鉅大LARGE | 點擊量：949次 | 2019年03月27日
LabVIEW的多晶硅太陽能電池噪聲
基于LabVIEW的多晶硅太陽能電池噪聲精確測試方法高健S周求湛S戴宏亮2，劉超S吳丹娥S劉萍萍3，于莉莉4（1.吉林大學通信工程學院，吉林長春130025；吉林大學網絡中心，吉林長春130025；吉林大學計算機科學與技術學院，吉林長春130012；佳木斯大學國際學院，黑龍江佳木斯154007）介紹了多晶硅太陽能電池的噪聲測試方法，利用其噪聲進行可靠性篩選，設計了一套完整的太陽能噪聲測試系統，自動測量了太陽能電池噪聲，詳細研究了多晶硅太陽能電池噪聲測試方法及過程所謂的比例隨機波動的現象，是有源器件中載波密度的隨機波動而產生的，它會對中心頻率信號進行調制，并在中心頻率上形成2個邊帶，降低了振蕩器的Q值。由于1//噪聲是在中心頻率附近的主要噪聲，因此1//噪聲是設備可靠性的重要指標其中：Sr是噪聲功率譜密度；N是自由載流子的總數目；/是頻率；假設有N個電子沒有相關的噪聲源，參數a是電子相關的噪聲在1Hz的值a值介于10―610―3，取決于電子的分布和晶格類型的不同水平。近年來的結果表明a主要是由晶格分布造成的。過激1//噪聲是由器件表面或體內缺陷引起的。
1//噪聲的大小與器件的質量、可靠性有密切的關系，所以對器件1//噪聲的測試具有十分重要的價值。
半導體材料或器件中存在著能夠發射或俘獲載流子的各種雜質中心。這些雜質中心對載流子的發射和俘獲是一種隨機事件，因此使占據其能級的載流子數目隨機漲落，引起體內電位波動，從而使通過半導體內部電流值產生波動，稱為G-R噪聲?？梢娖骷礼-R噪聲直接與半導體中的缺陷（雜質、晶格位錯）有關，通過對器件G-R噪聲測量，成為分析器件內在缺陷及可靠性篩選的有效方法。
G-R噪聲的頻譜為洛倫茲譜，表達式如。它主要出現在PN結區，不僅會影響器件的可靠性，同時也會妨礙器件的正常工作，特別是在數字電路中會引起誤觸發現象。所以從何種角度看，具有爆裂噪聲的器件均是應該篩選掉的。
2多晶硅太陽能電池低頻噪聲測試設計本文測試系統是基于虛擬儀器進行構建的。NI公司提出“軟件即儀器”的虛擬儀器概念。LabVIEW也是美國國家儀器公司NI（NationalInstruments）推出的圖形化編程語言――G語言，產生的程序是框圖的形式，易學易用，適合硬件工程師、。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
多晶硅太陽能電池噪聲測試系統框圖測試系統主要包含測試偏置電路、低噪聲放大器、數據采集設備和上位機程序4個部分。需要說明的是，因為噪聲測試需要嚴格抑制外界干擾，所以采用了雙層屏蔽盒。為了減少放大器本底噪聲對測試的影響，采用了雙通道放大器，上位機采用互譜算法，能夠有效消除放大器本底噪聲對測量結果的影響。
為太陽能電池測試偏置電路。因為太陽能電池的噪聲本身是一個不可以測量的量，所以通過把電池產生的噪聲折射到電阻上，這樣通過測量電阻兩端的電壓，即可反應器件的噪聲。為測試系統多晶硅太陽能電池噪聲測試偏置電路測試系統界面圖界面圖。
3多晶硅太陽能電池噪聲測試方法研究分別測量多晶硅太陽能電池正偏條件下的輸出噪聲功率譜。因為測的是負載電阻尺兩端的電壓，含有直流分量，因此需要加一個隔直電容濾除直流分量，這樣得到的即是交流的噪聲分量，通過雙通道放大器進行放大，得到兩路互不相關的信號，輸入到上位機進行FFT變換，得到其功率譜。測量過程中通過提取某些特殊頻點的噪聲功率譜值，比如lHz，10Hz，lkHz與1Hz的噪聲值的比值。通過分析，我們可知，可以用1Hz處的噪聲值大小代表1//噪聲的大小，可以用10Hz和1Hz的噪聲比值判斷G-R噪聲的大小。至于爆裂噪聲，我們可以通過時域波形觀察得到，凡是具有爆裂噪聲的器件，肯定是缺陷嚴重的器件，應篩除掉。
No.0005器件的正偏條件下的噪聲功率譜曲線No.OOlO器件正偏條件下的噪聲功率譜曲線因此通過測出一整批器件的噪聲，我們可以通過統計，并根據經濟和可靠性指標，得到這些特征值的閾值。通過測量具體器件的噪聲，與這些閾值進行比較，即可以對器件進行可靠性篩選。
分別對一批好的太陽能電池和壞的器件進行測量。如和5所示器件No.0005（合格）和Na0010（不合格）在正偏電壓0.33V的噪聲功率譜密度。從和5中可以看出，壞的太陽能電池的噪聲功率譜密度最大值比好的器件的最大功率譜密度值大兩個數量級。因此可知，通過測量太陽能電池的噪聲，可以很好地進行器件可靠性等級評估。
4結論噪聲測試一般是在平衡態附近測量的，對被測試器件幾乎不造成任何損傷，所以是無損的。電子器件的低頻噪聲不僅反映了器件由于各種應力引起的缺陷，而且反映了器件潛在的本征缺陷。
本文采用噪聲測量來對多晶硅太陽能電池進行可靠性篩選。介紹了噪聲測試系統的建立以及對噪聲測試方法的研究。通過實驗證明，對于晶硅太陽能電池，噪聲方法要比傳統的電參數檢測更加敏感，甚至在一些電參數尚未明顯變化時，噪聲參數已經變化了幾個數量級。更重要的是電子器件中潛在的本質缺陷用傳統的電參數檢測方法探測不到。
本文測量系統其主要功能是在軟件的控制下實現噪聲信號的采集和分析，該系統是基于虛擬儀器技術的套完整的電子器件低頻噪聲測試分析儀器，具有傳統噪聲測試系統無法達到的一些功能。
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