太陽(yáng)能電池組件成本控制的第一要義是檢測(cè)表征。通過(guò)表征發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，知道問(wèn)題的來(lái)源從而對(duì)癥下藥，是降低生產(chǎn)成本、提高良率的關(guān)鍵。一個(gè)優(yōu)秀的表征手段，需要快、準(zhǔn)、但不狠。快是指不能影響產(chǎn)能，而且盡量在生產(chǎn)流程的上游發(fā)現(xiàn)問(wèn)題;準(zhǔn)是要能夠精確判斷問(wèn)題，精確量化問(wèn)題的程度;不狠是指不能對(duì)測(cè)量的樣品造成損害。今天兔子簡(jiǎn)析的就是光致發(fā)光PL這樣一個(gè)技術(shù)，符合優(yōu)秀表征手段具備的所有要素。而PL最酷的應(yīng)用之一，就是通過(guò)拍攝切好的多晶硅硅片，來(lái)準(zhǔn)確的預(yù)知電池效率。

場(chǎng)景一：等到電池都做出來(lái)了測(cè)了效率才知道用了垃圾硅片做了一批垃圾電池?太晚啦!人力、水電氣、物料、機(jī)器折損都白搭進(jìn)去了，悔死!

場(chǎng)景二：電池產(chǎn)線的最前端讓硅片擺個(gè)pose照個(gè)相。垃圾硅片?別在上面追加一分生產(chǎn)成本，直接扔掉，或者找硅片供應(yīng)商扯皮去!

這就是前端PL的價(jià)值所在。

1) 光致發(fā)光PL的原理

技術(shù)很高深，原理很難懂，但是用一兩句話也能大致說(shuō)的清楚。儀器最重要的部分是光源和攝像頭。用一個(gè)光源去照射一張硅片，光熄滅以后攝像頭還能檢測(cè)到硅片發(fā)光。

為什么硅片會(huì)發(fā)光呢?因?yàn)楣杵庖院髸?huì)激發(fā)多余的載流子，載流子再輻射復(fù)合就發(fā)光了。

硅片發(fā)光強(qiáng)弱說(shuō)明什么呢?1. 光吸收的多發(fā)的光就多，比如制絨好、硅片厚。2.在同等吸光的條件下，發(fā)光越強(qiáng)證明非輻射復(fù)合越少，推斷硅片質(zhì)量越好。

所以通過(guò)判斷吸光因素歸一化后的發(fā)光狀況，就可以用來(lái)評(píng)判硅片質(zhì)量啦。

2) 光致發(fā)光PL預(yù)知電池效率

原理清楚了，就看怎么操作。大致的步驟：

1. 拍1000來(lái)個(gè)片子先。

2. 把這些片子做成電池，測(cè)量他們的性能。

3. 訓(xùn)練出某種模型，找出PL照片和最終電池性能的關(guān)聯(lián)。

4. 新來(lái)的硅片，PL拍照，套入模型，得到性能預(yù)測(cè)!

5. 硅片分檔或者扔掉。

3) 怎么訓(xùn)練模型？

明眼人一看就知道1-5步里面，最關(guān)鍵是3套用什么樣的模型。還是那句話，說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，做起來(lái)高端。

簡(jiǎn)單粗暴的辦法：把照片切分成若干像素單元，然后數(shù)一數(shù)亮的有多少，暗的有多少，給亮度賦予不同的權(quán)重，再對(duì)像素面積求和(Wagner, JAP, 2013)。怎么加權(quán)?幾何平均，算術(shù)平均，調(diào)和平均，還是自己定義一個(gè)，哪個(gè)好?或是都不理想?這個(gè)加權(quán)值，你可能需要在同一條產(chǎn)線上，用更多的數(shù)據(jù)來(lái)喂，或者特意的去測(cè)量一些有表面鈍化的片子，或者用單晶片來(lái)修正模型。總而言之，這種方法是前期工作要做足，工作做好了后面就來(lái)的快了。但是換了不同的硅片，換了不同電池，有得要重新校對(duì)。

貌似更酷炫的辦法： 讓我們數(shù)像素的多少，這也太低級(jí)了把!PERC和Al-BSF的電池，即使像素?cái)?shù)出來(lái)一樣，結(jié)果也完全不一樣啊!一般多晶硅和高效多晶硅，結(jié)果又完全不一樣啊!這樣，那我們就用時(shí)髦的圖像識(shí)別機(jī)器學(xué)習(xí)吧(Memant, PIP, 2016)。晶界是這樣的圖像模式，位錯(cuò)長(zhǎng)那樣，污染又是這樣。我們把他們一一識(shí)別出來(lái)進(jìn)行加權(quán);再把不同亮度進(jìn)行加權(quán);不停喂數(shù)據(jù)，讓機(jī)器學(xué)習(xí)圖像模式去!這種辦法，建模難度倍增，精度也未見(jiàn)得無(wú)比精確，但確實(shí)廣泛適用于各種不同的硅片來(lái)源以及各種不同的電池制作工藝。