BiasMDP 技術搭配MDPmap設備，開啟表面鈍化檢測新方式
在能源產業蓬勃發展的當下，追求更高效率的太陽能電池成為行業核心目標。而這其中，表面鈍化技術的優劣起著決定性作用。要深入理解和優化表面鈍化，精準測量固定電荷和界面缺陷密度這兩個關鍵參數至關重要。為大家介紹一項行業變革的創新技術——基于微波探測光電導衰減法（MDP）的BiasMDP技術，這一技術在實驗測量環節，Freiberg Instruments公司的MDPmap型號設備發揮了重要作用。
在BiasMDP技術出現之前，電容 - 電壓法（C(V)）和電暈充電技術是常用的檢測手段。但這些方法不僅操作復雜，對樣品制備要求高，而且難以實現高分辨率的二維測量。這些傳統方法的局限性愈發凸顯，開發新的檢測技術迫在眉睫。
BiasMDP技術巧妙地在MDP（微波探測光電導率衰減法）技術基礎上進行創新。MDP技術原本就能通過微波探測光電導來測定載流子壽命，而BiasMDP在此基礎上增加了一個關鍵步驟——在鈍化層頂部電極施加偏置電壓。當外部偏置電壓恰到好處地補償固定電荷產生的電場時，載流子壽命會急劇下降。研究人員正是抓住這一特性，通過精確測量此時的載流子壽命，進而計算出固定電荷和界面缺陷密度（如圖 1）。這種方法能夠實現對150mm晶圓上相關參數的二維精確映射，為研究人員提供了更全面、更細致的材料信息。
圖 1. (a) BiasMDP 測量裝置示意圖，該裝置基于施加電壓偏置的載流子壽命測量。(b) BiasMDP對具有HfO2/Al2O3鈍化層的n型Si進行測量。曲線通過圍繞壽命最小值的二次擬合進行評估。
為了充分驗證BiasMDP技術的可靠性和實用性，研究團隊進行了一系列精心設計的實驗。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。黑色矩形標記與Si基板的電接觸。(c) 根據方程1和2，從BiasMDP中提取的Vfb值（黑點）作為Al2O3厚度和線性回歸（紅線）的函數。
通過分析這些數據發現，平帶電壓與Al2O3厚度之間呈現出線性關系。這一結果不僅與理論預測高度吻合，更證明了BiasMDP技術能夠精準捕捉材料參數隨厚度變化的細微差異，為研究鈍化層特性提供了有力的數據支持（如圖 2和3）。
圖 3. 在樣品#B上施加 (a) -1 V、(b) 0 V 和 (c) +1 V 偏置電壓時測得的壽命圖（黑色矩形標記接觸區域）。
對于含有局部HfO2界面層的晶圓，普通的壽命測量方法幾乎無法察覺HfO2分布的不均勻性。但在MDPmap設備的精準測量下，BiasMDP技術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域的差異。在HfO2/ Al2O3疊層區域，固定電荷密度明顯低于純Al2O3區域，這一發現為優化鈍化層結構提供了關鍵依據。
圖 4.使用BiasMDP在樣品#B上確定的(a) Qf和(b) Dit的圖（黑色矩形標記接觸區域）。(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，BiasMDP技術揭示出一個重要信息：載流子壽命的不均勻性主要是由化學鈍化的退化引起的，具體表現為界面缺陷密度的變化。MDPmap設備精確測量的壽命數據，為這一結論的得出提供了準確依據，讓研究人員對表面損傷影響鈍化性能的機制有了更深入的理解，為解決實際生產中的問題指明了方向（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（黑色矩形標記接觸區域）。
BiasMDP技術憑借其性能，為光伏表面鈍化檢測帶來了革命性的變化。它能夠以高分辨率區分化學和場效應鈍化，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型號設備在其中的配合，使得數據測量更加精準可靠。這不僅有助于優化現有鈍化材料和工藝，還為開發新型高效鈍化技術奠定了基礎。
該文章翻譯于Technical University of Dresden, Institute of Semiconductors和Freiberg Instruments等機構共同研究的工作。本論文發表于Energy Procedia期刊中，詳細信息可見：doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.014
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