Lifetime measurements

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Comparison of lifetime measurements between Sinton and Semilab instruments on silicon wafers

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Lifetime measurements

  1. 1. Índice1) Introdução2) Conceitos teóricos3) Métodos e instrumentos de medida4) Medidas em wafers de silício5) Estudo comparativo entre os dois sistemas6) Conclusão 2
  2. 2. Introdução Mono-Si Multi-Si Célula PV convencional Módulo PV Wafers c-Si 87,6% das células PV (2010) 3
  3. 3. Introdução Material que constitui wafer muito importante na relação custo-eficiência do sistema PV Caracterização do material Tempos de vida 4
  4. 4. IntroduçãoTempos de vida Material de má Decréscimo da eficiência baixos qualidade Aumento dos custos do Wp Identificação e remoção das wafers de má qualidade 5
  5. 5. Conceitos teóricosMecanismos de recombinação SRH, Auger, Radiativa Maior fatia de perdas em células de c-Si 6
  6. 6. Conceitos teóricos Superfície 1 1 1   Bulk  eff b s Superfície Operações de corte e polimento criam Aumento dos eventos de novos estados à superfície recombinação à superfície Diminuição do tempo de vida à superfície 7
  7. 7. Conceitos teóricos Reduzir ao máximo a densidade de estados energéticos à superfície Passivação da superfície SiO2 Iodo-Etanol Região de deplecção positiva repele os buracos da superfície (em p-Si) 8
  8. 8. Técnicas de medida de tempos de vida em semicondutores RF-QSSPC e μW-PCD determinam o tempo de vida recorrendo à fotocondutância. Diferem no tipo de sensor e excitaçãoWCT-120 SintonSensor RF – correntes induzidas ∝ fotocondutânciaExcitação – pulso luz longo com decaimento lento WT-1000 Semilab Sensor refletância μW – diferença amplitudes das microondas ∝ fotocondutância Excitação – pulso luz abruptamente interrompido 9
  9. 9. Instrumentos de medida - WCT-120 Sinton Luz branca + filtro passa I.V. Diâmetro sensor RF: 4 cm Gerador RF: 13,56 MHz Wn  QSS  d N ph f abs  W n dt Taxa de fotogeração W – Espessura da wafer Δn – Concentração de electrões em excesso Nph- Fluxo de fotões Fabs – Coeficiente de absorção 10
  10. 10. Instrumentos de medida - WT-1000 Semilab Laser I.V. Diâmetro laser: 3 mm Gerador μW: 10,3 GHz 1  PCD  1 d n n dt  t  n(t )  n(0) exp     PCD  Após remoção da excitação , o tempo de vida é o tempo t até que Δn(t)=e-1Δn(0) 11
  11. 11. Medidas de tempos de vida em wafers de silício 1 1 1 Objectivo:    eff b s τeff ≈ τbEliminar o efeito das superficies: 1 1 2s1. Variando a espessura   se s1=s2=s  eff b W2. Passivando a superfície s - velocidade de recombinação à superfície W - espessura 12
  12. 12. Medidas em wafers de silício – variação da espessura Polimento mecânico  Melhor resultado (40 μm): lixa 80, 400 rpm e 5 min. de polimento  Reproductibilidade: Amostras partiam ou quantidade de material polido reduzido (5-10 μm) Abandonou-se este método 13
  13. 13. Medidas em wafers de silício – variação da espessura Polimento químico (a) Polish (b) Água do polish (c) HF (d) Água do HF Polish - 75% de HNO3, 15% de HF e 10% de CH3COOH (polimento) HF - remove SiO2 da superfície das amostras Águas desionizadas – limpam resíduos dos processos de polish e HF Apenas alguns min. para polir 30-40 μm 14
  14. 14. Medidas em wafers de silício - resultados WCT-120 WT-1000 0.8 Tempo de vida (μs) 0.6 0.4 0.2 0.0 100 150 200 250 Espessura (μm) WCT-120 WT-1000 8 Tempo de vida (μs) 6 4 2 0 250 270 290 310 330 350 370 Espessura (μm) 15
  15. 15. Medidas em wafers de silício monocristalino – passivação da superfície com SiO2 Wafer 270 μm espessura Tempo de vida medido (μs) WCT-120 WT-1000 sem 1,50 3,00 passivação com 0,42 0,41 passivação T set point = 840 °C T real = 895 °C Espessura SiO2 30 nm Tempo no forno: 30 min. Tempo no forno: 27 min. Espessura SiO2 50 nm 16
  16. 16. Medidas em wafers de silício monocristalino – passivação da superfície com SiO2 Tempo de vida medido (μs) WCT-120 WT-1000 sem 1,50 3,00 passivação com 0,42 0,41 passivação Depois do 0,32 0,38 HF O processamento a altas temperaturas pode levar à degradação dos tempos de vida da wafer 17
  17. 17. Medidas em wafers de silício monocristalino – passivação da superfície com iodo-etanol Wafer 360 μm espessura Tempo de vida medido (μs) WCT-120 WT-1000 sem passivação 3,75 5,96 com passivação 12,75 12,09 Iodo 10g Ambas as superfícies da amostra com Etanol 99% 100 mL solução de iodo-etanol Concentração 0,08 moldm-3 18
  18. 18. Medidas em wafers de silício monocristalino – estimativa da velocidade de recombinação à superfícieA. Sem passivação W 10000 sn recombinação à superfície se τb → ∞ 8000 2 eff Velocidade de 6000 (cm/s) 4000 WCT-120 2000 WT-1000 0 250 300 350 400 Espessura (μm)B. Após passivação com iodo-etanol 19
  19. 19. Estudo comparativo entre os dois sistemas – medida de referência Wafer monocristalina 5 sistemas de μW-PCD 400 μm de espessura Semilab Hungria 2 one-point 3 mapping 20
  20. 20. Estudo comparativo entre os dois sistemas – medida de referência Resultados: Tempo de vida medido (μs) Lisboa (FCUL) Hungria (Semilab) Média de todos os WCT-120 WT-1000 Diferentes sistemas sistemas 2,14 5,84 4,60 4,34 - 4,80 Boa estimativa feita pelos instrumentos de medida WCT-120 e WT-1000 21
  21. 21. Estudo comparativo entre os dois sistemas - WCT120 Sinton e WT1000 Semilab s/ passivação SiO2 Iodo-Etanol 2.5 2.0 +50% +41% Diferença dos τeff (μs) 1.5 +37% 1.0 0.5 -2% 0.0 250 270 290 310 330 350 370 -0.5 -5% -1.0 Espessura (μm)Fórmula de cálculo da diferençaτeff (Semilab) - τeff (Sinton) 22
  22. 22. Conclusão• Os sistemas do lab. da FCUL dão boas estimativas das medidas dos tempos de vida em mono-Si• Após passivação da superfície observam-se menores discrepâncias entre os sistemas• Sem passivação da superfície Em geral, τeff (WT-1000 Semilab) > τeff (WCT-120 Sinton) WT-1000 Semilab é o que mais se aproxima do valor de referência Obrigada pela atenção! 23

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