文献综述
摘要：结合相关文献，了解了太阳能电池从光伏效应的首次发现到大发展的发展历程及太阳能电池的理论基础和工作原理以及其存在的各种缺陷和检测其缺陷的一些方法。深入学习了LBIC技术的工作原理和系统结构，并作了较为细致的介绍。LBIC是一种基于光伏效应，高效、非破坏性的用来研究材料空间结构和电活性区域以及缺陷的测试方法。本课题中，LBIC将用于太阳能电池缺陷的检测。
关键词：太阳能电池；LBIC；缺陷；光伏效应；工作原理；系统结构；电活性区域
1.研究背景
太阳能电池的发展可以追溯到19世纪贝克勒尔首次发现光伏效应。此后由于半导体的研究和应用进一步发展，1953年美国贝尔实验室研究人员Darly Chapin、Cavin Fuller和Gerald Pearson报道了4.5%转换效率的单晶硅天阳能电池，几个月后转换效率达到6%，形成了太阳能电池的雏形。自20世纪50年代至60年代，太阳能电池被广泛应用于航天领域。20世纪70年代的能源危机，使太阳能电池在这个时期得到了很大的关注。在这一阶段，随着大规模的生产，太阳能产业逐渐发展壮大。
近年来，光伏产业发展迅猛，提高效率和降低成本成为整个行业的目标。在晶体si太阳电池的薄片化发展过程中，出现了许多严重的问题，如碎片、电池片隐裂、表面污染、电极不良等，正是这些缺陷限制了电池的光电转化效率和使用寿命。同时，由于没有完善的行业标准，Si片原材料质量也是参差不齐，一些缺陷片的存在直接影响到组件乃至光伏系统的稳定性。因此，太阳能行业需要有快速有效和准确的定位检验方法来检验生产环节可能出现的问题。目前在实际生产实验中，大都是采用太阳能电池片电致发光缺陷检测，以人眼观察或者自动检测的方法进行检测。由于人眼观察的方法具有很强的主观性，并且人眼容易疲劳，大大降低了检测的可靠性和效率。另外，由于电致发光缺陷检测是针对电池片进行的检测，不能够检测生产过程中硅片、扩散片等过程片的缺陷，这样就提高了生产成本，降低了生产效率；并且电致发光检测技术是接触式检测，会给电池片带来不同程度的损伤。
因此，国内外研究人员都力求寻找一种更高效更可靠的检测方法。严婷婷等人在光致发光技术在Si基太阳电池缺陷检测中的应用中利用光致发光原理获取晶体Si太阳电池的荧光照片，用以诊断其缺陷。光致发光是半导体中的电子吸收外界光子后被激发，跃迁到激发态，处于激发态的电子不稳定，向较低的能级跃迁，以光辐射的形式释放出能量的过程。激发光的频率、相位、振幅、偏振态等，携带了材料的大量的基本信息,另外它与材料无接触，不损坏材料。辐射出的光子被灵敏的CCD相机捕获，得到太阳能电池的辐射复合图像。这种光强分布反映出非平衡少数载流子的数目分布，裂痕和缺陷处表现为较低的光致发光强度。再通过数字图像处理技术，对所获得的灰度图像进行去噪、图像增强等处理以便于更好的通过图像分析划分其缺陷类别。
此外，沈凌云等人在基于径向基神经网络的太阳能电池缺陷检测中，建立了太阳能电池板的电致发光（EL）图像与其缺陷类型间的神经网络预测模型，可以对太阳能电池板不同类型的缺陷进行自适应检测。他们采用主成分分量分析（PCA）算法对电致发光（EL）图像训练样本集降维；然后，将降维后得到的数据输入神经网络预测模型进行学习，对模型的参数进行优化选取；最后，将训练好的网络对测试样本进行仿真。在太阳能电池缺陷检测中，还有红外热成像、电感生电流等。
2.太阳能电池
太阳能电池之所以能够将光能转化为电能，可以通过量子力学得到解释。在这里主要讨论光的波粒二象性中的粒子性。光以光子的形式传播，当光照射得到晶体表面，激发晶体中的电子到高能级。这种现象的极端情况，就是爱因斯坦解释的光电效应。蓝光或紫外光的高能量光子为电子提供足够的能量，使电子被激发而彻底溢出晶体表面，从而形成电子空穴对。但在大多数情况下，电子受激发跃迁到高能级，而高能太的电子不稳定，辐射跃迁到低能级。在太阳能电池的光伏效应中，内部非对称结构的p-n结使电子在回到低能级之前，被运输到外部电路而形成电势差，用以驱动外部电路中的负载。
