BiasMDP 技術(shù)搭配MDPmap設(shè)備，開(kāi)啟表面鈍化檢測(cè)新方式

在能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，追求更高效率的太陽(yáng)能電池成為行業(yè)核心目標(biāo)。而這其中，表面鈍化技術(shù)的優(yōu)劣起著決定性作用。要深入理解和優(yōu)化表面鈍化，精準(zhǔn)測(cè)量固定電荷和界面缺陷密度這兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)至關(guān)重要。為大家介紹一項(xiàng)行業(yè)變革的創(chuàng)新技術(shù)——基于微波探測(cè)光電導(dǎo)衰減法（MDP）的BiasMDP技術(shù)，這一技術(shù)在實(shí)驗(yàn)測(cè)量環(huán)節(jié)，Freiberg Instruments公司的MDPmap型號(hào)設(shè)備發(fā)揮了重要作用。

在BiasMDP技術(shù)出現(xiàn)之前，電容 - 電壓法（C(V)）和電暈充電技術(shù)是常用的檢測(cè)手段。但這些方法不僅操作復(fù)雜，對(duì)樣品制備要求高，而且難以實(shí)現(xiàn)高分辨率的二維測(cè)量。這些傳統(tǒng)方法的局限性愈發(fā)凸顯，開(kāi)發(fā)新的檢測(cè)技術(shù)迫在眉睫。

BiasMDP技術(shù)巧妙地在MDP（微波探測(cè)光電導(dǎo)率衰減法）技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新。MDP技術(shù)原本就能通過(guò)微波探測(cè)光電導(dǎo)來(lái)測(cè)定載流子壽命，而BiasMDP在此基礎(chǔ)上增加了一個(gè)關(guān)鍵步驟——在鈍化層頂部電極施加偏置電壓。當(dāng)外部偏置電壓恰到好處地補(bǔ)償固定電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)時(shí)，載流子壽命會(huì)急劇下降。研究人員正是抓住這一特性，通過(guò)精確測(cè)量此時(shí)的載流子壽命，進(jìn)而計(jì)算出固定電荷和界面缺陷密度（如圖 1）。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)150mm晶圓上相關(guān)參數(shù)的二維精確映射，為研究人員提供了更全面、更細(xì)致的材料信息。

圖 1. (a) BiasMDP 測(cè)量裝置示意圖，該裝置基于施加電壓偏置的載流子壽命測(cè)量。(b) BiasMDP對(duì)具有HfO2/Al2O3鈍化層的n型Si進(jìn)行測(cè)量。曲線(xiàn)通過(guò)圍繞壽命最小值的二次擬合進(jìn)行評(píng)估。

為了充分驗(yàn)證BiasMDP技術(shù)的可靠性和實(shí)用性，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一系列精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。他們選取了三種具有代表性的150mm硅晶圓：第一種晶圓的Al2O3鈍化層厚度呈連續(xù)梯度變化；第二種晶圓在Al2O3鈍化層中局部引入了HfO2界面層；第三種晶圓則存在表面損傷，載流子壽命分布不均勻。

圖 2. (a) Al2O3厚度的橢圓偏振圖和 (b) 具有不均勻Al2O3厚度的樣品#A 在0 V下的壽命圖。黑色矩形標(biāo)記與Si基板的電接觸。(c) 根據(jù)方程1和2，從BiasMDP中提取的Vfb值（黑點(diǎn)）作為Al2O3厚度和線(xiàn)性回歸（紅線(xiàn)）的函數(shù)。

通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，平帶電壓與Al2O3厚度之間呈現(xiàn)出線(xiàn)性關(guān)系。這一結(jié)果不僅與理論預(yù)測(cè)高度吻合，更證明了BiasMDP技術(shù)能夠精準(zhǔn)捕捉材料參數(shù)隨厚度變化的細(xì)微差異，為研究鈍化層特性提供了有力的數(shù)據(jù)支持（如圖 2和3）。

圖 3. 在樣品#B上施加 (a) -1 V、(b) 0 V 和 (c) +1 V 偏置電壓時(shí)測(cè)得的壽命圖（黑色矩形標(biāo)記接觸區(qū)域）。

對(duì)于含有局部HfO2界面層的晶圓，普通的壽命測(cè)量方法幾乎無(wú)法察覺(jué)HfO2分布的不均勻性。但在MDPmap設(shè)備的精準(zhǔn)測(cè)量下，BiasMDP技術(shù)繪制的固定電荷密度和界面缺陷密度二維圖清晰地展示出不同區(qū)域的差異。在HfO2/ Al2O3疊層區(qū)域，固定電荷密度明顯低于純Al2O3區(qū)域，這一發(fā)現(xiàn)為優(yōu)化鈍化層結(jié)構(gòu)提供了關(guān)鍵依據(jù)。

圖 4.使用BiasMDP在樣品#B上確定的(a) Qf和(b) Dit的圖（黑色矩形標(biāo)記接觸區(qū)域）。(c) HfO2界面層沉積期間掩模的位置。

而在分析表面損傷的晶圓時(shí)，BiasMDP技術(shù)揭示出一個(gè)重要信息：載流子壽命的不均勻性主要是由化學(xué)鈍化的退化引起的，具體表現(xiàn)為界面缺陷密度的變化。MDPmap設(shè)備精確測(cè)量的壽命數(shù)據(jù)，為這一結(jié)論的得出提供了準(zhǔn)確依據(jù)，讓研究人員對(duì)表面損傷影響鈍化性能的機(jī)制有了更深入的理解，為解決實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題指明了方向（如圖 4和5）。

圖 5. (a) 未施加偏置電壓的壽命圖和(b) 樣品#C的表面損傷圖（黑色矩形標(biāo)記接觸區(qū)域）。

BiasMDP技術(shù)憑借其性能，為光伏表面鈍化檢測(cè)帶來(lái)了革命性的變化。它能夠以高分辨率區(qū)分化學(xué)和場(chǎng)效應(yīng)鈍化，讓研究人員更深入地剖析鈍化層的微觀特性。Freiberg Instruments公司的MDPmap型號(hào)設(shè)備在其中的配合，使得數(shù)據(jù)測(cè)量更加精準(zhǔn)可靠。這不僅有助于優(yōu)化現(xiàn)有鈍化材料和工藝，還為開(kāi)發(fā)新型高效鈍化技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

該文章翻譯于Technical University of Dresden, Institute of Semiconductors和Freiberg Instruments等機(jī)構(gòu)共同研究的工作。本論文發(fā)表于Energy Procedia期刊中，詳細(xì)信息可見(jiàn)：doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.014