[发明专利]一种电光独立调制的瞬态光电压测试系统

说明书

技术领域

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

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。

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。

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

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。

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：

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；

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；

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

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。

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。

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。

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。

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。

可选地，所述电调制回路包括串联的电压源与低通滤波器。

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。

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。

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。

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。

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。

可选地，所述半导体器件为太阳能电池或半导体PN结。