准稳态光电导衰减法在太阳能光伏技术与应用中的应用

准稳态光电导方法首次由Sinton和Cuevas［60］在1996年提出。它的原理与稳态光电导方法相似，之所以说是准稳态是因为采取的光源衰减非常缓慢，脉冲下降沿有17～18ms远远高于被测材料中的少子寿命，因此可以认为在测量过程中被测材料中的过剩载流子处于恒定值。少子寿命的计算公式和稳态情况的结果一致，表示为：

式中：ge为入射光的产生率。

方程（14－33）中的Δnav可通过计算出，其中d是样品的厚度。值得注意的是，μn，μp也是注入浓度的函数，所以需要反复迭代来确定Δnav的值。ge随入射光强的衰减而变化，通常采用一个已校准过的光探测器或标准参考电池来确定到达样品单位面积上的入射光子流Nph。标准太阳光谱时Nph＝2．7×1017 cm－2s－1，这个光子流量称为一个太阳强度（one sun intensity）。由于待测样品的有限厚度以及表面发射，只有一部分能量能被吸收。对于抛光的光片，吸收比率fabs≈0．6；若硅片表面有合适的减反射膜，如70nm厚的SiN或氧化钛膜，则fabs≈0．9；表面又有绒面又有减反射膜的吸收比率可以达到1。对一个一般的测试样品，体产生率为

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图14．30所示的是Sinton Consulting Inc提供的WCT－100型硅材料寿命测试仪，采用的方法就是准稳态光电导。利用射频线圈耦合来测量样品中的过剩载流子的浓度变化。通过合适的可调桥电路，在光照情况下，桥电路的输出电压与样品中的过剩少子直接相关。射频线路信号随时间变化可用示波器来记录并转化为光电导信号。选择合适的迁移率模型［61］可以将光电导信号转化为过剩载流子浓度。同时，入射光的光强度可以通过已校准的的太阳电池片进行测量，考虑测量片和校准片的反射差别，利用式（14－34）可得到待测片的体产生率ge。再利用式（14－33）计算得到样品的少子寿命。

图14．30　准稳态光电导测量少子寿命［60］

对比稳态光源，准稳态光源有两个优点：①避免了样品的发热现象。以稳态光源照射时，样品会迅速发热导致少子寿命发生变化；准稳态光源的光强在数毫秒之内会缓慢下降到0避免了样品的发热现象。②光强的逐步下降意味着注入水平的不断变化。所以准稳态光照可以同时测量少子寿命随注入浓度的变化。和其他瞬态的方法相比，它可以测量非常低的寿命而无需对脉冲信号的电性质加以控制（如调节脉冲宽度），寿命测量下限由脉冲光强决定。当入射光强达到1 000suns，最低可测寿命为3ns。