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knightshui木虫 (小有名气)
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【求助】多晶硅的反射谱或吸收谱，及其机理解释 已有4人参与
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soloroc
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2楼2010-11-05 15:33:30
knightshui
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3楼2010-11-05 18:45:26
soloroc
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4楼2010-11-05 21:53:28
SCU_magiclee
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夕阳西下:述一般适用于单晶硅，但是多晶硅在某些情况下也使用。即晶粒尺寸足够大，晶界较少，对少数载流子的寿命影响很小的情况下适用。为什么对少数载流子的寿命影响很小的情况下适用？ 2010-11-07 11:32:05
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夕阳西下:述一般适用于单晶硅，但是多晶硅在某些情况下也使用。即晶粒尺寸足够大，晶界较少，对少数载流子的寿命影响很小的情况下适用。为什么对少数载流子的寿命影响很小的情况下适用？ 2010-11-07 11:32:05
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首先，我觉得用机理解释这个词可能不大合适。这个东西是非常成熟的理论（半导体、凝聚态物理）和光谱技术（IR,PL）的结合，是已经有定论的东西了。一般说机理解释，好像大多用来说新的，还存在争议的现象等等。呵呵，只是感觉，楼主勿怪。 言归正传，说说我的一点认识： 1.入射光照射到多晶硅上，一部分光被反射，一部分光透过，还有一部分光被吸收，三者的和是光的总强度1.一般是短波的光（光子能量大于Eg）很容易被反射，能量小于Eg的光的一部分被多晶硅中的杂质和晶格吸收，剩下的一部分透过。 2.（单晶）硅中最重要的就是对电学性能有作用的浅杂质（P/B/AS.....），这些杂质占据了很少一部分硅的格点位置，和硅形成共价键。根据不同的杂质分为N和P型。以N型磷掺杂的样品为例，室温下，由于晶格热振动，束缚在磷原子上的电子通过晶格振动获得一定能量，得以脱离这个束缚，即电离。脱离束缚的电子就进入导带，参与导电。如果在极低温下（<15K），可忽略杂质电离，如果样品补偿也忽略，那么这时候得到的红外吸收光谱的光源提供的光的能量就用来激发这些未电离的原子态杂质，检测器得到的光强可以换算为透过率，进而转换为吸收光谱，光谱反应了杂质态束缚电子的激发和驰豫信息。吸收峰的位置（波数）可以拿来定性，而峰高（峰面积）则可以拿来定量。具体过程还要复杂，这里不太好说清楚，建议看看半导体物理书和红外光谱原理的书。一般测碳和氧就用常温红外光谱，而三五族杂质就需要低温光谱技术如LT-FTIR、LT-PL。 3.2所述一般适用于单晶硅，但是多晶硅在某些情况下也使用。即晶粒尺寸足够大，晶界较少，对少数载流子的寿命影响很小的情况下适用。当然，单晶多晶毕竟有差异，可能在峰位和峰形上会有些差别，但大体上是差不多的。 4.看楼主专业是太阳电池。在太阳电池领域，反射谱一般用于表征减反射层的减反射效果。即为了得到最佳的反射层，使反射竟可能低，这样吸收得就多，更多的光就被利用，从而提升光电转换效率。 写得有点乱，也比较通俗，如果哪里不严谨的话，还请高手帮忙指出，以免误导他人。 [ Last edited by SCU_magiclee on 2010-11-7 at 10:54 ] |
5楼2010-11-07 10:34:35
SCU_magiclee
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夕阳西下:根据温度的变化，电离分以下几种情况：低温弱电离，也就是只有部分杂质电离。2。随着温度的升高，杂质完全电离。3。温度继续升高，杂质已完全电离，开始本征电离，也就是电子油价带跃迁到导带的过程。每一个阶段吸收谱线都会有所不同。 2010-11-08 05:59:52
GrasaVampiro(物理EPI+1): 2010-11-08 07:02:47
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夕阳西下:根据温度的变化，电离分以下几种情况：低温弱电离，也就是只有部分杂质电离。2。随着温度的升高，杂质完全电离。3。温度继续升高，杂质已完全电离，开始本征电离，也就是电子油价带跃迁到导带的过程。每一个阶段吸收谱线都会有所不同。 2010-11-08 05:59:52
GrasaVampiro(物理EPI+1): 2010-11-08 07:02:47
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答夕阳西下。 1.要了解低温红外的原理（LT-IR）。室温下浅杂质基本完全电离，不会吸收红外光的能量（只有中性态的杂质才能吸收红外光实现跃迁）。极低低温下，电离可忽略，即绝大部分浅杂质回到了中性原子状态。但是补偿部分的杂质还是处于电离状态的（以N型硅为例，磷的能级比硼高，硼原子束缚了空穴，即在低能级有空状态，磷的能级上的电子就会就填充硼能级上的这些空状态）。这样即使在极低温下，也没有办法测出全部的杂质总量，只能得到补偿后的净杂质含量。该净含量就对应电阻率-浓度的换算值。要测出总的含量，需要额外用能量大于Eg的背景光照射，以激发价带电子跃迁到导带，产生大量电子-空穴对，依靠这些电子-空穴对来把绝大部分处于电离状态的磷和硼“还原为中性态”（这是一个动态平衡过程，即光照条件下的光生载流子产生和复合的平衡）。这时候采集的红外光谱反映的就是总的杂质的光谱信息。 2.多晶硅细分的话有很多种，（1）刚刚从多晶硅原料生产线上下来的多晶硅棒（2）多晶太阳电池厂商通过铸锭得到的多晶锭。前一种属于微晶硅，很多的晶界，晶粒尺寸也很小，载流子在晶粒内部传输的距离非常短就会被晶界上的杂质，缺陷复合掉。我觉得这种微晶硅的能带结构更接近于非晶硅。而后者晶粒尺寸和工艺有关（冷却时间or长晶时间）。如果晶粒尺寸太小，结构完全长程无序，硼和磷受到的就不是晶体的周期性的势场作用，那不同位置杂质的电离的情况就是不确定的，有的地方电离能高，有的低，电离能分布的离散有两个结果：（1）吸收线宽变宽；（2）吸收强峰度变弱。晶粒尺寸越大，越接近单晶，硼和磷受到的作用就越趋近于周期性势场作用力，从而得到的光谱信息也就越接近于单晶。另外，微晶的能带结构应该更接近于非晶，那么上述LT-IR中提到的能量大于Eg的背景光照射可能就失效了，应该要用更强的光才可能有作用，就算背景光能激发电子-空穴对，这些也未必就能被用来“还原电离的杂质”，因为晶界太多，散射和复合太强了，可能都被消耗掉了。这就无法达到LT-IR测试所必须的两个条件。 以上是我自己的一些体会，可能有严重的缺陷，欢迎拍砖。 [ Last edited by SCU_magiclee on 2010-11-7 at 12:50 ] |
6楼2010-11-07 12:39:41
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恩，我的表述确实不够严谨。应该说，入射光（无论能量大小）有大约30%（硅的反射系数R=(n-1)^2/(n+1)^2, n>=3.41(折射率)）被反射，这部分光被白白浪费。为了利用这部分光，就要做减反射层。能量大于Eg的一部分光都被硅（表面）吸收，这部分光虽然激发了电子-空穴对，但是对光电转换贡献很小，因为大部分电子-空穴对都被硅表面的界面态和缺陷给复合了。所以为克服界面的复合，就要做钝化以及背场等。 川大的太阳能电池牛这个说法可能仁者见仁吧。据我所知，冯XX教授还是比较牛的，是做实事的，花了国家的钱，也确实把碲化镉薄膜电池做得不错。不像很多别的老板，花钱-发点文章-结题。但是他们组要人才断档了。。现状就是：老的退了，年轻的老师上不来。再加上这个组重项目、实验、最终结果（东西做出来与否）而轻文章（连续N多年没啥像样的文章），但文章在中国科研界何其重要啊。老教授当然可以无视文章，因为他们的实力、资历、人脉摆在那，但是年轻的老师没有有分量的文章，你如何申请课题，如何开展研究？！。。偏题了。。呵呵，不说了，不然又扯到中国特色的科研了。。 哦，我不是搞太阳电池的。呵呵，只是学过半导体物理，对光伏这块比较感兴趣，自己喜欢看看国内外的一些文章和博士论文，自学自娱自乐吧。。目前已工作，倒是想再读个太阳电池这块的博士，但是好的导师可能不要我这种想读在职的，一般的导师我又看不上。很迷茫啊。。强烈的科研兴趣正在一点点消亡！ |
9楼2010-11-10 21:11:58
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