《多晶硅电池少数载流子扩散长度的电致发光摄影测量》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多晶硅电池少数载流子扩散长度的电致发光摄影测量（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、附录 E 多晶硅电池少数载流子扩散长度的电致发光摄影测量 TakashiFuyuki,HayatoKondo,TsutomuYamazaki,YuTakahashi,andYukiharuUraoka提出了分布在多晶硅太阳能电池少数载流子的扩散长度的摄影测量。正向偏压下电池 的光发射由一个电荷耦合照相机拍摄。我们发现，光发射强度分布的明确同在多晶硅活跃 层的少数载流子的扩散长度映射一致。发射强度与少数载流子的扩散长度的一一对应关 系，从而产生了一个扩散长度映射的半定量分析方法和检测退化区域方法。近年来，太阳能电池的生产规模已显著提高以满足实际的光伏发电系统的迫切需求。 在已安装的系统中，超过
2、90%是晶体硅电池，尤其是多晶体硅，多晶硅具有成本低、效率 较高、面积较大的优势。为了得到可靠的高效大规模生产过程，快速准确的评估电池的性 能和将结果反馈给生产线是必不可少的。通常制备的电池或组件只是在太阳模拟灯下进行 电流/电压输出性能检查。对电池性能的详细检查，需要监测的最重要的材料参数是少数载 流子的扩散长度和寿命，下辖的收集效率。对于电池性能的详细检查，最重要的材料参数 进行监测是少子扩散长度或生存期，即其所支配的收集效率。使用微波反射1的光电导衰 减法被被广泛用于检查衬底的少数载流子寿命，但它需要良好的表面钝化，以获得一个精 确的本体寿命。P/N结形成后，在实验室水平中光谱光束感应电
3、流23 （LBIC）或电子束诱 导电流4的方法，去阐明少数载流子的扩散长度和缺陷或晶粒边界的影响。在所有这些方 法中，探针工具（光，电子束，等等）才能获得的扩散长度的空间分布。在这文章中，我们提出了一种技术简便、快速的摄影测量法用于分析分布在一个已制 造的电池（甚至一个组件）结构的少数载流子扩散长度。在正向偏压下的太阳能电池的光发 射由 CCD 摄像头俘获，而且我们发现发射的光强分布明确同在多晶硅活跃层的少数载流 子的扩散长度映射一致。高本等人报告电致发光在单晶 InGaP/GaAs 叠层太阳能电池的应 用，但他们发现只有非均匀性的饱和电流密度与漏电流的路径5。讨论了定量分析的排放 强度与少数
4、载流子扩散长度之间的关系。显示少数载流子的扩散长度的映射和退化区域的 检测，讨论了这种技术的可行性。测量装置示意图如图 1 所示。样本电池偏置在一个适当的正向电压下发出红外光，并 使用已选择的物镜的冷却CCD相机采集。冷却的（在-50C左右）CCD在300-llOOnm的 敏感波长区域通过680X680像素的镜头可以捕获1X1cm2的电池。通过数据采集和平滑 处理，降低了空间分辨率，并且分辨率极限仅为约50pm的长度。120i 111 | 1 1 1:1 1 1 一 1 1 | 1 1 1 ( 1 1二 J-14 J 1 Ll J J. 1 1 I | ? 1 . . 1 1 144亠工訂丄1
5、丄xLjI图2测量的样品电流/电压特性100806040200通过使用四种波长 890nm、660nm、980nm、950nm 光束感应电流（或电压）分析校 准少数载流子的扩散长度。光束诱生电流的空间分辨率是250pm。LBIC方法的一个测量 点包括辐射强度5X5点测量，以便当辐射强度平均值是25时对扩散长度和辐射强度之间 的关系进行讨论。通过使用铸型硅衬底的常规设备工艺制备了多晶硅太阳能电池（lcmXlcm）。被测样 品的平均效率是13%-15%。详细的材料性能和电池的配置不在这里显示，因为这些数据不 是讨论这项工作的必要条件。测量是在室温下进行的。一个典型样品的电流/电压特性如图2所示。正
6、向偏压在0.4 - 0.6V范围施加运行6 -20mA/cm2的电流。图3和图4分别显示发光强度和少数载流子扩散长度的分布。强度和 扩散长度分别用10-50范围灰度（强度，任意单元）和0-400 （扩散长度，pm）表示。可 以清楚地看到，发光强度的分布与少数载流子的扩散长度的定位非常吻合。在图3中相对 黑暗的地区（圆圈A-F）,恰逢在图4中扩散长度短的部分。这是使用从太阳能电池光发射 的少数载流子扩散长度摄影测量的实验证明。图 3F 区，检测缺陷的接合展示了该方法的适用性，无需调查，获取少数载流子的扩散长度的空间信息。图 3 正向偏压下的多晶硅电池的发光强度分布插图是样品示意图图 4 在图 3
7、 所示的 LBIC 法测量的少数载流子的扩散长度分布图 5 显示在电池上同一测点发光强度依赖于测量的扩散长度。如前面提到的 LBIC 法 标定了扩散长度的绝对值。圆形，三角形和正方形的正向电流的事例分别为 18.7， 13.5和 6mA/cm2。直实线显示由最小二乘方法得到的拟合结果。这些强度几乎从原点作为起始点 且随扩散长度呈线性增加。发光强度对应扩散长度的比例，揭示了摄影测量发光强度是半 定量分析扩散长度的一种有效工具。如果我们知道扩散长度的绝对值，例如，在一个特定 的点的电流的方法，我们可以得到绝对的扩散长度映射从发射强度的空间变化总面积。如 果我们知道扩散长度的绝对价值法，例如， LB
8、IC 在一个特定的点，我们可以从发光强度 的空间变化推导扩散长度绝对总面积。100200300Dcffusion Length m)图5 发射强度作为在相应测点下扩散长度的函数，实线是由最小二乘法拟合线发光强度和少数载流子的扩散长度之间的比例关系说明如下。发光强度是受许多物理 特性的影响，如表面复合速度和缺陷的重组，等等。然而，通过短暂的考虑，发光强度与 少数载流子数量成比例(在 P-Si 层电子)，这是由一阶近似后的扩散长度决定。我们假设 局部有效扩散长度为Le,包括缺陷，杂质和背面等表面复合速度的影响。电池表面上的空 间各不相同，但沿表面深度被认为是均匀和恒定的。位于 p 层的从 pn 结
9、开始距离 p 侧边 缘的距离长度x包含的电子数，如下所示：n(x)=n0exp(-x/Le),(1)2)n0是在pn结的p侧边缘注入电子的数量。位于P层的电子总数由N表示。N = n0 exp(x/Le)dx = nOLel exp(W/Le),其中W是电池的厚度。当exp (-W/Le)被认为是远小于1时，N近似地正比于Le。 发光强度将正比于有效的少数载流子扩散长度Le。在图5中所示的实验结果大致满足这种 关系，但需要更准确的分析。Wavelength nm图 6 典型的发射光谱7E2rwu2uouito图 6 显示了一个典型的在室温下由红外敏感的锗探测器测量的发射光谱。占主导地位 的发射
10、机制将会波段辐射与声子协助重组，作为主要的发射峰在 1150nm 处可以看到。我 们可以在一个较长的波长区域看到一个路肩。通过去卷积的频谱推导了峰位漂移约 60meV，所以路肩被认为是一个声子边带。详细的任务将在未来的低温测量。详细的实验 会在将来通过在低温下进行测量。提出了多晶硅太阳电池少数载流子扩散长度的摄影测量。 CCD 摄像机拍摄了在正向偏 压下的电池的发射光。被发现的发光强度与少数载流子扩散长度有一一对应的关系，研究 了扩散长度分布的半定量分析方法。排放强度呈线性增加的扩散长度和可能排放机理进行 了探讨。排放强度呈线性增加的扩散长度和可能排放机理进行了探讨。发光强度与扩散长 度呈线性
11、增加，且对发射机理进行了探讨。这种有效的技术不仅可以应用于制造电池，而 且还可应用于成型的组件，并且需要进一步发展相关的电池辐射性能的分析。1 J.A.Eikelboom,C.Leguijt,C.F.A.Frumau,andA.R.Burgers,Sol.EnergyMater.Sol.Cells36,169(1995).2 O.Porre,M.Stemmer,andM.Pasquinelli,Mater.Sci.Eng.,B24,188(1994).3 N.Sakitani,K.Nishioka,T.Yagi,Y.Yamamoto,Y.Ishikawa,Y.Uraoka,andT.Fuyuki,SolidStatePhenom.93,3 51(2003).4 W.Seifert,M.Kittler,andJ.Vanhellemont,Mater.Sci.Eng.,B42,260(1996).5 T.Takamoto,E.Ikeda,H.Kurita,andM.Yamaguchi,Proceedingsofthe14thEuropeanPhotovoltaicSolarEner gyConference,Barcelona,Spain,1997.
