薄膜太阳能电池的检测技术.pdf

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1、高扬，美国ISET公司，中国业务代表2011/8/28常州1非晶硅薄膜太阳能电池微晶硅薄膜太阳能电池铜铟镓硒薄膜太阳能电池染料敏化太阳能电池2原子结构状态密度◦电子自旋共振◦光电方法◦红外吸收光谱◦光热偏折光谱◦核磁共振◦稳恒光生电流法光学特性◦双光束光电导率◦吸收系数光谱◦反射-透射光谱◦傅立叶变换光生电流光谱◦光学带隙◦吸收系数确定缺陷密度◦折射率◦空间电荷方法电学特性◦深能级瞬态谱◦暗电导率器件质量材料的要求◦暗电导率激活能◦光电导率光致衰减效应◦双极扩散长度◦电荷式深能级瞬态谱◦

2、稳态光生载流子栅线3电子自旋共振（electronspinresonance，ESR）作为一种先进的实验技术，能够反映半导体中缺陷的显微结构，并且适合于测量a-Si:H的缺陷密度。ESR对a-Si:H的测量能够较好地识别中性悬挂键。因为ESR的结果非常地清晰，这种实验方法被认为是确定a-Si:H缺陷的标准技术。但是，ESR的灵敏度仅限于低自旋密度的薄膜，并且只能给出顺磁缺陷（paramagneticdefect）（带有未成对电子的缺陷）的信息。为此，ESR会低估缺陷密度，因为带电荷的悬挂键没有未成对自

3、旋信号。所以，ESR结果非常依赖于决定缺陷电子占据情况的费米能级位置。4因为H对缺陷钝化很重要，所以H在非晶硅a-Si:H原子结构中的机理作用和稳定性是目前的研究重点。红外吸收光谱（infraredabsorptionspectroscopy）已经广泛地用于研究a-Si:H中的Si-H键合模式（bondingconfiguration）。可以观察xa-Si:H红外吸收光谱中最明显的3个特征峰值波段为：-1640cm的峰值：对应了Si-H、Si-H、Si-H和(Si-H)共价键232n键合模式的振动模（r

4、ockingmode），能够用以确定a-Si:H的H含量；-1840～890cm的双峰值（doublet）：对应Si-H键合模式的摇2摆模（waggingmode）；-1-12000～2200cm的数个峰值：2000cm峰值对应孤立Si-H键合模式的低拉伸模（lowstretchingmode，LSM），而2060～2160cm-1峰值对应界面Si-H、Si-H和空洞的高拉伸模（high23stretchingmode，HSM）。5由LSM和HSM吸收峰值，可以得到微结构参数（microstructu

5、reparameter，R*）。R*广泛地应用于描述a-Si:H网络的微结构，能够大致表明HSM和LSM这2种相的比例：式中，I和I分别是高拉伸模积分吸收强度HSMLSM（integratedabsorptionstrengthofhighstretchingmode）和低拉伸模积分吸收强度（integratedabsorptionstrengthoflowstretchingmode）。总体而言，器件质量（devicequality）a-Si:H的H原子含量（atomiccontent）小于10%，R

6、*<0.1。6H原子的扩散变化测量能够描述H原子在a-Si:H中的迁移运动、陷阱俘获和浓度变化。核磁共振（nuclearmagneticresonance，NMR）也可以给出存在H原子的局域原子环境信息。基于NMR实验的报道证实，分子组成的H占a-Si:H中H总含量的40%。由于具有磁距的原子核在高强度磁场作用下，可吸收适宜频率的电磁辐射，而不同分子中原子核的化学环境不同，将会有不同的共振频率，产生不同的共振谱。记录这种波谱即可判断该原子在分子中所处的位置及相对数目，用于进行定量分析及分子量的测定。7

7、原子结构状态密度◦电子自旋共振◦光电方法◦红外吸收光谱◦光热偏折光谱◦核磁共振◦稳恒光生电流法光学特性◦双光束光电导率◦吸收系数光谱◦反射-透射光谱◦傅立叶变换光生电流光谱◦光学带隙◦吸收系数确定缺陷密度◦折射率◦空间电荷方法电学特性◦深能级瞬态谱◦暗电导率器件质量材料的要求◦暗电导率激活能◦光电导率光致衰减效应◦双极扩散长度◦电荷式深能级瞬态谱◦稳态光生载流子栅线8将a-Si:H吸收系数关于光子能量的函数与a-SiGe:H、p型a-SiC:H和晶体硅比较。在可见光波段，a-Si:H的吸收系数比

8、晶体硅高100倍。这意味着1μm厚的a-Si:H层足够吸收90%的可用太阳能量。事实上，非晶硅太阳能电池有源层的厚度仅为0.3μm，比典型晶体硅太阳能电池薄1000倍。由于a-Si:H结构网络的晶胞没有平移对称性（translationalsymmetry），晶体的动量守恒定律（lawofmomentumconservation）在a-Si:H中不再那么严格，从而a-Si:H具有直接带隙半导体的特性，a-Si: