半导体太阳能电池受辐照后的少子寿命
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• 参阅文献就正弦信号测量二极管少数载流 子寿命的原理可从理论上分析试验结果及 误差，改进测量结果
望道中期报告
参考文献
① 刘恩科，朱秉升，罗晋生等，半导体物理学（第6版），北京：电子工业出版社，2003.8 ② 刘树林，张华曹，柴常春，半导体器件物理，北京：电子工业出版社，2005.2 ③ RAYMOND H.DEAN,CHARLES J.NUESE,”A Refined Step-Recovery Technique for Measuring Minority Carrier Lifetimes and Related Parameters in Asymmetric p-n Junction Diodes”.IEEE,NO.3,1971 ④ E.M.Pell,”Recombination Rate in Germanium by Observation of Pulsed Reverse Characteristic” Physics Revies,Vol 90,Num 2.1953.4 ⑤ 崔国庆等，阶越反向恢复法测量PIN二极管少子寿命，电子器件，2004.12 ⑥ 崔国庆，王建华，黄庆安，秦明，PIN二极管少子寿命测试方法，电子器件，2004.6 ⑦ 王渭源，用阶越恢复法测定砷化镓结型（p-n和m-s结）两极管的载流子寿命，物理学报，
1
948.1 931.6 942.9 957.8 967.4 981 986.1 1004.4 1026.7 1011.1 833.4
结果分析：改变电阻对结果影响不大。 所采用的拟合公式本来就不是精确解， 从电荷控制方程出发对边界条件的选 取都是近似，文献指出从连续性方程 出发可得精确解，但含不易测量参数。
半导体太阳能电池受辐照后的少 子寿命
06300190086 周敏 物理学系
指导老师：陆昉
望道中期报告
• 研究目的意义 • 实验原理 • 初步的实验结果 • 下一步的研究计划
望道中期报告
望道中期报告
方波脉冲测量
ts 存储时间，t f 下降时间 取近似 Q(ts ) 0
可用公式 ts ln(1 I f )
4.5 7.75E-07 15 8.55E-07
4
7.62E-07 20 9.09E-07
3.5 7.44E-07 25 8.98E-07
3
7.17E-07 30 8.91E-07
2.5 6.93E-07 35 8.55E-07
2
5.89E-07 40 8.55E-07
1.5 3.22E-07 45 8.31E-07
ip, f 2 f
60 60
60
60
60
Ep
f(kHz)
wt
Ir/If
5
8 1.31E-06 0.0656 0.08411
5
8 1.45E-06 0.0728 0.09333
5
8 1.80E-06 0.0907 0.11628
5
8 1.80E-06 0.0907 0.11628
4
8 1.49E-06 0.0748 0.10318
ts
/
ln(1
If Ir
)
反向V(r) 5
4.6 4.2 3.8 3.4
3 2.6 2.2 1.8 1.4
1
T
830.4 838.2 837.7 856.4 859.5 879.3 881.6 895.5 909.5
926 948.1
正向V(f) 5
4.6 4.2 3.8 3.4
3 2.6 2.2 1.8 1.4
ts ln(1 I f )
Ir
实验电路图
正弦波可变参量
•串联电阻 •信号幅值 •信号频率
(1 0 )
ip,r
Ep
ip, f 2 f
我们先测量普通Si二极管的少数载流子寿命然后测GaAs太阳能电池pn结
望道中期报告
Si(方波脉冲)—改变正反向电压结果
实验误差的来源有公式的拟合。取 Q(ts ) 0
Ir
望道中期报告
正弦信号 测量
在满足条件0 0.3,0 sin 0.3
下可由公式
(1 0 )
ip,r
Ep
ip, f 2 f
得出少数载流子寿命 。
测量 GaAs时,还要除 去电容性导电的影响
望道中期报告
实验电路图
方波脉冲可变参量:
•串联电阻
•正向偏压 •反向偏压
ts ln(1 I f ) ln(Q(ts ))
Ir
Ir
取 Q(ts ) 0 对每一组正反向电压
曲线求解，误差大。Q(ts ) 0 线形
拟合，正反向电压线形拟合结果有差 别，正向拟合线形好。 所有的方波脉冲实验表明，此Si样品 的少数载流子寿命能确定在
900~1000ns
望道中期报告
望道中期报告
Si(正弦信号)—改变幅值 E p 和频率
考虑电源内阻，串联电阻影响可忽略 满足条件 0 0.3, 0 I p,r / I p, f 0.3 （前五组） 增大幅值，结果接近方波脉冲。频率影响不 大，可用该法测GaAs二极管。
Ep
f / kHz
5
7.79E-07 10 8.55E-07
1
-3.54E-07 50 8.34E-07
望道中期报告
GaAs(方波脉冲)：没有反向存储时间ts ，不能测量！
Fra Baidu bibliotek
望道中期报告
GaAs(正弦波)—改变频率、电阻
电容影响效应很大
望道中期报告
GaAs-正弦信号测量结果
R 20 40 60
(1 0 )
60 60
ip,r
Ep
60 60
5
5 1.73E-06 0.05442 0.06977
5
6 1.43E-06 0.05379 0.06897
5
7 1.44E-06 0.06349 0.0814
5
8 1.62E-06 0.08163 0.10465
5
9 1.60E-06 0.0907 0.11628
5
10 1.88E-06 0.11791 0.15116
5
11 1.86E-06 0.12847 0.16471
所有的数据都满足条件 0 0.3 由于电容效应很大导致读取数据的困难，会引进很大误差。实验选取幅值最大，电 阻和频率可调节到最佳状态进行测量 。因此，估计该GaAs样品的少子寿命1.5~2us
下一步研究计划
• 用正弦信号测量受不同辐照的GaAs太阳能 电池样品的少数载流子寿命，分析辐照对 其寿命的影响以为进一步研究其与太阳能 电池效率关系
望道中期报告
参考文献
① 刘恩科，朱秉升，罗晋生等，半导体物理学（第6版），北京：电子工业出版社，2003.8 ② 刘树林，张华曹，柴常春，半导体器件物理，北京：电子工业出版社，2005.2 ③ RAYMOND H.DEAN,CHARLES J.NUESE,”A Refined Step-Recovery Technique for Measuring Minority Carrier Lifetimes and Related Parameters in Asymmetric p-n Junction Diodes”.IEEE,NO.3,1971 ④ E.M.Pell,”Recombination Rate in Germanium by Observation of Pulsed Reverse Characteristic” Physics Revies,Vol 90,Num 2.1953.4 ⑤ 崔国庆等，阶越反向恢复法测量PIN二极管少子寿命，电子器件，2004.12 ⑥ 崔国庆，王建华，黄庆安，秦明，PIN二极管少子寿命测试方法，电子器件，2004.6 ⑦ 王渭源，用阶越恢复法测定砷化镓结型（p-n和m-s结）两极管的载流子寿命，物理学报，
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948.1 931.6 942.9 957.8 967.4 981 986.1 1004.4 1026.7 1011.1 833.4
结果分析：改变电阻对结果影响不大。 所采用的拟合公式本来就不是精确解， 从电荷控制方程出发对边界条件的选 取都是近似，文献指出从连续性方程 出发可得精确解，但含不易测量参数。
半导体太阳能电池受辐照后的少 子寿命
06300190086 周敏 物理学系
指导老师：陆昉
望道中期报告
• 研究目的意义 • 实验原理 • 初步的实验结果 • 下一步的研究计划
望道中期报告
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方波脉冲测量
ts 存储时间，t f 下降时间 取近似 Q(ts ) 0
可用公式 ts ln(1 I f )
4.5 7.75E-07 15 8.55E-07
4
7.62E-07 20 9.09E-07
3.5 7.44E-07 25 8.98E-07
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7.17E-07 30 8.91E-07
2.5 6.93E-07 35 8.55E-07
2
5.89E-07 40 8.55E-07
1.5 3.22E-07 45 8.31E-07
ip, f 2 f
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f(kHz)
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Ir/If
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8 1.31E-06 0.0656 0.08411
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8 1.45E-06 0.0728 0.09333
5
8 1.80E-06 0.0907 0.11628
5
8 1.80E-06 0.0907 0.11628
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8 1.49E-06 0.0748 0.10318
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ln(1
If Ir
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反向V(r) 5
4.6 4.2 3.8 3.4
3 2.6 2.2 1.8 1.4
1
T
830.4 838.2 837.7 856.4 859.5 879.3 881.6 895.5 909.5
926 948.1
正向V(f) 5
4.6 4.2 3.8 3.4
3 2.6 2.2 1.8 1.4
ts ln(1 I f )
Ir
实验电路图
正弦波可变参量
•串联电阻 •信号幅值 •信号频率
(1 0 )
ip,r
Ep
ip, f 2 f
我们先测量普通Si二极管的少数载流子寿命然后测GaAs太阳能电池pn结
望道中期报告
Si(方波脉冲)—改变正反向电压结果
实验误差的来源有公式的拟合。取 Q(ts ) 0
Ir
望道中期报告
正弦信号 测量
在满足条件0 0.3,0 sin 0.3
下可由公式
(1 0 )
ip,r
Ep
ip, f 2 f
得出少数载流子寿命 。
测量 GaAs时,还要除 去电容性导电的影响
望道中期报告
实验电路图
方波脉冲可变参量:
•串联电阻
•正向偏压 •反向偏压
ts ln(1 I f ) ln(Q(ts ))
Ir
Ir
取 Q(ts ) 0 对每一组正反向电压
曲线求解，误差大。Q(ts ) 0 线形
拟合，正反向电压线形拟合结果有差 别，正向拟合线形好。 所有的方波脉冲实验表明，此Si样品 的少数载流子寿命能确定在
900~1000ns
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Si(正弦信号)—改变幅值 E p 和频率
考虑电源内阻，串联电阻影响可忽略 满足条件 0 0.3, 0 I p,r / I p, f 0.3 （前五组） 增大幅值，结果接近方波脉冲。频率影响不 大，可用该法测GaAs二极管。
Ep
f / kHz
5
7.79E-07 10 8.55E-07
1
-3.54E-07 50 8.34E-07
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GaAs(方波脉冲)：没有反向存储时间ts ，不能测量！
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GaAs(正弦波)—改变频率、电阻
电容影响效应很大
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GaAs-正弦信号测量结果
R 20 40 60
(1 0 )
60 60
ip,r
Ep
60 60
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5 1.73E-06 0.05442 0.06977
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6 1.43E-06 0.05379 0.06897
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7 1.44E-06 0.06349 0.0814
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8 1.62E-06 0.08163 0.10465
5
9 1.60E-06 0.0907 0.11628
5
10 1.88E-06 0.11791 0.15116
5
11 1.86E-06 0.12847 0.16471
所有的数据都满足条件 0 0.3 由于电容效应很大导致读取数据的困难，会引进很大误差。实验选取幅值最大，电 阻和频率可调节到最佳状态进行测量 。因此，估计该GaAs样品的少子寿命1.5~2us
下一步研究计划
• 用正弦信号测量受不同辐照的GaAs太阳能 电池样品的少数载流子寿命，分析辐照对 其寿命的影响以为进一步研究其与太阳能 电池效率关系