測(cè)量非晶硅薄膜帶隙缺陷態(tài)密度的裝置的制造方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)量非晶硅薄膜帶隙缺陷態(tài)密度的裝置，屬于半導(dǎo)體薄膜
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種薄膜太陽(yáng)能電池用硅基薄膜缺陷態(tài)密度測(cè)試裝置。【
背景技術(shù)：
】[0002]以氫化非晶硅(a_S1:H)薄膜為吸收層的薄膜太陽(yáng)電池，由于非晶硅材料光吸收系數(shù)大、具有較高的光敏性(105個(gè)量級(jí)左右)，且其吸收峰與太陽(yáng)光譜接近，有利于對(duì)太陽(yáng)光的充分利用，由于其還具有易于大面積化、連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，使其在第二代太陽(yáng)電池即薄膜太陽(yáng)能電池中占據(jù)首要地位。[0003]氫化非晶硅(a_S1:H)本身存在穩(wěn)定性不好的問(wèn)題，1977年Stabler和Wronski發(fā)現(xiàn)氫化非晶硅，特別是本征氫化非晶硅(I型未摻雜)在長(zhǎng)時(shí)間的光照以后，其光電導(dǎo)率和暗電導(dǎo)率顯著減小，但在150°C以上的條件下無(wú)光照退火，氫化非晶硅可以恢復(fù)到光照以前的狀態(tài)，這就是氫化非晶娃的光致衰退效應(yīng)(S-W效應(yīng))。由于光致衰退效應(yīng)的存在，氫化非晶硅在長(zhǎng)時(shí)間使用后光電特性變差，甚至失效，導(dǎo)致以其作為吸收層的非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的性能隨光照而嚴(yán)重下降，從而光照穩(wěn)定性成為制約非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池發(fā)展的一個(gè)最大瓶頸。大量的實(shí)驗(yàn)和理論工作集于對(duì)光致衰退效應(yīng)的特點(diǎn)和起源的研宄，總的看法認(rèn)為，S-W效應(yīng)起因于光照導(dǎo)致在帶隙中產(chǎn)生了新的懸掛鍵缺陷態(tài)(深能級(jí))，這種缺陷態(tài)會(huì)影響氫化非晶硅(a-S1:H)膜材料的費(fèi)米能級(jí)EF的位置，從而使電子的分布情況發(fā)生變化，進(jìn)而一方面引起光學(xué)性能的變化，另一方面對(duì)電子的復(fù)合過(guò)程產(chǎn)生影響。這些缺陷態(tài)成為電子和空穴的額外復(fù)合中心，使得電子的俘獲截面增大、壽命下降?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0004]本發(fā)明旨在提供一種測(cè)試硅基薄膜的缺陷態(tài)密度，進(jìn)而為硅基薄太陽(yáng)能電池的材料特性改善提供解決方案。[0005]為了達(dá)成上述目的，提供了一種測(cè)量非晶硅薄膜帶隙缺陷態(tài)密度的裝置，包括:激勵(lì)光源，其發(fā)出的照射光；介質(zhì)材料，待測(cè)樣品浸入所述介質(zhì)材料，所述照射光照射到所述介質(zhì)材料從而引起待測(cè)樣品周圍介質(zhì)材料的折射率發(fā)生變化，由此造成引起所述待測(cè)樣品的表面薄層內(nèi)折射率發(fā)生變化；激光探針，其發(fā)出的光信號(hào)穿過(guò)所述介質(zhì)材料，并因所述介質(zhì)材料的折射率變化而發(fā)生偏轉(zhuǎn)；位置傳感器，其感測(cè)所述偏轉(zhuǎn)并發(fā)出偏轉(zhuǎn)信號(hào)；及計(jì)算裝置，其根據(jù)所述偏轉(zhuǎn)信號(hào)計(jì)算出所測(cè)薄膜材料的缺陷態(tài)密度。[0006]一些實(shí)施例中，所述激勵(lì)光源為單色儀。[0007]一些實(shí)施例中，所述介質(zhì)材料為四氯化碳。[0008]根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量非晶硅薄膜帶隙缺陷態(tài)密度的裝置，測(cè)量薄膜材料的光吸收譜來(lái)測(cè)試材料中的缺陷態(tài)，對(duì)低能端(〈1.1eV)的吸收具有較高的靈敏度，并可以較為準(zhǔn)確地測(cè)量材料的缺陷態(tài)分布。[0009]以下結(jié)合附圖，通過(guò)示例說(shuō)明本發(fā)明主旨的描述，以清楚本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)?！靖綀D說(shuō)明】[0010]結(jié)合附圖，通過(guò)下文的詳細(xì)說(shuō)明，可更清楚地理解本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中:[0011]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量非晶硅薄膜帶隙缺陷態(tài)密度的裝置示意圖；及[0012]圖2為本發(fā)明裝置測(cè)試的一個(gè)非晶硅薄膜的缺陷態(tài)密度圖?！揪唧w實(shí)施方式】[0013]參見本發(fā)明具體實(shí)施例的附圖，下文將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實(shí)施例的限制。相反，提出這些實(shí)施例是為了達(dá)成充分及完整公開，并且使本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。[0014]現(xiàn)參考附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量非晶硅薄膜帶隙缺陷態(tài)密度的裝置。[0015]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量非晶硅薄膜帶隙缺陷態(tài)密度的裝置，包括:激勵(lì)光源，其發(fā)出的照射光；介質(zhì)材料，待測(cè)樣品浸入所述介質(zhì)材料，所述照射光照射到所述介質(zhì)材料從而引起待測(cè)樣品周圍介質(zhì)材料的折射率發(fā)生變化，由此造成引起所述待測(cè)樣品的表面薄層內(nèi)折射率發(fā)生變化；激光探針，其發(fā)出的光信號(hào)穿過(guò)所述介質(zhì)材料，并因所述介質(zhì)材料的折射率變化而發(fā)生偏轉(zhuǎn)；位置傳感器，其感測(cè)所述偏轉(zhuǎn)并發(fā)出偏轉(zhuǎn)信號(hào)；及計(jì)算裝置，其根據(jù)所述偏轉(zhuǎn)信號(hào)計(jì)算出所測(cè)薄膜材料的缺陷態(tài)密度。[0016]一種測(cè)量非晶硅薄膜帶隙缺陷態(tài)密度的裝置，如圖1所示，包括單色儀1、斬波器2、光電接收器3、激光探針4、介質(zhì)材料5、待測(cè)樣品6、位置傳感器7、前置放大器8、雙相鎖相放大器9、鎖相放大器10、以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)裝置11。[0017]斬波器2將連續(xù)光調(diào)制成為有固定頻率的光。光電接收器3是將單色儀發(fā)出的單色光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)。前置放大器8用于對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行放大，雙相鎖相放大器9、鎖相放大器10用于跟蹤固定頻率的光信號(hào)進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)裝置11主要是控制單色儀與按步長(zhǎng)的變化輸送單色光，以及后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。[0018]當(dāng)介質(zhì)材料5受到單色儀I發(fā)出的激勵(lì)光照射時(shí)，吸收的能量會(huì)周期性地轉(zhuǎn)變成熱能，熱流從受熱區(qū)向周圍流出，引起介質(zhì)材料5本身及其周圍的溫度升高，從而引起樣品6表面薄層內(nèi)折射率的變化。激光探針4發(fā)出的光信號(hào)將由于介質(zhì)材料5折射率的變化而同步偏轉(zhuǎn)，用位置傳感器7檢測(cè)這一周期性偏轉(zhuǎn)，傳感器的輸出信號(hào)S可由位置傳感器和鎖相放大器放大后觀察。S由下式確定:[0019]S=C[1-exp(-aXd)]X(1-Rf)X(1+Rb)/(1-RfRb)[0020]式中Rf、Rb分別為薄膜前后表面的反射系數(shù)；α為材料的吸收系數(shù)；d為薄膜厚度。通常情況下&是可以忽略的。在高光子能量區(qū)(ad>>1)，信號(hào)趨于飽和。[0021]S/S飽和=l-exp(_aXd)。因此只要已知樣品厚度，就可由上式求出吸收系數(shù)a。同單晶硅相比，薄膜硅材料在低能端(〈1.1eV)的吸收明顯增加，這主要與材料的缺陷有關(guān)。[0022]實(shí)施例[0023]圖2為采用本發(fā)明裝置測(cè)試的一個(gè)非晶硅薄膜的缺陷態(tài)密度圖，并由上述公式求得該硅薄膜缺陷態(tài)密度為2.3E15cnT2。[0024]根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量非晶硅薄膜帶隙缺陷態(tài)密度的裝置，測(cè)量薄膜材料的光吸收譜來(lái)測(cè)試材料中的缺陷態(tài)，對(duì)低能端(〈1.1eV)的吸收具有較高的靈敏度，并可以較為準(zhǔn)確地測(cè)量材料的缺陷態(tài)分布。[0025]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。凡本
技術(shù)領(lǐng)域：
中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。【主權(quán)項(xiàng)】1.一種測(cè)量非晶硅薄膜帶隙缺陷態(tài)密度的裝置，其特征在于，包括:激勵(lì)光源，其發(fā)出的照射光；介質(zhì)材料，待測(cè)樣品浸入所述介質(zhì)材料，所述照射光照射到所述介質(zhì)材料從而引起待測(cè)樣品周圍介質(zhì)材料的折射率發(fā)生變化，由此造成引起所述待測(cè)樣品的表面薄層內(nèi)折射率發(fā)生變化；激光探針，其發(fā)出的光信號(hào)穿過(guò)所述介質(zhì)材料，并因所述介質(zhì)材料的折射率變化而發(fā)生偏轉(zhuǎn)；位置傳感器，其感測(cè)所述偏轉(zhuǎn)并發(fā)出偏轉(zhuǎn)信號(hào)；及計(jì)算裝置，其根據(jù)所述偏轉(zhuǎn)信號(hào)計(jì)算出所測(cè)薄膜材料的缺陷態(tài)密度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量非晶硅薄膜帶隙缺陷態(tài)密度的裝置，其特征在于，所述激勵(lì)光源為單色儀。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量非晶硅薄膜帶隙缺陷態(tài)密度的裝置，其特征在于，所述介質(zhì)材料為四氯化碳?！緦＠恳环N測(cè)量非晶硅薄膜帶隙缺陷態(tài)密度的裝置，包括：激勵(lì)光源，其發(fā)出的照射光；介質(zhì)材料，待測(cè)樣品浸入所述介質(zhì)材料，所述照射光照射到所述介質(zhì)材料從而引起待測(cè)樣品周圍介質(zhì)材料的折射率發(fā)生變化，由此造成引起所述待測(cè)樣品的表面薄層內(nèi)折射率發(fā)生變化；激光探針，其發(fā)出的光信號(hào)穿過(guò)所述介質(zhì)材料，并因所述介質(zhì)材料的折射率變化而發(fā)生偏轉(zhuǎn)；位置傳感器，其感測(cè)所述偏轉(zhuǎn)并發(fā)出偏轉(zhuǎn)信號(hào)；及計(jì)算裝置，其根據(jù)所述偏轉(zhuǎn)信號(hào)計(jì)算出所測(cè)薄膜材料的缺陷態(tài)密度。根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量非晶硅薄膜帶隙缺陷態(tài)密度的裝置，測(cè)量薄膜材料的光吸收譜來(lái)測(cè)試材料中的缺陷態(tài)，對(duì)低能端(<1.1eV)的吸收具有較高的靈敏度，并可以較為準(zhǔn)確地測(cè)量材料的缺陷態(tài)分布?！綢PC分類】H01L31/0445,H01L31/028,H01L21/66【公開號(hào)】CN104979230【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510407829【發(fā)明人】彭壽,王蕓,崔介東,石麗芬,曹欣【申請(qǐng)人】中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司,蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院【公開日】2015年10月14日【申請(qǐng)日】2015年7月13日