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[摘 要]物理模型;太陽高度角;最小二乘擬合;經緯度確定
中圖分類號:TP101 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)20-0295-02
一、問題分析
這是一個利用物體影長的動態變化來確定地點和時間的問題。根據測量同一天不同時刻物體的影長,分析其隨時間變化的規律,利用最小二乘法擬合出函數圖像,排除干擾項,以求出物體所處的測量點和時間。問題的難點在于,能夠將影長問題轉化為物理模型中各種參數問題,需要分析的參數之間的關系較復雜:既要考慮測量地點的可涉及性,又要綜合考慮地理環境的科學性和太陽運行的實際性,幾個方面較難聯系。
解決問題主要利用一元非線性最小二乘模型對數據進行擬合,列出誤差方程和法方程,得到影長隨時間變化的函數關系。利用影長最短,太陽高度角最大的原理,結合時角定理求出測量地點的經度。根據擬合方程求解出測量地點的緯度。通過物理模型建立通用的數學模型,在日期已知的情況下來確定測量地點的經緯度。
二、模型假設
1、假設所給數據真實可靠;
2、假設數據中所提供的方向均對應地理正方向;
3、假設測量區間內天氣狀況平穩,不會出現風沙等影響測量;
4、假設太陽的赤緯一天內不發生變化;
5、假設觀測地面是水平的;
6、假設太陽光線進入地球時,空氣介質等外界環境對光線無影響;
7、假設地球的自轉角度一天內不發生變化;
三、符號說明
四.模型的建立與求解
4.1 太陽高度角與影長的物理模型
對于地球上的某個物體,太陽光直射到地面,其入射方向和地平面就會形成一個角度(即太陽高度角),故借助太陽高度角的物理模型和三角函數的知識,即求得影子長度 :
太陽高度角具體成像如圖1-1所示。
由式子1-3可知,當觀測點的緯度已知,計算出太陽赤緯和時角即可求出太陽高度角
查詢相關資料可到太陽赤緯公式如下:
太陽時角公式如下:
只要研究出,,三個自變量對參數的直接影響,就可以通過式子1-2,分析出影長關于各個參數的變化規律。綜合4.1.1模型建立的公式得到影長的通用模型:
其中為因變量,,,作為自變量,也就是題目中所求的影響參數。
4.2最小二乘法模型
1.參數的引入
太陽天頂距:在球面的天文學中,天體在某一瞬間的天頂距,可以從天體的定位三角形中求得。
太陽在某一瞬間的天頂距可以表示為:
視赤經:
視赤緯:
計算瞬間太陽視天頂距(顧及天文折射改正與視差改正后的天頂距):
2.用最小二乘法求算觀測地點的經緯度
假設觀測地點的地面是水平,則被測物體的高度和影長的關系為:
當影長一定時,可把由影長推算的的物高看做緯度和經度的函數,即
由式子2-4和2-5可得:
在式子1-14中以和為變量(其余視為常量)求出:
誤差方程為
令,,
組成法方程:
對于每一物體已知高度的的物體的觀測,列出一個誤差式,即求出,分別存入,中,同時計算誤差方程中的常數項。
由誤差方程得到法方程,解出,之改正數,則得:
五、模型的檢驗
本文采用擬合優度的方式對該模型進行檢驗。在問題的求解過程中,借助Matlab進行最小二乘擬合,所以在檢驗中我們借助Excel的趨勢線進行擬合,將已有的檢驗數據代入,求出可決系數,并得到驗證,說明觀測值的擬合程度很好。
六、模型的評價
6.1 模型的優點
在本文中設計并實現了物理模型和多元非線性最小二乘模型,該模型具有以下優點:
1、 將空間坐標系轉化為直角坐標系,通過投影降維的方法簡化了計算,簡潔易懂。
2、 巧妙的利用物理模型將求解影長變化的問題轉化為求太陽高度角的問題,適用范圍較為廣泛。
6.2 模型的缺點
在計算太陽高度角的過程中未考慮太陽光透過大氣層時的折射等一系列外界因素的干擾,可能會產生太陽高度角偏大的情況;太陽赤緯在一天24小時內不是定值,雖然這些影響很小,但仍會產生細小誤差,降低了模型的精確度。
參考文獻
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夏天,有的父母不讓孩子曬太陽,怕曬了太陽會生癤予、起痱子,或中署、得病,怕一身汗垢,多洗澡換衣,或怕皮膚曬黑了不好看等等。因此,常把孩子關在屋里。這樣做,實際不利予健康。俗話說:“陽光不臨,醫生上門”。孩子長期不曬太陽,皮膚蒼白,抵抗力減弱,容易生病。其實,夏季是孩子身體鍛煉,特別是皮膚鍛煉的最佳時機。“夏練三伏,冬練三九”,讓孩子在惡劣的氣候條件下鍛煉,不僅能提高機體適應艱苦環境的能力,強身效果顯著,而且能培養他們不怕苦、不畏難和向困難作斗爭的堅強意志。
夏季進行目光浴所得到的紫外線、紅外線功效,可延長甚久,并足夠全年使用。人體在這兩種光線作用下,全身代謝加速,表皮皮層增厚,有利于增進食欲,改善睡眠,煥發精神。其次,曬曬太陽,紫外線還能把身體表面的病毒、病菌殺死,防止發生皮膚病。另外,在紫外線作用下,皮膚所產生的維生素D能強壯骨胳,健全牙齒,預防佝僂病。因此,夏季應多讓孩子進行戶外活動,尤其是早晚太陽柔和的時候多讓其接觸陽光。
當然,對太陽光線也要正確利用,如有目的地進行日光浴,那就更好。在一個夏季里,沐浴次數可20~30次,每次日照時間15~20分鐘。一般在上午氣溫不低于20℃、不高于32℃的條件下進行。對于2歲以上的兒童,進行日光浴時,兒童應躺在單個床墊或木板上,兩腳朝向太陽,除頭部外,兒童整個身體都在外,戴上太陽鏡,每隔相同時問翻身一次。如兒童稍有不適感覺,精神不振、不安,面部及身上發紅等等,應立即送到陰涼處。如果皮膚出現疹子以及失眠、頭痛時,應立即停止日光浴。一歲半以上兒童,可穿褲衩,時間最好在上午10時左右,在樹蔭下、帆布篷下、遮陰篷下避風處進行。一歲半的小兒,可放在輕便折疊床或木板上,再系上一條圍肚,進行日光浴。對于2周歲前的小兒以及患有急性胃腸痰病、腎炎、心臟病、凸眼性甲狀腺腫的孩子,則不宜進行日光浴,可進行光線空氣浴。
孩子日光浴后要洗澡。勤洗澡是一種良好的衛生習慣,它能清潔皮膚,加快血液循環,消除疲勞,增進食欲,有利于整個健康狀況的改善。
有的家長以為,孩子皮膚曬黑了不美,是不對的。其實,結實的機體,紅黑皮膚色調,才是一種健康的美。
法國作為一個攝影的國度,在攝影史上獨樹一幟、人才輩出。產生了尤金?阿杰、拉蒂格、杜瓦諾、卡蒂埃-布勒松、馬克?呂布、瓦萊麗?蓓琳(Valérie Belin)、索菲?卡爾(Sophie Calle)、貝爾納?弗孔等攝影家。這些攝影史上的大師,幾乎都沒有經過攝影上的專業訓練,從一定角度上來說,他們都屬于攝影愛好者,但這并不妨礙他們的作品在歷史上留下印記。他們的成就與法國濃厚的藝術氛圍密切相關。而法國的藝術在世界藝術史上占有的重要位置,又與17世紀以來法國成功的藝術教育密不可分。
17世紀中期,法國皇家繪畫與雕塑學院的建立,標志著法國早期美術教育的確立與形成。直到20世紀七八十年代,在原有美術學院的基礎上,一批新成立的法國國立美術學院才真正確立。而今,法國的攝影與造型藝術教育體制相一致,分為三大體系:大學、學院和私立體系。巴黎第學(Université Paris 8)的攝影專業創建于1980年代。1997年,隨著時代與技術的變化,稱為攝影與多媒體專業,以攝影理論、攝影史、攝影技術和攝影藝術為其教育方向。2010年更名為攝影與當代藝術專業,而這也是法國大學設立的唯一一個攝影系。另一所大學,巴黎索邦第一大學(Paris 1 Panthéon-Sorbonne)的藝術史系,下設有攝影史課程,這些課程完全以攝影史研究為目標,教授攝影史和當代攝影兩大領域。通過詳實的史實和系統的方法論,為學生提供了研究攝影史完整的方式與方法,課程由法國著名的攝影批評家、攝影史研究者米歇爾?普瓦威爾(Michel Poivert)為導師主持。法國大學里的攝影教育以攝影史和攝影理論研究為主,同時也兼顧國民教育的普及性。像艾克斯-馬賽大學、波爾多大學、里爾大學等都有攝影課程及攝影理論研究。
法國的高等攝影教育除大學以外,就是以學院為核心的攝影教育體系,這些學院由法國文化與傳播部直屬管理。法國共有58所造型藝術學院,其中有10所國立學院,代表了法國最高等級藝術教育水準,在法國通常稱此類精英教育為“Grande Ecole”即為“大學?!?。其他48所院校屬于地方類造型藝術學院,由地方財政撥款。攝影教育或以攝影為形式的藝術表達已經在所有的這些學院體系中普及。在10所國立學院中,具有攝影專業的學院有巴黎國立高等裝飾藝術學院( nationale supérieure des arts décoratifs)、路易?盧米埃爾國立高等學院( nationale supérieure Louis-Lumière),弗雷斯諾-國立當代藝術工作室(Le Fresnoy - Studio national des arts contemporains)和阿爾勒國立高等攝影學院( Nationale Supérieur de la Photographie d’Arles),阿爾勒攝影學院也是法國唯一一所以攝影為專業的國立學院。這些國立學院都需要經過嚴格的入學考試,通過對個人作品集、筆試、面試等方面的考查,選拔具有影像潛質的學生。學院的學生人數也是嚴格控制的,一般每年只會招收20-30人左右。所以法國的學院教育,特別是國立學院保持了精英式教育,一方面可以保證學生的藝術品質,也能保證教學質量;另一方面學院教育以培養學生的職業性為目標,比如盧米埃爾國立高等學院的攝影系,學生在取景、布光、黑白暗房、彩色暗房、數碼影像等領域,都可以成為具有很高攝影技術水準的人。像弗雷斯諾國立當代藝術工作室和阿爾勒國立高等攝影學院以培養藝術家為主要方向,除了攝影技術,更多的是對攝影藝術思維的培養與鍛煉。通過對攝影史、藝術史、作品討論和作品展示等等人文藝術課程的設置,使學生具備對某一攝影方向的研究能力和方法。
私立學校的攝影教育在法國也占有一席之地。雖然學費昂貴,但入學不需要經過像國立學院那樣激烈的競爭考試。私立學校更加注重對攝影實用性技能的掌握與應用,每個學校教學的側重點各不相同,有的以攝影傳統工藝和傳統技法,有的以商業攝影,有的則以數碼影像和后期制作為教學重點。所學時間較短,兩到三年,或幾個月都可以畢業獲得相應的文憑。像SPEOS、EFET、MJM和Gobelins都是私立攝影學?;蚴情_設有攝影專業的圖像設計類學校。這些學校里,Gobelins圖像學校憑借嚴謹的教學、優良的攝影設備和較好的就業前景獲得了很好的聲譽,每年也都設有入學考試,通過競爭才能進入該學校學習。該校攝影專業分為兩個方向,取景和后期制作。以商業攝影為主,并能使學生在校期間參與實習機會,為學生實踐經驗的積累打下良好的基礎。
以大學、學院和私立為主的攝影教育構成了法國高等攝影教育體系的主要方面。他們互為補充,也使不同需求的學生可以得到相應的教育。在當今的法國國民教育中,特別是在造型藝術領域里,攝影已經普及化,雖然像巴黎國立高等美術學院或其他美術學院沒有攝影專業,但是都會有攝影或錄像方面的導師進行創作指導,攝影已然成為教學及學生創作表達的重要媒介。
回想筆者考入阿爾勒國立高等攝影學院,已經是十三年前的事情了。2001年,筆者在魯迅美術學院攝影系本科畢業后,于同年就來到了法國留學。在國內時,就已經了解到阿爾勒攝影學院是一所法國著名的攝影學院。來到法國后,一邊學語言,一邊準備報考這所學院,列出的24本參考書,大部分筆者都通覽了一遍。2003年,經過攝影主題拍攝、論述筆試和面試等環節的考試,終于考上了夢想中的阿爾勒攝影學院,到現在也忘不了得到結果時興奮激動的心情。記得第一學期,剛剛入學,身邊的同學都是法國人,一切感覺既新鮮又陌生。經過一段時間的相處和上課,對這所學院和同學也越來越熟悉,逐漸適應了這里的學習節奏。大家在入學之前,對攝影從實踐到理論都有一定的基礎,對一些課程也并不陌生,但真正學習到細節還是有很多東西需要學習。一年級時,大量的攝影技術課程排得很滿,黑白暗房、彩色暗房、大畫幅攝影、數碼影像和影棚課讓人應接不暇。像彩色暗房課,最重要的問題就是判斷沖洗的照片偏色的問題,經過一段時間的練習,和彩色暗房老師的指導,大家才能熟練地操作,看到自己親手制作的大幅彩色照片很是欣慰。在這里,沖洗彩色膠卷都是免費的,學校有專業的吊掛式沖洗機,可以沖洗從135到8×10畫幅的彩色膠片。二年級的課程會設置一些工作坊,比如報道攝影、設計、錄像與聲音等工作坊,通過邀請校外的藝術家來完成課程。三年級也同樣設立了一些工作坊,其余的時間同學們就是進行各自的個人創作。學院在課后時間也是開放的,記得每天晚5點下課后,從6點開始,各個部門圖書館、黑白、彩色暗房、數碼工作室和影棚都由學生負責管理,一直可以工作到晚上11點。
在這三年的學習中,令筆者印象深刻的是阿爾勒攝影學院特別注重攝影史、當代藝術史等理論課程的教學,雖然課量不是很大,但都是提綱挈領。請來了巴黎索邦一大的攝影史研究者米歇爾?普瓦威爾講授當代攝影,以及畢業于阿爾勒攝影學院、現任蓬皮杜藝術中心攝影策展人及研究員的克萊蒙?謝湖(Clément Chéroux),攝影評論家埃曼紐爾?埃爾芒熱(Hermange Emmanuel)和馬賽大學的當代藝術史教授佛朗索瓦?巴佐利(Francois Bazzoli)等在法國頗有建樹的攝影、藝術理論專家。面對紛繁復雜的攝影及當代藝術現象,通過理論課程的講述與梳理,使我們對不同類型的作品有了深入的了解。從一年級開始,就需要同學尋找各自的攝影主題和方向進行創作,每學期都會定期有作品品評課,每個人需要把攝影作品展示出來,老師會針對每個人的作品提出建議,并提供相類似的藝術家案例供課后進行查閱。二年級時,會開設有研究與創作工作室,由一名老師任課,并在此期間邀請一到兩位藝術家來參與到工作室的課程里。此工作室的目的還是圍繞攝影創作展開,通過作品的展示與討論,逐漸培養起學生對于從創作方法到作品展示,每一個細節的完善與修正。每一學年都會有兩次的作品審查,相當于一次小型展覽。學生可以在學院里找到任何一個展示空間,每個學生有20分鐘的展示時間,4-5名老師會參與到作品審查中,并會提出與創作相關的一系列問題,有專人記錄下學生與老師對話的主要內容,之后會通知學生能否進入到下一學年的學習。記得同班同學就有兩人的作品審查沒有合格而留級,另一位同學最終沒有畢業。這種嚴格的作品審查,對大家多少都形成了壓力,不敢有絲毫的松懈。
阿爾勒攝影學院的圖書館攝影書籍也非常豐富,經過30多年的積累,現有藏書4萬多冊,在這里可以找到很多資料,方便學生研究之用。在阿爾勒還有一個得天獨厚的優勢,就是每年7月份都會舉辦阿爾勒國際攝影節,阿爾勒攝影學院的學生可以申請在攝影節里的一些工作。通過這些工作,可以接觸到攝影家,近距離看到原作,參與到各項活動中來,使眼界更為寬廣。阿爾勒攝影學院每年只招收25人,學校三個年級的學生加起來總人數也才75人左右。學制三年,屬于研究生階段的攝影教學,最低報考標準相當于法國學歷的DEUG,即大學二年級的學位(BAC+2)才擁有報考的資格。文憑是由阿爾勒國立高等攝影學院自己頒發的,該文憑在法國國家職業資格認證為一級,即最高級別。在法國58所造型藝術學院中,只有6所學院擁有這樣的資格頒發學院文憑,其余學院的文憑屬于國家文憑。
2001年,筆者到法國留學時,身邊的同學有學習版畫、油畫、服裝和設計專業的。學習攝影的同學相對較少,有的在大學、藝術學院和私立學校學習。那時來法國學習藝術的學生,大部分都已經在國內各美術學院畢業。法國的造型藝術學院體系和中國的體系有著顯著的差異。在中國,我們的美術學院像大學一樣是按專業來劃分系別。法國的藝術學院是在上世紀60年代就已經打破了專業系別的存在與界限。在一所藝術學院特別是在造型藝術學院里,只劃分為美術與設計兩大分類。學生在進入學院學習后,可以按照個人的創作方式選擇適合個人化的創作媒介,攝影、錄像、新媒體、繪畫、裝置和雕塑等媒介都可以根據個人的選擇而使用。用影像作為創作表達的手段,在法國的藝術學院里已經成為一種主流的創作方式。所以,很多在國內學習其他專業的學生,在進入到這個體系后也開始使用影像參與到藝術創作中。近年來,隨著國內攝影專業在大學、在藝術學院的普遍開設,來法國學習攝影專業的學生也越來越多。但因為語言問題以及嚴格的入學考試,能夠考入到國立級別的高校學習攝影專業的學生還是非常少的。
我想任何教育都需要長時間的積累和探索,才能培育出高質量的人才。法國攝影教育經過長期的實踐,特別是在攝影創作、技術、理論、收藏等方面已經構成了系統化的模式,這些領域互相影響、互相關聯,構筑了良性的攝影文化生態圈,同時也對其攝影教育產生了巨大的推動。
在這美好的除夕之夜,我稚嫩的目光,沒有凝視在“春晚”的銀屏。我幼小的心靈,依然思念遠方的朋友。在過去的時光里,他們曾送我溫暖、給我關懷。那玫瑰的芳香仍縈繞在我的身旁,那太陽的微笑仍停留在我的眼簾。一頁頁翻著自己的本子上的留言,一一地記下他們的ID。目光停留在“太陽的微笑”給我的評點上:
“強大,8歲,真不感相信,不可覺得也還真是。因為兒童時期,是孩子想象力的高峰時段,不然如何能在夢里造就出鬼那樣的高藝術作品。真應了那句話“孩子是天生的藝術家”聽煩了“現代教育是對兒童想象力的扼殺”之類的話,不知是否應該覺得擔憂起來。希望無論何時,你都能保持“自我個性”。因為“天生的藝術家”看來也不是注定藝術家,也不是永遠的藝術家。有一次,世界上的諾貝爾獲獎者集聚到瑞典,當時主持人問到一個問題“你覺得對你影響一生的最重要的時期是哪個時候”,一個年長的老者回答說:“是?兒園的時候”。是啊,小時候,世界在我們的心中播下了它真理的種子,只有那些樂于探索,只有那些不為世俗的人才能讓這種子發芽生根,茁壯成長。想來你現在的年齡也和他們幼兒園的時候差不多,感覺到那種子成在萌動,我看到了希望,竟像北極星一樣地閃亮。也許我們只是觀望者,或只能于世俗中期盼。看到了希望??!因而我們也在征途中追逐,追逐著那不可超越的夢想。因為我們早已不算是“天生的藝術家”,我們知道的只是“還有遠方”,我們看到的只是地平線,也許一生永遠沒有終點,追逐,追逐才是一切----一切只是無謂的人生罷?”
哦,太陽大哥,那時我來小荷才月余光陰。您知道嗎,太陽大哥?這是我得到的第一次長篇鼓勵。正是你火熱般的語言,讓我感受到了太陽的溫曖,讓我看到了太陽的微笑。正是你寄托的希望,給了我極大的動力,使我在小荷勇敢的走了下來。盡管走的戰戰兢兢,盡管走的搖搖晃晃。
不僅僅是你,還有許許多多的哥哥姐姐給了我莫大的鞭策。尚在幼兒園時,媽媽告訴我:“滴水之恩,當涌泉相報?!鄙闲W時,爸爸告訴我:“受人玫瑰,手傳余香。要知道感恩,應懂得回報。”
我唯一能做的是在這除夕之夜,一一的給在遠方哥哥姐姐送去美好的祝福:“在新年的鐘聲即將飄蕩之際,我謹以幼小但火熱的心真摯的祝福您:新年好!衷心的感激您在過去的時光里給予我的關注、幫助和指導!謝謝您!”
還是你,太陽大哥,回傳了熱情洋溢的祝福:“除夕之夜,月明星照,看到了嗎,就在天的那一邊,它們在向你笑,遠方的朋友我寄明月之心,祝福你新年新歡笑,肚子撐到飽,紅包沒少要。也借著星星的亮光,鋪一道路,讓你踏著光的毯,迎向新一年的美好!
呵呵,沒想到我一個不經意的舉動會給你的內心帶來如此大的波瀾,至今未嘗平息,也許我得謝謝你,這成了我一生美好的回憶。不過有時也覺得無奈,并且有些不舍起來,讀高中了,不能像以前那樣常來小荷,有時候往往是來看一下有沒有新消息便走人想起你們這些朋友,我總覺得有些抱歉!謝謝你的祝福,我將永遠珍藏!”
哦,太陽大哥,我將永遠銘記你的鼓勵。你給小荷寄予的希望,是全體大哥哥大姐姐們留下的美好期盼。正是你們——大哥哥大姐姐們,用心血為小荷鋪設了灑滿陽光的金色大道,用微笑留下了小荷春意盎然的燦爛未來。
關鍵詞:太陽能板;鈍化;PECVD;SiNx:H
1 介紹
表面鈍化對于提高太陽能電池的轉換效率至關重要。很多絕緣層(電介質)被運用到表面鈍化的研究中,例如Al2O3[1-2], a-Si[3], SiC-H[4-5], SiO2[6]等等。SiNx:H 表層具有減反射和鈍化的作用[1],在優化硅片表面已經成為了現代光伏技術中非常重要的部分。
SiNx:H薄膜不僅可以降低反射率減少光學損失,同時,因其含有大量的等離子體氫,降低了晶體硅表面雜質和缺陷的電活性,起到了優越的表面鈍化和體鈍化的作用[2]。SiNx:H目前可以通過等離子體增強化學氣相沉積制做出來。因此大多數光伏生產商利用微波遠程或者高頻直接式反應器[3]。
等離子預處理是大多數提高鈍化效果最普遍的一種處理方法。在太陽能電池等離子體預處理中,預處理氣體一般采用NH3,Ar,和H2。NH3等離子預處理可以影響界面態密度[4],其反應機理尚未明確。在這個課題中,我們將驗證和討論,在沉積物之前采用NH3的等離子預處理對硅片表面的影響和它對氮化硅膜層以及電性能的影響。
2 實驗
用型號156mm×156mm,厚度200um和電阻率為1-3Ω?cm摻硼的P型多晶硅片。實驗硅片除了PECVD預處理的時間不同,其余都經過一樣的處理過程。首先,硅片被HF和HNO3的混合溶液腐蝕形成絨面。第二步,制絨后的硅片在850度,在液態源POCl3下進行擴散。接著,經過HF溶液蝕刻、清洗。清洗后,SiNx:H膜層就會通過等等離子體化學氣相沉積(PECVD - RF 40 KHz)沉積在晶片的前表面上,SiH4 和 NH3在450度下作為氣體源。在沉積SiNx:H層之前,其上表面被NH3作預處理,沉積SiNx:H 使用不同預處理時間。在膜層沉積之后,采用WT2000-PVN 測量少數載流子的壽命(圖)。同時,使用準靜態光電導系統測量有效少數載流子壽命、開路電壓和飽和電流密度。通過測量結果研究SiNx:H膜層對硅片的鈍化特性。用光譜儀測量表面反射率,用橢偏儀測量SiNx:H膜層的厚度和折射率。前表面和背表面的金屬接觸通過網版印刷銀和鋁漿通過燒結爐進行燒結。最后做成電池片。在光照AM1.5的條件測出電流電壓特性。
3 實驗結果和討論
首先,研究PECVD預處理對多晶硅電池轉換效率的影響。
圖1
圖1是在預處理時間300s以內(取點20-280間隔20),隨著預處理時間的縮短電池轉換效率(EFF)的變化趨勢。圖1 指出,最好的轉換效率在小于20秒的范圍內得到,但是轉換效率變化較?。ā?.06%), 轉換效率差小于0.1%。所有的EFF值從 20秒到280秒預處理時間對比300秒的基礎判定值來說,小于基礎判定值的能量轉換效率。這證明預處理時間(300秒范圍內)對電池的轉換效率影響不大。同時,較短的預處理時間可以縮短鍍膜過程。對比用300秒預處理時間,減少預處理時間最高可以節省總過程12%的時間。
通過計算得出不同SiNx:H涂層的厚度和折射率變化的百分比,以預處理時間300秒作為基礎值。SiNx:H膜層的厚度和折射率通過激光橢偏儀測得。根據圖2可知,在預處理時間較短的時候,與300秒的預處理基礎值相比較氮化硅膜的厚度和折射率改變不明顯,波動在3% 和1%。它指出預處理時間對SiNx:H膜層的特性起較小影響。
進一步研究預處理時間對多晶硅片的影響,通過對鍍膜后硅片少子壽命的測試,圖3 顯示,增加預處理時間少數載流子壽命的變化趨勢。隨著預處理時間的縮短,少子壽命測試呈增大趨勢,特別是預處理時間20s的時候,少子壽命值最大,與圖1結論一致,即在預處理時間20s時,電池轉換效率最高。
圖3
我們通過WCT120測量不同時間的預處理時間制成的電池片的有效載流子的壽命、開路電壓和飽和電流密度,數據如表1所示。從表1可以看出,預處理時間短的電池片壽命比預處理時間長的壽命長,預處理時間短的飽和電流密度較小。因此,可以推斷出經過較短時間預處理比長時間預處理對硅片的表面鈍化效果更好。這種結果可能是因為硅片在預處理過程中會經受離子碰撞,而較短時間的預處理破壞性較小導致的[5],另外經過較短時間預處理電池的開路電壓較大。因此較短的預處理時間可以縮短鍍膜時間以及形成較好的表面鈍化特性。
表1 在不同時間長度的PECVD預處理下電池各性能數據
4 結束語
本文研究了PECVD預處理時間對硅太陽能電池的SiNx:H 膜層的結構特性影響,經過不同時間的預處理,我們通過測量有效少數載流子的壽命、開路電壓和飽和電流密度可以反應出SiNx:H膜層的鈍化效果。從實驗結果可以看出,預處理時間對SiNx:H膜層結構性質影響不大,但是硅片表面的鈍化作用在較短的PECVD預處理時間下更加顯著,而它在300秒范圍內的預處理時間里對電池的轉換效率起著影響不大。
參考文獻
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