光伏材料与器件检测复习重点DOC.docx

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光伏材料与器件检测复习重点

题型:

填空、名词解释、简答题、综合题

一、填空题

1、X射线的本质是（电磁波），其波长为（0.01~10nm）。

它既具有（波动性），又具有（粒子性），X射线衍射分析是利用了它的（波动性）。

X射线的核心部件是（X射线发射器）。

2、X射线一方面具有波动性，表现为具有一定的（衍射），另一方面又具有粒子性，体现为具有一定的（质量和能量）。

3、莫塞莱定律反映了材料产生的（特征X射线波长）与其（原子序数）的关系。

4、当高速的电子束轰击金属靶会产生两类X射线，它们是（特征X射线）和（连续X射线），其中在X射线粉末衍射中采用的是（特征X射线）。

5、特征X射线是由元素原子中（内层电子跃迁）引起的，因此各元素都有特定的（特征X射线）和（激发）电压，特征谱与原子序数之间服从（莫塞莱）定律。

6、同一元素的λKα1、λKα2、λKβ的相对大小依次为（λKα1>λKα2>λKβ）；能量从小到大的顺序为（λKα1<λKα2<λKβ）。

（注：

用不等式标出）

7、X射线通过物质时，部分X射线将改变它们前进的方向，即发生散射现象。

X射线的散射包括两种：

（相干散射）和（非相干散射）。

（相干散射）是X射线衍射分析方法的技术基础。

8、布拉格公式是（2dsinθ=nλ）。

9、晶体产生X射线衍射的必要条件：

（布拉格方程）。

10、X射线照射固体物质，产生的可能物理信号有：

（散射、光电效应、透射X射线和热）。

基于这些信号建立的分析方法有：

（X射线衍射、X射线荧光光谱、X射线激发俄歇电子能谱、X射线光电子能谱等）。

11、二次电子的产额随着样品的倾斜度的变化而变化，倾斜度越小，二次电子产额越（低）。

12、扫描电子显微镜常用的信号是（二次电子信号）和（背散射电子信号）。

13、背散射电子的产额与样品的原子序数的关系是原子序数越小，背散射电子产额越（低）。

二、名词解释

1、相干散射和非相干散射

（1）相干散射：

X射线光子与原子内的紧束缚电子相碰撞时，光子的能量可认为不受损失，而只改变方向。

因此这种散射线的波长与入射线相同，并且具有一定的位相关系，可以相互干涉，形成衍射图样。

（2）非相干散射：

当X射线光子与自由电子或束缚很弱的电子碰撞时，光子的部分能量传递给原子，损失了部分能量，因而波长变长了，称为非相干散射。

2、暗场像和明场像

（1）暗场像：

在透射电镜中，选用散射电子（衍射电子）形成的像称为暗场像。

（2）明场像：

选用透射电子形成的像称为明场像。

3、荧光辐射

一个具有足够能量的X射线光子从原子内部打出一个K电子，当外层电子来填充K空位时，将向外辐射K系X射线，这种由X射线光子激发原子所发生的辐射过程，称为荧光辐射或二次荧光。

4、俄歇效应

当原子中K层电子被打出后，就处于激发状态，其能量为Ek。

如果一个L层电子来填充这个空位，K电离就变成了L电离，其能量由Ek变成El，此时将释放Ek-El的能量，可能产生荧光X射线，也可能给予L层的电子，使其脱离原子产生二次电离。

即K层的一个空位被L层的两个空位所替代，这种现象称俄歇效应。

5、物相分析

指确定材料由哪些相组成（即物相定性分析或物相鉴定）和确定各组成相的含量（常以体积分数或质量分数表示，即物相定量分析）。

6、特征X射线和连续X射线

（1）连续X射线：

在X射线管两端加以高压，并维持一定的电流，所得到的的X射线强度随波长连续变化的X射线称作连续X射线。

（2）特征X射线：

高速电子撞击材料后，材料原子内层电子被击出而在内层留下空位，外层电子向空位跃迁时会辐射X射线。

不同材料X射线波长不同，此X射线称为特征X射线。

7、散射衬度和衍射衬度

所谓衬度，是指图像各部位明暗的区别程度。

（1）散射衬度：

样品各部位厚度或元素组成不同，导致入射电子的散射程度不同，使各部位透射电子密度不同，最终在图像上形成明暗不同的区域，这一现象称为散射衬度。

该衬度原理适用于非晶样品。

（2）衍射衬度：

由于样品中不同位相的晶体衍射条件（位相）不同而造成的衬度差别，称为衍射衬度。

该衬度原理仅适用于晶体结构样品。

8、二次电子和背散射电子

（1）二次电子：

指被入射电子轰击出来的核外电子。

二次电子来自表面5-10nm深度范围的区域，能量为0-50eV。

它对试样表面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。

（2）背散射电子:

被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。

9、点分辨率与晶格分辨率

（1）点分辨率：

图像上所能分辨出的最小的两点间的距离。

（2）晶格分辨率：

当电子束射入样品后，由于通过样品的透射束和衍射束间存在位相差，它们间通过动力学干涉在相平面上形成能反映晶面间距大小和晶面方向的晶格条纹像。

晶格分辨率实际是晶面间距的比例图像。

10、光学分析方法

光学分析法：

根据物质吸收、发射电磁辐射以及物质与电磁幅射的相互作用来进行分析的一类仪器分析方法。

11、光谱法与非光谱法

（1）光谱法：

基于物质与辐射能作用时，分子或原子发生能级跃迁而产生的发射、吸收的波长或强度进行分析的方法。

（2）非光谱法：

这类光学分析方法主要是利用电磁辐射与物质的相互作用所引起的电磁辐射在方向上的改变或物理性质的变化来进行分析。

12、基态/激发态/跃迁

（1）基态：

原子里所能具有的各种状态中能量最低的状态（E0）称为基态。

（2）激发态：

如果外层电子（又称价电子）吸收了一定的能量就会迁移到更外层的轨道上，这时电子就处于较高能量（高于基态）的量子状态叫激发态。

（3）跃迁：

从一个能级所对应的状态到另一个能级所对应的状态的变化称为跃迁。

13、暗特性与光特性

（1）暗特性：

如果没有光照，太阳能电池等价于一个pn结。

通常把无光照情况下太阳能电池的电流电压特性叫做暗特性。

（2）光特性：

光生少子在内建电场驱动下定向的运动在PN结内部产生了n区指向p区的光生电流，光生电动势等价于加载在PN结上的正向电压V，它使得PN结势垒高度降低。

14、光致发光（简称PL）与电致发光（简称EL）

（1）光致发光是材料的一种发光现象。

是指材料中的电子吸收外界光子后被激发，处于激发态的电子向较低的能级跃迁，以光辐射的形式释放出能量的过程。

（2）电致发光，也称场致发光，是由电流或电场激发载流子，将电能直接转变成光能的过程。

按照原理可分为低场电致发光和高场电致发光。

15、绝对光谱响应与相对光谱响应

（1）绝对光谱响应：

各种波长的单位辐射光能或对应的光子入射到太阳电池上，将产生不同的短路电流，按波长的分布求得其对应的短路电流变化曲线称为太阳电池的绝对光谱响应。

（2）相对光谱响应：

如果每一波长以一定等量的辐射光能或等光子数入射到太阳电池上，所产生的短路电流与其中最大短路电流比较，按波长的分布求得其比值变化曲线，这就是该太阳电池的相对光谱响应。

16、内/外量子效率

（1）外量子效率：

太阳能电池的电荷载流子数目与外部入射到太阳能电池表面的一定能量的光子数目之比。

（2）内量子效率：

太阳能电池的电荷载流子数目与外部入射到太阳能电池表面的没有被太阳能电池反射回去的，没有透射过太阳能电池的，一定能量的光子数目之比。

17、激发光谱/发射光谱

（1）激发光谱是指发光材料在不同波长光的激发下，该材料的某一发光谱线和谱带的强度或发射效率与激发波长的关系。

（2）发射光谱是指发光材料在某一特定波长光的激发下，所发射的不同波长光的强度或能量分布。

三、问答题

1、阐述特征X射线产生的物理机制.

通常获得X射线是利用一种类似热阴极二极管的装置，用一定材料制作的板状阳极（A，成为靶）和阴极（C，灯丝）密封在一个玻璃-金属管壳内，阴极通电加热，在阴极和阳极之间加以直流电压U（约数千伏到数十千伏），则阴极产生大量热电子e将在高压电场作用下飞向阳极，在它们与阳极碰撞的瞬间产生X射线。

2、简述扫描电镜的结构。

扫描电镜的仪器由以下四部分组成：

1）电子光学系统：

产生符合成像要求的扫描电子束并控制其在样品表面进行扫描；

2）电子信息接收系统：

电子与光导管端面碰撞，将动能转化为光能，以光子形式经光导管传输、光电系统倍增后转化为电流信号输出；

3）成像显示系统：

将电流信号传递给显像管进行成像；

4）电源及真空系统：

提供仪器所需的电源以及电子光学系统正常工作和避免样品污染所需的高真空环境。

3、给出物相定性与定量分析的基本原理。

答：

（1）定性分析原理：

X射线在某种晶体上衍射时反映出带有晶体特征的特定的衍射花样（衍射位置θ、衍射强度I），而且没有两种结晶物质会给出完全相同的衍射花样，所以根据衍射花样与晶体结构一一对应的关系，就可确定某一物相。

（2）定量分析原理：

根据X射线衍射强度公式，某一物相的相对含量的增加，其衍射线的强度亦随之增加，所以通过衍射线强度的数值可以确定对应物相的相对含量。

由于各个物相对X射线的吸收影响不同，X射线衍射强度与该物相的相对含量之间不成线性比例关系，必须加以修正。

4、试述透射显微镜的基本构造及工作原理。

（1）构造：

电子照明系统、电子光学系统、观察记录系统、真空系统、电源系统

（2）原理：

利用透过样品的透射电子成像。

电子枪发射出的电子射线，经过聚光后照射在样品上，电子束与样品相互作用后，当电子射线在样品另一方重新出现时，以带有样品内的信息，然后进行放大处理而成像，最终在荧光屏上形成带有样品信息的图像，使人眼能够识别。

5、扫描电镜的分辨率受哪些因素的影响？

用不同物理信号成像时，其分辨率有何不同？

所谓扫描电镜的分辨率是指何种信号成像的分辨率？

影响因素:

电子束束斑大小,检测信号类型,检测部位原子序数.

SE和HE信号的分辨率最高,BE其次,X射线的最低.

扫描电镜的分辨率是指用SE和HE信号成像时的分辨率.

6、试比较扫描电镜与透射电镜成像原理？

为什么透射电镜的样品要求非常薄而扫描电镜没有此要求？

答：

扫描电镜的工作原理是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关，次级电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。

图像为立体形象，反映了样品的表面结构。

透射电子显微镜是以电子束为照明源，通过电子流对样品的透射或反射及电磁透镜的多级放大后在荧光屏上成像的大型仪器。

二者区别：

1）透射式电子显微镜常用于观察那些用普通显微镜所不能分辨的细微物质结构；扫描电子显微镜主要用于观察固体表面的形貌。

2）透射式电子显微镜镜筒的顶部是电子枪，电子由钨丝热阴极发射出、通过第一，第二两个聚光镜使电子束聚焦。

电子束通过样品后由物镜成像于中间镜上，再通过中间镜和投影镜逐级放大，成像于荧光屏或照相干版上，扫描电子显微镜的电子束不穿过样品，仅在样品表面扫描激发出二次电子。

3）样品较薄或密度较低的部分，电子束散射较少，这样就有较多的电子通过物镜光栏，参与成像，而扫描式电子显微镜不需要很薄的样品。

7、试述微波光电导法测试少子寿命的原理，并分析光强/重金属杂志对少子寿命的测量有何影响？

（1）原理：

使用脉冲光源在样品中产生过剩载流子，样品的电导随之发生变化，而入射的微波的反射率是材料电导的函数，即反射微波的能量变化也反映了过剩载流子浓度的变化。

当光照结束后，随着过剩载流子的逐渐衰减，微波的反射也越来越弱，通过分析反射微波曲线的指数因子，可求得测试样品中的有效少子寿命。

（2）（光强）微波光电导法通过拟合指数衰减信号得到少子寿命的值。

光强小时，处于低注入水平，一定的频率下，发射和反射微波信号差正比于非平衡载流子浓度Δn。

信号呈指数衰减，即呈现出非平衡载流子衰减的规律。

测量出来的少子寿命会偏小；若光强较强，样品注入电流过大可能会造成样品测量中并非小注入条件，从而使得测量的是多子的寿命，而非少子的寿命。

而若电流过小，可能不易观测到少子从复合恢复到平衡状态的过程，而使测量遇到阻碍。

（重金属杂质）当样品中含有重金属杂质时，重金属杂质会在样品中产生杂质能级，而成为少数载流子的复合中心，从而降低少子寿命。

8、试说明电子束入射固体样品表面激发的主要信号、主要特点和用途。

答：

（1）背散射电子:

能量高；来自样品表面几百nm深度范围；其产额随原子序数增大而增多.用作形貌分析、成分分析以及结构分析。

（2）二次电子:

能量较低；来自表层5－10nm深度范围；对样品表面状态十分敏感.不能进行成分分析.主要用于分析样品表面形貌。

　（3）吸收电子:

其衬度恰好和SE或BE信号调制图像衬度相反;与背散射电子的衬度互补.吸收电子能产生原子序数衬度，即可用来进行定性的微区成分分析.

　（4）透射电子：

透射电子信号由微区的厚度、成分和晶体结构决定.可进行微区成分分析.

　（5）特征X射线:

用特征值进行成分分析，来自样品较深的区域

（6）俄歇电子:

各元素的俄歇电子能量值低；来自样品表面1－2nm范围。

适合做表面分析.

9、采用四探针法测试电阻率时，影响电阻率测试精度的主要因素有哪些？

样品在进行电学测量时，为什么要进行光屏蔽和电磁屏蔽？

影响电阻率测试精度的主要因素有温度、样品厚度和接触电阻。

样品进行电学测量时，由于光和电磁场会对样品中载流子浓度及分布产生影响，从而影响测试结果的准确性，因此要进行光屏蔽和电磁屏蔽。

10、简述利用冷热探针法判别半导体导电型号的原理？

在样品上压上两根金属探针，一根热探针，另一个是冷探针，其温度是室温。

当冷热探针和N型半导体接触时，两个接触点便产生温差，传导电子将流向温度较低的区域，从而使热探针处于电子缺少状态，因而相对于室温触点而言，热探针电势将是正的；同理，对P型半导体，热探针相对室温触点是负的。

此时，如果将冷热探针接上数字电压表（或检流计）形成一闭合回路，则根据两个接触点处存在的温差所引起的温差电压（或温差电流）的方向可以确定导电类型。

11、利用X射线荧光光谱技术对元素进行定性和定量分析的理论依据是什么？

X射线荧光谱所分析的元素范围一般从铍（B）——铀（Ｕ），为什么不能分析轻元素（氢、氦和锂）？

答：

利用X射线荧光光谱技术对元素进行定性和定量分析的理论依据是莫塞莱定律、布拉格定律和朗伯比尔定律。

因为X射线荧光光谱分析是利用元素的特征X射线，而氢和氦原子只有K层电子，不能产生特征X射线，所以无法进行荧光光谱分析。

锂原子虽然能产生X射线，但产生的特征X射线波长太长，通常无法进行检测。

12、光分析基本过程/基本特点

（1）光分析的基本过程：

能源提供能量；

能量与被测物之间的相互作用；

产生信号。

（2）基本特点：

所有光分析法均包含三个基本过程；

选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）；

涉及大量光学元器件。

13、为什么原子光谱是线状的，分子光谱是带状的？

由于原子可能被激发到的能级很多，而由这些能级可能跃迁到的能级也很多，所以原子被激发后发射的辐射具有许多不同的波长。

每个单一波长的辐射，对应于一根谱线，因此原子光谱是由许多谱线组成的线状光谱。

而分子光谱除了来自于分子本身能级间的跃迁，还包括分子内各个原子间的振动和转动能级，即分子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。

14、吸收曲线的含义及其特点

（1）含义：

测量某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，可得到一条曲线，称为吸收光谱曲线或光吸收曲线，它反映了物质对不同波长光的吸收情况。

（2）特点：

同一种物质对不同波长光的吸光度不同。

吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax;不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似，λmax不变。

而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax不同。

15、吸收光谱的波长分布代表有什么意义？

由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。

16、朗伯－比尔定律/意义

（1）定律：

A=lg（1/T）=Kbc

其中，A为吸光度,T为透射比,是透射光强度比上入射光强度K为摩尔吸收系数。

它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关。

c为吸光物质的浓度，b为吸收层厚度。

（2）意义:

当一束平行单色光通过均匀、透明的吸光介质时，其吸光度与吸光质点的浓度和吸收层厚度的乘积成正比。

17、紫外－可见光谱仪部件及作用

紫外－可见分光光度计基本部件及作用：

（1）光源：

在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。

（2）单色器：

将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。

（3）吸收池：

吸收池放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。

（4）检测器：

利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。

（5）记录显示器：

其作用是把放大的信号以吸光度A或透射比T的光度分析法的设计方式显示或记录下来。

18、双波长双光束分光光度计原理/方法

（1）原理：

将通过单色器的光一分为二，一束通过参比溶液，一束通过试样，仪器在不同时刻记载参比信号和样品信号。

通过一次测量可测得溶液的吸光度。

可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响。

（2）方法：

比较吸收光谱曲线法、标准曲线法、标准加入法

19、红外光谱怎么产生的/怎么分析的？

（1）产生：

将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱

（2）分析：

利用物质对红外辐射的吸收所产生的红外吸收光谱，对物质的组成、结构及含量进行分析测定的方法叫红外吸收光谱分析法。

20、红、紫外可见吸收光谱法的比较，相同点与不同点

相同点：

都是分子吸收光谱，都反映分子结构的特性

不同点：

所用光源、起源、光谱的表示方式

21、开路电压、短路电流、最大功率点、填充因子、转换效率五大参数的定义

（1）开路电压：

在一定的温度和辐照度条件下，太阳能电池在空载（开路）情况下的端电压即为开路电压，也就是伏安特性曲线与横坐标的交点所对应的电压，通常用Uoc来表示。

（2）短路电流：

在一定的温度和辐照度条件下，太阳电池在端电压为零时的输出电流即为短路电流，也就是伏安特性曲线与纵坐标的交点所对应的电流，通常用Isc来表示。

（3）最大功率点：

调节负载电阻RL到某一值Rm时，在伏安特性曲线上得到一点M，对应的工作电流Im和工作电压Um的乘积为最大，即Pm=ImUm=Pmax则称M点为该太阳电池的最大功率点，也称最佳工作点。

（4）填充因子：

填充因子是表征太阳电池性能优劣的一个重要参数，定义为太阳电池的最大功率与开路电压和短路电流的乘积之比，通常用FF（或CF）表示。

（5）转换效率：

在太阳电池受到光照时，输出电功率和入射光功率之比就称为太阳电池的效率，也称为光电转换效率。

转换效率用来表示照射在电池上的光能量转换成电能的大小，它是衡量电池性能的另一个重要指标。

22、太阳能模拟器有哪两种形式

太阳能模拟器分为稳态太阳模拟器、脉冲式太阳模拟器两种。

23、PL检测原理

电池中某区域的发光强度与本位置的非平衡少数载流子的浓度成正比，而缺陷将是少数载流子的强复合中心，因此该区域的少数载流子浓度变小会导致荧光效应减弱，在图像上表现出来就成为暗色的点、线，或一定的区域，而在电池内复合较少的区域则表现为比较亮的区域。

因此，可通过观察光致发光成像，来判断电池是否存在缺陷，杂质等等最终影响电池效率的因素。

24、EL检测原理

太阳能电池的电致发光亮度正比于少子扩散长度：

对太阳能电池加载电压后，使之发光，再利用红外成像仪摄取其发光影像，因电致发光亮度正比于少子扩散长度，缺陷处因具有较低的少子扩散长度而发出较弱的光，从而形成较暗的影像。

通过对产品缺陷图像的观察，可以有效的发现硅片、扩散、刻蚀、印刷、烧结等工艺过程存在的缺陷和问题。

25、辨别本征和非本征缺陷

本征缺陷（晶格缺陷、晶界等）的EL图像对温度较敏感；而非本征缺陷（裂纹、断栅等）导致的EL图像对温度变化不敏感。

因此可以通过不同温度下的EL图像的差别来加以区分。

四、综合题

1、特征X射线和荧光X射线产生的机理有何异同？

某物质的K系荧光X射线是否等于它的K系特征X射线？

答：

特征X射线与荧光X射线都是由激发态原子中的高能级电子向低能级跃迁时，多余能量以X射线的形式放出而形成的。

不同的是，高能电子轰击使原子处于激发态，高能级电子回迁释放的是特征X射线；以X射线轰击，使原子处于激发态，高能级电子回迁释放的是荧光X射线。

某物质的K系特征X射线与其K系荧光X射线具有相同波长。

2、X射线照射固体物质时可能产生哪些信息？

据此建立了哪些分析方法？

答：

信息：

（1）散射X射线：

相干和非相关X射线；

（2）电子：

反冲电子、俄歇电子和光电子；（3）荧光X射线；（4）透射X射线；（5）热能等。

方法：

X射线衍射、X射线荧光光谱、X射线激发俄歇电子能谱、X射线光电子能谱等。

3、扫描电镜的分辨率受哪些因素的影响？

用不同的信号成像时，其分辨率有何不同？

答：

扫描电子显微镜的分辨率与电子束束斑大小、检测信号种类、检测部位原子序数有关。

4、布拉格方程及其意义？

布拉格方程2dsinθ=nλ

意义：

限定当入射X射线的波长小于或等于2倍晶面间距时，才能产生衍射。