多晶硅太阳能光伏材料及器件中缺陷的多噪声参量联合表征研究

太阳能光伏发电是极具前景的清洁能源利用方式之一，主流的太阳能电池主要包括单晶硅和多晶硅太阳能电池。单晶硅电池转换效率高，但成本较高，目前，铸造多晶硅电池已经成为最主要的光伏电池。由于工艺及材料自身特性，多晶硅太阳能电池在生产与应用过程中易形成多种类型的缺陷，严重影响电池的效率、可靠性及寿命。然而，传统的基于电参量的表征方法手段单一，无法全面区分多晶硅光伏材料及器件中不同区域、不同类型的缺陷，另外表征灵敏度有限，无法及时发现潜在损伤与缺陷。噪声作为一种新型的表征手段，能够直接与材料及器件内部不同类型缺陷产生联系，并且更加灵敏可靠。因此，本课题将通过高温老化、温度循环、电离辐射等条件下的损伤试验，研究多晶硅光伏材料及器件中各种缺陷形成原理及噪声产生机理；根据失效物理方法，建立各噪声参量与不同缺陷的相关性模型；最终，结合噪声频域与时域分析方法，对多晶硅光伏材料及器件中的缺陷进行多参量联合表征。

该研究课题按照项目计划进行，完成了计划书中所要求的任务，项目成果较为显著，达到了预期的效果。. 首先研究了多晶硅太阳能光伏材料及器件中的缺陷。根据多晶硅光伏材料的制备工艺，分析了材料中可能产生的杂质与缺陷，并分析了各种缺陷对太阳能电池性能可能产生的影响。根据多晶硅光伏电池的器件结构，重点研究了电池中各易损部位中可能出现的缺陷类型与分布，及其对电池性能与可靠性的影响。在此基础之上，结合电池实际使用的环境条件，研究了多晶硅太阳能电池常见的失效模式与失效机理，明确了缺陷与失效之间的关系。. 分析了多晶硅太阳能电池中的噪声类型与产生机理，将不同类型的噪声同太阳能电池失效机理相联系，从定性的角度分析了噪声与缺陷的相关性。进而，设计了高低温交变、高温老化、电离辐照三种类型的应力实验。接着，根据多晶硅太阳能电池中的噪声类型，着重研究了光伏电池噪声检测方法，以此建立了硅基太阳能电池电学测试平台与噪声测试平台。对多种型号的太阳能电池样品进行了应力实验与噪声测试实验，得到相关实验数据与分析结果。. 通过将噪声参量与常规电学参量进行对比，验证了噪声参量的有效性与普适性，突显了噪声参量是一种更加灵敏的表征参量。同时，根据多晶硅太阳能电池的失效机理与噪声产生机理，通过失效物理分析的方法，建立噪声与光伏材料及器件中缺陷的相关性模型，并通过实验结果对模型进行了验证与修正，模型也为实验结果提供了更加深入的理论解释。. 根据测得的不同类型的噪声，深入分析了每种类型的噪声所反映的缺陷信息，同时利用时间序列分析方法中的非高斯性分析方法，对电池金属栅线中的电迁移噪声信号进行了建模，定量表征了噪声产生机制的转换。所得到的多种噪声参量可对多晶硅太阳能电池的性能退化与可靠性问题进行全面的表征。. 综上所述,该项目针对“多晶硅太阳能光伏材料及器件中缺陷的多噪声参量联合表征”这一核心问题，开展了机理研究、实验研究、分析建模、表征研究等工作。研究成果形成学术论文9篇（其中，4篇SCI检索，1篇EI检索，1篇ISTP检索）；编著专著章节一章（国家“十二五”重点图书《新兴微纳电子技术丛书》中《新能源与微纳电子技术》一书第二章“太阳能及太阳电池”一章，已进入校稿阶段）；获奖一次（第十三届中国光伏大会，优秀论文奖）；培养硕士研究生四名（两名已答辩，两名在读）。