本發(fā)明涉及微電子技術領域，具體而言，涉及一種太陽能電池抗輻照能力無損檢驗方法及裝置。

背景技術：

目前，太陽能電池作為空間能源系統(tǒng)，被廣泛應用于航天等特殊環(huán)境；同時由于太陽能電池必須曝露在外面，故在接受宇宙射線、Van Allen帶和太陽等離子氣的輻射時，很容易退化甚至失效，從而導致系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至系統(tǒng)失效；因此為了保證進入太空的太陽能電池具有較好的抗輻射性能，太陽能電池在使用前都需要進行抗輻照能力測驗，以篩選出抗輻照能力較強的太陽能電池，保證其工作時的穩(wěn)定性和可靠性。

現(xiàn)有的太陽能電池測試篩選方法主要有兩種：“輻照-退火”方法和多元回歸分析法；其中，輻照-退火篩選方法以試驗測試為主，首先對待篩選器件進行額定劑量的輻照，然后選擇一種或者幾種靈敏電參數(shù)，在兩小時內(nèi)完成對選取的參量進行測試和分析，篩選掉不符合要求的器件。接著進行50％額定劑量的輻照；接著加壓退火后再次進行電測試；篩選出合適的器件。具體過程如圖1。該方法存在有兩方面的局限性：一是檢測成本高，不利于及時反饋信息，從而延長了研制和生產(chǎn)周期；二是檢測本身常常具有破壞性，即最后篩選出的器件都經(jīng)過了輻照，使器件壽命本身已經(jīng)降低?，F(xiàn)有技術中的多元回歸分析方法的技術難點是如何選擇敏感的信息參數(shù)，既可以實現(xiàn)輻照前的抗輻照能力預測，又與器件的微觀損傷緊密聯(lián)系，通常的做法是選用輻照前的短路電流作為信息參數(shù)，輻照后的短路電流漂移作為輻射性能參數(shù)此種方式并沒有選取與器件缺陷變化關系密切的信息參數(shù)，導致了回歸預測方程的不夠精確，最終導致了太陽能電池在空間應用時的失效率很高，致使航天器不能正常運行工作。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例的目的在于提供一種太陽能電池抗輻照能力無損檢驗方法及裝置，以解決上述問題。

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種太陽能電池抗輻照能力無損檢驗方法，包括：

獲取隨機子樣太陽能電池輻照前短路電流J_sc和輸出電壓處的l/f噪聲幅值B；

獲取所述隨機子樣太陽能電池的經(jīng)過輻照實驗后的短路電流J_sc′；

基于所述J_sc和所述J_sc′，計算短路電流漂移量ΔJ_sc＝J_sc′-J_sc；

對數(shù)據(jù)進行預處理，以所述噪聲幅值B作為信息參數(shù)，以短路電流漂移量ΔJ_sc作為輻照性能參數(shù)，建立噪聲幅值B和ΔJ_sc之間的多元線性回歸方程并計算線性回歸方程中的系數(shù)向量

其中，X為信息參數(shù)B構(gòu)成的矩陣，是殘差，系數(shù)向量的展開式為

建立信息參數(shù)B和輻照性能參數(shù)ΔJ_sc之間的無損篩選回歸預測方程：

其中，ΔJ_sck＝β₀+β₁B_k為測量值對應的短路電流漂移量的預測值，t(1-α/2，(n-2))是置信度為1-α的t分布，其中，為殘差；為的轉(zhuǎn)置；X^T為X的轉(zhuǎn)置；為的轉(zhuǎn)置矩陣；

利用所述無損篩選回歸預測方程，測試單個太陽能電池的抗輻照性能，對同批太陽能電池進行篩選。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中：

所述獲取隨機子樣太陽能電池噪聲幅值B包括：

設置太陽能電池的輸出電壓和負載條件；

在太陽能電池的輸出端引出噪聲信號，并進行低噪聲的前置放大；

將放大后的噪聲信號傳輸給數(shù)據(jù)采集卡；

通過計算機軟件計算并提取數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)，得到噪聲幅值B。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中：

所述利用所述無損篩選回歸預測方程，測試單個太陽能電池的抗輻照性能，對同批太陽能電池進行篩選，包括：

獲取待篩選太陽能電池輸出電壓處的噪聲幅值B；

基于所述待篩選太陽能電池輸出電壓處的噪聲幅值B和回歸預測方程得到此太陽能電池的短路電流漂移預測值；

將所述預測值和此批太陽能電池的短路電流漂移容限進行比較，如果此預測值在此類太陽能電池的短路電流漂移容限之內(nèi)，則確定此太陽能電池為合格產(chǎn)品；反之，如果得到的預測值落在此類太陽能電池的短路電流漂移容限之外，則確定此太陽能電池為不合格產(chǎn)品。

第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種太陽能電池抗輻照能力無損篩選裝置，包括：

第一獲取單元，用于獲取隨機子樣太陽能電池輻照前短路電流J_sc和輸出電壓處的l/f噪聲幅值B；

第二獲取單元，用于獲取所述隨機子樣太陽能電池的經(jīng)過輻照實驗后的短路電流J_sc′；

計算單元，基于所述J_sc和所述J_sc′，計算短路電流漂移量ΔJ_sc＝J_sc′-J_sc；

線性回歸方程建立單元，用于以所述噪聲幅值B作為信息參數(shù)，以短路電流漂移量ΔJ_sc作為輻照性能參數(shù)，建立噪聲幅值B和ΔJ_sc之間的多元線性回歸方程并計算線性回歸方程中的系數(shù)向量其中，X為信息參數(shù)B構(gòu)成的矩陣，是殘差，系數(shù)向量的展開式為

無損篩選回歸預測方程建立單元，用于建立信息參數(shù)B和輻照性能參數(shù)ΔJ_sc之間的無損篩選回歸預測方程：其中，ΔJ_sck＝β₀+β₁β_k為測量值對應的短路電流漂移量的預測值，t(1-α/2，(n-2))是置信度為1-α的t分布，其中，為殘差；為的轉(zhuǎn)置；X^T為X的轉(zhuǎn)置；為的轉(zhuǎn)置矩陣；

測試單元，用于利用所述無損篩選回歸預測方程，測試單個太陽能電池的抗輻照性能，對同批太陽能電池進行篩選。

本發(fā)明實施例所提供的方法以及裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在對太陽能電池無損壞的前提下，進行對太陽能電池抗輻照能力進行測試，進而實現(xiàn)對太陽能電池準確、高效的篩選出抗輻照能力強的元器件。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1示出了現(xiàn)有技術中“輻照-退火”方法流程示意圖；

圖2示出了本發(fā)明實施例所提供的一種太陽能電池抗輻照能力無損檢驗方法的方法流程示意圖；

圖3示出了本發(fā)明實施例所提供的噪聲幅值B的測量采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4示出了本發(fā)明實施例所提供的一種太陽能電池抗輻照能力無損測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

應用于航天等特殊環(huán)境中的太陽能電池會受到宇宙射線、太陽等離子氣的輻照，很容易退化甚至失效，因此在太陽能電池在進入航天系統(tǒng)使用前，需要進行檢驗和篩選；現(xiàn)有技術中，對太陽能電池的測試篩選方法主要有兩種：“輻照-退火”方法和多元回歸分析法；其中，“輻射-退火”方法的缺點是最后篩選出的器件都經(jīng)過了輻照，器件壽命本身已經(jīng)降低。采用多元回歸分析方法的關鍵是選取輻照前的敏感參數(shù)，對輻照后器件性能參數(shù)進行預估。前者的敏感參數(shù)稱為信息參數(shù)，想要預估的輻照后器件性能參數(shù)稱為輻射性能參數(shù)。即對同一工藝制造出來的器件，通過對一定數(shù)量隨機樣品進行輻照試驗，找出信息參數(shù)和輻射性能參數(shù)之間的函數(shù)關系，進而實現(xiàn)對未輻照器件的篩選；現(xiàn)有技術的做法是選用輻照前的短路電流作為信息參數(shù)，輻照后的短路電流漂移作為輻射性能參數(shù)，該方法得到的回歸預測方程的不夠精確，最終導致了太陽能電池在空間應用時的失效率很高，致使航天器不能正常運行工作；進一步的，太陽能電池中的l/f噪聲主要是基區(qū)復合中心作用的結(jié)果，且輻照前的l/f噪聲電壓功率譜幅值與輻照誘發(fā)的復合中心導致短路電流漂移量之間存在正比關系，這從微觀機制上揭示了太陽能電池輻照損傷的原因，噪聲幅值的變化直接反映器件中的缺陷狀態(tài)；基于此，本發(fā)明實施例所提供一種太陽能電池抗輻照能力無損檢驗方法及裝置，以做到在對太陽能電池無損傷的前提下，通過使用噪聲幅值這一參數(shù)進行回歸分析，提高測試準確度，以保證被篩選太陽能電池元器件的可靠性。

下面通過具體實施例進行對本發(fā)明技術方案的詳細介紹。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種太陽能電池抗輻照能力無損檢驗方法，包括如下步驟：

S201、獲取隨機子樣太陽能電池輻照前短路電流J_sc和輸出電壓處的l/f噪聲幅值B；

進行上述步驟中之前，首先需從一批太陽能器件的抽樣母體中按照簡單隨機抽樣原則抽取n個隨機子樣，n大于等于20，優(yōu)選地抽取20-30個隨機子樣，測量這些隨機子樣輻照前短路電流J_sc和輸出電壓處的l/f噪聲幅值B，并記錄測試條件；

S202、獲取所述隨機子樣太陽能電池的經(jīng)過輻照實驗后的短路電流J_sc′；

需要說明的是，上述輻照實驗的輻照的劑量率和總劑量要根據(jù)具體太陽能電池額定輻照劑量來設定，為了模擬空間輻照環(huán)境，優(yōu)選地，劑量率設置在50到300rad(Si)/s之間。對該輻照后的隨機子樣器件輸出光功率退化量ΔP_out的獲取采用常規(guī)手段進行，但要限制在輻照后兩個小時之內(nèi)完成測量，以免器件退火嚴重影響測試結(jié)果。

S203、基于所述J_sc和所述J_sc′，計算短路電流漂移量ΔJ_sc＝J_sc′-J_sc；

S204、對數(shù)據(jù)進行預處理，預處理包括：進行數(shù)據(jù)篩選，用數(shù)理統(tǒng)計中的假設檢驗方法分別檢驗輻照前和輻照后測量數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布，并剔除異常數(shù)據(jù)；以所測量輸出電壓處的l/f噪聲幅值B作為信息參數(shù)，以短路電流漂移量ΔJ_sc作為輻照性能參數(shù)，建立噪聲幅值B和ΔJ_sc之間的多元線性回歸方程并計算線性回歸方程中的系數(shù)向量

其中，X為信息參數(shù)B構(gòu)成的矩陣，是殘差，系數(shù)向量的展開式為

進一步的，通過以下方式計算線性回歸方程中的系數(shù)向量

步驟1、將多元線性回歸方程進一步展開為：

其中，ΔJ_sc1、ΔJ_sc2、…、ΔJ_scn為第1、2、…、n個隨機子樣輻照后短路電流漂移量；

B₁、B₂、…、B_n為第1、2、…、n個隨機子樣的輻照前噪聲幅值B；

β₀為常數(shù)項、β₁為噪聲幅值B的系數(shù)；

ε₁、ε₂、…、ε_n為第1、2、…、n個隨機子樣線性回歸方程的殘差；

步驟2、利用最小二乘估計法估計信息參數(shù)的系數(shù)向量為：

X^T為X的轉(zhuǎn)置矩陣。

S205、建立信息參數(shù)B和輻射性能參數(shù)ΔJ_sc之間的無損篩選回歸預測方程：

其中，ΔJ_sck＝β₀+β₁B_k為測量值對應的短路電流漂移量的預測值，t(1-α/2，(n-2))是置信度為1-α的t分布，其中，為殘差；為的轉(zhuǎn)置；X^T為X的轉(zhuǎn)置；為的轉(zhuǎn)置矩陣；

在給定的1-α置信度下，待篩選太陽能電池信息參數(shù)向量其中B_k為待篩選器件實測l/f噪聲幅值，則其輻照后短路電流漂移量的無損篩選回歸預測值為：

其中：t(1-α/2，(n-2))是自由度為n-2，分位點為1-α/2的t分布

MSE定義如下：

SSE為方差平方和，為的轉(zhuǎn)置

S206、利用上述無損篩選回歸預測方程，測試單個太陽能電池的抗輻照性能，對同批太陽能電池進行篩選。

進一步的，利用無損篩選回歸預測方程，測試單個太陽能電池的抗輻照性能，對同批太陽能電池進行篩選，包括：

獲取待篩選太陽能電池輸出電壓處的噪聲幅值B；

基于待篩選太陽能電池輸出電壓處的噪聲幅值B和回歸預測方程得到此太陽能電池的短路電流漂移預測值；

將上述預測值和此批太陽能電池的短路電流漂移容限進行比較，如果此預測值在此類太陽能電池的短路電流漂移容限之內(nèi)，則確定此太陽能電池為合格產(chǎn)品；反之，如果得到的預測值落在此類太陽能電池的短路電流漂移容限之外，則確定此太陽能電池為不合格產(chǎn)品；其中，太陽能電池的短路電流漂移容限根據(jù)具體空間應用來確定。

示例性的，對于型號為2CR61的太陽能電池，短路電流的允許范圍是40～65mA，首先測量待篩選太陽能電池的噪聲電壓功率譜幅值，按照上述第二步的說明和此器件的說明書，噪聲電壓功率譜幅值測量條件設定如下：

外界條件：光強100mW/cm2，30℃

輸出電壓：400mV

把待篩選太陽能電池的噪聲幅值測量值帶入回歸預測方程，得到其短路電流的預測值；如果短路電流的預測值在40～65mA這個范圍內(nèi)，則認為該太陽能電池符合要求，可以被選用；如果短路電流的漂移的預測值超出這個范圍，則認為該太陽能電池不符合要求，即被篩選掉。

本發(fā)明實施例所提供的篩選方法與現(xiàn)有的太陽能電池抗輻照能力無損檢驗方法相比，具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明與現(xiàn)有的太陽能電池篩選方法相比，具有以下優(yōu)點：

1、由于篩選出來的太陽能電池是未經(jīng)過輻照的，屬于“無損篩選”，因此篩選過程不會減少器件壽命。

2、由于選用的信息參數(shù)涵蓋了太陽能電池接受輻照時，短路電流漂移的主要產(chǎn)生因素，故篩選準確度高。

3、由于只需測量待篩選器件的一個參數(shù)，篩選周期短，方法簡單，費用較低，所以可廣泛應用于航空航天等輻射環(huán)境下的器件篩選。

需要說明的是，上述短路電流的測量可以采用現(xiàn)有技術中常規(guī)的測試方法；由于電子器件的低頻噪聲十分微弱，要能有效地檢測這種噪聲，測試系統(tǒng)必須具有足夠高的靈敏度，為此，本發(fā)明實施例中采用如圖3所示的噪聲幅值測試系統(tǒng)對噪聲幅值進行測試，該系統(tǒng)包括：電源、太陽能電池適配器、偏置器、低噪聲前置放大器、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，其中，太陽能電池適配器和偏置器主要是根據(jù)待測器件噪聲測試的具體要求，提供偏置電壓、偏置電流、源電阻，使之處于相應的測試狀態(tài)。待測的噪聲信號經(jīng)過前置放大器和數(shù)據(jù)采集卡被送至數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的微機進行數(shù)據(jù)的分析處理、存儲和打印輸出。為了實現(xiàn)信號實時、快速、準確的采集，采用DAQ2010數(shù)據(jù)采集卡，其最大采樣速率為2MHz，以保證l/f噪聲測試頻率范圍；其量化精度為14bit，以保證測試精度和動態(tài)范圍；具體測量過程如下：

首先，設置太陽能電池的輸出條件，輸出電壓選為400mV，這時太陽能電池功率較大；

接著，在太陽能電池的輸出端引出噪聲信號，并進行低噪聲的前置放大；

然后，將放大后的噪聲信號傳輸給數(shù)據(jù)采集卡；

最后，通過計算機軟件計算并提取數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)，得到噪聲幅值B。

如圖4所示，本發(fā)明實施例提供了一種太陽能電池抗輻照能力無檢驗選裝置，包括：

第一獲取單元410，用于獲取隨機子樣太陽能電池輻照前短路電流J_sc和輸出電壓處的l/f噪聲幅值B；

第二獲取單元420，用于獲取隨機子樣太陽能電池的經(jīng)過輻照實驗后的短路電流J_sc′；

計算單元430，基于所述J_sc和所述J_sc′，計算短路電流漂移量ΔJ_sc＝J_sc′-J_sc；

線性回歸方程建立單元440，用于以所述噪聲幅值B作為信息參數(shù)，以短路電流漂移量ΔJ_sc作為輻照性能參數(shù)，建立噪聲幅值B和ΔJ_sc之間的多元線性回歸方程并計算線性回歸方程中的系數(shù)向量其中，X為信息參數(shù)B構(gòu)成的矩陣，是殘差，系數(shù)向量的展開式為

無損篩選回歸預測方程建立單元450，用于建立信息參數(shù)B和輻照性能參數(shù)ΔJ_sc之間的無損篩選回歸預測方程：其中，ΔJ_sck＝β₀+β₁B_k為測量值對應的短路電流漂移量的預測值，t(1-α/2，(n-2))是置信度為1-α的t分布，其中，為殘差；為的轉(zhuǎn)置；X^T為X的轉(zhuǎn)置；為的轉(zhuǎn)置矩陣；

測試單元460，用于利用所述無損篩選回歸預測方程，測試單個太陽能電池的抗輻照性能，對同批太陽能電池進行篩選

所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

所述功能如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網(wǎng)絡設備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應所述以權(quán)利要求的保護范圍為準。