去噪后單晶硅表面形貌的反射率分析

【摘 要】 針對單晶硅表面在制絨時會有“凹坑”缺陷出現的現象，利用雙正交提升小波bior4.4進行分段處理，將“凹坑”缺陷等價為“類三角形”的金字塔模型去噪。通過對去噪后的單晶硅絨面建立反射率的估計計算模型，進行反射率的估計計算。結果表明，將“凹坑”缺陷等價處理后能有效地降低反射率，同時得出單晶硅絨面的平均反射率與絨面的一致性存在一定的關系，有必要進一步控制絨面制造工藝因素，提高微結構的一致性。

【關鍵詞】 單晶硅表面形貌 凹坑 去噪 反射率

太陽能電池硅基片的表面特性，很大程度上取決于表面形貌[1]，它們直接影響光的反射率[2]。而其中的主要影響因素是表面形貌的微結構。本文針對單晶硅絨面微結構有“凹坑”缺陷，基于雙正交提升小波bior4.4對絨面去噪，并對去噪處理后的絨面進行金字塔的平均角度的計算，然后建立絨面反射率的估計計算模型，進行反射率的估計計算。從而對絨面制造工藝具有一定的現實的指導意義。

1 雙正交提升小波

小波分析方法是一個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：相位為線性的、沖擊響應為有限的以及很好的重構能力等優點。而小波里只有雙正交小波符合，又因為提升格式具有簡單、計算快、且可以進行原位運算等優點，所以本文我們選取提升雙正交小波進行去噪處理[4][5]。

2 雙正交提升小波的應用

先應用LPGI-WIVS型表面輪廓測量儀[7]，測量三組單晶硅表面形貌，再應用雙正交提升小波對其進行去噪。

2.1 實際單晶硅表面形貌的測量

采樣長度為，間隔為，點數為2000，選用合適的測量方法，多次測量后選取得到其中三組單晶硅表面形貌：一組不帶“凹坑”缺陷；一組是頂部帶“凹坑”缺陷、一組是底部帶“凹坑”缺陷的單晶硅表面形貌。具體如下圖1（a）、（b）、（c）所示。

2.2 應用雙正交提升小波對實際單晶硅絨面的分段去噪

對于三組實測的單晶硅絨面，分別采用不同的去噪方法。第一組只要考慮高頻部分的毛刺噪聲就行，其去噪圖如圖2（a）所示。而對于第二、三組絨面數據除了要考慮高頻部分的毛刺噪聲外，主要還要考慮“凹坑”缺陷，進行分段處理，即所謂將“凹坑”去噪處理后得到等價的小“三角形”，而非“凹坑”信號段則去除高頻的噪聲。由此得到第二、三組的實測絨面的去噪圖為下圖2（b）（c）所示。

3 單晶硅絨面反射率估計計算

對去噪后的單晶硅絨面建立反射率估計模型進行估計計算反射率。

3.1 絨面反射率的實際估計模型

根據金字塔理論模型[3]我們得出平均反射率的實際估計計算模型圖3所示。

這里我們令第一次入射角為，折射角為。第二次入射角為，折射角為。而第一個金字塔的頂角角度為，而第二個金字塔的頂角角度為，兩金字塔間的夾角為。由圖3計算出：

其中折射率n=3.861。從而得出金字塔的反射率為：

3.2 絨面反射率估計計算

通過計算單晶硅絨面的特征量可得出的第三組的絨面一致性相比較第一、二組的一致性要好，并且第一組表面形貌金字塔的平均頂角角度為115.2°，第二組為115.5°，第三組為118.5°[7]，再根據式（6）～（9）可以得出實際金字塔的平均反射率如表1所示。

從表1可以看出，相比之下第三組的平均反射率比第一、二組的平均反射率高些。說明對“凹坑”缺陷等價處理后能有效降低反射率，并且平均反射率跟絨面的一致性有關，主要是金字塔單體的特征量（間距、高度、角度）的分布不是很均勻，導致實測的單晶硅絨面的反射率與理想的反射率11%還是存在一定的距離。

4 結語

本研究分析了實際的單晶硅絨面的噪聲，利用雙正交提升小波進行去噪處理，將“凹坑”缺陷等價為小的“三角形”，從而降低光的發射率。對去噪后的單晶硅絨面進行特征量的提取，得出單晶硅絨面的一致性不是很均勻，相對未去噪的絨面而言還是有所改善。對去噪后的單晶硅絨面建立模型進行實際的反射率估計計算，結果表明實際的反射率與理想的反射率還是存在一定的差距，在一致性上還存在改善空間。

參考文獻：

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

[2]吳建榮，杜丕一，韓高榮等.非晶硅太陽能電池研究現狀[J].材料導報.1999，13（2）：38-39.

[3]王海燕.硅基太陽能電池陷光材料及陷光結構的研究[D].鄭州：鄭州大學，2005.

[4]呂晶晶，吳立群，徐瑞芬.表面微缺陷形態小波提取方法研究[J].機電工程，2008，25（12）：103-107.

[5]葛哲學.小波分析理論與MATLAB7實現.北京：電子工業出版社，2005：343-344.

[6]徐瑞芬.基于雙正交提升小波的單晶硅絨面的去噪研究[J].電腦知識與技術，2012（8）.

[7]徐瑞芬，呂晶晶，吳立群.基于雙正交提升小波的單晶硅表面形貌特征提取[J].機電工程，2010（2）.endprint

【摘 要】 針對單晶硅表面在制絨時會有“凹坑”缺陷出現的現象，利用雙正交提升小波bior4.4進行分段處理，將“凹坑”缺陷等價為“類三角形”的金字塔模型去噪。通過對去噪后的單晶硅絨面建立反射率的估計計算模型，進行反射率的估計計算。結果表明，將“凹坑”缺陷等價處理后能有效地降低反射率，同時得出單晶硅絨面的平均反射率與絨面的一致性存在一定的關系，有必要進一步控制絨面制造工藝因素，提高微結構的一致性。

【關鍵詞】 單晶硅表面形貌 凹坑 去噪 反射率

太陽能電池硅基片的表面特性，很大程度上取決于表面形貌[1]，它們直接影響光的反射率[2]。而其中的主要影響因素是表面形貌的微結構。本文針對單晶硅絨面微結構有“凹坑”缺陷，基于雙正交提升小波bior4.4對絨面去噪，并對去噪處理后的絨面進行金字塔的平均角度的計算，然后建立絨面反射率的估計計算模型，進行反射率的估計計算。從而對絨面制造工藝具有一定的現實的指導意義。

1 雙正交提升小波

小波分析方法是一個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：相位為線性的、沖擊響應為有限的以及很好的重構能力等優點。而小波里只有雙正交小波符合，又因為提升格式具有簡單、計算快、且可以進行原位運算等優點，所以本文我們選取提升雙正交小波進行去噪處理[4][5]。

2 雙正交提升小波的應用

先應用LPGI-WIVS型表面輪廓測量儀[7]，測量三組單晶硅表面形貌，再應用雙正交提升小波對其進行去噪。

2.1 實際單晶硅表面形貌的測量

采樣長度為，間隔為，點數為2000，選用合適的測量方法，多次測量后選取得到其中三組單晶硅表面形貌：一組不帶“凹坑”缺陷；一組是頂部帶“凹坑”缺陷、一組是底部帶“凹坑”缺陷的單晶硅表面形貌。具體如下圖1（a）、（b）、（c）所示。

2.2 應用雙正交提升小波對實際單晶硅絨面的分段去噪

對于三組實測的單晶硅絨面，分別采用不同的去噪方法。第一組只要考慮高頻部分的毛刺噪聲就行，其去噪圖如圖2（a）所示。而對于第二、三組絨面數據除了要考慮高頻部分的毛刺噪聲外，主要還要考慮“凹坑”缺陷，進行分段處理，即所謂將“凹坑”去噪處理后得到等價的小“三角形”，而非“凹坑”信號段則去除高頻的噪聲。由此得到第二、三組的實測絨面的去噪圖為下圖2（b）（c）所示。

3 單晶硅絨面反射率估計計算

對去噪后的單晶硅絨面建立反射率估計模型進行估計計算反射率。

3.1 絨面反射率的實際估計模型

根據金字塔理論模型[3]我們得出平均反射率的實際估計計算模型圖3所示。

這里我們令第一次入射角為，折射角為。第二次入射角為，折射角為。而第一個金字塔的頂角角度為，而第二個金字塔的頂角角度為，兩金字塔間的夾角為。由圖3計算出：

其中折射率n=3.861。從而得出金字塔的反射率為：

3.2 絨面反射率估計計算

通過計算單晶硅絨面的特征量可得出的第三組的絨面一致性相比較第一、二組的一致性要好，并且第一組表面形貌金字塔的平均頂角角度為115.2°，第二組為115.5°，第三組為118.5°[7]，再根據式（6）～（9）可以得出實際金字塔的平均反射率如表1所示。

從表1可以看出，相比之下第三組的平均反射率比第一、二組的平均反射率高些。說明對“凹坑”缺陷等價處理后能有效降低反射率，并且平均反射率跟絨面的一致性有關，主要是金字塔單體的特征量（間距、高度、角度）的分布不是很均勻，導致實測的單晶硅絨面的反射率與理想的反射率11%還是存在一定的距離。

4 結語

本研究分析了實際的單晶硅絨面的噪聲，利用雙正交提升小波進行去噪處理，將“凹坑”缺陷等價為小的“三角形”，從而降低光的發射率。對去噪后的單晶硅絨面進行特征量的提取，得出單晶硅絨面的一致性不是很均勻，相對未去噪的絨面而言還是有所改善。對去噪后的單晶硅絨面建立模型進行實際的反射率估計計算，結果表明實際的反射率與理想的反射率還是存在一定的差距，在一致性上還存在改善空間。

參考文獻：

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

[2]吳建榮，杜丕一，韓高榮等.非晶硅太陽能電池研究現狀[J].材料導報.1999，13（2）：38-39.

[3]王海燕.硅基太陽能電池陷光材料及陷光結構的研究[D].鄭州：鄭州大學，2005.

[4]呂晶晶，吳立群，徐瑞芬.表面微缺陷形態小波提取方法研究[J].機電工程，2008，25（12）：103-107.

[5]葛哲學.小波分析理論與MATLAB7實現.北京：電子工業出版社，2005：343-344.

[6]徐瑞芬.基于雙正交提升小波的單晶硅絨面的去噪研究[J].電腦知識與技術，2012（8）.

[7]徐瑞芬，呂晶晶，吳立群.基于雙正交提升小波的單晶硅表面形貌特征提取[J].機電工程，2010（2）.endprint

【摘 要】 針對單晶硅表面在制絨時會有“凹坑”缺陷出現的現象，利用雙正交提升小波bior4.4進行分段處理，將“凹坑”缺陷等價為“類三角形”的金字塔模型去噪。通過對去噪后的單晶硅絨面建立反射率的估計計算模型，進行反射率的估計計算。結果表明，將“凹坑”缺陷等價處理后能有效地降低反射率，同時得出單晶硅絨面的平均反射率與絨面的一致性存在一定的關系，有必要進一步控制絨面制造工藝因素，提高微結構的一致性。

【關鍵詞】 單晶硅表面形貌 凹坑 去噪 反射率

太陽能電池硅基片的表面特性，很大程度上取決于表面形貌[1]，它們直接影響光的反射率[2]。而其中的主要影響因素是表面形貌的微結構。本文針對單晶硅絨面微結構有“凹坑”缺陷，基于雙正交提升小波bior4.4對絨面去噪，并對去噪處理后的絨面進行金字塔的平均角度的計算，然后建立絨面反射率的估計計算模型，進行反射率的估計計算。從而對絨面制造工藝具有一定的現實的指導意義。

1 雙正交提升小波

小波分析方法是一個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：相位為線性的、沖擊響應為有限的以及很好的重構能力等優點。而小波里只有雙正交小波符合，又因為提升格式具有簡單、計算快、且可以進行原位運算等優點，所以本文我們選取提升雙正交小波進行去噪處理[4][5]。

2 雙正交提升小波的應用

先應用LPGI-WIVS型表面輪廓測量儀[7]，測量三組單晶硅表面形貌，再應用雙正交提升小波對其進行去噪。

2.1 實際單晶硅表面形貌的測量

采樣長度為，間隔為，點數為2000，選用合適的測量方法，多次測量后選取得到其中三組單晶硅表面形貌：一組不帶“凹坑”缺陷；一組是頂部帶“凹坑”缺陷、一組是底部帶“凹坑”缺陷的單晶硅表面形貌。具體如下圖1（a）、（b）、（c）所示。

2.2 應用雙正交提升小波對實際單晶硅絨面的分段去噪

對于三組實測的單晶硅絨面，分別采用不同的去噪方法。第一組只要考慮高頻部分的毛刺噪聲就行，其去噪圖如圖2（a）所示。而對于第二、三組絨面數據除了要考慮高頻部分的毛刺噪聲外，主要還要考慮“凹坑”缺陷，進行分段處理，即所謂將“凹坑”去噪處理后得到等價的小“三角形”，而非“凹坑”信號段則去除高頻的噪聲。由此得到第二、三組的實測絨面的去噪圖為下圖2（b）（c）所示。

3 單晶硅絨面反射率估計計算

對去噪后的單晶硅絨面建立反射率估計模型進行估計計算反射率。

3.1 絨面反射率的實際估計模型

根據金字塔理論模型[3]我們得出平均反射率的實際估計計算模型圖3所示。

這里我們令第一次入射角為，折射角為。第二次入射角為，折射角為。而第一個金字塔的頂角角度為，而第二個金字塔的頂角角度為，兩金字塔間的夾角為。由圖3計算出：

其中折射率n=3.861。從而得出金字塔的反射率為：

3.2 絨面反射率估計計算

通過計算單晶硅絨面的特征量可得出的第三組的絨面一致性相比較第一、二組的一致性要好，并且第一組表面形貌金字塔的平均頂角角度為115.2°，第二組為115.5°，第三組為118.5°[7]，再根據式（6）～（9）可以得出實際金字塔的平均反射率如表1所示。

從表1可以看出，相比之下第三組的平均反射率比第一、二組的平均反射率高些。說明對“凹坑”缺陷等價處理后能有效降低反射率，并且平均反射率跟絨面的一致性有關，主要是金字塔單體的特征量（間距、高度、角度）的分布不是很均勻，導致實測的單晶硅絨面的反射率與理想的反射率11%還是存在一定的距離。

4 結語

本研究分析了實際的單晶硅絨面的噪聲，利用雙正交提升小波進行去噪處理，將“凹坑”缺陷等價為小的“三角形”，從而降低光的發射率。對去噪后的單晶硅絨面進行特征量的提取，得出單晶硅絨面的一致性不是很均勻，相對未去噪的絨面而言還是有所改善。對去噪后的單晶硅絨面建立模型進行實際的反射率估計計算，結果表明實際的反射率與理想的反射率還是存在一定的差距，在一致性上還存在改善空間。

參考文獻：

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

[2]吳建榮，杜丕一，韓高榮等.非晶硅太陽能電池研究現狀[J].材料導報.1999，13（2）：38-39.

[3]王海燕.硅基太陽能電池陷光材料及陷光結構的研究[D].鄭州：鄭州大學，2005.

[4]呂晶晶，吳立群，徐瑞芬.表面微缺陷形態小波提取方法研究[J].機電工程，2008，25（12）：103-107.

[5]葛哲學.小波分析理論與MATLAB7實現.北京：電子工業出版社，2005：343-344.

[6]徐瑞芬.基于雙正交提升小波的單晶硅絨面的去噪研究[J].電腦知識與技術，2012（8）.

[7]徐瑞芬，呂晶晶，吳立群.基于雙正交提升小波的單晶硅表面形貌特征提取[J].機電工程，2010（2）.endprint