光束诱导电流成像检测系统

系统简介
光束诱导电流成像检测系统—LBIC（Light-Beam Induced Current mapping system）是一种逐点扫描成像检测技术；通过激光单色性和会聚性，逐点表征光电子器件（包括太阳电池）微区特性；并通过二维扫描（Mapping），形成器件参数的平面分布图像，反映其平面均匀性。
系统可广泛应用到单晶硅、多晶硅、非晶硅（a-Si）、碲化镉（CdTe）、铜铟镓硒（CIGS）、有机半导体、染料敏化、微纳颗粒、钙钛矿等各种材料的太阳电池研究，特别是小面积电池的研究；也可应用到GaAs、InP、GaN基分立器件和探测器阵列芯片的研发。适合广大科研工作人员以及企业研发人员使用。

图1光束诱导电流成像检测系统（LBIC）
系统组成
系统主要由主机、控制系统、软件平台三大部分组成。主机部分含激光器，三维显微载物台，CCD探测器、标准探测器、以及数据采集器；控制系统由激光器控制电源，电源表，三维显微载物台控制器、数字源表、抽气泵控制电源等组成；软件包含扫描控制、数据采集控制、数据处理以及数据存储等。

系统参数

测量面积（mm2）	1´ 1~156 ´ 156
激光器（nm）	532，980（标配，其他波长可选）
激光光斑（μm）	100、50
测试电流范围（mA）	0.001~1
测试模式	LBIC mapping，LBIV mapping
扫描步长（mm）	0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、4，可自定义
扫描速度（points/s）	15
测量方式	单点、连续扫描（mapping）

功能和特点
 短路电流逐点成像，观察电池电流的均匀特性，阵列的均匀特性；
 单波长反射率逐点成像，观察钝化膜以及表面制绒的均匀特性；
 单波长量子效率；
 电池缺陷（晶界和位错）分布（尺度大于0.5 mm）
 克服了大面积光照下I-V测试与单点光谱测试的不对应性和不准确性
 可依据用户具体需求，特殊定制波长和光斑尺度。

应用案例
1 多晶硅电池
125´125 mm²多晶硅太阳能电池平面的光束诱导电流成像（LBIC，左图）和电压成像（LBIV，右图）。如下图2:

图2 电流成像（LBIC，左图） 电压成像（LBIV，右图）
上图2反映出缺陷的分布及短路电流的不均匀特性。左图反映了电池平面内短路电流的不均匀分布，右图反映了微区电压的横向扩展特性。
2 单晶硅电池
1´1 cm²小面积单晶硅太阳电池光束诱导电流、电压三维成像。如下图3:

图3 电流三维成像（LBIC，左图） 电压三维成像（LBIV，右图）
可以直观观测微区电压横向扩展特性。
3 晶体硅短路电流扫描成像
1´1 cm²小面积晶体硅太阳电池的短路电流扫描成像，如下图4:

图4晶体硅短路电流扫描成像
如上图4所示，左下角黄色说明短路电流减小，即有泄漏，反映了电池制备过程中的工艺问题（这里为掩膜开裂等工艺问题）。
4 晶体硅短路电流、并联电阻二维分布
借助电源表反向偏置，逐点测量短路电流，获得二维电流分布（图5左）；
借助电源表在微偏置电压下，获得并联电阻二维扫描图像（图5右）。

图5 1´1 cm²晶体硅电池短路电流二维图（左） 1´1 cm²晶体硅电池并联电阻二维图（右）
如上图5 左图所示，其中黑白相间的弧线反映出衬底中杂质纹路（黑心硅）。如右图所示，通过右侧数值标定，可以清楚地看到整个平面内并联电阻阻值在(1.5~3.5)´10⁶ W内变化，左下角高于右上角；右中花斑为电极焊盘。
5 石墨烯电池
通过LBIC图像可以确定石墨烯电池的有源区大小和位置，并在一定的分辨率下观察其光电响应的分布状况。如下图6所示：扫描图中中间亮度很高的正方区域就是该石墨烯电池的有源区。

图6石墨烯电池LBIC图像
由上图6中，可以看到有源区中有两个暗斑，说明这两处存在缺陷。
6 有机电池
该有机电池是由6条有机太阳电池组合而成，对其进行短路电流扫描，可得如下图7所示：

图7 有机电池短路电流扫描图像
由上图7可知，这6条电池的光电性能不一致，并且每块电池的光电性能也不均匀，下面三条要优于上面三条，这表明器件性能不均匀特性与制备工艺有关。