去噪后單晶硅表面形貌的反射率分析

【摘 要】 針對(duì)單晶硅表面在制絨時(shí)會(huì)有“凹坑”缺陷出現(xiàn)的現(xiàn)象，利用雙正交提升小波bior4.4進(jìn)行分段處理，將“凹坑”缺陷等價(jià)為“類三角形”的金字塔模型去噪。通過對(duì)去噪后的單晶硅絨面建立反射率的估計(jì)計(jì)算模型，進(jìn)行反射率的估計(jì)計(jì)算。結(jié)果表明，將“凹坑”缺陷等價(jià)處理后能有效地降低反射率，同時(shí)得出單晶硅絨面的平均反射率與絨面的一致性存在一定的關(guān)系，有必要進(jìn)一步控制絨面制造工藝因素，提高微結(jié)構(gòu)的一致性。

【關(guān)鍵詞】 單晶硅表面形貌 凹坑 去噪 反射率

太陽能電池硅基片的表面特性，很大程度上取決于表面形貌[1]，它們直接影響光的反射率[2]。而其中的主要影響因素是表面形貌的微結(jié)構(gòu)。本文針對(duì)單晶硅絨面微結(jié)構(gòu)有“凹坑”缺陷，基于雙正交提升小波bior4.4對(duì)絨面去噪，并對(duì)去噪處理后的絨面進(jìn)行金字塔的平均角度的計(jì)算，然后建立絨面反射率的估計(jì)計(jì)算模型，進(jìn)行反射率的估計(jì)計(jì)算。從而對(duì)絨面制造工藝具有一定的現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

1 雙正交提升小波

小波分析方法是一個(gè)非常重要的研究表面形貌的方法。[3]又由于表面形貌分析方法要求具有：相位為線性的、沖擊響應(yīng)為有限的以及很好的重構(gòu)能力等優(yōu)點(diǎn)。而小波里只有雙正交小波符合，又因?yàn)樘嵘袷骄哂泻?jiǎn)單、計(jì)算快、且可以進(jìn)行原位運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn)，所以本文我們選取提升雙正交小波進(jìn)行去噪處理[4][5]。

2 雙正交提升小波的應(yīng)用

先應(yīng)用LPGI-WIVS型表面輪廓測(cè)量?jī)x[7]，測(cè)量三組單晶硅表面形貌，再應(yīng)用雙正交提升小波對(duì)其進(jìn)行去噪。

2.1 實(shí)際單晶硅表面形貌的測(cè)量

采樣長(zhǎng)度為，間隔為，點(diǎn)數(shù)為2000，選用合適的測(cè)量方法，多次測(cè)量后選取得到其中三組單晶硅表面形貌：一組不帶“凹坑”缺陷；一組是頂部帶“凹坑”缺陷、一組是底部帶“凹坑”缺陷的單晶硅表面形貌。具體如下圖1（a）、（b）、（c）所示。

2.2 應(yīng)用雙正交提升小波對(duì)實(shí)際單晶硅絨面的分段去噪

對(duì)于三組實(shí)測(cè)的單晶硅絨面，分別采用不同的去噪方法。第一組只要考慮高頻部分的毛刺噪聲就行，其去噪圖如圖2（a）所示。而對(duì)于第二、三組絨面數(shù)據(jù)除了要考慮高頻部分的毛刺噪聲外，主要還要考慮“凹坑”缺陷，進(jìn)行分段處理，即所謂將“凹坑”去噪處理后得到等價(jià)的小“三角形”，而非“凹坑”信號(hào)段則去除高頻的噪聲。由此得到第二、三組的實(shí)測(cè)絨面的去噪圖為下圖2（b）（c）所示。

3 單晶硅絨面反射率估計(jì)計(jì)算

對(duì)去噪后的單晶硅絨面建立反射率估計(jì)模型進(jìn)行估計(jì)計(jì)算反射率。

3.1 絨面反射率的實(shí)際估計(jì)模型

根據(jù)金字塔理論模型[3]我們得出平均反射率的實(shí)際估計(jì)計(jì)算模型圖3所示。

這里我們令第一次入射角為，折射角為。第二次入射角為，折射角為。而第一個(gè)金字塔的頂角角度為，而第二個(gè)金字塔的頂角角度為，兩金字塔間的夾角為。由圖3計(jì)算出：

其中折射率n=3.861。從而得出金字塔的反射率為：

3.2 絨面反射率估計(jì)計(jì)算

通過計(jì)算單晶硅絨面的特征量可得出的第三組的絨面一致性相比較第一、二組的一致性要好，并且第一組表面形貌金字塔的平均頂角角度為115.2°，第二組為115.5°，第三組為118.5°[7]，再根據(jù)式（6）～（9）可以得出實(shí)際金字塔的平均反射率如表1所示。

從表1可以看出，相比之下第三組的平均反射率比第一、二組的平均反射率高些。說明對(duì)“凹坑”缺陷等價(jià)處理后能有效降低反射率，并且平均反射率跟絨面的一致性有關(guān)，主要是金字塔單體的特征量（間距、高度、角度）的分布不是很均勻，導(dǎo)致實(shí)測(cè)的單晶硅絨面的反射率與理想的反射率11%還是存在一定的距離。

4 結(jié)語

本研究分析了實(shí)際的單晶硅絨面的噪聲，利用雙正交提升小波進(jìn)行去噪處理，將“凹坑”缺陷等價(jià)為小的“三角形”，從而降低光的發(fā)射率。對(duì)去噪后的單晶硅絨面進(jìn)行特征量的提取，得出單晶硅絨面的一致性不是很均勻，相對(duì)未去噪的絨面而言還是有所改善。對(duì)去噪后的單晶硅絨面建立模型進(jìn)行實(shí)際的反射率估計(jì)計(jì)算，結(jié)果表明實(shí)際的反射率與理想的反射率還是存在一定的差距，在一致性上還存在改善空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]WHITEHOUSE D.J.Handbook of Sur-face Metrology[M].1st ed， Bristol and Phila-dephia： Institute of physics publishing，1994.

[2]吳建榮，杜丕一，韓高榮等.非晶硅太陽能電池研究現(xiàn)狀[J].材料導(dǎo)報(bào).1999，13（2）：38-39.

[3]王海燕.硅基太陽能電池陷光材料及陷光結(jié)構(gòu)的研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2005.

[4]呂晶晶，吳立群，徐瑞芬.表面微缺陷形態(tài)小波提取方法研究[J].機(jī)電工程，2008，25（12）：103-107.

[5]葛哲學(xué).小波分析理論與MATLAB7實(shí)現(xiàn).北京：電子工業(yè)出版社，2005：343-344.

[6]徐瑞芬.基于雙正交提升小波的單晶硅絨面的去噪研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2012（8）.

[7]徐瑞芬，呂晶晶，吳立群.基于雙正交提升小波的單晶硅表面形貌特征提取[J].機(jī)電工程，2010（2）.endprint

【摘 要】 針對(duì)單晶硅表面在制絨時(shí)會(huì)有“凹坑”缺陷出現(xiàn)的現(xiàn)象，利用雙正交提升小波bior4.4進(jìn)行分段處理，將“凹坑”缺陷等價(jià)為“類三角形”的金字塔模型去噪。通過對(duì)去噪后的單晶硅絨面建立反射率的估計(jì)計(jì)算模型，進(jìn)行反射率的估計(jì)計(jì)算。結(jié)果表明，將“凹坑”缺陷等價(jià)處理后能有效地降低反射率，同時(shí)得出單晶硅絨面的平均反射率與絨面的一致性存在一定的關(guān)系，有必要進(jìn)一步控制絨面制造工藝因素，提高微結(jié)構(gòu)的一致性。

【關(guān)鍵詞】 單晶硅表面形貌 凹坑 去噪 反射率

太陽能電池硅基片的表面特性，很大程度上取決于表面形貌[1]，它們直接影響光的反射率[2]。而其中的主要影響因素是表面形貌的微結(jié)構(gòu)。本文針對(duì)單晶硅絨面微結(jié)構(gòu)有“凹坑”缺陷，基于雙正交提升小波bior4.4對(duì)絨面去噪，并對(duì)去噪處理后的絨面進(jìn)行金字塔的平均角度的計(jì)算，然后建立絨面反射率的估計(jì)計(jì)算模型，進(jìn)行反射率的估計(jì)計(jì)算。從而對(duì)絨面制造工藝具有一定的現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

1 雙正交提升小波

小波分析方法是一個(gè)非常重要的研究表面形貌的方法。[3]又由于表面形貌分析方法要求具有：相位為線性的、沖擊響應(yīng)為有限的以及很好的重構(gòu)能力等優(yōu)點(diǎn)。而小波里只有雙正交小波符合，又因?yàn)樘嵘袷骄哂泻?jiǎn)單、計(jì)算快、且可以進(jìn)行原位運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn)，所以本文我們選取提升雙正交小波進(jìn)行去噪處理[4][5]。

2 雙正交提升小波的應(yīng)用

先應(yīng)用LPGI-WIVS型表面輪廓測(cè)量?jī)x[7]，測(cè)量三組單晶硅表面形貌，再應(yīng)用雙正交提升小波對(duì)其進(jìn)行去噪。

2.1 實(shí)際單晶硅表面形貌的測(cè)量

采樣長(zhǎng)度為，間隔為，點(diǎn)數(shù)為2000，選用合適的測(cè)量方法，多次測(cè)量后選取得到其中三組單晶硅表面形貌：一組不帶“凹坑”缺陷；一組是頂部帶“凹坑”缺陷、一組是底部帶“凹坑”缺陷的單晶硅表面形貌。具體如下圖1（a）、（b）、（c）所示。

2.2 應(yīng)用雙正交提升小波對(duì)實(shí)際單晶硅絨面的分段去噪

對(duì)于三組實(shí)測(cè)的單晶硅絨面，分別采用不同的去噪方法。第一組只要考慮高頻部分的毛刺噪聲就行，其去噪圖如圖2（a）所示。而對(duì)于第二、三組絨面數(shù)據(jù)除了要考慮高頻部分的毛刺噪聲外，主要還要考慮“凹坑”缺陷，進(jìn)行分段處理，即所謂將“凹坑”去噪處理后得到等價(jià)的小“三角形”，而非“凹坑”信號(hào)段則去除高頻的噪聲。由此得到第二、三組的實(shí)測(cè)絨面的去噪圖為下圖2（b）（c）所示。

3 單晶硅絨面反射率估計(jì)計(jì)算

對(duì)去噪后的單晶硅絨面建立反射率估計(jì)模型進(jìn)行估計(jì)計(jì)算反射率。

3.1 絨面反射率的實(shí)際估計(jì)模型

根據(jù)金字塔理論模型[3]我們得出平均反射率的實(shí)際估計(jì)計(jì)算模型圖3所示。

這里我們令第一次入射角為，折射角為。第二次入射角為，折射角為。而第一個(gè)金字塔的頂角角度為，而第二個(gè)金字塔的頂角角度為，兩金字塔間的夾角為。由圖3計(jì)算出：

其中折射率n=3.861。從而得出金字塔的反射率為：

3.2 絨面反射率估計(jì)計(jì)算

通過計(jì)算單晶硅絨面的特征量可得出的第三組的絨面一致性相比較第一、二組的一致性要好，并且第一組表面形貌金字塔的平均頂角角度為115.2°，第二組為115.5°，第三組為118.5°[7]，再根據(jù)式（6）～（9）可以得出實(shí)際金字塔的平均反射率如表1所示。

從表1可以看出，相比之下第三組的平均反射率比第一、二組的平均反射率高些。說明對(duì)“凹坑”缺陷等價(jià)處理后能有效降低反射率，并且平均反射率跟絨面的一致性有關(guān)，主要是金字塔單體的特征量（間距、高度、角度）的分布不是很均勻，導(dǎo)致實(shí)測(cè)的單晶硅絨面的反射率與理想的反射率11%還是存在一定的距離。

4 結(jié)語

本研究分析了實(shí)際的單晶硅絨面的噪聲，利用雙正交提升小波進(jìn)行去噪處理，將“凹坑”缺陷等價(jià)為小的“三角形”，從而降低光的發(fā)射率。對(duì)去噪后的單晶硅絨面進(jìn)行特征量的提取，得出單晶硅絨面的一致性不是很均勻，相對(duì)未去噪的絨面而言還是有所改善。對(duì)去噪后的單晶硅絨面建立模型進(jìn)行實(shí)際的反射率估計(jì)計(jì)算，結(jié)果表明實(shí)際的反射率與理想的反射率還是存在一定的差距，在一致性上還存在改善空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]WHITEHOUSE D.J.Handbook of Sur-face Metrology[M].1st ed， Bristol and Phila-dephia： Institute of physics publishing，1994.

[2]吳建榮，杜丕一，韓高榮等.非晶硅太陽能電池研究現(xiàn)狀[J].材料導(dǎo)報(bào).1999，13（2）：38-39.

[3]王海燕.硅基太陽能電池陷光材料及陷光結(jié)構(gòu)的研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2005.

[4]呂晶晶，吳立群，徐瑞芬.表面微缺陷形態(tài)小波提取方法研究[J].機(jī)電工程，2008，25（12）：103-107.

[5]葛哲學(xué).小波分析理論與MATLAB7實(shí)現(xiàn).北京：電子工業(yè)出版社，2005：343-344.

[6]徐瑞芬.基于雙正交提升小波的單晶硅絨面的去噪研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2012（8）.

[7]徐瑞芬，呂晶晶，吳立群.基于雙正交提升小波的單晶硅表面形貌特征提取[J].機(jī)電工程，2010（2）.endprint

【摘 要】 針對(duì)單晶硅表面在制絨時(shí)會(huì)有“凹坑”缺陷出現(xiàn)的現(xiàn)象，利用雙正交提升小波bior4.4進(jìn)行分段處理，將“凹坑”缺陷等價(jià)為“類三角形”的金字塔模型去噪。通過對(duì)去噪后的單晶硅絨面建立反射率的估計(jì)計(jì)算模型，進(jìn)行反射率的估計(jì)計(jì)算。結(jié)果表明，將“凹坑”缺陷等價(jià)處理后能有效地降低反射率，同時(shí)得出單晶硅絨面的平均反射率與絨面的一致性存在一定的關(guān)系，有必要進(jìn)一步控制絨面制造工藝因素，提高微結(jié)構(gòu)的一致性。

【關(guān)鍵詞】 單晶硅表面形貌 凹坑 去噪 反射率

太陽能電池硅基片的表面特性，很大程度上取決于表面形貌[1]，它們直接影響光的反射率[2]。而其中的主要影響因素是表面形貌的微結(jié)構(gòu)。本文針對(duì)單晶硅絨面微結(jié)構(gòu)有“凹坑”缺陷，基于雙正交提升小波bior4.4對(duì)絨面去噪，并對(duì)去噪處理后的絨面進(jìn)行金字塔的平均角度的計(jì)算，然后建立絨面反射率的估計(jì)計(jì)算模型，進(jìn)行反射率的估計(jì)計(jì)算。從而對(duì)絨面制造工藝具有一定的現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

1 雙正交提升小波

小波分析方法是一個(gè)非常重要的研究表面形貌的方法。[3]又由于表面形貌分析方法要求具有：相位為線性的、沖擊響應(yīng)為有限的以及很好的重構(gòu)能力等優(yōu)點(diǎn)。而小波里只有雙正交小波符合，又因?yàn)樘嵘袷骄哂泻?jiǎn)單、計(jì)算快、且可以進(jìn)行原位運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn)，所以本文我們選取提升雙正交小波進(jìn)行去噪處理[4][5]。

2 雙正交提升小波的應(yīng)用

先應(yīng)用LPGI-WIVS型表面輪廓測(cè)量?jī)x[7]，測(cè)量三組單晶硅表面形貌，再應(yīng)用雙正交提升小波對(duì)其進(jìn)行去噪。

2.1 實(shí)際單晶硅表面形貌的測(cè)量

采樣長(zhǎng)度為，間隔為，點(diǎn)數(shù)為2000，選用合適的測(cè)量方法，多次測(cè)量后選取得到其中三組單晶硅表面形貌：一組不帶“凹坑”缺陷；一組是頂部帶“凹坑”缺陷、一組是底部帶“凹坑”缺陷的單晶硅表面形貌。具體如下圖1（a）、（b）、（c）所示。

2.2 應(yīng)用雙正交提升小波對(duì)實(shí)際單晶硅絨面的分段去噪

對(duì)于三組實(shí)測(cè)的單晶硅絨面，分別采用不同的去噪方法。第一組只要考慮高頻部分的毛刺噪聲就行，其去噪圖如圖2（a）所示。而對(duì)于第二、三組絨面數(shù)據(jù)除了要考慮高頻部分的毛刺噪聲外，主要還要考慮“凹坑”缺陷，進(jìn)行分段處理，即所謂將“凹坑”去噪處理后得到等價(jià)的小“三角形”，而非“凹坑”信號(hào)段則去除高頻的噪聲。由此得到第二、三組的實(shí)測(cè)絨面的去噪圖為下圖2（b）（c）所示。

3 單晶硅絨面反射率估計(jì)計(jì)算

對(duì)去噪后的單晶硅絨面建立反射率估計(jì)模型進(jìn)行估計(jì)計(jì)算反射率。

3.1 絨面反射率的實(shí)際估計(jì)模型

根據(jù)金字塔理論模型[3]我們得出平均反射率的實(shí)際估計(jì)計(jì)算模型圖3所示。

這里我們令第一次入射角為，折射角為。第二次入射角為，折射角為。而第一個(gè)金字塔的頂角角度為，而第二個(gè)金字塔的頂角角度為，兩金字塔間的夾角為。由圖3計(jì)算出：

其中折射率n=3.861。從而得出金字塔的反射率為：

3.2 絨面反射率估計(jì)計(jì)算

通過計(jì)算單晶硅絨面的特征量可得出的第三組的絨面一致性相比較第一、二組的一致性要好，并且第一組表面形貌金字塔的平均頂角角度為115.2°，第二組為115.5°，第三組為118.5°[7]，再根據(jù)式（6）～（9）可以得出實(shí)際金字塔的平均反射率如表1所示。

從表1可以看出，相比之下第三組的平均反射率比第一、二組的平均反射率高些。說明對(duì)“凹坑”缺陷等價(jià)處理后能有效降低反射率，并且平均反射率跟絨面的一致性有關(guān)，主要是金字塔單體的特征量（間距、高度、角度）的分布不是很均勻，導(dǎo)致實(shí)測(cè)的單晶硅絨面的反射率與理想的反射率11%還是存在一定的距離。

4 結(jié)語

本研究分析了實(shí)際的單晶硅絨面的噪聲，利用雙正交提升小波進(jìn)行去噪處理，將“凹坑”缺陷等價(jià)為小的“三角形”，從而降低光的發(fā)射率。對(duì)去噪后的單晶硅絨面進(jìn)行特征量的提取，得出單晶硅絨面的一致性不是很均勻，相對(duì)未去噪的絨面而言還是有所改善。對(duì)去噪后的單晶硅絨面建立模型進(jìn)行實(shí)際的反射率估計(jì)計(jì)算，結(jié)果表明實(shí)際的反射率與理想的反射率還是存在一定的差距，在一致性上還存在改善空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]WHITEHOUSE D.J.Handbook of Sur-face Metrology[M].1st ed， Bristol and Phila-dephia： Institute of physics publishing，1994.

[2]吳建榮，杜丕一，韓高榮等.非晶硅太陽能電池研究現(xiàn)狀[J].材料導(dǎo)報(bào).1999，13（2）：38-39.

[3]王海燕.硅基太陽能電池陷光材料及陷光結(jié)構(gòu)的研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2005.

[4]呂晶晶，吳立群，徐瑞芬.表面微缺陷形態(tài)小波提取方法研究[J].機(jī)電工程，2008，25（12）：103-107.

[5]葛哲學(xué).小波分析理論與MATLAB7實(shí)現(xiàn).北京：電子工業(yè)出版社，2005：343-344.

[6]徐瑞芬.基于雙正交提升小波的單晶硅絨面的去噪研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2012（8）.

[7]徐瑞芬，呂晶晶，吳立群.基于雙正交提升小波的單晶硅表面形貌特征提取[J].機(jī)電工程，2010（2）.endprint