一种电光独立调制的瞬态光电压测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种电光独立调制的瞬态光电压测试系统。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术及太阳能电池相关研究和技术的发展，对太阳能电池等相关半导体器件内部光电过程的探测与分析是理解该类器件工作机理，进一步提升该类器件效率的必要过程。太阳能电池的光电过程主要涉及光生电荷的产生、输运、收集和复合，其中复合过程显著影响着半导体器件最终的电流输出和光生电压，进而最终影响半导体器件的半导体结构特性和工作性能。因此对于该复合过程的准确测量和分析对于太阳能电池及其相关半导体器件的研究具有重要的意义。
[0003]对于太阳能电池光生电荷复合过程的研究，目前已经发展出电化学交流阻抗谱和瞬态光电压两种方法。虽然交流阻抗谱可以在较宽的频率范围内研究电池器件的交流响应，但通过阻抗谱得到器件复合特性的方法需要依赖较为复杂的器件模型，而模型选择正确与否会直接影响分析结果。因此这种间接的研究手段不利于得到准确直观的复合过程。而瞬态光电压可以直接给出电池器件中由光生非平衡电荷产生的光电压的衰减过程，该衰减过程直接对应了器件光生电荷的复合过程。通过该方法可以直接得到光生电荷的复合寿命和复合速率。因此瞬态光电压方法在研究器件电荷复合方面更具优势。
[0004]虽然瞬态光电压方法已经得到了一定程度的应用，并建立了相关的实验和理论基础。传统的瞬态光电压测试系统无法实现对半导体器件的电调制，只能测量半导体器件在开路状况下的电荷复合特性，而在开路状态下，给器件两端施加的稳态偏压只能通过偏置光实现。即，电调制与光调制过程难以分离。而实际太阳能电池等半导体器件可以工作在不同偏置光和不同的偏置电压下。因此研究这些不同偏置光和不同偏置电压下器件电荷的复合特性十分必要。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是要提供一种用于探测半导体器件在不同工作状态下的电荷复合性质的电光独立调制的瞬态光电压测试系统。
[0006]特别地，本发明提供了一种电光独立调制的瞬态光电压测试系统，用于探测半导体器件在不同光照和偏压状态的光生电压的瞬态过程，以表征所述半导体器件的电荷复合性质，包括:
[0007]脉冲光源，用于向所述半导体器件施加脉冲光激发，以在所述半导体器件内形成光生电荷;其中，所述光生电荷在所述半导体器件两侧积累，以形成光生电压；
[0008]稳定光源，用于照射所述半导体器件以提供光调制，使所述半导体器件内部建立稳定存在的浓度可调的电荷分布；
[0009]电压探测器，与所述半导体器件构成电压探测回路，用于实时探测所述半导体器件两端的光生电压;和
[0010]与所述电压探测回路并联的电调制回路，用于向所述半导体器件提供可控的直流电压调制信号。
[0011]可选地，所述电压探测器具体为数据采集卡或并联的数字示波器与采样电阻。
[0012]可选地，所述稳定光源具体为波长可选的LED灯或强度连续可调的氙灯。
[0013]可选地，所述脉冲光源具体为脉冲激光器或高速控制的LED灯。
[0014]可选地，所述脉冲光源具有很窄的脉宽和较长的脉冲周期且所述脉冲光源的波长可调。
[0015]可选地，所述电调制回路包括串联的电压源与低通滤波器。
[0016]可选地，所述低通滤波器具体为电感或有源低通滤波器，所述电压源具体为信号发生器或数字源表。
[0017]可选地，所述电压源具有较低的直流输入阻抗且可以提供可控的覆盖所述半导体器件工作范围的直流电压信号，所述低通滤波器具有较低的直流输入阻抗和较大的高频输入阻抗。
[0018]可选地，还包括设置在所述脉冲光源与所述半导体器件之间的滤光片，所述滤光片用于调节所述半导体器件接收到的所述脉冲光的强度。
[0019]可选地，还包括用于容纳所述半导体器件的样品室，所述样品室用于为所述半导体器件提供预定的温度环境、气氛环境和/或电磁屏蔽。
[0020]可选地，所述电压探测器具有皮秒或纳秒尺度的时间分辨率。
[0021]可选地，所述半导体器件为太阳能电池或半导体PN结。
[0022]本发明的电光独立调制的瞬态光电压测试系统，通过脉冲光源激发待测半导体器件内部的光生电荷，并在半导体器件两端积累而形成光生电压，通过电压探测器对该光生电压实时探测和记录，以表征半导体器件的电荷复合性质。本发明通过电调制回路向所述半导体器件提供可控的直流电压调制信号，同时，本发明的稳定光源可以提供不同的偏置光强度，使半导体器件可以处在不同的光照强度下。因此本发明可以实现半导体器件在不同的偏置电压和不同的光照状态下电荷复合形状的表征。
[0023]根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
【附图说明】
[0024]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
[0025]图1是根据本发明一个实施例的电光独立调制的瞬态光电压测试系统的结构示意图；
[0026]图2是图1所示瞬态光电压测试系统的电路原理图；
[0027]图3示出了在电调制回路是否存在的情况下，太阳能电池的光电压随时间变化的曲线图；
[0028]图4是通过图1所示瞬态光电压测试系统探测到的多晶硅太阳能电池在暗态下不同偏置电压下的光电压随时间变化的曲线图；
[0029]图5是通过图1所示瞬态光电压测试系统探测到的多晶硅太阳能电池在光照状态下不同偏置电压下的光电压随时间变化的曲线图；
[0030]图6是通过图1所示瞬态光电压测试系统探测到的太阳能电池在暗态和光照状态下的光电压强度和光电压寿命随偏置电压变化的曲线图。
【具体实施方式】
[0031]图1是根据本发明一个实施例的电光独立调制的瞬态光电压测试系统的结构示意图。如图1所示，所述瞬态光电压测试系统，用于探测半导体器件I在不同光照状态和偏压状态的光生电压的瞬态过程，以表征所述半导体器件I的电荷复合性质，包括:
[0032]脉冲光源3，用于向所述半导体器件I施加脉冲光激发，以在所述半导体器件I内形成光生电荷;其中，所述光生电荷在所述半导体器件I两侧积累，以形成光生电压；
[0033]稳定光源2，用于照射所述半导体器件I以提供光调制，使所述半导体器件I内部建立稳定存在的浓度可调的电荷分布；
[0034]电压探测器4，与所述半导体器件I构成电压探测回路，用于实时探测所述半导体器件I两端的光生电压;和
[0035]与所述电压探测回路并联的电调制回路5，用于向所述半导体器件I提供可控的直流电压调制信号。
[0036]本发明的电光独立调制的瞬态光电压测试系统，通过脉冲光源3激发待测半导体器件I内部的光生电荷，并在半导体器件I两端积累而形成光生电压，通过电压探测器4对该光生电压实时探测和记录，以表征半导体器件I的电荷复合性质。本发明通过电调制回路5向所述半导体器件I提供可控的直流电压调制信号，同时，本发明的稳定光源2可以提供不同的偏置光强度，使半导体器件I可以处在不同的光照状态下。因此本发明可以实现半导体器件I在不同的偏置电压和不同的光照状态下电荷复合性质的表征。
[0037]在本发明的一个实施例中，所述半导体器件I为太阳能电池或半导体PN结。
[0038]在本发明的一个实施例中，所述电压探测器4可以为并联的数字示波器42与采样电阻41。所述电压探测器4还可以为数据采集卡。更具体地，电压探测器4具有皮秒或纳秒尺度的时间分辨率。这样在连续的时间内电压探测器4测出的连续光生电压可以形成光生电压随时间变化的曲线。
[0039]在本发明的一个实施例中，所述稳定光源2具体为波长可选的LED灯或强度连续可调的氙灯，可以使半导体器件I可以处在不同的光照状态下，从而探测半导体器件I在不同光照到光生电荷复合性质的表征。
[0040]在本发明的一个实施例中，所述脉冲光源3为脉冲激光器或高速控制的LED灯。所述脉冲光源3具有很窄的脉宽和较长的脉冲周期且所述脉冲光源3的波长可调。
[0041]在本发明的一个实施例中，所述电调制回路5包括串联的电压源51与低通滤波器52。本实施例采用低通滤波器52和电压源51组成电调制回路5，用于给半导体器件I施加不同的直流偏压，使得半导体器件I可以处在不同偏置电压