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太阳能电池用多晶硅材料少数载流子寿命的测试邵铮铮;李修建;戴荣铭【摘要】The minority carrier lifetime in p-typed polycrystalline silicon used for solar cells was tested by the high frequency photoconductivity decay method,and the influence of photo injection intensity on the testing re-sult was analyzed in detail. The results show that the decay curve is not exponential damping in a wide area near the peak point,until the signal fade down to lower than half value. In addition,the measured value of the minority carrier lifetime is reduced when reinforcing the photo injection intensity. Based on the surface recom-bination effect and grain boundary recombination effect of the non-equilibrium carriers, we interpreted this physical phenomenon appropriately.%采用高频光电导衰退法测试了太阳能电池用p型多晶硅片的少数载流子寿命，细致分析了光注入强度对测试结果的影响。
结果显示光电导衰减曲线在靠近尖峰处较宽的时间区域内并按非指数规律快速衰减，当信号衰减到一定程度后逐渐接近指数规律，且随着光注入强度增大，少子寿命的测量结果显著减小。
第12届中国光伏大会暨国际光伏展览会论文（晶体硅材料及电池）利用碘酒钝化测量晶体硅体少子寿命*陈静伟 赵 雷 刁宏伟 闫保军 周 素 汤叶华 王 革 王文静中国科学院太阳能热利用及光伏系统重点实验室, 中国科学院电工研究所, 北京 100190摘要摘要：：利用微波光电导衰减法（µPCD ）测量晶体硅的有效少子寿命τeff ，采用不同浓度(0.04mol/L~0.4mol/L)的碘酒溶液分别对n 型CZ 硅片和p 型CZ 硅片进行钝化，结果表明：碘酒溶液浓度在0.08mol/L~0.16 mol/L 时，对硅片钝化最为有效，测量有效少子寿命τeff 最高，n 型硅片为973.71µs ，p 型硅片为362.6µs ；之后采用0.08mol/L 的碘酒溶液对硅片进行钝化，测量了有效少子寿命随时间的衰减规律；并通过对碘酒溶液钝化不同厚度硅片后的有效少子寿命τeff 的测量结合理论计算，获得了硅片的体少子寿命τb 。
关键词关键词：：有效少子寿命；体少子寿命；微波光电导衰减法；碘酒钝化*项目资助：国家863高技术研究发展计划（2011AA050502），国家973重点基础研究计划（2011CBA00705） 作者简介：陈静伟, 博士研究生, 从事硅异质结太阳电池研究, Email: chenjingwei@1 引言在晶体硅太阳电池制备过程中，晶体硅体少子寿命(τb )是硅材料的一项重要参数。
体少子寿命(τb )直接影响着太阳电池的转换效率，同时通过测量硅片的少子寿命可以评价原材料质量和控制工艺过程[1,2]。
常用的测量晶体硅的方法有：微波光电导衰减(µ-PCD)， 准稳态光电导方法 ( QSSPC)，表面光电压 ( SPV)，IR 浓度载流子浓度成像 ( CDI ) , 调制自由载流子吸收 ( MFCA) 和光束 ( 电子束) 诱导电流 ( LBIC, EBLC) 等方法[3]。
少子寿命的测试问题
鉴于目前 Semilab 少子寿命测试已在中国拥有众多的用户，并得到广大用户的一致认可。
现就少子寿命测试中，用户反映的一些问题做出如下说明，供您在工作中参考：
1、Semilabμ-PCD 微波光电导少子寿命的原理微波光电导衰退法(Microwave photoconductivity decay)测试少子寿命，主要包括激光注入产生电子-空穴对和微波探测信号的变化这两个过程。
904nm 的激光注入（对于硅，注入深度大约为30um）产生电子-空穴对，导致样品电导率的增加，当撤去外界光注入时，电导率随时间指数衰减，这一趋势间接反映少数载流子的衰减趋势，从而通过微波探测电导率随时间变化的趋势就可以得到少数载流子的寿命。
少子寿命主要反映的是材料重金属沾污及缺陷的情况。
Semilab μ-PCD 符合ASTM 国际标准F 1535 - 00
2、少子寿命测试的几种方法
通常少数载流子寿命是用实验方法测量的，各种测量方法都包括非平衡载流子的注入和检测两个基本方面。
最常用的注入方法是光注入和电注入，而检测非平衡载流子的方法很多，如探测电导率的变化，探测微波反射或透射信号的变化等，这样组合就形成了许多寿命测试方法。
近30 年来发展了数十种测量寿命的方法，主要有：直流光电导衰退法；高频光电导衰退法；表面光电压法；少子脉冲漂移法；微波光电导衰减法等。
对于不同的测试方法，测试结果可能会有出入，因为不同的注入方法，表面状况的不同，探测和算法等也各不相同。
因此，少子寿命测试没有绝对的精度概念，也没有国际认定的标准样片的标准，只有重复性，分辨率的概念。
对于同一样品，不同测试方法之间需要作比对试验。
但对于同是Semilab 的设备，不论是WT-2000 还是WT-1000，测试结果是一致的。
μ-PCD 法相对于其他方法，有如下特点：
（1）无接触、无损伤、快速测试
（2）能够测试较低寿命
（3）能够测试低电阻率的样品（最低可以测0.01ohmcm 的样品）
（4）既可以测试硅锭、硅棒，也可以测试硅片，电池
（5）样品没有经过钝化处理就可以直接测试
（6）既可以测试P 型材料，也可以测试N 型材料
（7）对测试样品的厚度没有严格的要求
（8）该方法是最受市场接受的少子寿命测试方法
3、表面处理和钝化的原因
μ-PCD 测试的是少子有效寿命，它受两个因素影响：体寿命和表面寿命。
测试的少子寿命可由下式表示
τdiff 为少子从样品体内扩散到表面所需时间。
τsurf 为由于样品表面复合产生的表面寿命，τmeas为样品的测试寿命， d 为样品厚度， Dn，Dp 分别为电子和空穴的扩散系数；S 为表面复合速度。
由式（3-01）可知，表面寿命对测试寿命有很大影响，使其偏离体寿命，图3-02 是体寿命与测试寿命的关系。
在样品厚度一定的情况下，即扩散寿命一定，如果表面复合速率很大，则在测试高体寿命样品时，测试寿命值与体寿命值就会偏差很大；而对于低体寿命的样品，不会使少子寿命降低很多。
因此我们需对样品表面进行钝化，降低样品的表面复合速率。
从图3-02 我们可以看到，对于表面复合速率S 为1cm/s，或10cm/s 的样品，即使在1000μs 数量级的体寿命，测试寿命还是与体寿命偏差很小。
即当样品的表面复合速率为10cm/s 或更小的情况下，对于1000μs 数量级高体寿命的样品，测试寿命也能用来表示体寿命。
总结：
（1）为了使测试的有效寿命趋向于体寿命，我们要尽量减少表面寿命的影响，为此我们推荐使用表面钝化的方法，通常的钝化方法有热处理，化学钝化及硅片表面电荷沉积等方法。
（2）对于太阳能领域，因材料表面不做抛光处理，所以我们推荐使用化学钝化的方法。
（3）在体寿命较高，而表面寿命较低的情况下，化学钝化后测试寿命有较大提高，测试寿命更加趋向
于体寿命。
（4）在体寿命较低的情况下，比如<3μs，化学钝化前后寿命值不会明显变化，可以认为此时测试寿命
即为体寿命。
4、表面处理和钝化的方法
为了有效减少表面复合，我们推荐下面的处理和钝化方法，供用户参考：使用化学钝化前，对于不同的样品，需要不同的处理方法，主要是为了减少表面损伤层的影响：
（1）对于抛光过或表面特别均匀的腐蚀过，而且是表面没有氧化层的样片, 无需预先处理
（2）对于抛光过或表面特别均匀的腐蚀过，表面有氧化层的样片，在化学钝化前需要HF 处理。
方法如下：在 5% HF 中浸泡一段时间，时间的长短取决于氧化层的厚度，如20A 的氧化层，需要30 S; 500-2000A 的氧化层需要5-10 分钟。
（3）对于表面有损伤，或粗糙表面的样片（太阳能级样品大都属此列），需要预先处理：
在 HF+HNO3 （95%HNO3 + 5% HF）中浸泡1 分钟
在经过预先处理之后，就可以使用碘酒的钝化处理方法，具体方法在设备安装时均已介绍，这里不再详述。
碘酒浓度：0.2-5%, 推荐1 升乙醇配10 克碘。
请注意：不要将碘酒滴在样片表面直接测试，因碘酒易挥发到探头上，从而影响探头的信号。
