第33卷，第10期 2013年10月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
锁相载流子成像技术在太阳能电池中的应用
张昱1.2，刘正君1*
1.哈尔滨工业大学自动化测试与控制系，黑龙江哈尔滨150001 2、多伦多大学机械系CAOIFT中心，加拿大多伦多M5S3G8
Vol. 33,No. 10, pp2791-2794
October,2013
摘要提出了--种基于锁相载流子成像技术的太阳能电池特性研究方法。激光激励的红外光生载流子辐射测量技术是一种动态的近红外调制的光致发光成像技术，已经被证实为半导体输运参数的一种行之有效的非接触测量方法。提出的锁相载流子成像技术则是一种基于红外相机的动态近红外光生载流子辐射光致发光法，它是光生载流子技术在成像领域的延伸。采用锁相载流子成像系统对10片样片进行了实验，并对获得的红外图像进行了统计分析，由此得到了载流子成像统计参数与太阳能电池光电转换效率间的相关特
性。结果表明，锁相载流子成像的统计参数可用于表征太阳能电池的效率。关键词太阳能电池；载流子成像；锁相；光电转换效率
DOI; 10. 3964/j. issn. 10000593(2013)10-2791-04
中图分类号：TP29
文献标识码：A
态近红外光生载流子辐射光致发光法，它是近年来光生载流
引言
如今，许多太阳能电池制造企业的生产能力已经达到 GW的规模")。企业之间的竞争也已经达到白热化的程度。面太阳能电池的质量检测和控制则是决定太阳能电池制造企业生存和发展的关键因素之一。在太阳能电池制造加工的各个环节，都对无损、非接触的光电检测技术有着迫切的需求。传统上，太阳能电池的光电转换效率是通过给光源辐射下的太阳能电池附加负载电阻或外接电源的方式测得的。这种接触式检测方法操作复杂、耗时，无法满足大规模生产的需要。光致发光成像技术是一种基于相机的快速无损、非接触检测方法，已成功应用于太阳能电池的晶体缺陷检测和质量控制")。但是，由于光致发光成像技术的深度积分特性取决于直流载流子散射长度，使得直流光致发光成像技术无法检测太阳能电池表面和浅表面的动态光电载流子。激光激励的红外光生载流子辐射测量技术（photocarrierradiometry， PCR)是一种动态的近红外调制的光致发光成像技术[6]。相对于光热辐射技术，光生载流子辐射信号仅仅受载流子密度波的影响，消除了热波对信号的影南，物理解释更容易，因此提取的参数也更精确、更可靠。光生载流子辐射测量技术已经被证实为半导体输运参数的一种行之有效的非接触测量方法("]，锁相载流子成像技术是一种基于InGaAs相机的动
收稿日期：2013-01-05，修订日期：2013-03-26 基金项目：国家自然科学基金项目(61077075)资助
子技术在成像领域的延伸["。为获得硅太阳能电池能量转换效率的表面平均分布特性与太阳能电池的输出光电压和辐射复合调制发射图像之间的关系特性，提出了一种基于锁相载流子成像技术的太阳能电池特性研究方法，同时对试验获得的PCR幅值图像和相位图像的统计特性进行了分析，发现了统计参数与太阳能电池光电转换效率间的相关特性。
实验部分 1
锁相热成像实验装置如图1所示。其中，相机采用Goo-drichSensorsUnlimited制造的一台带有长通滤波片的近红外相机SU320KTSW-1.7RT/RS170。该相机具有最大320X 256像素，光谱范围0.9~1.7μm，全窗（320×256像素）赖频119.6Hz，全锁爆光时间从0.13到16.6ms.采用NI公司生产的图像采集卡PCI-1427用于读取相机图像并利用自编软件生成幅值图像和相位图像。为了在太阳能电池的整个面上获得足够的光通量，光源采用了两台带有耦合光纤的9 W808nm的二极管激光器（最大功率输出时稳定性优于 1%）。同时，采用了两个定制的微型透镜组将两束激光均匀扩束从而形成亮度约为0.04W·cm的正方形照明区域。 NI公司生产的数据采集模块USB6259用于产生激光器电流调制所需的正弦波信号，同时还从其数字I/O端口输出红外
作者简介：张是，1972年生，哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院副教授，2011.3—2012.3多伦多大学机械系CAOIFT中心访间学者
e-mail；hitzhangyugmail.com通讯联系人
e-mail; zjliu@hit,edu,cn
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