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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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太陽(yáng)能電池片的平整度檢測(cè)

太陽(yáng)能電池片的平整度檢測(cè)

  

  基于3D圖像技術(shù)的1394相機(jī)應(yīng)用在太陽(yáng)能電池片的曲度測(cè)量從而帶來(lái)成本的節(jié)約。
 

  20世紀(jì)60年代.最初被應(yīng)用在衛(wèi)星的供電系統(tǒng),由于降低成本的晶圓生產(chǎn),太陽(yáng)能電池已經(jīng)成功在其他一些地區(qū),尤其是偏遠(yuǎn)的私人住宅,抽水站,以及電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。隨著進(jìn)一步的成本降低以及政府的補(bǔ)貼政策,太陽(yáng)能發(fā)電對(duì)于私人住宅和大型生產(chǎn)基地也產(chǎn)生了很大的吸引力。作為最大并且發(fā)展最快的能源部分之一,據(jù)統(tǒng)計(jì),光伏太陽(yáng)能市場(chǎng)在過(guò)去幾年中保持了約40-60 %的平均增長(zhǎng)率。


  在晶體硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn),使用的材料無(wú)非多晶硅或單晶硅。多晶硅材料是由鑄造方法制成,單晶硅制備是一個(gè)提拉生長(zhǎng)的過(guò)程。 之后刨錠切片形成晶圓,經(jīng)過(guò)摻雜形成p / n結(jié)。然后由絲網(wǎng)印刷金屬厚膜貼到晶圓形成電極。雖然許多公司都參與了全球太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)的研發(fā),但只有少數(shù)大公司可以制造晶片,電池和太陽(yáng)能電池板的模組。 Thor Vollset ,Tordivel公司首席執(zhí)行官說(shuō): “從硅錠到成品太陽(yáng)能電池板,自動(dòng)化和測(cè)試產(chǎn)品質(zhì)量的需求是一直存在的。 ”雖然基于視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)可用來(lái)檢測(cè)劃痕和碎邊,其他也有用來(lái)測(cè)量晶圓的厚度。從Tordivel獨(dú)立出來(lái)的Tordivel Solar公司研發(fā)的檢測(cè)設(shè)備旨在測(cè)量晶圓或太陽(yáng)能電池的曲度(見(jiàn)圖1)。
 

  圖1 Tordivel solar研發(fā)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng) ,用來(lái)測(cè)量太陽(yáng)能硅片的曲度。

       

  Vollset說(shuō): ” 在模組的工序前,對(duì)于太陽(yáng)能電池片必須進(jìn)行統(tǒng)一性測(cè)試。 因?yàn)檫@些晶圓的運(yùn)輸生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)對(duì)皮帶驅(qū)動(dòng)傳送帶,任何非均勻或曲度都會(huì)導(dǎo)致只有180微米厚的晶圓在生產(chǎn)過(guò)程中的破損。 而由于技術(shù)的升級(jí)當(dāng)晶片厚度達(dá)到100微米的時(shí)候,可以預(yù)計(jì)破損率將會(huì)增加。 “而結(jié)果是停止生產(chǎn)以及廢料的大量產(chǎn)生。通過(guò)測(cè)量曲度,可以有效的減少曲度所帶來(lái)的影響。

   

  在德國(guó)斯圖加特舉辦的Vision 2008, Tordivel展示的離線的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng),旨在測(cè)量太陽(yáng)能電池片的曲度。“離線系統(tǒng)需要一個(gè)操作員手動(dòng)加載每個(gè)晶圓,” Vollset說(shuō) “生產(chǎn)版本的系統(tǒng)將允許晶圓通過(guò)生產(chǎn)線自動(dòng)拍攝和統(tǒng)一衡量,也就是一個(gè)在線檢測(cè)系統(tǒng)” 。 Vollset和他的同事開(kāi)發(fā)出一種系統(tǒng),采用了三維成像技術(shù)來(lái)衡量晶圓的一致性。在晶圓被置于系統(tǒng)下方,StockerYale公司的Lasiris激光將發(fā)射11個(gè)細(xì)激光線到晶圓表面。 兩個(gè)Flea2 140萬(wàn)像素相機(jī)分別與豎直方向成30 °放置,用來(lái)捕捉兩個(gè)圖像投影線(見(jiàn)圖.2 ) 。 圖像通過(guò)PCI – Express的1394采集卡傳輸?shù)絺€(gè)人電腦主機(jī)上。

 


 

圖2 采用了三維成像技術(shù)來(lái)衡量晶圓的一致性


  由于兩臺(tái)相機(jī)以及線性結(jié)構(gòu)激光之間的夾角已知,三角測(cè)量的方法可以用來(lái)確定相對(duì)高度晶圓沿激光線剖面。雖然一個(gè)的激光/相機(jī)組合可以用來(lái)完成檢測(cè)功能” Vollset說(shuō):“但使用兩個(gè)攝像頭,我們就可以得到兩組數(shù)據(jù),并通過(guò)比較測(cè)量,從而提高精度。“項(xiàng)目的圖像處理軟件選用了Tordivel自己的Scorpion Vision 6.3中的三維測(cè)量工具。
 

  為了生成晶片的三維圖像,兩張圖像上面的各自11條結(jié)構(gòu)光都要計(jì)算10個(gè)采樣點(diǎn)。這樣形成了110高度點(diǎn)均勻分布在晶圓上的兩張圖像(見(jiàn)圖3 )。這些具有高度信息的點(diǎn),將被轉(zhuǎn)換為像素并由此產(chǎn)生一個(gè)三維點(diǎn)云,提供了X和Y位置的測(cè)量整個(gè)晶圓及其高度(z)的信息,三維圖像還顯示在電腦顯示器上。
 

  要確定晶圓的一致性,自動(dòng)生成一個(gè)藍(lán)色的邊框,以涵蓋所有的點(diǎn)的三維點(diǎn)云。然后隨機(jī)抽取20點(diǎn)以確定一個(gè)平面。通過(guò)執(zhí)行1000次隨機(jī)抽取,10個(gè)最優(yōu)的擬合平面將被存儲(chǔ),之后通過(guò)最優(yōu)算法取得一個(gè)最佳平面(通過(guò)在該平面上的點(diǎn)最多的那個(gè)來(lái)確定平面)。在此過(guò)程完成后,測(cè)量晶圓的曲度就很簡(jiǎn)單了,因?yàn)樗行枰氖怯?jì)算只是最遠(yuǎn)點(diǎn)到平面兩端的距離。 偏差的結(jié)果就可以用灰階強(qiáng)度圖來(lái)表示晶圓的曲度。系系統(tǒng)的測(cè)量速度可以達(dá)到1秒/片。

 

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