光束诱导电流成像检测系统
光束诱导电流成像检测系统
系统简介
光束诱导电流成像检测系统—LBIC(Light-Beam Induced Current mapping system)是一种逐点扫描成像检测技术;通过激光单色性和会聚性,逐点表征光电子器件(包括太阳电池)微区特性;并通过二维扫描(Mapping),形成器件参数的平面分布图像,反映其平面均匀性。
系统可广泛应用到单晶硅、多晶硅、非晶硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)、有机半导体、染料敏化、微纳颗粒、钙钛矿等各种材料的太阳电池研究,特别是小面积电池的研究;也可应用到GaAs、InP、GaN基分立器件和探测器阵列芯片的研发。适合广大科研工作人员以及企业研发人员使用。

图1光束诱导电流成像检测系统(LBIC)
系统组成
系统主要由主机、控制系统、软件平台三大部分组成。主机部分含激光器,三维显微载物台,CCD探测器、标准探测器、以及数据采集器;控制系统由激光器控制电源,电源表,三维显微载物台控制器、数字源表、抽气泵控制电源等组成;软件包含扫描控制、数据采集控制、数据处理以及数据存储等。
 
系统参数
测量面积(mm2 1´ 1~156 ´ 156
激光器(nm) 532,980(标配,其他波长可选)
激光光斑(μm) 100、50
测试电流范围(mA) 0.001~1
测试模式 LBIC mapping,LBIV mapping
扫描步长(mm) 0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、4,可自定义
扫描速度(points/s) 15
测量方式 单点、连续扫描(mapping)
 
功能和特点
 短路电流逐点成像,观察电池电流的均匀特性,阵列的均匀特性;
 单波长反射率逐点成像,观察钝化膜以及表面制绒的均匀特性;
 单波长量子效率;
 电池缺陷(晶界和位错)分布(尺度大于0.5 mm)
 克服了大面积光照下I-V测试与单点光谱测试的不对应性和不准确性
 可依据用户具体需求,特殊定制波长和光斑尺度。
 
应用案例
1            多晶硅电池
    125´125 mm2多晶硅太阳能电池平面的光束诱导电流成像(LBIC,左图)和电压成像(LBIV,右图)。如下图2:
         
      图2 电流成像(LBIC,左图)                电压成像(LBIV,右图)
上图2反映出缺陷的分布及短路电流的不均匀特性。左图反映了电池平面内短路电流的不均匀分布,右图反映了微区电压的横向扩展特性。
2   单晶硅电池
    1´1 cm2小面积单晶硅太阳电池光束诱导电流、电压三维成像。如下图3:

图3 电流三维成像(LBIC,左图)                  电压三维成像(LBIV,右图)
可以直观观测微区电压横向扩展特性。
3 晶体硅短路电流扫描成像
    1´1 cm2小面积晶体硅太阳电池的短路电流扫描成像,如下图4:
                                  
                                        图4晶体硅短路电流扫描成像
    如上图4所示,左下角黄色说明短路电流减小,即有泄漏,反映了电池制备过程中的工艺问题(这里为掩膜开裂等工艺问题)。
4 晶体硅短路电流、并联电阻二维分布
借助电源表反向偏置,逐点测量短路电流,获得二维电流分布(图5左);
借助电源表在微偏置电压下,获得并联电阻二维扫描图像(图5右)。
                             
图5 1´1 cm2晶体硅电池短路电流二维图(左)      1´1 cm2晶体硅电池并联电阻二维图(右)
如上图5 左图所示,其中黑白相间的弧线反映出衬底中杂质纹路(黑心硅)。如右图所示,通过右侧数值标定,可以清楚地看到整个平面内并联电阻阻值在(1.5~3.5)´106 W内变化,左下角高于右上角;右中花斑为电极焊盘。
5 石墨烯电池
    通过LBIC图像可以确定石墨烯电池的有源区大小和位置,并在一定的分辨率下观察其光电响应的分布状况。如下图6所示:扫描图中中间亮度很高的正方区域就是该石墨烯电池的有源区。
                                        
                                                      图6石墨烯电池LBIC图像
由上图6中,可以看到有源区中有两个暗斑,说明这两处存在缺陷。
6 有机电池
    该有机电池是由6条有机太阳电池组合而成,对其进行短路电流扫描,可得如下图7所示:
                                        
                                                  图7 有机电池短路电流扫描图像
    由上图7可知,这6条电池的光电性能不一致,并且每块电池的光电性能也不均匀,下面三条要优于上面三条,这表明器件性能不均匀特性与制备工艺有关。
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