[发明专利]基于光致发光法的硅片、太阳能电池在线分拣装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅片、太阳能电池检测装置。尤其是一种基于光致发光法对硅片、太阳能电池进行在线快速分拣的检测设备。

背景技术

随着我国经济的快速发展，能源消耗量急剧增加。大量化石能源的消耗使空气质量成为影响人们生活品质的重要制约因素。减少化石能源使用量的有效方法是普及太阳能等清洁能源。因此，太阳能电池产业在近年取得了飞跃发展。在太阳能电池的生产过程中，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问题。光致发光检测法是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。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。而目前太阳能电池生产线的运转速度一般为每秒100-200毫米。即使采用最灵敏的CCD器件，曝光时间减少到1秒，也仍旧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的实施技术方案。

针对现有问题，本发明用单个光电二极管取代已知方法中所用的CCD摄像头，将太阳能电池表面上发射的所有光致发光能量全部集中到一个光电二极管上，增加信号强度；用多个检测模组同步跟踪生产线上的太阳能电池片，通过多检测模组交替采样的方法，用一般强度的激发光照实现了在线快速分拣。与已公开专利中利用CCD摄像头检测硅片的裂纹等不同，本方法通过检测硅片、太阳能电池在相同激发光照射下的光致发光亮度和激发光消失后光致发光的持续时间来检测有缺陷的硅片与太阳能电池片。

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900nm，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，激发光消失后光致发光持续的时间越长，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，结构简单、价格低廉、能够适用于连续运转生产线用的硅片及太阳能电池片分拣装置。

为了适应连续高速运转生产线的需要，本发明采用了多检测模组交替同步采集的技术方案。当电池片位置探测器(3)检测到生产线上电池片边缘出现后，通知计算机起动移动滑块(4)运动，并根据位置探测器(3)检测到的生产线(1)上相邻两片电池片出现的时间差控制移动滑块(4)的移动速度，使其与传送带上电池片的移动速度一致。在保持移动滑块(4)与电池片移动速度相同的同时，计算机(7)将根据移动滑块(4)或导轨(6)上的移动滑块(4)的位置传感器和电池片位置探测器(3)的信号，调整移动滑块(4)与被检电池片(2)之间的相对位置，使检测模组(5)的中心与被检电池片(2)的中心一致。位置与速度同步后，计算机(7)控制光源驱动器(8)向光源(9)发出电脉冲，驱动光源(9)闪光。光源(9)所发射的光脉冲照亮被检电池(2)并发出比激发光波长长的红外光致发光。电池(2)发出的峰值为1050nm的光致发光穿过长波通滤光片(12)后，被聚光透镜(11)会聚到对红外光敏感的InGaAs光电二极管(10)上转换成电流信号。而激发光因波长比光致发光短，被长波通滤光片(12)截止，无法到达光电二极管(12)。光电二极管(10)所产生的电流信号经高速放大电路(13)转换为电压信号后送到计算机(7)与所定的模型进行比较。在相同激发强度下，光致发光亮度高、激发闪光结束后光致发光持续时间长的硅片或太阳能电池性能更好。