类单晶少子寿命浅析

一、少子寿命的概念

处于热平衡状态下的半导体，在一定温度下，载流子的浓度是一定的，称为平衡载流子浓度，如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡的条件，称为非平衡状态。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。非平衡载流子分为非平衡多数载流子和非平衡少数载流子，对于n型半导体材料，多出来的电子就是非平衡多数载流子，空穴则是非平衡少数载流子，对p型半导体材料则相反。产生非平衡载流子的外界作用撤除以后，它们要逐渐衰减以致消失，最后载流子浓度恢复到平衡时的值，非平衡载流子的平均生存时间称为非平衡少数载流子的寿命，简称少子寿命。

二、少子寿命的测试原理

我们采用的是微波光电导衰退法测试少子寿命，主要包括激光注入产生电子-空穴对和微波探测信号这两个过程。904nm的激光注入（对于硅，注入深度大约为30um）产生电子-空穴对，导致样品电阻率增加，当撤去外界光时，电阻率随时间指数衰减，这一趋势间接反映少数载流子的衰减趋势，从而通过微波探测电导率随时间变化的趋势就可以得到少数载流子的寿命。

三、硅片钝化前后的少子寿命对比

下面对P0090098号锭钝化前后的少子寿命进行分析：

从上面三个图可以看出钝化前后少子寿命差别很大，钝化前少子寿命＜1的硅片，钝化后少子寿命＜3us；钝化前少子寿命＞1的硅片，钝化后最高可达到38us，这说明钝化前的少子寿命只能代表一种趋势，不能反映硅片的真实少子寿命。因为单多晶裸硅片若不经过清洗钝化，硅片表面复合中心占主导地位，掩盖了光照对体少子寿命的影响，因此对不经过清洗、钝化的裸硅片，无法确定少子寿命与光照时间的对应关系，也就无法判断硅片的质量。

下图分别为A01、B10、C09钝化前后少子寿命值趋势的对比情况：

图4 钝化前后少子寿命值趋势对比

从上图可以看出

（1）钝化前、后的少子寿命趋势并不完全一致，钝化前少子寿命高的，钝化后不一定高。但是通过以上的分析可以知道，钝化前少子寿命大于1um的硅片其真实的少子寿命一定高；

（2）从硅锭的头部到尾部，少子寿命有逐渐增大的趋势，这与电池的转化效率从头到尾逐渐升高的趋势是一致的。

四、少子寿命与电池转化效率的关系

下面以P0090098号锭的硅块少子寿命与电池的转换效率进行分析：

图5 硅块的少子寿命                    图6 各硅块对应的转换效率

硅块少子寿命图中的箭头代表所测试的面，从图5可以看出C区整体的硅块少子寿命均大于4us，其中C08、C09相连的面少子寿命最高达到4.948us，C13与C08相连的面少子寿命为4.578us，C14与C09相连的面少子寿命为4.602us，C18与C19相连的面少子寿命为4.527us。从图6中我们也可以清楚的看到在C区的硅块电池转换效率对应的也比较高，并且存在大致的对应关系。

A区硅块的少子寿命偏低，转换效率也相对较低，但是硅块的少子寿命与转换效率不存在很明确的对应关系，这是由于影响电池转换效率的因素很多，A区紧挨着坩埚壁，杂质会比较多，位错等缺陷也会比较多。

B区我们所测的硅块是B3的第2面，B11的第1面，B15的第3面，B23的第4面。其中B23的第4面的少子寿命达到4.092us，其对应的B22、B23的转换效率分别为17.05%、17.00%。大致上存在对应的关系，个别情况可能是由于位错及杂质的影响导致转换效率不高。

五、总结

1、未钝化的硅片少子寿命的测试只能代表一个趋势， 1us以下的电池转换效率肯定不高。我认为在类单晶实验中这样一片片的测试硅片的少子寿命，其意义不大，可以通过硅块的少子寿命直接判断其大体趋势。

2、对高效率的太阳电池片与低效率的太阳电池片进行比较，总体来看，效率高的太阳电池片的少子寿命比效率低的太阳电池片的少子寿命普遍要高，这说明少子寿命是反映太阳电池片效率高低的一种标志，硅块少子寿命低电池效率就低。