[发明专利]一种基于数据分析的晶体硅电池生产过程监控方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体硅电池生产领域，尤其涉及一种基于数据分析的晶体硅电池生产过程监控方法。

背景技术

常规的化石燃料日益消耗殆尽，在所有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。目前，在所有的太阳电池中，晶体硅太阳电池是得到大范围商业推广的太阳能电池之一，这是由于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时晶体硅太阳电池相比其他类型的太阳能电池有着优异的电学性能和机械性能，因此，晶体硅太阳电池在光伏领域占据着重要的地位。

晶体硅太阳能电池生产过程中，如果各项工艺或者设备状态稳定，生产获得的数据会呈现稳定的正态分布，可以利用稳定生产的正态分布数据特性，判定生产过程是否处于稳定状态，偏离正态分布则表明生产过程处于不稳定状态，需要人为干预让其回归稳定状态，保持生产的可控性以及最终电池成品的较高一致性。

通常生产过程会非常复杂，一般很难将所有可能对最终成品性能产生影响的生产过程数据全部列举出来， 另外过程数据采集可能会有较高的成本，比如晶体硅生产过程中的磷掺杂形成n+层，一般通过测试方阻大小确定总体掺杂浓度，但是相同的方阻之间可能有稍微不同的表面浓度Ns，表面掺杂浓度Ns会对最终电池光照特性下的I-V性能有影响，测试磷掺杂的表面浓度Ns需要昂贵的二次离子质谱（SIMS）设备。为了降低过程监控成本，我们通常只测试生产过程部分容易获得的数据。

现有的生产工艺或者设备的控制方法有统计过程监控Statistical Process Control (SPC), 但是各个过程监控相对独立，一般只对单独的过程监控数据进行分析，判断过程是否异常，这样无法稳定监控生产过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将过程控制数据与电池成品数据建立相互关联的基于数据分析的晶体硅电池生产过程监控方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于数据分析的晶体硅电池生产过程监控方法，对连续生产的电池成品进行测试，测试得到的性能参数分成复数个子组，包括以下步骤：

第一步：计算每个子组各性能参数的标准偏差或/和观察各性能参数的频率分布图判断生产过程是否异常，并通过过程控制的SPC数据确定造成异常参数的生产过程并消除生产过程影响因素；

判断依据为标准偏差时，将第M个子组的各性能参数的标准偏差与前N个子组各性能参数的标准偏差的平均值进行比较，若某一个性能参数或者多个性能参数的标准偏差大于前N个子组对应性能参数标准偏差的平均值，则将该性能参数标记为异常参数，其中：

当1<M时，1≤N<M；

当M=1时，对应于各性能参数设置一初始标准偏差值，将第M个子组的各性能参数与对应的初始标准偏差值进行比较；

判断依据为频率分布图时，若某一性能参数的频率分布偏离正态分布，则将该性能参数标记为异常参数；

判断依据为标准偏差和频率分布时，当第M个子组的某一个性能参数或多个性能参数的标准偏差大于前N个子组对应性能参数标准偏差的平均值或/和频率分布偏离正态分布，则将该性能参数标记为异常参数；

第二步：确定影响电池成品异常参数标准偏差的主要因素；

定义变化比率=标准偏差/算数平均值；

如果第一步中通过SPC数据不能完全消除生产过程影响因素，所述变化比率是指剔除异常参数的频率分布中两端分布的异常数据，计算剔除异常数据后子组内各性能参数的变化比率；

如果第一步中通过SPC数据已经完全消除生产过程影响因素，则不需要剔除异常参数，计算子组内各性能参数的变化比率；

2-1、比较没有异常数据的子组内各影响异常参数的性能参数的变化比率，变化比率最大的性能参数判定为影响电池成品异常参数标准偏差的主要因素；

2-2、如果所述主要因素能够分解为下一级多个子性能参数，进一步比较各子性能参数的变化比率，将变化比率最大的子性能参数作为新的主要因素；

2-3、重复步骤2-2，直至所述主要因素不能分解为下一级多个子性能参数为止；

第三步：控制与所述主要因素相关的生产过程中影响因素，提高电池成品性能的一致性；

第四步：重复第二步及第三步，直至各性能参数的标准偏差为零。

上述方案中，所述电池成品的性能参数通过I-V测试、Suns-Voc测试、PL测试及EL测试中的任意一种测试方法获得。