基于光致發(fā)光法的硅片、太陽能電池在線分揀裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光致發(fā)光法的硅片、太陽能電池在線分揀裝置。包括檢測(cè)模組(5)、移動(dòng)滑塊(4)、導(dǎo)軌(6)、電池位置探測(cè)器(3)、光源驅(qū)動(dòng)器(8)和數(shù)據(jù)采集及控制計(jì)算機(jī)(7)。利用多個(gè)安裝在移動(dòng)滑塊(4)上，安裝間距與傳送帶上被檢太陽能電池(2)間距相等的檢測(cè)模組(5)，可同時(shí)檢測(cè)多片太陽能電池片。利用多個(gè)移動(dòng)滑塊(4)沿電池生產(chǎn)線的傳送帶(1)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使移動(dòng)滑塊(4)分別與傳送帶上的1、2、5、6...或3、4、7、8...號(hào)電池片同步運(yùn)動(dòng)，并在同步期間采集數(shù)據(jù)，根據(jù)電池片的光致發(fā)光亮度和激發(fā)光消失后光致發(fā)光的持續(xù)時(shí)間判斷電池片特性優(yōu)劣。本發(fā)明的裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、分揀效率高的特點(diǎn)，特別適用于高速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線。
【專利說明】基于光致發(fā)光法的硅片、太陽能電池在線分揀裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種硅片、太陽能電池檢測(cè)裝置。尤其是一種基于光致發(fā)光法對(duì)硅片、太陽能電池進(jìn)行在線快速分揀的檢測(cè)設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗量急劇增加。大量化石能源的消耗使空氣質(zhì)量成為影響人們生活品質(zhì)的重要制約因素。減少化石能源使用量的有效方法是普及太陽能等清潔能源。因此，太陽能電池產(chǎn)業(yè)在近年取得了飛躍發(fā)展。在太陽能電池的生產(chǎn)過程中，涉及到切片、制絨、擴(kuò)散、刻蝕、鍍減反膜、電極絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)等多道工序。每道工序都有可能損傷硅片，形成次品。因此，如何在每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)快速檢測(cè)是光伏產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要問題。光致發(fā)光檢測(cè)法是利用光照射光伏電池材料，將材料中的電子激發(fā)到高能級(jí)，高能級(jí)電子向低能級(jí)躍遷發(fā)出光子，產(chǎn)生光致發(fā)光。通過觀察材料的光致發(fā)光可獲得材料的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，表面電阻分布，硅片內(nèi)的缺陷等多種信息，是太陽能電池生產(chǎn)過程中進(jìn)行質(zhì)量控制的有力工具。光致發(fā)光法無需電極，而且是完全無接觸測(cè)量，不會(huì)給被檢電池帶來任何損傷。中國發(fā)明專利申請(qǐng)200910046715.X《太陽能電池板裂紋檢測(cè)儀》公開了一種利用激光掃描光源所產(chǎn)生的太陽能電池光致發(fā)光檢測(cè)太陽能電池板裂紋的儀器。由于光致發(fā)光強(qiáng)度僅為激發(fā)光強(qiáng)度的萬分之一甚至幾百萬分之一，為了獲得清晰的圖像需要較長(zhǎng)的曝光時(shí)間，通常為I秒至幾十秒。而目前太陽能電池生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)速度一般為每秒100-200毫米。即使采用最靈敏的CCD器件，曝光時(shí)間減少到I秒，也仍舊無法適應(yīng)生產(chǎn)線的運(yùn)行速度。為了滿足檢測(cè)裝置的曝光時(shí)間要求，避免降低整個(gè)生產(chǎn)線的運(yùn)行速度，中國發(fā)明專利申請(qǐng)201180012441.8《用于光伏電池和晶片的光致發(fā)光成像的照射系統(tǒng)和方法》公開了一種利用在被測(cè)太陽能電池表面產(chǎn)生大于6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽輻照度來快速檢測(cè)太陽能電池特性的方法。但要產(chǎn)生如此高強(qiáng)度的光照需要克服許多現(xiàn)實(shí)的技術(shù)難題，專利本身也沒有給出具體的實(shí)施技術(shù)方案。
[0003]針對(duì)現(xiàn)有問題，本發(fā)明用單個(gè)光電二極管取代已知方法中所用的CCD攝像頭，將太陽能電池表面上發(fā)射的所有光致發(fā)光能量全部集中到一個(gè)光電二極管上，增加信號(hào)強(qiáng)度；用多個(gè)檢測(cè)模組同步跟蹤生產(chǎn)線上的太陽能電池片，通過多檢測(cè)模組交替采樣的方法，用一般強(qiáng)度的激發(fā)光照實(shí)現(xiàn)了在線快速分揀。與已公開專利中利用CCD攝像頭檢測(cè)硅片的裂紋等不同，本方法通過檢測(cè)硅片、太陽能電池在相同激發(fā)光照射下的光致發(fā)光亮度和激發(fā)光消失后光致發(fā)光的持續(xù)時(shí)間來檢測(cè)有缺陷的硅片與太陽能電池片。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]光致發(fā)光法檢測(cè)太陽能電池特性的基本原理是在太陽能電池或硅片表面照射光子能量大于太陽能電池帶隙能的光輻射，對(duì)于晶硅太陽能電池激光光的波長(zhǎng)一般小于900nm，將半導(dǎo)體材料中的原子從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)。通過檢測(cè)原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷所產(chǎn)生的紅外福射來檢查娃片及太陽能電池的質(zhì)量。一般情況下，相同激發(fā)光強(qiáng)所產(chǎn)生的光致發(fā)光越強(qiáng)，激發(fā)光消失后光致發(fā)光持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，表示硅片或太陽能電池的性能越好。本發(fā)明旨在提供一種基于光致發(fā)光法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、能夠適用于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)線用的硅片及太陽能電池片分揀裝置。
[0005]為了適應(yīng)連續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)線的需要，本發(fā)明采用了多檢測(cè)模組交替同步采集的技術(shù)方案。當(dāng)電池片位置探測(cè)器(3)檢測(cè)到生產(chǎn)線上電池片邊緣出現(xiàn)后，通知計(jì)算機(jī)起動(dòng)移動(dòng)滑塊(4)運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)位置探測(cè)器(3)檢測(cè)到的生產(chǎn)線(I)上相鄰兩片電池片出現(xiàn)的時(shí)間差控制移動(dòng)滑塊(4)的移動(dòng)速度，使其與傳送帶上電池片的移動(dòng)速度一致。在保持移動(dòng)滑塊(4)與電池片移動(dòng)速度相同的同時(shí)，計(jì)算機(jī)(7)將根據(jù)移動(dòng)滑塊(4)或?qū)к?6)上的移動(dòng)滑塊(4)的位置傳感器和電池片位置探測(cè)器(3)的信號(hào)，調(diào)整移動(dòng)滑塊(4)與被檢電池片(2)之間的相對(duì)位置，使檢測(cè)模組(5)的中心與被檢電池片(2)的中心一致。位置與速度同步后，計(jì)算機(jī)(7)控制光源驅(qū)動(dòng)器(8)向光源(9)發(fā)出電脈沖，驅(qū)動(dòng)光源(9)閃光。光源(9)所發(fā)射的光脈沖照亮被檢電池(2)并發(fā)出比激發(fā)光波長(zhǎng)長(zhǎng)的紅外光致發(fā)光。電池(2)發(fā)出的峰值為1050nm的光致發(fā)光穿過長(zhǎng)波通濾光片(12)后，被聚光透鏡(11)會(huì)聚到對(duì)紅外光敏感的InGaAs光電二極管(10)上轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。而激發(fā)光因波長(zhǎng)比光致發(fā)光短，被長(zhǎng)波通濾光片(12)截止，無法到達(dá)光電二極管(12)。光電二極管(10)所產(chǎn)生的電流信號(hào)經(jīng)高速放大電路(13)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后送到計(jì)算機(jī)(7)與所定的模型進(jìn)行比較。在相同激發(fā)強(qiáng)度下，光致發(fā)光亮度高、激發(fā)閃光結(jié)束后光致發(fā)光持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的硅片或太陽能電池性能更好。
[0006]為了保證光電二極管(10)所接受的光均來自被檢電池⑵的光致發(fā)光。被檢電池(2)和光電二極管(10)的位置處在聚光透鏡(11)的一對(duì)光學(xué)共軛面上，即電池(2)上表面被聚光透鏡(11)成像在光電二極管(10)的光敏面上。由聚光透鏡(11)中心到被檢電池⑵上表面的距離I和聚光透鏡(11)中心到光電二極管(10)的距離I’之比1/1’小于被檢電池(2)的邊長(zhǎng)與光電二極管(10)光敏面的邊長(zhǎng)之比。這樣可以保證光電二極管
(10)所接收到的只是電池(2)部分表面的光致發(fā)光，即使檢測(cè)模組(5)和太陽能電池(2)之間的位置同步存在一定誤差，仍能保證光電二極管所接收到的信號(hào)全部來自太陽能電池⑵。
[0007]為了便于控制，本發(fā)明采用價(jià)格便宜，使用方便的大功率LED作為激發(fā)光源，光源的峰值波長(zhǎng)可在400-900nm范圍內(nèi)選擇。LED光源本身的響應(yīng)時(shí)間很快，能達(dá)到納秒量級(jí)，為了獲得較快的下降沿，光源的驅(qū)動(dòng)器(8)應(yīng)選用高速開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)具有快速下降沿的光源驅(qū)動(dòng)電脈沖，使所發(fā)出的光為脈沖光，即發(fā)光持續(xù)時(shí)間小于Is,其發(fā)光強(qiáng)度從峰值的90%下降到峰值10%的脈沖下降時(shí)間小于5 μ S。這樣做的目的是能夠測(cè)量比較不同電池片在激發(fā)光消失后，光致發(fā)光的衰減時(shí)間。
[0008]可在同一個(gè)移動(dòng)滑塊(4)上等間距安裝多個(gè)檢測(cè)模組(5)，安裝間距應(yīng)和傳送帶
(I)上相鄰太陽能電池片⑵間的間距相同。如果分揀裝置共有兩個(gè)移動(dòng)滑塊(4)，每個(gè)移動(dòng)滑塊上安裝有兩個(gè)檢測(cè)模組(5)，則可通過計(jì)算機(jī)(7)控制移動(dòng)滑塊(4-1)對(duì)第1，2，5，6…號(hào)電池片同步米樣,而移動(dòng)滑塊(4-2)對(duì)第3,4,7,8…號(hào)電池片同步米樣。同樣，如果安裝有三個(gè)移動(dòng)滑塊(4)，而每個(gè)滑塊僅裝有一個(gè)檢測(cè)模組(5)，則由第一個(gè)移動(dòng)滑塊(4-1)負(fù)責(zé)米集第I，3, 5…號(hào)電池片,第二個(gè)移動(dòng)滑塊(4-2)負(fù)責(zé)米集第2,4,6…號(hào)電池片，以此類推。移動(dòng)滑塊(4)可在不采樣的時(shí)間間隔內(nèi)反向移動(dòng)，以便對(duì)下一組電池片同步采樣。
[0009]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的裝置示意圖
[0011]圖2為檢測(cè)模組(5)的結(jié)構(gòu)示意圖
[0012]圖3為InGaAa光電二極管(10)，聚光透鏡(11)和被測(cè)太陽能電池⑵的位置關(guān)系圖

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，用以說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征、技術(shù)性能和功能點(diǎn)，但本發(fā)明的具體實(shí)施方案并不僅限于該實(shí)施例。
[0014]圖1為本發(fā)明基于光致發(fā)光法的硅片、太陽能電池在線分揀裝置的示意圖:被檢太陽能電池(2)吸附在傳送帶(I)上向右連續(xù)移動(dòng)。在移動(dòng)滑塊(4-1)的前方或后方約30-50cm處，傳送帶(I)的固定支架上，太陽能電池上方數(shù)厘米處安裝有位置傳感器(3)用于檢測(cè)太陽能電池邊緣出現(xiàn)的時(shí)間。傳感器(3)不隨傳送帶移動(dòng)。傳感器(3)可選用藍(lán)光反射傳感器。當(dāng)太陽能電池片(2)的邊緣出現(xiàn)在傳感器(3)下方時(shí)，傳感器(3)有信號(hào)輸出。比如，可選用歐姆龍的微小光點(diǎn)/標(biāo)記檢測(cè)用放大器分離光點(diǎn)傳感器。
[0015]在被檢電池片⑵上方約30-60cm處，配備有50_100cm長(zhǎng)的導(dǎo)軌(6)用于支撐移動(dòng)滑塊⑷的移動(dòng)。導(dǎo)軌(6)和移動(dòng)滑塊⑷之間可為滾珠滑動(dòng)，也可為齒輪、齒條或皮帶鏈接。本實(shí)施例采用絲杠、螺母連接實(shí)現(xiàn)移動(dòng)滑塊(4)在被檢電池(2)上方周期性勻速運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例所用移動(dòng)滑塊(4)的長(zhǎng)度為20cm，每個(gè)移動(dòng)滑塊(4)上安裝的檢測(cè)模組(5)的數(shù)量為2，兩個(gè)檢測(cè)模組(4)之間的間距調(diào)整為16.5cm，為生產(chǎn)線傳動(dòng)帶(I)上兩個(gè)太陽能電池片(2)之間的中心間距。在移動(dòng)滑塊(4)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上安裝有光電編碼盤或光柵尺等精密位置傳感器，能夠精確確定移動(dòng)滑塊(4)與太陽能電池位置傳感器(3)之間的距離，由此可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)模組(5)與太陽能電池(2)中心的精確對(duì)準(zhǔn)。移動(dòng)滑塊(4)的移動(dòng)速度可根據(jù)位置探測(cè)器(3)檢測(cè)到的相鄰兩片太陽能電池(2)出現(xiàn)的時(shí)間間隔來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。
[0016]圖2是檢測(cè)模組(5)的結(jié)構(gòu)示意圖。檢測(cè)模組(5)由金屬壁筒，發(fā)光光源(9)，InGaAs光電二極管(10)、聚光透鏡(11)、長(zhǎng)波通濾光片(12)和高速放大電路(13)組成。發(fā)光光源(9)為三個(gè)美國Cree公司生產(chǎn)的、波長(zhǎng)660nm的紅色3W大功率X-1amp發(fā)光二極管LED。三個(gè)LED以聚光透鏡(11)為中心對(duì)稱安裝在金屬壁筒內(nèi)。在驅(qū)動(dòng)電源(8)的驅(qū)動(dòng)下，它所發(fā)出的激發(fā)光均勻照射在被檢硅片或太陽能電池表面上。驅(qū)動(dòng)電源(8)的驅(qū)動(dòng)電流可在計(jì)算機(jī)(7)的控制下調(diào)整脈沖寬度和脈沖幅度，最大驅(qū)動(dòng)電流為6A，為了提高驅(qū)動(dòng)電流的下降速率，采用三個(gè)LED分三路分別驅(qū)動(dòng)，每路最大驅(qū)動(dòng)電流2A。硅片或太陽能電池受光照激發(fā)后產(chǎn)生的光致發(fā)光透過濾光片(12)由聚光透鏡(11)會(huì)聚到InGaAa光電二極管(10)上，光電二極管(10)受光照所產(chǎn)生的光電流經(jīng)高速放大電路放大后傳送到數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)(7)。光電二極管(10)與高速放大電路的組合可選用美國Thorlabs公司的DETlOC型高速光探測(cè)器，光敏面為0.8mm2，敏感波長(zhǎng)范圍700_1800nm，信號(hào)響應(yīng)上升時(shí)間可達(dá)10ns。驅(qū)動(dòng)電源(8)可輸出連續(xù)恒流或脈沖電流，使LED所發(fā)出的光為脈沖光，發(fā)光持續(xù)時(shí)間小于0.2s，其發(fā)光強(qiáng)度從峰值的90%下降到峰值10%的脈沖下降時(shí)間小于5 μ S。
[0017]圖3為InGaAa光電二極管(10)，聚光透鏡(11)和被測(cè)太陽能電池⑵的位置關(guān)系圖。被檢電池(2)和光電二極管(10)處于聚光透鏡(11)的光學(xué)共軛面上，并且由聚光透鏡(11)的中心到被檢電池⑵上表面的距離I和聚光透鏡(11)的中心到光電二極管(10)的距離I’之比1/1’小于被檢電池(2)的邊長(zhǎng)與光電二極管(10)光敏面的邊長(zhǎng)之比。所選光電二極管的光敏面為Φ Imm圓形,其內(nèi)切正方形的邊長(zhǎng)為0.7mm ;被檢太陽能電池邊長(zhǎng)為15.6cm，則被檢太陽能電池經(jīng)聚光透鏡(11)成像后應(yīng)縮小約156/0.7 = 220倍。我們選用的聚光透鏡(11)為放大倍率40倍的顯微物鏡反向使用，即并非將物體放大40倍，而是將物體縮小40倍成像在光電二極管管光敏面上。由于放大倍率遠(yuǎn)比被檢太陽能電池和光電二極管光敏面的比值，檢測(cè)模組只對(duì)被檢電池(2)的部分區(qū)域取樣，即使檢測(cè)模組(5)與被檢電池(2)的位置和速度同步有部分誤差，也能保證檢測(cè)模組(5)所探測(cè)到的信號(hào)是從被檢電池(2)表面所發(fā)射的光致發(fā)光。
【權(quán)利要求】
1.一種硅片、太陽能電池在線快速分揀裝置，有安裝了數(shù)據(jù)采集、控制卡的計(jì)算機(jī)(7)，其特征在于:至少兩個(gè)檢測(cè)模組(5)分別安裝在不同的移動(dòng)滑塊(4)上，移動(dòng)滑塊(4)與位于被檢太陽能電池(2)正上方的導(dǎo)軌(6)相配合沿傳送帶(I)的方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)；位置探測(cè)器⑶在太陽能電池⑵上方附近用于檢測(cè)太陽能電池⑵的邊緣位置，使移動(dòng)滑塊(4)在與傳送帶(I)運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí)的移動(dòng)速度與傳送帶(I)相同，并通過計(jì)算機(jī)(7)控制調(diào)整，使檢測(cè)模組(5)的中心與被檢太陽能電池(2)的中心對(duì)準(zhǔn)；檢測(cè)模組(5)內(nèi)的發(fā)光光源由光源驅(qū)動(dòng)器(8)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分揀裝置，其特征在于:所述的檢測(cè)模組(5)由激發(fā)光源(9)、InGaAs光電二極管(10)、聚光透鏡(11)、長(zhǎng)波通濾光片(12)和高速放大電路(13)組成；光源(9)所發(fā)出的激發(fā)光均勻照射在被檢硅片或太陽能電池表面上，硅片或太陽能電池受光照激發(fā)后產(chǎn)生的光致發(fā)光透過濾光片(12)由聚光透鏡(11)會(huì)聚到InGaAa光電二極管(10)上，光電二極管(10)受光照所產(chǎn)生的光電流經(jīng)高速放大電路(13)放大后傳送到數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)模組(5)，其特征在于:被檢太陽能電池(2)和光電二極管(10)處于聚光透鏡(11)的一對(duì)光學(xué)共軛面上，并且從聚光透鏡(11)的中心到被檢電池(2)上表面的距離I和聚光透鏡(11)的中心到光電二極管(10)的距離I’之比1/1’小于被檢電池⑵的邊長(zhǎng)與光電二極管(10)光敏面的邊長(zhǎng)之比。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激發(fā)光源(9)，其特征在于:光源為波長(zhǎng)小于900nm的大功率單色發(fā)光二極管LED ;光源所發(fā)出的光為脈沖光,光脈沖持續(xù)時(shí)間小于Is,其發(fā)光強(qiáng)度從峰值的90%下降到10%的脈沖下降時(shí)間小于5 μ s ;光電二極管(10)和高速放大電路(13)組合的檢測(cè)響應(yīng)時(shí)間小于50ns。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分揀裝置，其特征在于:同一移動(dòng)滑塊(4)上安裝的多個(gè)檢測(cè)模組(5)之間的安裝間距可調(diào)，并為傳動(dòng)帶(I)上相鄰太陽能電池(2)之間中心間距的整數(shù)倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分揀設(shè)備，其特征在于:移動(dòng)滑塊(4)的移動(dòng)速度可根據(jù)位置探測(cè)器(3)檢測(cè)的太陽能電池(2)的移動(dòng)速度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)；移動(dòng)滑塊(4)或?qū)к?6)上安裝有移動(dòng)滑塊(4)的位置傳感器。
【文檔編號(hào)】G01N21/63GK104181130SQ201310192145
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月20日
【發(fā)明者】鄭曉東, 秦文紅, 呂瑋閣, 陳新 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)