MDP 技术-硅锭质量评估的 “透视眼”

MDP 技术-硅锭质量评估的 “透视眼"

在光伏生产链中，硅锭材料质量评估对晶体生长者优化结晶过程、电池、芯片制造商筛选材料以降本增效极为重要。传统依赖最终效率的反馈方式存在诸多不足，MDP技术则为早期质量评估提供了新途径。

Freiberg Instruments相关技术或设备助力实现用MDP技术在硅砖四个侧面以1mm分辨率测量空间寿命和电阻率图像。这种测量具有非接触、可在线操作且无需校准的优势。MDP技术能够对晶锭的空间分辨载流子寿命和电阻率进行测量，其测量过程为非接触式，可在生产线上实时操作，且无需额外校准。这一特性使得测量过程简便高效，避免了因接触测量带来的误差和对硅砖的损伤，同时能及时获取大量数据，为后续分析提供充足依据。

其次可以反映材料本质特性：硅砖可视为一种半无限表面样品，其MDP寿命测量受表面复合影响较小，能精准反映材料的实际体寿命。这一优势是其他测量方式难以企及的，通过MDP测量得到的体寿命数据，与产品的最终性能紧密相关，是评估材料质量的关键指标（如图1）。

图 1：晶锭（a）右侧、（b）上侧、（c）左侧和（d）下侧的寿命测量结果

从测量图像中提取受污染区域面积分数、寿命（针对边缘角落硅砖提出加权调和平均计算方法）、电阻率和位错等特征。其中，利用Freiberg Instruments参与相关研发的MDP技术获取的高质量测量数据，为准确提取这些特征奠定基础。例如，通过其设备精准测量的寿命数据，能更合理地计算加权调和平均值（如图2）。

图 2 展示了从两块在不同区域裁剪的硅砖的 MDP 寿命图像中检测到的位错情况。如上图所示，即使在对比度不变的区域，位错检测也很可靠。

模型构建：以提取的特征和太阳能电池短路电流值为输入，采用回归增强随机森林（RERF）模型预测太阳能电池开路电压。这一过程中，MDP测量的精准数据保证了模型训练的可靠性，Freiberg Instruments的技术支持使得数据的准确性和稳定性得以保障（如图3）。

图 3：四块不同材料质量晶锭的开路电压（Voc）

使用来自19块不同位置HPM和CM硅砖制成的约1200个工业Al - BSF太阳能电池构建数据集，涵盖不同坩埚尺寸和硅锭高度。实验中使用的MDP测量设备与Freiberg Instruments紧密相关，确保了数据采集的全面性和准确性。

图 4：比较来自不同锭的两个中心的测量值（实心）和预测值（空心）（Voc）值与砖高度的关系。

模型评估：对不同材料类别分别开发预测模型并优化参数，通过留一法进行盲测评估模型准确率（如图4）。得益于Freiberg Instruments的技术支持，MDP测量数据的高质量使得模型评估结果更可靠。

模型对HPM和CM硅砖开路电压预测平均绝对误差分别为3.06mV和4.85mV；加权调和平均寿命提升了预测精度；模型能有效区分不同质量硅砖，但对缺陷分布不均材料预测精度受限。

本研究借助MDP技术成功实现了硅锭的早期质量评估，为光伏产业优化生产流程、提高生产效率和产品质量提供了可靠的技术手段。未来，MDP技术有望在更多材料和工艺中得到应用，进一步推动光伏产业的发展。Freiberg Instruments的技术或设备在其中发挥了作用，为光伏产业早期评估硅锭质量提供了可靠手段，有助于优化生产流程、提升产业效益。未来可进一步探索该技术在不同材料和工艺中的应用。

该文章翻译于Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems和Freiberg Instruments等机构共同研究的工作。本文发表于37th European PV Solar Energy Conference and Exhibition中，详情可查阅：EARLY STAGE QUALITY ASSESSMENT IN SILICON INGOTS FROM MDP BRICKCHARACTERIZATION.