[发明专利]一种光电器件微区光电流/反射图像特征提取及分析方法

说明书

本发明公开了一种光电器件微区光电流/反射图像特征提取及分析方法，具体包括：分别提取光电器件表面平面电池区域无微纳结构和有微纳结构区域的光电流图像和反射图像；对所述光电流图像和反射图像进行去背景变换，得到变换后的光电流图像和反射图像；分别对所述变换后的光电流图像和反射图像进行特征提取，建立二者特征的联系；根据所述图像特征提取电学影响因子来定量计算微纳结构的引入对于器件电学性能的影响。本发明的方法能够衡量微纳结构对于器件光学、电学方面的贡献，对于光电器件研发及优化具有重要意义。

技术领域

本发明具体是一种光电器件微区光电流/反射图像后处理方法，属于光电器件测试研究领域。

背景技术

随着纳米科学、微纳加工技术的迅速发展，基于半导体纳米材料的光电器件的研究发展迅速，光电器件的研究已然进入微纳米时代，对微纳光电材料及器件的测试技术提出了更高的需求。建立新的微区表征方式，探究微观结构与光电性能之间的关系对于新材料的设计与器件制备过程的优化有着重要意义。

激光束诱导光电流成像或扫描光电流谱是研究微纳尺度下光电转换机理的有效方法，在这一技术中，通常采用光学显微物镜(或透镜组)将激光聚焦到微米/亚微米尺度，并通过对激光进行扫描的方式，逐点记录器件的光电流响应，最终形成扫描区域光电流像，是一种微观尺度对器件光电性能的直观表征手段。

激光束诱导光电流成像技术已经在晶体硅太阳能电池、砷化镓电池、铜铟镓硒太阳能电池、碲化镉太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池等多种体材料和薄膜材料电池中得到应用，表征了这些器件中微区的光电流变化情况，可用于分析器件中微纳尺度的陷光结构、晶粒、缺陷等对器件光电流的影响，也被用于研发前沿的二维材料探测器、表面等离激元探测器、半导体纳米线电池等多种微纳米半导体器件中，给出了器件微观光电信号变化的图像。

然而，激光诱导光电流成像表征了微米纳米结构对光电器件光学、电学的综合影响，其定量分析还存在以下几方面的问题：

(1)无法区分微纳结构对器件的光学和电学方面分别的贡献

在光电器件的微纳陷光技术和缺陷分析研究中，常常需要分别确定微纳结构对器件光学、电学方面的影响。如在太阳能电池的黑硅技术中，通常采用将硅表面进行微米及亚微米尺度的刻蚀降低电池的光学反射率，然而这些亚微米结构通常还会引起电池中的表面复合和俄歇复合等电学上的影响，精确衡量其中的光学、电学影响进而加以优化，是该技术未来发展的趋势，这需要在微纳尺度上对结构的光、电性质进行去耦合，定量分析其电学性质对器件的影响。另一个例子是半导体中的缺陷，同样需要衡量缺陷结构对器件引起的光学、电学的影响，对其进行综合评估与分类。

(2)微纳结构的随机性导致光电流像不均匀，物理意义难以阐明

另外一方面，通常光电器件表面微纳尺度上的陷光结构、晶粒、缺陷、位错结构的尺寸和形貌存在一定的随机性，结光电流像通常十分不均匀，阻碍了其物理意义的阐明。而仅仅通过图像加权取平均这种方式又会引起图像粗糙度等信息的丢失，无法精确描述其图像特征，需要在光电流成像中引入图像特征提取方法，进一步对图像物理意义的定量化。

(3)如何对微区光学、光电流图像变换从而准确提取结构对器件电学影响因子

通过对结构微区反射信号进行提取形成微区反射像可以表征器件光学特征，与光电流图像的特征相配合有望定量评估结构对器件电学特性的影响，然而这两类图像的信息表征不同的物理量，存在不同信号背景的偏置信息，需对图像进行变换，建立二者直接联系，才能对图像进行定量评估。

因此，在光电器件微区成像系统中，需提出对光电流像、反射像图像变换及特征提取的方法，通过建立二者特征的联系，定量计算微纳结构的引入对器件电学性能的影响，这对于光电器件研发及优化具有重要意义。

发明内容