[发明专利]一种利用微波在线检测太阳能板结构损伤的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能板结构损伤检测技术领域，具体涉及一种利用微波在线检测太阳能板结构损伤的装置及方法。

背景技术

2008年我国太阳能电池板产量为2895MW，2009年达到4382MW，占全球产量的40%，我国已经成为名符其实的世界第一大太阳能电池板生产国。2010年，国内光伏电池的产量达到7GW，其中90%以上为出口。中国可再生能源学会预计的太阳能板材料的市场发展趋势，2013年全球的需求将是2008年的三倍。中国约有443家在产的太阳能电池板和组件生产厂商，已形成从硅的制备到太阳能组件生产的全产业链生产企业，其产能跃居世界前列。目前绿色能源需求量正急速增长，中国的太阳能电池板产量以迅猛之势持续扩大，必将引发企业对电池板结构损伤检测设备的需求。

太阳能电池板结构损伤检测是太阳能电池板或组件生成过程中的关键流程，由于硅材料太阳能电池板通常由多晶或单晶体棒材切片而成，在生产过程中的每一环节都有可能出现破损，产生隐裂、碎片、崩边、虚焊、段栅等缺陷。如果切片厚度减小，可以减少硅材料的使用量，降低成本，减少能耗。但随之而来的是破损率的增加，以及对生产各环节的控制要求更加严格，否则适得其反。大多厂家硅片厚度在200微米左右，英利集团已做到了厚度在180微米左右。电池的制备工艺一般顺序是硅膜成形表面准备、扩散制结、除去背结、制作上下电极、腐蚀周边、蒸镀减反射膜,最后制成硅太阳电池。其中电极的作用是用来输出电能,减反膜是为了提高输出的功率。由于制作的工艺流程环节多,对制备条件要求严格,所以电池的质量缺陷很难避免。表现为：1)成形的薄膜可能存在划痕、裂纹；2)硅膜与减反膜的粘附面有间隙；3)蒸镀的减反膜中可能有气孔存在。这些缺陷大都肉眼不可见，所以需要一种灵敏精确的、能检测初期缺陷的设备。太阳能电池板的缺陷极大的影响了电池的使用寿命和效率，提高电池板的质量就变得相当重要。如果能在各生产环节完成后发现破损，便可以及时调整生产设备的运行状态，从而提高产品的合格率及产品等级，这样就需要大量的在线结构损伤检测设备。

目前，从检测原理上有红外扫描检测和电致发光检测两种。红外扫描检测方法采用一定波长的激光光源，对太阳能电池板进行逐点扫描，对应的光敏元件检测出缺陷情况。这种方法对大尺寸太阳能电池板检测时间长，成像粗糙，且扫描机构复杂。电致发光检测方法，就是利用太阳能电池板PN结正向通电时，电子与空穴复合，以发射光子的形式释放能量。同时由于存在结电阻，也会产生热量，发出红外辐射。有缺陷的部分无电子迁移，便会使电池板出现明显的暗斑，采用摄像的方法获得太阳能电池板损伤的图像。这种方法不需要扫描机构，设备结构较简单，但是也存在成本高、色彩显示有限、受环境光影响、过程复杂的缺点。而且目前国内厂商生产的太阳能电池板缺陷检测设备多为离线式，用于抽检，不能在线检测，难以满足光伏企业日益严苛的要求。太阳能电池板损伤的在线检测已成为目前研究的重点。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用微波在线检测太阳能板结构损伤的装置及方法，本发明检测装置及方法能够实现对太阳能电池板损伤情况的实时在线的监测，满足对生产线上的电池板无损检测的要求。

本发明的原理为：检测系统采用的微波发射功率一般在几毫瓦到几十毫瓦之间，对不同材料微波的升温效应均可忽略，因此可以认为微波发射功率和接收功率基本相同，即无功率损耗。另一方面，太阳能电池板（硅材料）的相对介电常数约为11.9，缺陷处为空气，相对介电常数为1。相对介电常数大时，反射率就小，吸收率大；相对介电常数小时，与之相反。微波在电介质材料内部传播时，材料将发生极化现象。但是硅和空气的磁导率都是1，损耗角正切均为0，所以只有相对介电常数的区别。在微波频段内，裂纹处的介电常数与没有裂纹处的相比要低，被测对象中的少量变化将会导致其复合介电常数发生很大变化，因此可根据被测物质的相对介电常数的变化来确定其损伤。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用微波在线检测太阳能板结构损伤的装置，包括有源微波谐振腔、微波信号处理系统以及损伤情况LED指示灯13；所述有源微波谐振腔包括依次连接的矢量网络分析仪1、频率扫描源2、第一隔离器3-1、第一调配器4-1和谐振腔体6；所述微波信号处理系统包括置于谐振腔体6内的耦合探针7，和耦合探针7依次连接的衰减器11、第二调配器4-2、第二隔离器3-2以及信号微处理器电路12。

所述第一调配器4-1和谐振腔体6通过同轴电缆5连接。