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短波红外成像在太阳能电池检测中的应用

导读:

  随着太阳能电池的大规模应用以及工艺进一步优化,各个生产以及应用厂商都对太阳能电池的工艺生产环节中的质量控制和成本控制提出了更为严格的要求。基于此,短波红外图像检测技术也得到了大量应用。

  短波红外成像是利用室温景物反射环境中普遍存在的短波红外辐射,将其转换为人眼可见图像的技术。短波红外成像技术利用红外对硅材料的穿透性,主要应用在硅锭探伤、硅片探伤。随着硅锭切割工艺的优化升级,硅片将越来越薄,其对于内部探伤的需求也将更为迫切。

 1  红外太阳能硅锭检测

  太阳能生产工艺中,第一道成品就是硅锭。硅锭经线锯切割后形成太阳能硅片,而由于硅锭本身杂质和气泡等影响,造成产品质量差,并影响设备寿命。通过红外相机对太阳能硅锭进行质量检测,可以提前避免以上状况的发生,是非常有价值的机器视觉应用。在这个应用中系统价值体现在:

  1) 提升硅锭产品的质量。硅锭中含有杂质、气泡,会对最终的硅片产品质量产生影响。因为红外光对硅的穿透性比较好,波长为1050 nm的红外光可以穿透200 μm厚的硅锭,而波长为1300~1500 nm的红外光则可以穿透任意厚度的硅锭。因此我们可以利用红外光进行探伤,检测出硅锭中的孔洞和杂质,并通过各种工艺预处理,来达到提升硅锭产品质量的目的。

  2) 减少对线锯的损耗,降低成本。线锯的价格一般都非常昂贵,在加工中,若硅锭中有孔洞的存在,会使线锯的应力突变,引起线锯的振动,加剧线锯的损耗,甚至会造成线锯的损毁;若硅锭中有杂质,也会使线锯的损耗加大。因此通过引入红外探伤,我们可以降低线锯的损耗,进而达到降低成本的目的。

  3) 提升硅片的产品质量。在把硅锭切割为硅片的过程中,若硅锭中有杂质,则切割出来的硅片会产生线痕,这样的硅片是比较容易碎裂的。此外硅锭中的杂质容易附着在切割器械上,若用这样的切割器械进行加工,会造成更多硅片的线痕,严重降低产品的质量,而且使生产成本大幅度地提高。

2  红外电池片检测应用

 2.1 太阳能电池的电致发光

  太阳能电池的电致发光是通过对太阳能电池加上正向偏置电压时所激发的光子发射。当电子注入到太阳能电池后,与存在的空穴相结合,并把所产生的能量以光子的形式释放出来,形成近红外和短波红外波长的电致发光,图2给出了太阳能电池片电致发光时的图像。

  太阳能电池的电致发光成像是一个重要的信息特征。通常的太阳能电池片都不可避免地会具有的一些缺陷,而这些缺陷往往是限制其光电转换率和寿命的重要因素。

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