基于LabVIEW的多晶硅太陽(yáng)能電池噪聲精確測(cè)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(xué)通信工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130025；吉林大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心，吉林長(zhǎng)春130025；吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130012；佳木斯大學(xué)國(guó)際學(xué)院，黑龍江佳木斯154007）介紹了多晶硅太陽(yáng)能電池的噪聲測(cè)試方法，利用其噪聲進(jìn)行可靠性篩選，設(shè)計(jì)了一套完整的太陽(yáng)能噪聲測(cè)試系統(tǒng)，自動(dòng)測(cè)量了太陽(yáng)能電池噪聲，詳細(xì)研究了多晶硅太陽(yáng)能電池噪聲測(cè)試方法及過程所謂的比例隨機(jī)波動(dòng)的現(xiàn)象，是有源器件中載波密度的隨機(jī)波動(dòng)而產(chǎn)生的，它會(huì)對(duì)中心頻率信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并在中心頻率上形成2個(gè)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(shè)備可靠性的重要指標(biāo)其中：Sr是噪聲功率譜密度；N是自由載流子的總數(shù)目；/是頻率；假設(shè)有N個(gè)電子沒有相關(guān)的噪聲源，參數(shù)a是電子相關(guān)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(lái)的結(jié)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(nèi)缺陷引起的。

1//噪聲的大小與器件的質(zhì)量、可靠性有密切的關(guān)系，所以對(duì)器件1//噪聲的測(cè)試具有十分重要的價(jià)值。

半導(dǎo)體材料或器件中存在著能夠發(fā)射或俘獲載流子的各種雜質(zhì)中心。這些雜質(zhì)中心對(duì)載流子的發(fā)射和俘獲是一種隨機(jī)事件，因此使占據(jù)其能級(jí)的載流子數(shù)目隨機(jī)漲落，引起體內(nèi)電位波動(dòng)，從而使通過半導(dǎo)體內(nèi)部電流值產(chǎn)生波動(dòng)，稱為G-R噪聲。可見器件G-R噪聲直接與半導(dǎo)體中的缺陷（雜質(zhì)、晶格位錯(cuò)）有關(guān)，通過對(duì)器件G-R噪聲測(cè)量，成為分析器件內(nèi)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(dá)式如。它主要出現(xiàn)在PN結(jié)區(qū)，不僅會(huì)影響器件的可靠性，同時(shí)也會(huì)妨礙器件的正常工作，特別是在數(shù)字電路中會(huì)引起誤觸發(fā)現(xiàn)象。所以從何種角度看，具有爆裂噪聲的器件均是應(yīng)該篩選掉的。

2多晶硅太陽(yáng)能電池低頻噪聲測(cè)試設(shè)計(jì)本文測(cè)試系統(tǒng)是基于虛擬儀器進(jìn)行構(gòu)建的。NI公司提出“軟件即儀器”的虛擬儀器概念。LabVIEW也是美國(guó)國(guó)家儀器公司NI（NationalInstruments）推出的圖形化編程語(yǔ)言――G語(yǔ)言，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，易學(xué)易用，適合硬件工程師、。

多晶硅太陽(yáng)能電池噪聲測(cè)試系統(tǒng)框圖測(cè)試系統(tǒng)主要包含測(cè)試偏置電路、低噪聲放大器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和上位機(jī)程序4個(gè)部分。需要說(shuō)明的是，因?yàn)樵肼暅y(cè)試需要嚴(yán)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(duì)測(cè)試的影響，采用了雙通道放大器，上位機(jī)采用互譜算法，能夠有效消除放大器本底噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

為太陽(yáng)能電池測(cè)試偏置電路。因?yàn)樘?yáng)能電池的噪聲本身是一個(gè)不可以測(cè)量的量，所以通過把電池產(chǎn)生的噪聲折射到電阻上，這樣通過測(cè)量電阻兩端的電壓，即可反應(yīng)器件的噪聲。為測(cè)試系統(tǒng)多晶硅太陽(yáng)能電池噪聲測(cè)試偏置電路測(cè)試系統(tǒng)界面圖界面圖。

3多晶硅太陽(yáng)能電池噪聲測(cè)試方法研究分別測(cè)量多晶硅太陽(yáng)能電池正偏條件下的輸出噪聲功率譜。因?yàn)闇y(cè)的是負(fù)載電阻尺兩端的電壓，含有直流分量，因此需要加一個(gè)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(jìn)行放大，得到兩路互不相關(guān)的信號(hào)，輸入到上位機(jī)進(jìn)行FFT變換，得到其功率譜。測(cè)量過程中通過提取某些特殊頻點(diǎn)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(shí)域波形觀察得到，凡是具有爆裂噪聲的器件，肯定是缺陷嚴(yán)重的器件，應(yīng)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(cè)出一整批器件的噪聲，我們可以通過統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)經(jīng)濟(jì)和可靠性指標(biāo)，得到這些特征值的閾值。通過測(cè)量具體器件的噪聲，與這些閾值進(jìn)行比較，即可以對(duì)器件進(jìn)行可靠性篩選。

分別對(duì)一批好的太陽(yáng)能電池和壞的器件進(jìn)行測(cè)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(yáng)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(gè)數(shù)量級(jí)。因此可知，通過測(cè)量太陽(yáng)能電池的噪聲，可以很好地進(jìn)行器件可靠性等級(jí)評(píng)估。

4結(jié)論噪聲測(cè)試一般是在平衡態(tài)附近測(cè)量的，對(duì)被測(cè)試器件幾乎不造成任何損傷，所以是無(wú)損的。電子器件的低頻噪聲不僅反映了器件由于各種應(yīng)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(cè)量來(lái)對(duì)多晶硅太陽(yáng)能電池進(jìn)行可靠性篩選。介紹了噪聲測(cè)試系統(tǒng)的建立以及對(duì)噪聲測(cè)試方法的研究。通過實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于晶硅太陽(yáng)能電池，噪聲方法要比傳統(tǒng)的電參數(shù)檢測(cè)更加敏感，甚至在一些電參數(shù)尚未明顯變化時(shí)，噪聲參數(shù)已經(jīng)變化了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。更重要的是電子器件中潛在的本質(zhì)缺陷用傳統(tǒng)的電參數(shù)檢測(cè)方法探測(cè)不到。

本文測(cè)量系統(tǒng)其主要功能是在軟件的控制下實(shí)現(xiàn)噪聲信號(hào)的采集和分析，該系統(tǒng)是基于虛擬儀器技術(shù)的套完整的電子器件低頻噪聲測(cè)試分析儀器，具有傳統(tǒng)噪聲測(cè)試系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到的一些功能。