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    太阳能电池片的平整度检测

    2009-04-24 北京凌云光视数字图像技术有限公司

      基于3D图像技术的1394相机应用在太阳能电池片的曲度测量从而带来成本的节约。
     

      20世纪60年代.最初被应用在卫星的供电系统,由于降低成本的晶圆生产,太阳能电池已经成功在其他一些地区,尤其是偏远的私人住宅,抽水站,以及电信网络设施。随着进一步的成本降低以及政府的补贴政策,太阳能发电对于私人住宅和大型生产基地也产生了很大的吸引力。作为最大并且发展最快的能源部分之一,据统计,光伏太阳能市场在过去几年中保持了约40-60 %的平均增长率。


      在晶体硅太阳能电池的生产,使用的材料无非多晶硅或单晶硅。多晶硅材料是由铸造方法制成,单晶硅制备是一个提拉生长的过程。 之后刨锭切片形成晶圆,经过掺杂形成p / n结。然后由丝网印刷金属厚膜贴到晶圆形成电极。虽然许多公司都参与了全球太阳能产业的生产的研发,但只有少数大公司可以制造晶片,电池和太阳能电池板的模组。 Thor Vollset ,Tordivel公司首席执行官说: “从硅锭到成品太阳能电池板,自动化和测试产品质量的需求是一直存在的。 ”虽然基于视觉检测系统可用来检测划痕和碎边,其他也有用来测量晶圆的厚度。从Tordivel独立出来的Tordivel Solar公司研发的检测设备旨在测量晶圆或太阳能电池的曲度(见图1)。
     

      图1 Tordivel solar研发的机器视觉系统 ,用来测量太阳能硅片的曲度。

           

      Vollset说: ” 在模组的工序前,对于太阳能电池片必须进行统一性测试。 因为这些晶圆的运输生产过程中通过对皮带驱动传送带,任何非均匀或曲度都会导致只有180微米厚的晶圆在生产过程中的破损。 而由于技术的升级当晶片厚度达到100微米的时候,可以预计破损率将会增加。 “而结果是停止生产以及废料的大量产生。通过测量曲度,可以有效的减少曲度所带来的影响。

       

      在德国斯图加特举办的Vision 2008, Tordivel展示的离线的机器视觉系统,旨在测量太阳能电池片的曲度。“离线系统需要一个操作员手动加载每个晶圆,” Vollset说 “生产版本的系统将允许晶圆通过生产线自动拍摄和统一衡量,也就是一个在线检测系统” 。 Vollset和他的同事开发出一种系统,采用了三维成像技术来衡量晶圆的一致性。在晶圆被置于系统下方,StockerYale公司的Lasiris激光将发射11个细激光线到晶圆表面。 两个Flea2 140万像素相机分别与竖直方向成30 °放置,用来捕捉两个图像投影线(见图.2 ) 。 图像通过PCI – Express的1394采集卡传输到个人电脑主机上。

     


     

    图2 采用了三维成像技术来衡量晶圆的一致性


      由于两台相机以及线性结构激光之间的夹角已知,三角测量的方法可以用来确定相对高度晶圆沿激光线剖面。虽然一个的激光/相机组合可以用来完成检测功能” Vollset说:“但使用两个摄像头,我们就可以得到两组数据,并通过比较测量,从而提高精度。“项目的图像处理软件选用了Tordivel自己的Scorpion Vision 6.3中的三维测量工具。
     

      为了生成晶片的三维图像,两张图像上面的各自11条结构光都要计算10个采样点。这样形成了110高度点均匀分布在晶圆上的两张图像(见图3 )。这些具有高度信息的点,将被转换为像素并由此产生一个三维点云,提供了X和Y位置的测量整个晶圆及其高度(z)的信息,三维图像还显示在电脑显示器上。
     

      要确定晶圆的一致性,自动生成一个蓝色的边框,以涵盖所有的点的三维点云。然后随机抽取20点以确定一个平面。通过执行1000次随机抽取,10个最优的拟合平面将被存储,之后通过最优算法取得一个最佳平面(通过在该平面上的点最多的那个来确定平面)。在此过程完成后,测量晶圆的曲度就很简单了,因为所有需要的是计算只是最远点到平面两端的距离。 偏差的结果就可以用灰阶强度图来表示晶圆的曲度。系系统的测量速度可以达到1秒/片。

     

      更多视觉应用案例、技术文章,请访问凌云公司官方网站  vision.lusterinc.com

     

     

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