摘 要
随着以晶硅太阳能电池为主的光伏行业的快速发展，对于太阳能电池及其组件的品
质要求也越来越高，同时晶硅太阳能电池存在的光致衰减效应也越来越被重视。本课题
针对晶硅太阳能电池存在的光致衰减效应，对晶硅太阳能电池进行载流子诱导衰减与再
生恢复进行了实验研究，并提出了一种利用晶硅太阳能电池电致发光图像灰度值变化的
缺陷分析方法。
(1) 为克服光注入抗光衰存在的能耗问题，本文利用晶硅太阳能电池电致发光原理，
设计了一套集电注入抗光衰与电致发光测试一体的实验装置，能够通过电致发光图像灰
度值变化分析缺陷。根据电致发光原理选用合适的近红外相机和镜头，以及选用合适的
滤波、图像处理算法，并搭建相应的实验装置。
(2) 对晶硅电池进行电注入和光注入诱导衰减实验。通过电池电学性能的分析，可
以明确两种方法都能使单晶硅电池发生 3%-5%的衰减。通过分析电池电致发光图像灰
度衰减变化，可以得出电池缺陷是不均匀的，衰减和再生是同步进行的，不同区域位置
的衰减差异较大等结论；采用指数模型来拟合衰减速率与载流子注入条件的关系，拟合
效果很好。
(3) 对晶硅电池进行电注入和光注入再生恢复实验。通过电池电学性能的分析，可
以确定电池电学性能最终都能够恢复到初值的 99%以上。通过对电池电致发光图像暗域、
明域和全域灰度值的分析，发现电池整体恢复效果很好，甚至某些区域位置的性能超过
了初值；采用指数模型来拟合再生速率与载流子注入条件的关系，拟合效果很好。实验
结果也表明利用电致发光图像灰度值变化来反映电池性能的变化是可行的，并且效果很
好。
目 录
摘 要 ........................................................................................................................................... I
Abstract .................................................................................................................................... II
第一章 绪论 .............................................................................................................................. 1
1.1 研究背景 ...................................................................................................................... 1
1.2 国内外研究现状 .......................................................................................................... 2
1.2.1 晶硅太阳能电池载流子诱导衰减研究进展 ................................................... 2
1.2.2 晶硅太阳能电池再生恢复研究进展 ............................................................... 3
1.3 晶硅太阳能电池光致衰减抑制措施的研究 .............................................................. 5
1.4 研究目的与意义 .......................................................................................................... 6
1.5 论文内容与结构 .......................................................................................................... 7
1.5.1 研究内容 .......................................................................................................... 7
1.5.2 论文结构 .......................................................................................................... 7
第二章 晶硅太阳能电池电学特性与实验装置 ...................................................................... 9
2.1 引言 ............................................................................................................................. 9
2.2 晶硅太阳能电池工作原理与基本结构 ..................................................................... 9
2.2.1 晶硅半导体结构 .............................................................................................. 9
2.2.2 晶硅太阳能电池工作原理 ............................................................................ 10
2.3 晶硅太阳能电池电学特性 ........................................................................................ 10
2.3.1 太阳能电池等效电路 .................................................................................... 10
2.3.2 太阳能电池电学参数 .................................................................................... 11
2.4 实验器材 ................................................................................................................... 13
2.4.1 电流-电压（I-V）特性曲线测试仪 ............................................................. 13
2.4.2 辐照计 ............................................................................................................ 14
2.4.3 光注入处理装置 ............................................................................................ 14
2.4.4 电注入处理装置 ............................................................................................ 14
2.5 电致发光测试系统 .................................................................................................... 15
2.5.1 电致发光原理 ................................................................................................ 15
2.5.2 EL 测试平台搭建 ........................................................................................... 16
IV
2.5.3 图像处理 ........................................................................................................ 18
2.6 本章小结 ................................................................................................................... 21
第三章 晶硅太阳能电池载流子诱导衰减实验研究............................................................ 22
3.1 引言 ............................................................................................................................ 22
3.2 实验过程 .................................................................................................................... 22
3.3 晶硅太阳能电池电注入衰减实验分析 ................................................................... 23
3.3.1 晶硅太阳能电池电学性能分析 .................................................................... 23
3.3.2 晶硅太阳能电池 EL 分析 ............................................................................. 26
3.4 晶硅太阳能电池光注入衰减实验分析 ................................................................... 32
3.4.1 晶硅太阳能电池电学性能分析 ..................................................................... 32
3.4.2 晶硅太阳能电池 EL 分析 .............................................................................. 34
3.5 衰减模型 ................................................................................................................... 36
3.6 本章小结 ................................................................................................................... 37
第四章 晶硅太阳能电池再生恢复实验研究 ........................................................................ 38
4.1 引言 ........................................................................................................................... 38
4.2 晶硅太阳能电池电注入再生恢复实验分析 ............................................................ 38
4.2.1 晶硅太阳能电池电学性能分析 .................................................................... 38
4.2.2 晶硅太阳能电池 EL 分析 ............................................................................. 40
4.3 晶硅太阳能电池光注入再生恢复实验分析 ........................................................... 46
4.3.1 晶硅太阳能电池电学性能分析 .................................................................... 46
4.3.2 晶硅太阳能电池 EL 分析 ............................................................................. 49
4.4 再生恢复模型 ........................................................................................................... 50
4.5 电致发光测试系统优缺点分析 ............................................................................... 51
4.5.1 光注入与电注入优缺点 ................................................................................ 51
4.5.2 电致发光测试系统分析 ................................................................................ 52
4.6 本章小结 ................................................................................................................... 52
总结与展望 .............................................................................................................................. 53
总结 .................................................................................................................................. 53
展望 .................................................................................................................................. 53
参考文献 .................................................................................................................................. 55
V
攻读硕士学位期间取得的研究成果 ...................................................................................... 61
