去噪后单晶硅表面形貌的反射率分析

【摘 要】 针对单晶硅表面在制绒时会有“凹坑”缺陷出现的现象，利用双正交提升小波bior4.4进行分段处理，将“凹坑”缺陷等价为“类三角形”的金字塔模型去噪。通过对去噪后的单晶硅绒面建立反射率的估计计算模型，进行反射率的估计计算。结果表明，将“凹坑”缺陷等价处理后能有效地降低反射率，同时得出单晶硅绒面的平均反射率与绒面的一致性存在一定的关系，有必要进一步控制绒面制造工艺因素，提高微结构的一致性。

【关键词】 单晶硅表面形貌 凹坑 去噪 反射率

太阳能电池硅基片的表面特性，很大程度上取决于表面形貌[1]，它们直接影响光的反射率[2]。而其中的主要影响因素是表面形貌的微结构。本文针对单晶硅绒面微结构有“凹坑”缺陷，基于双正交提升小波bior4.4对绒面去噪，并对去噪处理后的绒面进行金字塔的平均角度的计算，然后建立绒面反射率的估计计算模型，进行反射率的估计计算。从而对绒面制造工艺具有一定的现实的指导意义。

1 双正交提升小波

小波分析方法是一个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：相位为线性的、冲击响应为有限的以及很好的重构能力等优点。而小波里只有双正交小波符合，又因为提升格式具有简单、计算快、且可以进行原位运算等优点，所以本文我们选取提升双正交小波进行去噪处理[4][5]。

2 双正交提升小波的应用

先应用LPGI-WIVS型表面轮廓测量仪[7]，测量三组单晶硅表面形貌，再应用双正交提升小波对其进行去噪。

2.1 实际单晶硅表面形貌的测量

采样长度为，间隔为，点数为2000，选用合适的测量方法，多次测量后选取得到其中三组单晶硅表面形貌：一组不带“凹坑”缺陷；一组是顶部带“凹坑”缺陷、一组是底部带“凹坑”缺陷的单晶硅表面形貌。具体如下图1（a）、（b）、（c）所示。

2.2 应用双正交提升小波对实际单晶硅绒面的分段去噪

对于三组实测的单晶硅绒面，分别采用不同的去噪方法。第一组只要考虑高频部分的毛刺噪声就行，其去噪图如图2（a）所示。而对于第二、三组绒面数据除了要考虑高频部分的毛刺噪声外，主要还要考虑“凹坑”缺陷，进行分段处理，即所谓将“凹坑”去噪处理后得到等价的小“三角形”，而非“凹坑”信号段则去除高频的噪声。由此得到第二、三组的实测绒面的去噪图为下图2（b）（c）所示。

3 单晶硅绒面反射率估计计算

对去噪后的单晶硅绒面建立反射率估计模型进行估计计算反射率。

3.1 绒面反射率的实际估计模型

根据金字塔理论模型[3]我们得出平均反射率的实际估计计算模型图3所示。

这里我们令第一次入射角为，折射角为。第二次入射角为，折射角为。而第一个金字塔的顶角角度为，而第二个金字塔的顶角角度为，两金字塔间的夹角为。由图3计算出：

其中折射率n=3.861。从而得出金字塔的反射率为：

3.2 绒面反射率估计计算

通过计算单晶硅绒面的特征量可得出的第三组的绒面一致性相比较第一、二组的一致性要好，并且第一组表面形貌金字塔的平均顶角角度为115.2°，第二组为115.5°，第三组为118.5°[7]，再根据式（6）～（9）可以得出实际金字塔的平均反射率如表1所示。

从表1可以看出，相比之下第三组的平均反射率比第一、二组的平均反射率高些。说明对“凹坑”缺陷等价处理后能有效降低反射率，并且平均反射率跟绒面的一致性有关，主要是金字塔单体的特征量（间距、高度、角度）的分布不是很均匀，导致实测的单晶硅绒面的反射率与理想的反射率11%还是存在一定的距离。

4 结语

本研究分析了实际的单晶硅绒面的噪声，利用双正交提升小波进行去噪处理，将“凹坑”缺陷等价为小的“三角形”，从而降低光的发射率。对去噪后的单晶硅绒面进行特征量的提取，得出单晶硅绒面的一致性不是很均匀，相对未去噪的绒面而言还是有所改善。对去噪后的单晶硅绒面建立模型进行实际的反射率估计计算，结果表明实际的反射率与理想的反射率还是存在一定的差距，在一致性上还存在改善空间。

参考文献：

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

[2]吴建荣，杜丕一，韩高荣等.非晶硅太阳能电池研究现状[J].材料导报.1999，13（2）：38-39.

[3]王海燕.硅基太阳能电池陷光材料及陷光结构的研究[D].郑州：郑州大学，2005.

[4]吕晶晶，吴立群，徐瑞芬.表面微缺陷形态小波提取方法研究[J].机电工程，2008，25（12）：103-107.

[5]葛哲学.小波分析理论与MATLAB7实现.北京：电子工业出版社，2005：343-344.

[6]徐瑞芬.基于双正交提升小波的单晶硅绒面的去噪研究[J].电脑知识与技术，2012（8）.

[7]徐瑞芬，吕晶晶，吴立群.基于双正交提升小波的单晶硅表面形貌特征提取[J].机电工程，2010（2）.