太阳能电池载流子辐射红外光谱扫描检测技术研究

【摘要】：近年来光伏产业发展迅猛，太阳能电池的需求也越来越多，但太阳能电池制作工艺流程苛刻复杂，制备过程中容易产生各种缺陷，这些缺陷的存在会降低太阳能电池的光电性能及转化效率。因此，太阳能电池光电性能的可靠检测技术对太阳能电池质量控制与性能评价尤为重要。激光诱发载流子辐射技术（Laser-induced photocarrier radiometry PCR）是一种针对半导体及光电器件的新型无损检测技术，具有非接触、无破坏及高分辨率等特点而备受关注。本文重点研究了调制激光诱发少数载流子的输运过程及少数载流子密度波数学模型，研制了PCR信号频域响应及扫描成像检测系统，并在此基础上开展了半导体晶圆、单晶硅与多晶硅太阳能电池少数载流子红外辐射光谱检测试验研究。 首先，本文分析了激光诱发半导体及太阳能电池的少数载流子输运过程，建立了调制激光诱发双极性半导体和太阳能电池的少数载流子密度波一维数学模型，利用该模型数值仿真分析了半导体和太阳能电池的少数载流子输运参数对PCR信号频域响应特性（幅频-相频特性）的影响与规律。 其次，研制了PCR频域响应与扫描成像检测试验系统，开发了相应信号采集与分析软件，实现了硬件系统与软件系统的协调控制，通过测量不同光强条件下的系统频域响应，验证了系统稳定性。 最后，采用研制的PCR频域响应与扫描成像检测系统对单晶硅晶圆、单晶硅与多晶硅电池片进行频域响应与扫描成像试验研究，并通过PCR频域响应的多参数拟合得到了少数载流子输运参数。准稳态光电导方法测量单晶硅晶圆的少子寿命与PCR检测结果相吻合；采用PCR检测了粒子辐照与非辐照单晶硅电池的少数载流子输运参数，并分析了辐照粒子能量对电池片少数载流子输运参数的影响；通过多晶硅电池的PCR检测试验研究了少数载流子输运参数的分布不均匀性。 【关键词】：激光诱发载流子辐射 太阳能电池 载流子密度波 载流子输运特性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.2 太阳能电池特性检测方法9-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.3.1 国外研究现状14
• 1.3.2 国内研究现状14-15
• 1.4 课题主要研究内容15-16
• 第2章 少数载流子密度波模型建立与仿真16-31
• 2.1 引言16
• 2.2 太阳能电池输运过程16-17
• 2.3 调制激光诱发少数载流子密度波数学模型17-24
• 2.3.1 少数载流子输运方程17-19
• 2.3.2 双极性半导体少数载流子密度波模型建立19-22
• 2.3.3 太阳能电池少数载流子密度波模型建立22-24
• 2.4 输运参数仿真分析24-30
• 2.4.1 双极性半导体输运参数仿真分析24-27
• 2.4.2 太阳能电池输运参数仿真分析27-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 调制激光诱发载流子辐射扫描试验系统研制31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 PCR红外光谱扫描检测试验原理31-32
• 3.3 PCR红外光谱扫描检测试验系统硬件研制32-35
• 3.4 PCR红外光谱扫描检测试验系统软件开发35-41
• 3.4.1 频域响应软件35-38
• 3.4.2 扫描成像软件38-41
• 3.5 系统修正和稳定性验证41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章 PCR频域响应与扫描成像试验研究43-59
• 4.1 引言43
• 4.2 多参数拟合43-44
• 4.3 频域响应试验研究44-51
• 4.3.1 试验材料介绍44-45
• 4.3.2 硅晶圆频域响应试验研究与系统准确性验证45-47
• 4.3.3 单晶硅电池片频域响应试验研究47-50
• 4.3.4 多晶硅电池片频域响应试验研究50-51
• 4.4 扫描成像试验研究51-58
• 4.4.1 硅晶圆扫描成像试验研究51-54
• 4.4.2 单晶硅电池片扫描成像试验研究54-56
• 4.4.3 多晶硅电池片扫描成像试验研究56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-64
• 附录 A 载流子密度波模型系数表达式64-66
• 致谢66

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