LabVIEW的多晶硅太阳能电池噪声

基于LabVIEW的多晶硅太阳能电池噪声精确测试方法高健S周求湛S戴宏亮2，刘超S吴丹娥S刘萍萍3，于莉莉4（1.吉林大学通信工程学院，吉林长春130025；吉林大学网络中心，吉林长春130025；吉林大学计算机科学与技术学院，吉林长春130012；佳木斯大学国际学院，黑龙江佳木斯154007）介绍了多晶硅太阳能电池的噪声测试方法，利用其噪声进行可靠性筛选，设计了一套完整的太阳能噪声测试系统，自动测量了太阳能电池噪声，详细研究了多晶硅太阳能电池噪声测试方法及过程所谓的比例随机波动的现象，是有源器件中载波密度的随机波动而产生的，它会对中心频率信号进行调制，并在中心频率上形成2个边带，降低了振荡器的Q值。由于1//噪声是在中心频率附近的主要噪声，因此1//噪声是设备可靠性的重要指标其中：Sr是噪声功率谱密度；N是自由载流子的总数目；/是频率；假设有N个电子没有相关的噪声源，参数a是电子相关的噪声在1Hz的值a值介于10―610―3，取决于电子的分布和晶格类型的不同水平。近年来的结果表明a主要是由晶格分布造成的。过激1//噪声是由器件表面或体内缺陷引起的。

1//噪声的大小与器件的质量、可靠性有密切的关系，所以对器件1//噪声的测试具有十分重要的价值。

半导体材料或器件中存在着能够发射或俘获载流子的各种杂质中心。这些杂质中心对载流子的发射和俘获是一种随机事件，因此使占据其能级的载流子数目随机涨落，引起体内电位波动，从而使通过半导体内部电流值产生波动，称为G-R噪声。可见器件G-R噪声直接与半导体中的缺陷（杂质、晶格位错）有关，通过对器件G-R噪声测量，成为分析器件内在缺陷及可靠性筛选的有效方法。

G-R噪声的频谱为洛伦兹谱，表达式如。它主要出现在PN结区，不仅会影响器件的可靠性，同时也会妨碍器件的正常工作，特别是在数字电路中会引起误触发现象。所以从何种角度看，具有爆裂噪声的器件均是应该筛选掉的。

2多晶硅太阳能电池低频噪声测试设计本文测试系统是基于虚拟仪器进行构建的。NI公司提出“软件即仪器”的虚拟仪器概念。LabVIEW也是美国国家仪器公司NI（NationalInstruments）推出的图形化编程语言――G语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，适合硬件工程师、。

多晶硅太阳能电池噪声测试系统框图测试系统主要包含测试偏置电路、低噪声放大器、数据采集设备和上位机程序4个部分。需要说明的是，因为噪声测试需要严格抑制外界干扰，所以采用了双层屏蔽盒。为了减少放大器本底噪声对测试的影响，采用了双通道放大器，上位机采用互谱算法，能够有效消除放大器本底噪声对测量结果的影响。

为太阳能电池测试偏置电路。因为太阳能电池的噪声本身是一个不可以测量的量，所以通过把电池产生的噪声折射到电阻上，这样通过测量电阻两端的电压，即可反应器件的噪声。为测试系统多晶硅太阳能电池噪声测试偏置电路测试系统界面图界面图。

3多晶硅太阳能电池噪声测试方法研究分别测量多晶硅太阳能电池正偏条件下的输出噪声功率谱。因为测的是负载电阻尺两端的电压，含有直流分量，因此需要加一个隔直电容滤除直流分量，这样得到的即是交流的噪声分量，通过双通道放大器进行放大，得到两路互不相关的信号，输入到上位机进行FFT变换，得到其功率谱。测量过程中通过提取某些特殊频点的噪声功率谱值，比如lHz，10Hz，lkHz与1Hz的噪声值的比值。通过分析，我们可知，可以用1Hz处的噪声值大小代表1//噪声的大小，可以用10Hz和1Hz的噪声比值判断G-R噪声的大小。至于爆裂噪声，我们可以通过时域波形观察得到，凡是具有爆裂噪声的器件，肯定是缺陷严重的器件，应筛除掉。

No.0005器件的正偏条件下的噪声功率谱曲线No.OOlO器件正偏条件下的噪声功率谱曲线因此通过测出一整批器件的噪声，我们可以通过统计，并根据经济和可靠性指标，得到这些特征值的阈值。通过测量具体器件的噪声，与这些阈值进行比较，即可以对器件进行可靠性筛选。

分别对一批好的太阳能电池和坏的器件进行测量。如和5所示器件No.0005（合格）和Na0010（不合格）在正偏电压0.33V的噪声功率谱密度。从和5中可以看出，坏的太阳能电池的噪声功率谱密度最大值比好的器件的最大功率谱密度值大两个数量级。因此可知，通过测量太阳能电池的噪声，可以很好地进行器件可靠性等级评估。

4结论噪声测试一般是在平衡态附近测量的，对被测试器件几乎不造成任何损伤，所以是无损的。电子器件的低频噪声不仅反映了器件由于各种应力引起的缺陷，而且反映了器件潜在的本征缺陷。

本文采用噪声测量来对多晶硅太阳能电池进行可靠性筛选。介绍了噪声测试系统的建立以及对噪声测试方法的研究。通过实验证明，对于晶硅太阳能电池，噪声方法要比传统的电参数检测更加敏感，甚至在一些电参数尚未明显变化时，噪声参数已经变化了几个数量级。更重要的是电子器件中潜在的本质缺陷用传统的电参数检测方法探测不到。

本文测量系统其主要功能是在软件的控制下实现噪声信号的采集和分析，该系统是基于虚拟仪器技术的套完整的电子器件低频噪声测试分析仪器，具有传统噪声测试系统无法达到的一些功能。