MDP 技術-矽錠質量評估的 “透視眼”

MDP 技術-矽錠質量評估的 “透視眼"

在光伏生產(chan) 鏈中，矽錠材料質量評估對晶體(ti) 生長者優(you) 化結晶過程、電池、芯片製造商篩選材料以降本增效極為(wei) 重要。傳(chuan) 統依賴最終效率的反饋方式存在諸多不足，MDP技術則為(wei) 早期質量評估提供了新途徑。

Freiberg Instruments相關(guan) 技術或設備助力實現用MDP技術在矽磚四個(ge) 側(ce) 麵以1mm分辨率測量空間壽命和電阻率圖像。這種測量具有非接觸、可在線操作且無需校準的優(you) 勢。MDP技術能夠對晶錠的空間分辨載流子壽命和電阻率進行測量，其測量過程為(wei) 非接觸式，可在生產(chan) 線上實時操作，且無需額外校準。這一特性使得測量過程簡便高效，避免了因接觸測量帶來的誤差和對矽磚的損傷(shang) ，同時能及時獲取大量數據，為(wei) 後續分析提供充足依據。

其次可以反映材料本質特性：矽磚可視為(wei) 一種半無限表麵樣品，其MDP壽命測量受表麵複合影響較小，能精準反映材料的實際體(ti) 壽命。這一優(you) 勢是其他測量方式難以企及的，通過MDP測量得到的體(ti) 壽命數據，與(yu) 產(chan) 品的最終性能緊密相關(guan) ，是評估材料質量的關(guan) 鍵指標（如圖1）。

圖 1：晶錠（a）右側(ce) 、（b）上側(ce) 、（c）左側(ce) 和（d）下側(ce) 的壽命測量結果

從(cong) 測量圖像中提取受汙染區域麵積分數、壽命（針對邊緣角落矽磚提出加權調和平均計算方法）、電阻率和位錯等特征。其中，利用Freiberg Instruments參與(yu) 相關(guan) 研發的MDP技術獲取的高質量測量數據，為(wei) 準確提取這些特征奠定基礎。例如，通過其設備精準測量的壽命數據，能更合理地計算加權調和平均值（如圖2）。

圖 2 展示了從(cong) 兩(liang) 塊在不同區域裁剪的矽磚的 MDP 壽命圖像中檢測到的位錯情況。如上圖所示，即使在對比度不變的區域，位錯檢測也很可靠。

模型構建：以提取的特征和太陽能電池短路電流值為(wei) 輸入，采用回歸增強隨機森林（RERF）模型預測太陽能電池開路電壓。這一過程中，MDP測量的精準數據保證了模型訓練的可靠性，Freiberg Instruments的技術支持使得數據的準確性和穩定性得以保障（如圖3）。

圖 3：四塊不同材料質量晶錠的開路電壓（Voc）

使用來自19塊不同位置HPM和CM矽磚製成的約1200個(ge) 工業(ye) Al - BSF太陽能電池構建數據集，涵蓋不同坩堝尺寸和矽錠高度。實驗中使用的MDP測量設備與(yu) Freiberg Instruments緊密相關(guan) ，確保了數據采集的全麵性和準確性。

圖 4：比較來自不同錠的兩(liang) 個(ge) 中心的測量值（實心）和預測值（空心）（Voc）值與(yu) 磚高度的關(guan) 係。

模型評估：對不同材料類別分別開發預測模型並優(you) 化參數，通過留一法進行盲測評估模型準確率（如圖4）。得益於(yu) Freiberg Instruments的技術支持，MDP測量數據的高質量使得模型評估結果更可靠。

模型對HPM和CM矽磚開路電壓預測平均絕對誤差分別為(wei) 3.06mV和4.85mV；加權調和平均壽命提升了預測精度；模型能有效區分不同質量矽磚，但對缺陷分布不均材料預測精度受限。

本研究借助MDP技術成功實現了矽錠的早期質量評估，為(wei) 光伏產(chan) 業(ye) 優(you) 化生產(chan) 流程、提高生產(chan) 效率和產(chan) 品質量提供了可靠的技術手段。未來，MDP技術有望在更多材料和工藝中得到應用，進一步推動光伏產(chan) 業(ye) 的發展。Freiberg Instruments的技術或設備在其中發揮了作用，為(wei) 光伏產(chan) 業(ye) 早期評估矽錠質量提供了可靠手段，有助於(yu) 優(you) 化生產(chan) 流程、提升產(chan) 業(ye) 效益。未來可進一步探索該技術在不同材料和工藝中的應用。

該文章翻譯於(yu) Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems和Freiberg Instruments等機構共同研究的工作。本文發表於(yu) 37th European PV Solar Energy Conference and Exhibition中，詳情可查閱：EARLY STAGE QUALITY ASSESSMENT IN SILICON INGOTS FROM MDP BRICKCHARACTERIZATION.