自由载流子吸收变距频率扫描方法研究[J]. 李巍,李斌成.  物理学报. 2009(09)
[7]调制自由载流子吸收测量半导体载流子输运参数的三维理论[J]. 张希仁,李斌成,刘显明.  物理学报. 2008(11)
[8]用调制光反射方法测量薄膜的厚度[J]. 郭元元,徐明华,张淑仪.  南京大学学报(自然科学版). 1998(01)

博士论文
[1]半导体材料特性的光载流子辐射检测技术研究[D]. 王谦.中国科学院研究生院(光电技术研究所) 2016
[2]半导体材料的锁相载流子辐射成像[D]. 孙启明.电子科技大学 2015

硕士论文
[1]太阳能电池载流子辐射红外光谱扫描检测技术研究[D]. 宋鹏.哈尔滨工业大学 2014



本文编号：3629029