CN116488579B - 一种光电器件的性能检测方法及其性能调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电器件的性能检测方法及其性能调整方法，具体包括：根据光电器件的物理参数建立器件模型，器件模型包括对应于半导体层的第二模拟层；输入铁电层的第一介电常数k1，建立第二模拟层内的目标模拟电场，计算得到目标模拟电场在第二模拟层内的有效覆盖率。通过计算改电场位于第二模拟层内的分部为目标模拟电场，计算目标模拟电场在第二模拟层内的有效覆盖率，来实现对于本器件结构对于其内部的载流子的收集和输送能力，有效覆盖率越高，则对载流子的输送效率越高，器件的性能越好；相较于现有技术中的检测方法，被方案能够联系芯片的具体结构，设计出与之相适应的性能检测方法，形成有效的检测，便于对非PN结太阳能的芯片的设计。

Description

一种光电器件的性能检测方法及其性能调整方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种光电器件的性能检测方法及其性能调整方法。

背景技术

随着光伏发电技术的日益成熟，光伏发电已经成为新能源发展重要领域。光伏发电应用的核心部件是太阳能电池板，其生产工艺复杂，容易产生缺陷；太阳能电池的性能对于光伏发电的效率具有决定性的作用。

在现有技术中的太阳能电池的检测工作中，主要侧重于对太阳能光伏转换芯片的性能检测；检测过程为，将太阳能电池芯片通过探针或导线接入到检测线路中，对芯片提供光照，对芯片进行预设性能数据的检测；这种方式的缺点在于，现有常规的检测线路适用于基于PN结的芯片结构的检测，对于其他种类的太阳能芯片（非PN结芯片），则无法进行相对应的检测工作。

鉴于此，需要对现有技术中的太阳能电池检测设备和方式加以改进，以解决对于非PN结芯片无法进行性能检测的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电器件的性能检测方法及其性能调整方法，解决以上的技术问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种光电器件的性能检测方法，所述光电器件包括层叠设置的半导体层和铁电层，所述铁电层的两端面分别对应的设置有第一电极组件和第二电极组件，所述第一电极组件和第二电极组件生成有电场作用于所述半导体层；所述性能检测方法具体包括：

根据所述光电器件的物理参数建立器件模型，所述器件模型包括对应于所述半导体层的第二模拟层；

输入所述铁电层的第一介电常数k1，建立所述第二模拟层内的目标模拟电场，计算得到所述目标模拟电场在所述第二模拟层内的有效覆盖率。

可选的，所述物理参数具体包括：所述半导体层的厚度h1，所述铁电层的厚度h2，以及所述第一电极组件和所述第二电极组件的宽度m。

可选的，所述建立所述第二模拟层内的模拟电场，具体包括：

根据所述铁电层的第一介电常数k1，通过高斯定理建立第一模拟电场；

输入所述第一电极组件和第二电极组件的第二介电常数k2，通过高斯定理建立第二模拟电场；

通过对所述第一模拟电场和所述第二模拟电场的叠加得到所述目标模拟电场。

可选的，所述计算得到所述目标模拟电场在所述第二模拟层内的有效覆盖率具体包括：

输入预设的电场强度常数，计算所述目标模拟电场内大于所述电场强度常数的电场区域体积为有效电场体积，通过计算所述有效电场体积占所述第二模拟层的体积的比例，得到有效覆盖率。

可选的，所述半导体层为硅材质的半导体层，所述k1为11.9；所述第一电极组件和第二电极组件为铝制的电极，所述k2为7.8。

可选的，所述光电器件的性能检测方法还包括：

采用预设的检测设备与所述光电器件的第一电极组件和第二电极组件分别连接，对所述光电器件输入数值变化的电压V；

对所述光电器件供给光照，所述检测设备检测到所述光电器件的输出电流I；

以所述电压V为第一坐标轴，所述输出电流I为第二坐标轴建立直角坐标，绘制所述光电器件的第一检测曲线图；根据所述第一检测曲线图判断所述光电器件的运行性能。

可选的，所述对所述光电器件供给光照，所述检测设备检测到所述光电器件的输出电流I，之后还包括：

将所述光电器件放入于黑暗环境中，所述检测设备检测到所述光电器件的输出电流I，绘制所述光电器件的第二检测曲线图。

可选的，所述光电器件的性能检测方法还包括：

对于所述光电器件输入定值电压V1；

对所述光电器件供给光照，随着时间t交替控制光照的供给和停止，检测对应的光电器件的输出电流I；

以时间t为第一坐标轴，所述输出电流I为第二坐标轴，绘制所述光电器件的第三检测曲线。

本发明还提供了一种光电器件的性能调整方法，应用于如上所述的光电器件的性能检测方法，具体包括：

动态调整对于所述器件模型输入的所述物理参数，记录对应所述物理参数下的有效覆盖率，建立调参曲线；

根据所述调参曲线中有效覆盖率与预设数值的端点，建立所述物理参数的理想区间。

可选的，还包括取所述理想区间的中值为物理参数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：预先测量到光电器件的物理量，确定所述光电器件的物理参数，根据所述物理参数在建模软件中建立器件模型，根据铁电层的第一介电常数k1建立电场，通过计算改电场位于第二模拟层内的分部为目标模拟电场，计算所述目标模拟电场在所述第二模拟层内的有效覆盖率，来实现对于本器件结构对于其内部的载流子的收集和输送能力，有效覆盖率越高，则对载流子的输送效率越高，器件的性能越好；相较于现有技术中的检测方法，被方案能够联系芯片的具体结构，设计出与之相适应的性能检测方法，形成有效的检测，便于对非PN结太阳能的芯片的设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实施例一的器件模型的示意图；

图2为本实施例二的光电器件反向极化的检测曲线示意图；

图3为本实施例二的光电器件正向极化的检测曲线示意图；

图4为本实施例二的光电器件的第三检测曲线的示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一：

本发明提供了一种光电器件的性能检测方法，其中本实施例为基于理论建模方法来测算光电器件的性能的检测方式；

所述光电器件包括层叠设置的半导体层和铁电层，所述铁电层的两端面分别对应的设置有第一电极组件和第二电极组件，所述第一电极组件和第二电极组件生成有电场作用于所述半导体层；所述性能检测方法具体包括：

根据所述光电器件的物理参数建立器件模型，所述器件模型包括对应于所述半导体层的第二模拟层2；其中，本方案采用建模软件来对光电器件进行建模，建模软件可以为COMSOL；

输入所述铁电层的第一介电常数k1，建立所述第二模拟层2内的目标模拟电场，计算得到所述目标模拟电场在所述第二模拟层2内的有效覆盖率。

需要说明的是，建立的器件模型与器件结构的结构近似相同，器件模型具体包括，与所述铁电层对应的第一模拟层1，与所述半导体层对应的第二模拟层2，所述第一模拟层1的两端面分别设置有对应的模拟电极3，所述模拟电极3包括上下间隔设置的两个极化电极片，两个极化电极片中分别施加有对应的电极，从而在两个极化电极片之间形成电势差，驱使电荷移动产生电场，电场作用于半导体层，能够驱使其内部的载流子移动；图示中的细小箭头方向，为目标模拟电场的方向。

本发明的工作原理为：预先测量到光电器件的物理量，确定所述光电器件的物理参数，根据所述物理参数在建模软件中建立器件模型，根据铁电层的第一介电常数k1建立电场，通过计算改电场位于第二模拟层2内的分部为目标模拟电场，计算所述目标模拟电场在所述第二模拟层2内的有效覆盖率，来实现对于本器件结构对于其内部的载流子的收集和输送能力，有效覆盖率越高，则对载流子的输送效率越高，器件的性能越好；相较于现有技术中的检测方法，被方案能够联系芯片的具体结构，设计出与之相适应的性能检测方法，形成有效的检测，便于对非PN结太阳能的芯片的设计。

在本实施例中，所述物理参数具体包括：所述半导体层的厚度h1，所述铁电层的厚度h2，以及所述第一电极组件和所述第二电极组件的宽度m。其中，优选的是方案是，h1、h2和m均为100m。

在本实施例中所述建立所述第二模拟层2内的模拟电场，具体包括：

根据所述铁电层的第一介电常数k1，通过高斯定理建立第一模拟电场；

输入所述第一电极组件和第二电极组件的第二介电常数k2，通过高斯定理建立第二模拟电场；其中，在负极和正极处的表面电荷密度分别设定为+0.1和 -0.1 C/m2 ；

通过对所述第一模拟电场和所述第二模拟电场的叠加得到所述目标模拟电场。

需要说明的是，由于所述第一电极组件和第二电极组件位于所述半导体层表面分部的固定电荷，固定电荷的电性相反，因此固定电荷会消弱半导体层内的电场强度，本方案考虑到这个因素，因此在建模过程中，建立了第一电极组件和第二电极组件上的第二模拟电场，通过第二模拟电场和第一模拟电场的叠加来得到目标模拟电场，从而起到更加接近半导体层内实际电场的作用，提高检测精度。

进一步说明的是，所述计算得到所述目标模拟电场在所述第二模拟层2内的有效覆盖率具体包括：

输入预设的电场强度常数，计算所述目标模拟电场内大于所述电场强度常数的电场区域体积为有效电场体积，通过计算所述有效电场体积占所述第二模拟层2的体积的比例，得到有效覆盖率。

需要说明的是，通过计算得到的目标模拟电场能够覆盖于整个半导体层，但是由于电场的距离越远，其电场强度越低，为了保证对于半导体层内的载流子良好的作用力，需要设置一个电场强度常数，该电场强度常数为能够驱动载流子有效移动的最低电场强度，因此目标模拟电场内大于和等于该电场强度常数的区域为有效电场区域，通过该有效电场区域与第二模拟层2的体积的比例，计算得到有效覆盖率，从而判断出半导体内的电场性能。

在本实施例中，所述半导体层为硅材质的半导体层，所述k1为11.9；所述第一电极组件和第二电极组件为铝制的电极，所述k2为7.8。

实施例二：

为了进一步检测光电器件的性能，本实施例提供了一种对光电器件实际工作检测的方法，具体包括：

采用预设的检测设备与所述光电器件的第一电极组件和第二电极组件分别连接，对所述光电器件输入数值变化的电压V；

对所述光电器件供给光照，所述检测设备检测到所述光电器件的输出电流I；

以所述电压V为第一坐标轴，所述输出电流I为第二坐标轴建立直角坐标，绘制所述光电器件的第一检测曲线图a；根据所述第一检测曲线图a判断所述光电器件的运行性能。

需要说明的是，光电器件的第一电极组件和第二电极组件工作时需要施加对应的极性，因此根据施加极性可分为正向极化和反向极化两种；

结合图2所示，为反向极化，图示中向上延伸的直线为第一检测曲线图a，形成线性欧姆行为，可知，输入电压V越大，输出电流I越大，则此光电器件的性能良好；反之，若第一检测曲线图a越是偏离线性欧姆行为，光电器件的性能越差。

结合图3所示，为正向极化，图示中向上延伸的曲线为第一检测曲线图a，在正向极化后，第一检测曲线展现出类似PN结二极管具有的整流性能，整流比（定义为在V =±0.5 V时，正电流对负电流的比率）为222；则可判断光电器件的性能良好。

作为本实施例的一优选方案，所述对所述光电器件供给光照，所述检测设备检测到所述光电器件的输出电流I，之后还包括：

将所述光电器件放入于黑暗环境中，所述检测设备检测到所述光电器件的输出电流I，绘制所述光电器件的第二检测曲线图b。此时，第一电极组件和第二电极组件未被极化，半导体中无外电场作用；

在此条件下，结合图2和图3所示，图示中的横线为第二检测曲线图b，即在输入电压变化时，光电器件的输出电流始终为0；设置第二检测曲线图b的目的在于，设置对照组，便于观察第一检测曲线的走向趋势。

本性能检测方法还包括：

对于所述光电器件输入定值电压V1；

对所述光电器件供给光照，随着时间t交替控制光照的供给和停止，检测对应的光电器件的输出电流I；

以时间t为第一坐标轴，所述输出电流I为第二坐标轴，绘制所述光电器件的第三检测曲线c。

结合图4所示，为了研究光电器件在正向极化时的光响应，通过开关光源来观测短路光电流随时间t的变化。只要光源供给，就有恒定的光电流产生；而只要光源停止，就没有光电流。

由于光线是从半导体层进入，并且半导体层的能量带隙为3.2eV，所以光致载流子的产生主要限于半导体层内。结合图中可知，光电流没有表现出细小的波动，也可排除热释电效应。由此可以得出：在正向极化下，半导体层中的载流子是可以被分离和收集。则检测到光电器件的性能良好。

实施例三：

本发明还提供了一种光电器件的性能调整方法，应用于如实施例一所述的光电器件的性能检测方法，具体包括：

动态调整对于所述器件模型输入的所述物理参数，记录对应所述物理参数下的有效覆盖率，建立调参曲线；其中，所述物理参数具体包括所述半导体层的厚度h1，所述铁电层的厚度h2，以及所述第一电极组件和所述第二电极组件的宽度m；为了保证光电器件的性能，可以预先对光电器件的物理参数下的性能进行演算，从而制造出良好的光电器件。

根据所述调参曲线中有效覆盖率与预设数值的端点，建立所述物理参数的理想区间。

作为本实施例的一优选方案，取所述理想区间的中值为物理参数，采用中值法来取定一个较优的物理参数选择，减少实际加工时加工误差带来的影响，使光电器件的制备具有更灵活的选择。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种光电器件的性能检测方法，其特征在于，所述光电器件包括层叠设置的半导体层和铁电层，所述铁电层的两端面分别对应的设置有第一电极组件和第二电极组件，所述第一电极组件和第二电极组件生成有电场作用于所述半导体层；所述性能检测方法具体包括：

根据所述光电器件的物理参数建立器件模型，所述器件模型包括对应于所述半导体层的第二模拟层；所述物理参数具体包括：所述半导体层的厚度h1，所述铁电层的厚度h2，以及所述第一电极组件和所述第二电极组件的宽度m；

输入所述铁电层的第一介电常数k1，建立所述第二模拟层内的目标模拟电场，计算得到所述目标模拟电场在所述第二模拟层内的有效覆盖率；

所述建立所述第二模拟层内的模拟电场，具体包括：

根据所述铁电层的第一介电常数k1，通过高斯定理建立第一模拟电场；

输入所述第一电极组件和第二电极组件的第二介电常数k2，通过高斯定理建立第二模拟电场；

通过对所述第一模拟电场和所述第二模拟电场的叠加得到所述目标模拟电场；

所述性能检测方法还包括：

采用预设的检测设备与所述光电器件的第一电极组件和第二电极组件分别连接，对所述光电器件输入数值变化的电压V；

对所述光电器件供给光照，所述检测设备检测到所述光电器件的输出电流I；

以所述电压V为第一坐标轴，所述输出电流I为第二坐标轴建立直角坐标，绘制所述光电器件的第一检测曲线图；根据所述第一检测曲线图判断所述光电器件的运行性能。

2.根据权利要求1所述的光电器件的性能检测方法，其特征在于，所述计算得到所述目标模拟电场在所述第二模拟层内的有效覆盖率具体包括：

输入预设的电场强度常数，计算所述目标模拟电场内大于所述电场强度常数的电场区域体积为有效电场体积，通过计算所述有效电场体积占所述第二模拟层的体积的比例，得到有效覆盖率。

3.根据权利要求1所述的光电器件的性能检测方法，其特征在于，所述半导体层为硅材质的半导体层，所述k1为11.9；所述第一电极组件和第二电极组件为铝制的电极，所述k2为7.8。

4.根据权利要求1所述的光电器件的性能检测方法，其特征在于，所述对所述光电器件供给光照，所述检测设备检测到所述光电器件的输出电流I，之后还包括：

将所述光电器件放入于黑暗环境中，所述检测设备检测到所述光电器件的输出电流I，绘制所述光电器件的第二检测曲线图。

5.根据权利要求4所述的光电器件的性能检测方法，其特征在于，还包括：

对于所述光电器件输入定值电压V1；

对所述光电器件供给光照，随着时间t交替控制光照的供给和停止，检测对应的光电器件的输出电流I；

以时间t为第一坐标轴，所述输出电流I为第二坐标轴，绘制所述光电器件的第三检测曲线。

6.一种光电器件的性能调整方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5任一项所述的光电器件的性能检测方法，具体包括：

动态调整对于所述器件模型输入的所述物理参数，记录对应所述物理参数下的有效覆盖率，建立调参曲线；

根据所述调参曲线中有效覆盖率与预设数值的端点，建立所述物理参数的理想区间。

7.根据权利要求6所述的光电器件的性能调整方法，其特征在于，还包括：取所述理想区间的中值为物理参数。