[发明专利]多摄像机同步跟踪的光致发光太阳能电池检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅片、太阳能电池图像检测装置。尤其是一种基于光致发光法多摄象机同步跟踪的硅片、太阳能电池在线检测设备。

背景技术

太阳能电池的生产过程涉及到切片、制绒、扩散、刻蚀、镀减反膜、电极丝网印刷、烧结等多道工序。每道工序都有可能损伤硅片，形成次品。因此，如何在每个生产环节快速检测是光伏产业的一个重要课题。光致发光检测法利用光照射光伏电池材料，将材料中的电子激发到高能级，高能级电子向低能级跃迁发出光子，产生光致发光。通过观察材料的光致发光可获得材料的少数载流子扩散长度，表面电阻分布，硅片内的缺陷等多种信息，是太阳能电池生产过程中进行质量控制的有力工具。光致发光法无需电极，而且是完全无接触测量，不会给被检电池带来任何损伤。中国发明专利申请200910046715.X《太阳能电池板裂纹检测仪》公开了一种利用激光扫描光源所产生的太阳能电池光致发光检测太阳能电池板裂纹的仪器。但因扫描速度慢，无法适用于生产线在线检测。由于光致发光强度仅为激发光强度的万分之一甚至几百万分之一，为了获得清晰的图像需要较长的曝光时间，通常为1秒至几十秒。按照目前太阳能电池生产线的运转速度，即使采用最灵敏的CCD器件也无法适应生产线的运行速度。为了满足检测装置的曝光时间要求，避免降低整个生产线的运行速度，中国发明专利申请201180012441.8《用于光伏电池和晶片的光致发光成像的照射系统和方法》公开了一种利用在被测太阳能电池表面产生大于6个标准太阳辐照度来快速检测太阳能电池特性的方法。但要产生如此高强度的光照需要克服许多现实的技术难题，专利本身也没有给出具体可实施的技术方案。

针对现有问题，本发明用多摄像机同步跟踪法对传送带上快速移动的硅片或太阳能电池实现长时间曝光。原来一台摄像机测量生产线上经过的所有硅片，而该发明则是每台摄像机只测量其中的1/N片硅片。N为所用摄像机台数，曝光延长时间与所用摄象机台数成正比。用一般强度的激发光照下，不降低生产线运行速度即可实现多项参数的快速在线检测。

发明内容

光致发光法检测太阳能电池特性的基本原理是在太阳能电池或硅片表面照射光子能量大于太阳能电池带隙能的光辐射，对于晶硅太阳能电池，激光光的波长一般小于850nm，将半导体材料中的原子从基态激发到激发态。通过检测原子从激发态向基态跃迁所产生的红外辐射来检查硅片及太阳能电池的质量。一般情况下，相同激发光强所产生的光致发光越强表示硅片或太阳能电池的性能越好。本发明旨在提供一种基于光致发光法，能够适用于连续运转生产线用的硅片及太阳能电池片在线检测装置。

为了适应高速运转生产线的需要，本发明采用了多摄像机同步跟踪采集的技术方案。和一般硅片，太阳能电池光致发光检测装置一样，本装置包括激发光源、CCD摄像机、滤光片及数据采集计算机。为了在不降低生产线运行速度的前提下，用多台摄像机分别采集不同太阳能电池片的光致发光图像。

现有已公开方案所用的方法是站在马路边用照相机拍摄路上高速行驶的汽车，因为汽车与照相机之间存在相对运动。为了所拍得的图像保持清晰，必须将相机的快门速度设定很快，这意味着CCD能够曝光的时间很短。因为光致发光本身非常微弱，即使最好的硅CCD摄像机也需要1秒的曝光时间。为了使检测设备不影响生产线的运转速度，本发明所采用的方法是将摄像机放在和被拍摄的汽车等速运转的车上，跟随被拍摄的汽车同步运动。第一台摄像机跟拍第1辆车，第2台摄像机跟拍第2辆车，以此类推。第1台摄像机曝光充分后，再回过头来跟拍第N+1辆车。N为所投入摄像机的总台数。用这种方法大大延长了CCD摄像机的实际曝光时间。本发明将N取值范围为2至30的N台图像采集模组(3)安装在一个环形运动的移动台(5)上，分别采集生产线上位置相邻的N片太阳能电池片(2)的光致发光图像。移动台(5)与被检测太阳能电池片(2)传送台(1)为一体或虽然为分体，但两者的移动方向和速度严格同步，使图像采集模组(3)在曝光期间与太阳能电池片(2)保持相对静止。

本发明采用价格便宜，使用方便的大功率LED作为激发光源，光源的峰值波长可在300-750nm范围内选择。至少4个单色大功率LED照明模组(4)在太阳能电池片表面上形成均匀照射，所产生的辐照度在0-3个AM1.5标准太阳范围内连续可调。LED照明模组(4)可以固定安装在移动台(5)的中心柱(6)上，照明模组(4)的光轴向外倾斜，使光均匀投射到硅片移动的轨迹上。也可以使LED照明模组随移动台同步转动，这样每个LED模组可单独照射一片被测太阳能电池，这样可以减少LED照明模组的使用量，减少散热压力。