ICS77.040流子復(fù)合壽命的測(cè)試非接觸渦流感應(yīng)法國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)IGB/T42907—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專(zhuān)利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專(zhuān)利的責(zé)任。本文件由全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備與材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC203)和全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備與材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC203/SC2)共同提出并歸口。本文件起草單位：TCL中環(huán)新能源科技股份有限公司、弘元新材料(包頭)有限公司、隆基綠能科技股份有限公司、宜昌南玻硅材料有限公司、浙江海納半導(dǎo)體股份有限公司、內(nèi)蒙古中環(huán)晶體材料有限公1GB/T42907—2023流子復(fù)合壽命的測(cè)試非接觸渦流感應(yīng)法1范圍本文件描述了用非接觸式渦流感應(yīng)法測(cè)試太陽(yáng)能電池用單晶硅錠、硅塊和硅片中非平衡載流子復(fù)合壽命的方法。的硅錠、硅塊和硅片的測(cè)試。其中瞬態(tài)光電導(dǎo)衰減法適用于非平衡載流子復(fù)合壽命小于100μs時(shí)硅2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T1551硅單晶電阻率的測(cè)定直排四探針?lè)ê椭绷鲀商结樂(lè)℅B/T6618硅片厚度和總厚度變化測(cè)試方法GB/T13389摻硼摻磷摻砷硅單晶電阻率與摻雜劑濃度換算規(guī)程GB/T14264半導(dǎo)體材料術(shù)語(yǔ)3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T14264界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1陷阱效應(yīng)trapeffect在有非平衡載流子時(shí)雜質(zhì)能級(jí)積累某一種非平衡載流子的效應(yīng)。注：例如重金屬雜質(zhì)在半導(dǎo)體禁帶中形成的深能級(jí)，俘獲非平衡載流子后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間釋放出來(lái)的現(xiàn)象稱(chēng)為陷阱效應(yīng)。載流子復(fù)合壽命c(diǎn)arrierrecombinationlifetime在均勻半導(dǎo)體內(nèi)非平衡空穴-電子對(duì)由產(chǎn)生到復(fù)合的平均時(shí)間間隔。4方法原理4.1瞬態(tài)光電導(dǎo)衰減法將樣品放置于距離經(jīng)校準(zhǔn)的渦流傳感器1mm～3mm的固定位置，并且使用隨時(shí)間變化的光源對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行照射。光照突然停止后，用儀器校準(zhǔn)的方法將從渦流傳感器得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為光電導(dǎo)，再用硅遷移率函數(shù)將其轉(zhuǎn)化為載流子濃度。載流子復(fù)合壽命與濃度間的函數(shù)關(guān)系可以通過(guò)分析載流子濃2GB/T42907—2023度衰減過(guò)程中的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)得到。對(duì)于具有高表面復(fù)合率的硅塊樣品，隨著表面載流子的耗盡，所測(cè)壽命會(huì)逐漸地接近塊體壽命，而載流子濃度的峰值也從表面移至塊體內(nèi)。4.2準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)法將樣品放置于距離經(jīng)校準(zhǔn)的渦流傳感器1mm～3mm的固定位置，并且使用長(zhǎng)緩衰型的光源對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行照射。樣品受到光照時(shí)，可同時(shí)測(cè)得光照強(qiáng)度和渦流傳感器的輸出電壓。用儀器校準(zhǔn)的方法將從渦流傳感器得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為光電導(dǎo)，再用硅遷移率函數(shù)將其轉(zhuǎn)化為載流子濃度。入射到樣品上的光照強(qiáng)度通過(guò)光強(qiáng)探測(cè)器的校準(zhǔn)函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)化為樣品的光生率。再通過(guò)光生率對(duì)光照過(guò)程中和光照結(jié)束后衰減過(guò)程中的非平衡載流子壽命進(jìn)行計(jì)算。5干擾因素5.1非平衡載流子復(fù)合壽命與其濃度有對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，應(yīng)在相同非平衡載流子濃度下測(cè)試壽命值。5.2室溫下硅中可能存在載流子陷阱。如果在樣品中發(fā)生電子或空穴的陷落，光脈沖停止照射后(瞬態(tài)模式)或在低光強(qiáng)時(shí)(準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模式),另一種類(lèi)型載流子的過(guò)剩濃度會(huì)保持在較高水平。存在陷阱特征時(shí)，不應(yīng)在低非平衡載流子濃度范圍內(nèi)測(cè)試壽命值，按照附錄A修正除外。對(duì)于在1×1012cm-3~2×101?cm-3范圍內(nèi)的非平衡載流子濃度，指示性陷阱特征是測(cè)量壽命隨著非平衡載流子濃度的減小而急劇增加的一種現(xiàn)象。這種在低載流子濃度時(shí)明顯變高的測(cè)量壽命不能真實(shí)地反映非平衡載流子壽命。如果需要校正，應(yīng)記錄未經(jīng)修正和經(jīng)過(guò)修正的壽命隨非平衡載流子濃度變化的曲線。用戶在比較數(shù)據(jù)時(shí)需要明確可能由陷阱效應(yīng)引起的修正值(按附錄A的規(guī)定進(jìn)行)。5.3如果器件中存在結(jié)，則是摻雜擴(kuò)散結(jié)或由表面電荷產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)層，不應(yīng)在有耗盡區(qū)調(diào)制(DRM)效應(yīng)的低載流子濃度下記錄數(shù)據(jù)，用戶在比較數(shù)據(jù)時(shí)需要明確可能由陷阱效應(yīng)引起的修正值(按附錄A的規(guī)定進(jìn)行)。5.4硅中的載流子遷移率具有負(fù)的溫度系數(shù)。因此，樣品受熱后伴隨著光激發(fā)的過(guò)程可表現(xiàn)出負(fù)的光電導(dǎo)，最終會(huì)返回到暗光電導(dǎo)基線。在薄的重?fù)诫s樣品上可看到此效應(yīng)。在低壽命樣品且使用高光強(qiáng)的情況下此效應(yīng)更加明顯。5.5接近本征(未摻雜)的硅樣品(薄層電阻大于2000Ω)可能偏離本文件中描述的二次校準(zhǔn)曲線。5.6測(cè)量硅塊樣品時(shí)，由于樣品表面激發(fā)和表面?zhèn)鞲?，測(cè)量的是由激發(fā)深度、擴(kuò)散長(zhǎng)度和感測(cè)深度定義的局部近表面的壽命。探測(cè)體積可從表面延伸至硅塊內(nèi)部1mm～5mm的范圍。5.7在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模式下硅塊樣品的測(cè)量從測(cè)量值到體壽命的傳遞函數(shù)應(yīng)在各用戶之間達(dá)成一致。5.8硅塊樣品表面的光滑程度對(duì)測(cè)試結(jié)果有影響，表面越光滑測(cè)試結(jié)果越好。測(cè)試相對(duì)較低體壽命的硅片樣品時(shí)，可以不進(jìn)行表面鈍化處理，具體要求見(jiàn)附錄B。5.9在硅片樣品中擴(kuò)散長(zhǎng)度和光吸收深度遠(yuǎn)小于硅片樣品厚度的情況下，計(jì)算非平衡載流子濃度時(shí)使用的有效厚度是擴(kuò)散長(zhǎng)度和吸收深度之和的兩倍，不應(yīng)使用硅片樣品的厚度。5.10對(duì)于遷移率未知的樣品，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)法測(cè)量的壽命值的不確定性與遷移率的不確定性成正比。5.11本方法適用于厚度大于10mm的硅塊樣品和厚度小于1mm的硅片樣品，對(duì)于厚度在1mm~5.12當(dāng)渦流傳感器距離樣品邊緣足夠遠(yuǎn)(位于傳感器平面上的1mm～3mm)時(shí)，此測(cè)試方法最準(zhǔn)確。6試驗(yàn)條件溫度為20℃~25℃,濕度不大于80%,射頻渦流傳感器的主電源電壓為標(biāo)稱(chēng)電壓的±10%,實(shí)驗(yàn)室宜避免強(qiáng)光。3GB/T42907—20237儀器設(shè)備7.1射頻渦流傳感器射頻渦流傳感器輸出信號(hào)為電壓，射頻渦流傳感器固定在一個(gè)可調(diào)節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)上，該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)傳感器與樣品距離可調(diào)。輸出電壓與樣品薄層電阻之間存在函數(shù)關(guān)系。光源是波長(zhǎng)在350nm～1150nm范圍內(nèi)的單色光或帶有濾光片的寬帶光源。光源的光譜可以被表征。7.3基準(zhǔn)光強(qiáng)探測(cè)器在樣品整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，基準(zhǔn)光強(qiáng)探測(cè)器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“光強(qiáng)探測(cè)器”)對(duì)光中所有可用的波長(zhǎng)均應(yīng)有響應(yīng)。光強(qiáng)探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)比準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模式中使用的光源的響應(yīng)時(shí)間快10倍及以上。在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模式中，光強(qiáng)探測(cè)器應(yīng)具有已知的光譜響應(yīng)。7.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)該系統(tǒng)能夠以足夠的時(shí)間和電壓分辨率記錄來(lái)自光強(qiáng)檢測(cè)器和儀器的電壓。數(shù)據(jù)采集的時(shí)間響應(yīng)是瞬態(tài)壽命變化或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光強(qiáng)度變化的10倍及以上。非平衡載流子復(fù)合壽命測(cè)試裝置示意圖如圖1所示。2——濾光片；3——光強(qiáng)探測(cè)器；4——射頻渦流傳感器；5——硅塊和硅片。圖1非平衡載流子復(fù)合壽命測(cè)試裝置示意圖8樣品8.1硅錠應(yīng)切割為硅塊后進(jìn)行測(cè)試。4GB/T42907—20238.2硅塊樣品厚度應(yīng)大于10mm,樣品面積應(yīng)大于渦流傳感器所感測(cè)的面積，單邊至少在感測(cè)區(qū)域范圍的5mm之外。硅塊表面可以是切割面，宜拋光至光滑狀態(tài)。8.3硅片樣品厚度應(yīng)在0.01mm～1mm,樣品面積應(yīng)大于渦流傳感器所感測(cè)的面積。對(duì)于鈍化后的硅片樣品，測(cè)試的壽命值等于實(shí)際硅材料的體壽命，與光照9儀器校準(zhǔn)9.1測(cè)試硅塊的校準(zhǔn)方法9.1.1測(cè)試硅塊樣品時(shí)，使用至少4個(gè)厚度不小于15mm的均勻摻雜的樣品，重復(fù)9.2.1和9.2.2并確定一個(gè)二次函數(shù)關(guān)系來(lái)作為電導(dǎo)率的輸出函數(shù)。按照GB/T1551測(cè)試電阻率，再轉(zhuǎn)化為電導(dǎo)率。9.1.2使用四探針?lè)y(cè)定的電阻率除以硅塊樣品的薄層電阻得到傳感器探測(cè)深度。9.2測(cè)試硅片的校準(zhǔn)方法9.2.1測(cè)試硅片樣品時(shí)，由均勻摻雜的單晶硅片制備至少以4個(gè)樣品為一組的硅片組，按照GB/T6618測(cè)試厚度，按照GB/T1551測(cè)試電阻率。薄層電阻等于電阻率除以樣品厚度。9.2.2在非照明條件下，將每個(gè)樣品依次放置在靠近渦流傳感器的位置上，利用最小二乘法優(yōu)化的二次擬合，確定每個(gè)校準(zhǔn)樣片的電導(dǎo)和輸出電壓的函數(shù)關(guān)系，生成的曲線用于將電壓測(cè)試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為薄層電導(dǎo)的計(jì)算。9.3光生比例常數(shù)的確定方法9.3.1準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模式測(cè)試時(shí)應(yīng)確定被測(cè)樣品中光產(chǎn)生的比例常數(shù)，作為光強(qiáng)探測(cè)器輸出信號(hào)的函數(shù)。瞬態(tài)模式不應(yīng)進(jìn)行此校準(zhǔn)。型和厚度)以及載流子復(fù)合壽命在100μs～1000μs范圍內(nèi)。使用瞬態(tài)模式(不應(yīng)使用光強(qiáng)探測(cè)器)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模式測(cè)試樣品的載流子復(fù)合壽命，利用瞬態(tài)模式重復(fù)測(cè)試壽命來(lái)確定校準(zhǔn)光強(qiáng)探測(cè)器。9.3.3使用一個(gè)已經(jīng)校準(zhǔn)的儀器測(cè)試一組樣品的壽命，再用已知壽命值的樣品對(duì)新設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。9.3.4通過(guò)構(gòu)造一個(gè)太陽(yáng)能電池模型，利用光源發(fā)光光譜模擬測(cè)試樣品中光生作用和光強(qiáng)探測(cè)器中的輸出信號(hào)。在這個(gè)模型中，通過(guò)光強(qiáng)探測(cè)器的已知光譜響應(yīng)來(lái)確定它的輸出信號(hào)。然后針對(duì)真實(shí)樣品的模型(具有合適的硅厚度和電介質(zhì)層),模擬內(nèi)部的光生效應(yīng)，將其與相同光照條件下光強(qiáng)探測(cè)器的輸出信號(hào)作比較，二者的比值就是在同一光源下探測(cè)器產(chǎn)生單位信號(hào)所對(duì)應(yīng)的樣品中的校準(zhǔn)光生率。9.3.5如果已知樣品的透射光譜和反射光譜，光源光譜的光生就等于吸收光子的總和乘以一個(gè)電子的電荷數(shù)，光生再除以來(lái)自同一光源的光強(qiáng)探測(cè)器電壓即為比例常數(shù)。10試驗(yàn)步驟硅錠應(yīng)破碎為硅塊后進(jìn)行測(cè)試。10.2硅塊的測(cè)試10.2.1.2把樣品放在傳感器上方，在校準(zhǔn)電導(dǎo)期間記錄樣品與傳感器的距離。5GB/T42907—202310.2.1.3使用高強(qiáng)度和高脈沖的光源持續(xù)照射硅塊，直到光電導(dǎo)達(dá)到可用光源的峰值，然后盡可能迅速地關(guān)閉光源使光信號(hào)急劇截止，隨后光照的1/e衰減時(shí)間小于所記錄壽命的1/5。以探測(cè)深度作為有效硅塊厚度(W),可以由光電導(dǎo)推出硅塊樣品中的平均非平衡載流子濃度。10.2.1.4記錄非平衡載流子密度為5×101?cm-3時(shí)的壽命，記錄整個(gè)曲線，或說(shuō)明記錄壽命的特定載流子密度，并將傳感器深度作為有效寬度。10.2.2.1測(cè)試并記錄硅塊厚度、電阻率以及樣品溫度。10.2.2.2把樣品放在傳感器上方，在校準(zhǔn)電導(dǎo)期間記錄樣品與傳感器的距離。10.2.2.3用一個(gè)波長(zhǎng)大于950nm的長(zhǎng)緩衰型脈沖光照射樣品，其脈沖持續(xù)時(shí)間和衰減速率超過(guò)材料中最長(zhǎng)的預(yù)期體壽命至少3倍。10.2.2.4將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)測(cè)到的光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生率，按照9.3,計(jì)算光生比例常數(shù)。10.2.2.5根據(jù)預(yù)期的擴(kuò)散長(zhǎng)度，使用硅塊樣品的有效壽命與有效寬度的計(jì)算或按附錄C中的數(shù)值分10.2.2.6對(duì)擴(kuò)散長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，利用實(shí)測(cè)壽命和體壽命之間的傳遞函數(shù)，并使用硅塊樣品的有效壽命與有效寬度的計(jì)算或按照附錄C中的數(shù)值分析方法，迭代有效樣品寬度和體壽命直至自洽。10.2.2.7如果需要，按照附錄A進(jìn)行陷阱修正。10.3硅片的測(cè)試10.3.1.2把樣品放在傳感器上方，在校準(zhǔn)電導(dǎo)期間記錄樣品與傳感器的距離。結(jié)束后電導(dǎo)的變化。10.3.1.4將光電導(dǎo)轉(zhuǎn)化為平均注入載流子濃度，在測(cè)試允許的載流子濃度范圍內(nèi)，確定有效壽命和非平衡載流子濃度間的函數(shù)關(guān)系。10.3.1.5按照附錄B的規(guī)定進(jìn)行，根據(jù)測(cè)試的有效壽命有選擇地計(jì)算一些解釋性參數(shù)，如發(fā)射極飽和電流密度(Joe),表面復(fù)合速度(S)和體壽命(Tbulk)。10.3.2.2把樣品放在傳感器上方，在校準(zhǔn)電導(dǎo)期間記錄樣品與傳感器的距離。10.3.2.3使用1/e衰減時(shí)間至少比硅片中預(yù)期的有效壽命大3倍的照明光源照射樣品和校準(zhǔn)的光強(qiáng)探測(cè)器，其中波長(zhǎng)應(yīng)為850nm或1060nm。10.3.2.4同時(shí)測(cè)試光強(qiáng)和電導(dǎo)率的變化，將光電導(dǎo)轉(zhuǎn)化為平均注入載流子濃度。10.3.2.5將照明光強(qiáng)(探測(cè)器輸出電壓)的變化轉(zhuǎn)化成樣品中光生率的變化。10.3.2.6在測(cè)試允許的載流子濃度范圍內(nèi)，確定有效壽命和非平衡載流子濃度間的函數(shù)關(guān)系。10.3.2.7如果需要，可增加或減弱照明的強(qiáng)度等級(jí)來(lái)擴(kuò)大載流子的濃度范圍。10.3.2.8按照附錄B的規(guī)定進(jìn)行，根據(jù)測(cè)試的有效壽命有選擇地計(jì)算一些解釋性參數(shù)，如發(fā)射極飽和電流密度(Joe),表面復(fù)合速度(S)和體壽命(Tbuk)。6GB/T42907—202311試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理11.1平均載流子濃度的計(jì)算11.1.1通過(guò)使用渦流傳感器，利用遷移率和載流子濃度之間的關(guān)系將光電導(dǎo)轉(zhuǎn)換成平均載流子濃度。11.1.2由渦流傳感器電壓計(jì)算電導(dǎo)值，按照公式(1)計(jì)算?！?1)G——電導(dǎo)，單位為西門(mén)子(S);Rs——薄層電阻，單位為歐姆每方塊(Q/口);a,b,c——電導(dǎo)電壓函數(shù)關(guān)系修正常數(shù)；U?——渦流傳感器電壓，單位為伏(V)。11.1.3樣品厚度(w)按GB/T6618的規(guī)定進(jìn)行測(cè)試。11.1.4遷移率是一個(gè)關(guān)于非平衡載流子濃度△n和摻雜濃度NA和No的函數(shù)。樣品在300K下的常用遷移率模型基于來(lái)自高注入硅的數(shù)據(jù)，并利用多數(shù)載流子的近似凈濃度N與非平衡載流子濃度的加和進(jìn)行估算。樣品的遷移率按照公式(2)進(jìn)行計(jì)算。其中，多數(shù)載流子濃度(Nm)是將所測(cè)的電阻率按照GB/T13389的轉(zhuǎn)換關(guān)系計(jì)算。…pn——電子遷移率，單位為平方厘米每伏秒[cm2/(V·s)];μp——空穴遷移率，單位為平方厘米每伏秒[cm2/(V·s)];△n———非平衡載流子濃度，單位為每立方厘米(cm-3);Nm——多數(shù)載流子濃度，單位為每立方厘米(cm-3)。11.1.5樣品的非平衡載流子濃度按照公式(3)計(jì)算。μp——空穴遷移率，單位為平方厘米每伏秒[cm2/(V·s)];Rs—-薄層電阻，單位為歐姆每方塊(Q/□);q——元電荷；…………為了通過(guò)電導(dǎo)值計(jì)算△n,且由于△n依賴于公式(2),應(yīng)將公式(2)和公式(3)進(jìn)行迭代計(jì)算。11.1.6樣品的光生作用根據(jù)9.3進(jìn)行計(jì)算。光強(qiáng)探測(cè)器上測(cè)得的電壓按公式(4)計(jì)算?！?4)7GB/T42907—2023式中：U?——光強(qiáng)探測(cè)器電壓，單位為伏(V);G(t)——電子空穴對(duì)的光生轉(zhuǎn)化效率；K?-——比例常數(shù)。11.2非平衡載流子復(fù)合壽命的計(jì)算11.2.1樣品非平衡載流子復(fù)合壽命的測(cè)試是在載流子濃度平衡的過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)作為非平衡載流子濃度的函數(shù)光產(chǎn)生過(guò)程得到的。這種載流子濃度是在持續(xù)的光照條件下進(jìn)行監(jiān)測(cè)的(建立一種非平衡載流子和光生之間的穩(wěn)態(tài)),光照停止之后(非平衡載流子發(fā)生瞬態(tài)衰減)或在不同的光照強(qiáng)度下，稱(chēng)11.2.2在光照完全關(guān)閉之后，光生作用被突然終止，瞬態(tài)模式下的有效壽命按照公式(5)計(jì)算?！?5)式中：△n——非平衡載流子濃度，單位為每立方厘米(cm-3)。11.2.3對(duì)于入射光為穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)(緩慢變化)的硅片，在不簡(jiǎn)化為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)的特殊情況下求解連續(xù)性方程，得到有效壽命，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模式下的有效壽命按照公式(6)計(jì)算?！?6)式中：△n——非平衡載流子濃度，單位為每立方厘米(cm-3);G(t)——電子空穴對(duì)的光生轉(zhuǎn)化效率。11.2.4對(duì)于穩(wěn)態(tài)、單色光照射和無(wú)限表面復(fù)合，硅塊樣品的有效壽命按照公式(7)計(jì)算。Teff=Tbulk/aL+1 (7)式中：Teff——有效壽命，單位為微秒(μs);L--—擴(kuò)散長(zhǎng)度，單位為毫米(mm)。11.2.5有效寬度按照公式(8)計(jì)算。Weff=2[L+1/α]…………(8)式中：L——擴(kuò)散長(zhǎng)度，單位為毫米(mm);a---—吸光系數(shù)。11.2.6擴(kuò)散長(zhǎng)度按照公式(9)計(jì)算。L=√Dtbulk…………(9)式中：L——擴(kuò)散長(zhǎng)度，單位為毫米(mm);D——擴(kuò)散系數(shù)，單位為平方厘米每秒(cm2/s),按照附錄B的規(guī)定進(jìn)行；8GB/T42907—20231Ω·cm范圍內(nèi)的p型和n型兩組各6個(gè)硅塊樣品。同一實(shí)驗(yàn)室對(duì)同一組樣品的同一位置重復(fù)測(cè)試20次，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于10%。不同實(shí)驗(yàn)室對(duì)同一組樣品的同一位置分別進(jìn)行測(cè)試3次，測(cè)試結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于15%。15個(gè)硅片樣品。同一實(shí)驗(yàn)室對(duì)同一組樣品的同一位置重復(fù)測(cè)試20次，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于10%。不同實(shí)驗(yàn)室對(duì)同一組樣品的同一位置分別進(jìn)行測(cè)試15次，測(cè)試結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于20%。13試驗(yàn)報(bào)告b)試樣尺寸；d)試樣厚度；e)試樣溫度；g)試樣鈍化情況；h)測(cè)試人員和日期；j)其他。9非平衡載流子壽命GB/T42907—2023非平衡載流子壽命(規(guī)范性)低載流子濃度下非平衡載流子壽命的光電導(dǎo)率的修正A.1低非平衡載流子濃度下陷阱效應(yīng)的修正A.1.1在太陽(yáng)能電池用鑄錠多晶樣品中，在高溫處理前，部分樣本出現(xiàn)了以下明顯的特征：在低非平衡載流子濃度下，按照公式(5)或公式(6)計(jì)算得到的表觀壽命急劇增加，如圖A.1所示。這通常被稱(chēng)為陷阱效應(yīng)。這種明顯提高的壽命是假象，而不是由于過(guò)多的自由電子-空穴對(duì)形成的。這種高壽命(在圖A.1中超過(guò)了80μs)不應(yīng)被確認(rèn)為載流子復(fù)合壽命，因?yàn)檫@種過(guò)量的光電導(dǎo)不對(duì)應(yīng)于硅中自由電子-空穴對(duì)的壽命，也不能顯著改善太陽(yáng)能電池中的電流或電壓。圖A.1準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模式中數(shù)據(jù)修正A.1.2圖A.1說(shuō)明了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模式中簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)修正，圖A.2中說(shuō)明了光電導(dǎo)與光照強(qiáng)度之間的函數(shù)關(guān)系。低光照強(qiáng)度下，光電導(dǎo)隨著光照強(qiáng)度增加而增加，在某一點(diǎn)之上呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系。這一點(diǎn)被稱(chēng)為“偏置光強(qiáng)”的點(diǎn)。在1×101?cm-3的情況下，那一點(diǎn)壽命是可被讀出來(lái)，從而可獲得光電導(dǎo)和光照強(qiáng)度之間的斜率。這條線在光電導(dǎo)數(shù)軸上的截距是陷阱光電導(dǎo)的近似測(cè)試值，總的光電導(dǎo)值減去近似測(cè)試值就可以得到陷阱修正后的值，此時(shí)的壽命和載流子濃度是較為準(zhǔn)確的。光照強(qiáng)度/sums圖A.2準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模式中方法修正A.1.3用修正后的光電導(dǎo)率代替公式(3)中的光電導(dǎo)率，修正后的光電導(dǎo)率按照公式(A.1)計(jì)算。GB/T42907—2023…………(A.1)修正后的光電導(dǎo)率值，單位為西門(mén)子每米(S/m);△otraps——陷阱的光電導(dǎo)率值，單位為西門(mén)子每米(S/m)。A.1.4如圖A.1中所示已修正過(guò)的非平衡載流子壽命，對(duì)精確的偏置點(diǎn)強(qiáng)度選擇是不敏感的。圖A.2中可以看到樣品中大于14suns的任何點(diǎn)都有相同的截距，從而產(chǎn)生相同的修正值，因此所得到的壽命和非平衡載流子濃度相同。A.2耗盡區(qū)調(diào)制(DRM)效應(yīng)的修正當(dāng)在帶pn結(jié)的樣品中體現(xiàn)出與圖A.1中相同的特征時(shí)，公式(A.1)中的修正同樣適用于DRM效應(yīng)。在多晶硅及硅塊樣品中出現(xiàn)低載流子濃度下的過(guò)量光電導(dǎo)情況，陷阱效應(yīng)和DRM效應(yīng)不易區(qū)分，但是上述修正對(duì)以上兩種效應(yīng)都適用。GB/T42907—2023(規(guī)范性)硅片壽命數(shù)據(jù)分析B.1鈍化后的硅片壽命數(shù)據(jù)分析B.1.1公式(5)和公式(6)說(shuō)明了如何測(cè)試一個(gè)關(guān)鍵的和真實(shí)的物理特性，即硅片中的非平衡載流子復(fù)合壽命。在不考慮硅片中復(fù)合機(jī)理時(shí)，測(cè)試結(jié)果較為準(zhǔn)確。但如果能單獨(dú)識(shí)別體復(fù)合、表面復(fù)合和發(fā)射極復(fù)合的復(fù)合機(jī)制，測(cè)試結(jié)果會(huì)更準(zhǔn)確。B.1.2在特殊情況下，若載流子濃度是均勻的，硅片中的非平衡載流子復(fù)合壽命按照公式(B.1)和公式(B.2)計(jì)算，以p型硅舉例。……(B.1)…(B.2)式中：△n非平衡載流子濃度，單位為每立方厘米(cm-3);S———表面復(fù)合速度，單位為厘米每秒(cm/s);w———硅片厚度，單位為毫米(mm);Joe發(fā)射極飽和電流密度，單位為安每平方米(A/m2);n;——本征載流子濃度，單位為每立方厘米(cm-3);NA——受主濃度，單位為摩爾每升(mol/L)。B.1.3如果測(cè)試的有效壽命遠(yuǎn)大于硅片的轉(zhuǎn)化時(shí)間，函數(shù)關(guān)系應(yīng)滿足公式(B.3)。Te(△n)>w2/2D…………(B.3)式中：w——硅片厚度，單位為毫米(mm);D——擴(kuò)散系數(shù)，單位為平方厘米每秒(cm2/s)。這確定了在非平衡載流子濃度低于平均載流子濃度下，沒(méi)有復(fù)合沉降(表面或體積)受到轉(zhuǎn)化限制，如果公式(B.3)是正確的，瞬態(tài)模式就會(huì)獨(dú)立于光激發(fā)的細(xì)節(jié)，如波長(zhǎng)和持續(xù)時(shí)間。在脈沖期間使用非均勻光生作用的情況下，通過(guò)在分析數(shù)據(jù)前等待一個(gè)轉(zhuǎn)化時(shí)間，硅片載流子濃度會(huì)分布在整個(gè)硅片上。B.1.4擴(kuò)散系數(shù)決定載流子擴(kuò)散到表面的速率，擴(kuò)散系數(shù)按公式(B.4)計(jì)算。…………(B.4)式中：D——擴(kuò)散系數(shù)，單位為平方厘米每秒(cm2/s);n——電子濃度，單位為摩爾每升(mol/L);p——空穴濃度，單位為摩爾每升(mol/L);Dn-——電子的擴(kuò)散系數(shù)，單位為平方厘米每秒(cm2/s);Dp—-—空穴的擴(kuò)散系數(shù)，單位為平方厘米每秒(cm2/s)。對(duì)p型材料，在低非平衡載流子濃度的情況下，公式(B.4)的結(jié)果接近于D。,擴(kuò)散系數(shù)在9cm2/s~30cm2/s的近似范圍內(nèi)發(fā)生變化，這說(shuō)明硅片型號(hào)和摻雜濃度既影響轉(zhuǎn)化時(shí)間又影響硅片厚度的依賴性，這在公式(B.3)中更能體現(xiàn)。如果測(cè)試的壽命小于硅片轉(zhuǎn)化時(shí)間，為了符合及運(yùn)用公式(B.3),需要一個(gè)更薄的或者經(jīng)過(guò)表面鈍化的樣品。硅塊壽命的數(shù)據(jù)按附錄C的規(guī)定進(jìn)行。對(duì)于1Ω·cm摻硼的p型材料，Dn是31cm2/s,Dp是11cm2/s。B.2未經(jīng)鈍化的硅片壽命數(shù)據(jù)分析B.2.1在高表面復(fù)合速度限制下，兩種模式被經(jīng)常使用。這兩種模式測(cè)試的都是未鈍化的表面，如硅塊、或切割后的硅片。B.2.2公式(B.5)是光停止一段時(shí)間后用瞬態(tài)模式測(cè)試壽命，這段時(shí)間至少是公式(B.5)中的第二項(xiàng)所的1/5,如果在光脈沖期間使用均勻的光生作用會(huì)更快，確定均勻光生作用下的厚片的體壽命按公式(B.5)計(jì)算。Teff(△n)——有效壽命，單位為微秒(μs);D———擴(kuò)散系數(shù)，單位為平方厘米每秒(cm2/s);△n———非平衡載流子濃度，——硅片厚度，單位為毫米(mm)。該公式通常用于使用均勻光生成來(lái)測(cè)量厚硅片的體壽命。使用厚的硅片樣品可以使第二項(xiàng)變小，從而提高體壽命測(cè)量的精度。非平衡載流子濃度低的情況下，公式(B.4)和公式(B.5)中的擴(kuò)散常數(shù)D是雙極擴(kuò)散常數(shù)，其接近硅片中少數(shù)載流子的擴(kuò)散系數(shù)。如果擴(kuò)散長(zhǎng)度小于硅片厚度，在強(qiáng)吸收的光照條件下公式(B.5)是不準(zhǔn)確的，因?yàn)榉瞧胶廨d流子在硅片中均勻分布前會(huì)隨時(shí)間消失。B.2.3對(duì)于沒(méi)有表面鈍化的有均勻光生作用的樣品的有效壽命按公式(B.6)計(jì)算，與穩(wěn)態(tài)公式相符合。w——硅片厚度，單位為毫米(mm);L———擴(kuò)散長(zhǎng)度，單位為毫米(mm)。B.2.4公式(B.1)和公式(B.3)被廣泛應(yīng)用于表面鈍化、發(fā)射極飽和體壽命的測(cè)試和開(kāi)發(fā)、優(yōu)化和維護(hù)。公式(B.5)和公式(B.6)的應(yīng)用不廣泛，但是對(duì)于切片和清洗后的硅片的載流子壽命數(shù)據(jù)的分析是有用的。一般情況而言，數(shù)值模擬用于瞬態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模式下壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析。B.3摻硼硅中間隙鐵的測(cè)定本文件中的壽命測(cè)試方法可計(jì)算摻硼硅中的間隙鐵的濃度。為了確定間隙鐵濃度，測(cè)試光吸收之前和之后的硅片樣品的有效壽命。測(cè)試壽命的差異被用來(lái)估算硅片的間隙鐵濃度。GB/T42907—2023(規(guī)范性)硅塊壽命數(shù)據(jù)分析C.1穩(wěn)態(tài)法測(cè)試硅塊壽命的數(shù)據(jù)分析C.1.1硅塊樣品壽命的測(cè)試方法已在第10章中描述，且可推廣到高表面復(fù)合塊體材料中。測(cè)試硅塊樣品最重要的是明確公式(2)、公式(3)、公式(5)、公式(6)中平均非平衡載流子濃度。除了光致激發(fā)在表面被吸收和擴(kuò)散長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于硅塊厚度的情況外，在大多數(shù)情況下，硅塊平均非平衡載流子濃度是載流子除以硅塊厚度的積分。在硅塊樣品中，載流子的激發(fā)與傳感僅僅在樣品表面附近進(jìn)行。C.1.2硅塊樣品中的載流子濃度應(yīng)用加權(quán)平均值描述，不能使用單位厚度內(nèi)載流子數(shù)量的算術(shù)平均值。加權(quán)平均載流子濃度(△nawg)按照公式(C.1)計(jì)算。加權(quán)平均值僅針對(duì)器件中具有過(guò)量光誘導(dǎo)的載流子濃度的部分?！?C.1)式中：加權(quán)平均非平衡載流子濃度，單位為每立方厘米(cm-3);△n———非平衡載流子濃度，單位為每立方厘米(cm-3)。C.1.3被定義為高濃度區(qū)總的非平衡載流子濃度除以公式(C.1)中的加權(quán)平均非平衡載流子濃度是有效寬度Weff,按公式(C.2)計(jì)算?！?C.2)式中：Wef——有效寬度，單位為毫米(mm);C.1.4載流子濃度分布的有效寬度是一個(gè)非常有用的參數(shù)。公式(C.1)和公式(C.2)的內(nèi)容