CN102565655B - 薄膜太阳能电池的检测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄膜太阳能电池的检测设备及方法，属于太阳能电池技术领域。薄膜太阳能电池的自动检测设备，包括工作平台和X-Y-Z轴运动机构，Y轴运动机构的横梁上连接有X轴，其特征在于所述X轴上装有自动原点定位的CCD定位装置、打标机构，该X轴上还装有带检测机构的Z轴，形成集定位、X-Y-Z轴运动、检测、打标为一体的四位一体机，该四位一体机由工控机程序控制检测薄膜太阳能电池芯板中每个单元电池的电性能，且在检测合格的单元电池上标记字符。本发明集定位、X-Y-Z轴运动、检测、打标为一体，能在切割工序之前有效地将合格品和不合格品清楚的标识分类，消除了合格品和不合格品在分类时出现混料的可能性，节省了生产工序，提高了生产效率。

Description

薄膜太阳能电池的检测设备及方法

技术领域

本发明涉及一种大幅面薄膜太阳能电池的检测设备及方法，属于薄膜太阳能电池技术领域。

背景技术

薄膜太阳能电池目前被广泛地应用到小型电子产品上，如计算器、庭院灯、玩具等，这些产品所用到的薄膜太阳能电池尺寸都比较小，而从沉积设备加工出的太阳能电池尺寸都很大，在一块大的薄膜太阳能电池板上同时可以制作很多的小尺寸太阳能单元电池（也称单元电池），因此需要对直接生产出的大尺寸的太阳能电池进行切割后获得，在以往的生产工艺流程中，一般是先丝印字符标志后切割再检测，这样把不合格品放到最后去判断，使得不合格品的生产工艺流程同合格品完全一样，而不合格品本身的不合格性是在打标和检测工艺之前形成的，这样做的缺点是无论合格与否的产品都要先进行打标，导致工艺流程多、工作量大、浪费材料、成本增加，而且目前这种工艺只能是将打标和检测分开进行，对于分开工艺的设备和方法，中国专利200710072812.7《太阳能电池激光标刻设备》对大幅面激光打标标刻技术进行了充分的公开，中国专利201020238307.2《太阳能电池自动测试装置》对单片太阳能电池自动检测技术也进行了充分的公开。尽管专利号为ZL200910025718.5的中国专利公开了一种半导体器件测试分选机，使得半导体器件的检测、打标、分选、编带可在同一台机器上实现，虽然具有结构紧凑、检测效率高等优点，但是该装置是针对单个半导体器件进行的，设备复杂、成本高，不适合用于检测包括多个单元电池的大幅面薄膜太阳能电池。

发明内容

本发明是针对现有技术中的不足，设计一种结构简单，集定位、运动、检测和打标为一体的薄膜太阳能电池测试设备及方法，针对包含多个单元电池的大幅面薄膜太阳能电池先检测后打标再切割的工艺，实现将检测和打标组合在一起的自动检测设备和方法。

为了实现以上任务，本发明采用的技术方案是：设计一种薄膜太阳能电池的自动检测设备，包括工作平台和X-Y-Z轴运动机构，Y轴运动机构的横梁上连接有X轴，其特征在于所述X轴上装有自动原点定位的CCD定位装置、打标机构，该X轴上还装有带检测机构的Z轴，形成集定位、X-Y-Z轴运动、检测、打标为一体的四位一体机，该四位一体机由工控机程序控制检测薄膜太阳能电池芯板中每个单元电池的电性能，且在检测合格的单元电池上标记字符。

工控件程序分时控制CCD定位装置、X-Y-Z轴运动机构及检测机构和打标机构，由CCD定位装置锁定定位原点，导入检测区域位置图形，所述检测机构和打标机构由X-Y-Z轴运动机构移动至检测区域和打标区域，检测探头与薄膜太阳能芯板中单元电池电极接触，检测每个单元电池的电性能，全部检测完毕后，由打标机构在合格单元电池上标记字符。

Y轴运动机构的横梁上装有沿X轴运动的无杆气缸，由所述无杆气缸带动CCD定位装置和打标机构作X-Y轴运动。检测机构由固定板安装在Z轴（或称Z轴运动机构）上，由工控机程序控制沿X-Y-Z轴三个方向运动。

Y轴运动机构（简称Y轴）主要由丝杠、导轨、立柱、横梁以及电机组成，丝杠带动立柱及搭接在立柱上的横梁沿Y轴运动。Y轴运动机构的横梁的下方装有X轴运动机构（简称X轴）。X轴运动机构的下方装有CCD定位装置、打标机构以及沿Z轴运动的气缸，且作Z轴运动的气缸的端部带有固定板，检测机构安装在气缸端部的固定板上。

Y轴采用伺服电机驱动丝杠，带动立柱与横梁运动，横梁上安装有做X轴运动的无杆气缸，无杆气缸上装有沿Z轴运动的气缸，检测机构装在沿Z轴运动的气缸上。

检测机构包括检测探头及探头固定板，检测探头由可拆卸的弹簧探针构成。检测机构的检测探头是单探头或多探头，所述多探头由固定在探头固定板上的多个弹簧探针构成，多探头可同时检测多块单元电池，单探头可对每块单元电池逐一进行检测，检测探头可以同时检测多个参数，如开路电压、工作电压、短路电流、工作电流等。

本发明还提供一种薄膜太阳能电池的自动检测方法，将薄膜太阳能电池芯板放置在工作平台上，该薄膜太阳能电池芯板由多个单元电池构成，其特征在于通过工控机设定程序分时控制：

CCD定位装置进行原点定位，向工控机导入检测区域位置；

启动X、Y轴运动机构，检测机构沿X、Y轴移动至第一检测区域；

Z轴运动机构推动检测机构上的检测探头向下运动，检测探头与单元电池的电极紧密接触，检测单元电池的电性能；

检测完毕，Z轴运动机构拉动检测向上运动，检测探头与单元电池的电极断开接触；

X、Y轴运动机构带动检测机构移至下一个检测区域，对该区域内的单元电池进行检测；

至所有检测区域内的单元电池检测完毕后，X、Y轴运动机构带动打标机构移至打标区域，对检测合格的单元电池进行打标；

打标机构在合格单元电池上标记字符，检测不合格的单元电池则不打标；

打标完毕，将薄膜太阳能电池进行切割分粒，目视打标状态分类，合格产品打包入库。

检测机构的检测探头是单探头或多探头，其中多探头一次同时检测多个单元电池，单探头对每个单元电池逐一检测。

Y轴运动机构包括丝杠、导轨、立柱、横梁以及电机，横梁上连接有X轴，且X轴上装有CCD定位装置、打标机构和带有检测机构的Z轴，集定位、X-Y-Z轴运动、检测、打标为一体。

检测机构由固定板安装在Z轴上，由工控机程序控制沿X-Y-Z轴三个方向运动。打标机构安装在X轴运动的无杆气缸上，由工控机程序控制沿X-Y轴运动。

本发明的控制***主要有工控机、CCD自动定位控制***、检测控制***、X、Y、Z轴工作控制***和打标控制***，控制***的运行主要是通过工控机设定控制程序后与CCD自动定位控制***、检测控制***、X、Y、Z轴工作控制***、打标控制***进行数据交换与控制，具体控制流程如下：

1.在工控机先给CCD自动定位控制***指令，进行CCD原点定位后，将数据再传输给工控机；CCD（Charge-Coupled Device）是一种图像传感器，CCD定位装置是基于CCD图像传感器的定位装置。

2.工控机根据CCD自动定位返回的数据把指令给X、Y、Z轴工作控制***，X、Y、Z轴运动到相对原点设定第一个检测位置后，再把数据传输给工控机；

3.工控机再根据X、Y、Z轴第一个检测位置返回数据把指令给检测控制***，检测探头开始检测，检测完成后把检测数据再传输给工控机，工控机根据检测***判断是否为合格产品；

4.工控机再给检测***指令，检测头再移到下一个电池单元开始检测，如此循环工作；

5.待全部检测完毕后，工控机根据记录的检测合格品位置，把指令给打标控制***，打标头对设定好参数的合格品进行打标，打标完成后把信号给工控机，若为不合格品，则不打标；

6.打标全部完成后，工控机X、Y、Z轴工作控制***指令，X、Y、Z轴再回到原点位置。

本发明的有益效果是：在检测设备上同时安装检测机构和打标机构，集定位、运动、检测、打标为一体，通过检测机构检测薄膜太阳能电池芯板中每个单元电池的各项电性能参数，并对单元电池进行自动分类标识，在合格产品上标记字符，对不合格产品则不进行打标，能在切割工序之前有效地将合格品和不合格品清楚的标识分类，消除了合格品和不合格品在分类时出现混料的可能性，取代了传统的人工检测分类，减少了人为误差，提高了检测准确性和检测效率，减少了薄膜单元电池生产工序，降低了生产成本；避免多工序人为因素造成的电池表面二次污染和表面破坏，减轻了产品表面清洁难度和工作量，同时，可以利用打标机构把合格单元电池的序列号等产品信息标识在电池上面，实现电池从生产到客户使用端的品质状态的可追溯性。

本发明同时还可实现将检测、打标、切割为一体的设备，适用于连续生产线使用。

附图说明

图1：本发明的结构示意图。

图2：图1的剖视图。

图3：本发明控制***的原理示意图。

图4：实施例一的结构示意图。

图5：本发明实施例二的结构示意图。

图6：图5中部件固定板8的结构示意图。

图7：本发明实施例三的结构示意图。

图8：图7中部件固定板8的结构示意图。

图1至图8中，1、底座，2、丝杠，3、导轨，4、电机，5、立柱，6、检测探头，7、打标头，8、固定板，9、气缸，10、无杆气缸，11、横梁，12、定位块，13、薄膜太阳能电池芯板，14、光箱，15、探头固定板，16、连接螺钉，17、CCD定位装置。

具体实施方式

本发明设计的薄膜太阳能电池的检测设备，包括安装在底座上的光箱，大幅面薄膜太阳能电池芯板放置在光箱上，检测装置具有可以带动检测头进行X、Y、Z轴三个方向的运动机构，Y轴采用伺服电机驱动丝杠，带动立柱与横梁运动，横梁上安装有做X轴运动的无杆气缸，无杆气缸上装有CCD定位装置、打标机构以及沿Z轴运动的气缸，且沿Z轴运动的气缸上装有检测机构，X-Y-Z轴运动机构控制检测头和打标头的运动，且由检测机构检测薄膜太阳能电池芯板中的每个单元电池，打标机构对合格产品进行标记字符，不合格产品则不进行打标。改变已有工艺流程中先对全部单元电池丝印字符后再检测的流程，采用先检测，再将检测合格产品进行字符打标（打标内容包含商标、电池型号、序列号、输出电极标志等产品信息或其中的几项内容），不合格品不进行打标，由此来清楚地区分合格品和不合格品，方便在后续的切割工序中直接通过目视将不合格产品剔除，节省工艺步骤，提高了生产效率。

大幅面薄膜太阳能电池芯板定位采用直角定位，检测原点定位采用CCD自动定位方法。检测前先将各参数检测设定值（包含待检测大幅面太阳能电池芯板尺寸、单元电池型号尺寸、阵列排版、单元电池电性能分类标准等）输入到工控机，检测时由工控机按预先设置的检验程序和分类标准，对芯板上的单元电池进行检测，检测获取的单元电池信息由***自动按单元电池在芯板上的位置存入工控机数据库，由工控机内单元电池性能判定程序对检测数据进行分析，判定各单元电池的检测状态（合格或不合格），并按单元电池在芯板上的相应位置在工控机存储器存储对应电池的检测判定状态，而后由工控机根据单元电池的检测判定状态控制的打标头对相应位置的检测判定合格的单元电池进行打标，如公司的商标或型号、序列号和输出电极标志等产品信息，对不合格单元电池不进行打标，完成检测和打标后，进行芯板切割，在单元电池掰片分粒时作业人员可以通过目视直接对不合格品和合格品进行分类：对于没打标的不合格品直接挑出放到废品箱内，对于打标的合格品则可装入包装胶盘内，表面稍作清洁就可以打包入库，完成薄膜单元电池的生产过程。本检测装置还可以对不同性能级别的单元电池进行标识分类，在设定标准参数值时，先对不同性能级别单元电池预先设定性能区域范围，检测后，对于不同级别单元电池通过打标不同记号进行区分，同样在切割掰片时直接进行人工目视分类处理。对于检测不同尺寸型号的单元电池，只需更换检测探头即可。

实施例一：

见图1、图2，薄膜太阳能电池的测试装置主要由底座1、光箱14、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构、检测机构、打标机构组成，光箱14放置在底座1上，Y轴运动机构主要有丝杠2、导轨3、立柱5、横梁11以及电机4组成，电机4驱动两边位置的丝杠2运动，丝杠2带动上面的立柱5沿导轨3做Y轴运动，同时与两立柱相连的横梁11也实现Y轴运动。X轴运动机构主要有无杆气缸10，无杆气缸10固定在横梁11的下方，横梁11带动无杆气缸10做Y轴运动，无杆气缸10本身可以实现X轴运动。Z轴运动机构主要有气缸9和固定板8组成，气缸9固定在无杆气缸10上，气缸9本身可以做Z向运动，固定板8安装在气缸9上，这样固定板8就可以实现X-Y-Z轴三个方向的运动，检测机构主要有检测探头6和探头固定板15组成，检测探头6安装在探头固定板15上，探头固定板15用连接螺钉16固定安装在固定板8上，由固定板8带动检测探头6实现X-Y-Z轴三个方向的运动，打标机构有打标头7，打标头7固定在X轴上，可实现X-Y轴运动。

本实施例的大幅面薄膜太阳能电池芯板13（或称薄膜太阳能电池）的尺寸为14英寸×48英寸，包括7×16=114片单元电池阵列，单元电池的正负极位置为单元电池的中间部位的两侧，采用单块单元电池测量方法，检测机构上设置两个检测探头6，分别接触单元电池的正负电极，检测探头6为可压缩弹簧探针，固定在探头固定板15上，激光打标，CCD自动原点定位，电机4为伺服电机。检测工艺流程是：将薄膜太阳能电池芯板13放置在固定在光箱14上的定位块12限位的位置，工控机通过CCD锁定定位原点，开始工作，伺服电机4驱动丝杠2带动立柱5在导轨3上做Y轴运动，无杆气缸10做X轴运动，将检测探头6运动到第一个单元电池电极对应位置停止运动，气缸9推动固定板8开始向下做Z轴运动，使得检测探头6同时向下运动接触到电极后停止，工控机进行数据检测，检测合格，打标头7开始打标，打标完成后，气缸9拉动固定板8向上运动，使检测探头6离开电极，若检测不合格，打标头7不工作，气缸9拉动固定板8向上运动，又在电机4和无杆气缸10驱动下到达下一个单元电池电极位置，开始下一个单元电池的检测，全部单元电池检测完毕后，回到定位原点，准备下一块大幅面薄膜太阳能电池芯板13的检测。

实施例二：

大幅面薄膜太阳能电池芯板13的尺寸为14英寸×16英寸，包括7×7=49片单元电池阵列，单元电池的正负极位置为单元电池的中间部位的两侧，采用每排7块单元电池同时检测方法，检测机构上设置14个检测探头6，分别接触正负极，检测探头6为可压缩弹簧探针，固定在探头固定板15上，采用喷墨打标，CCD自动定位，电机4为伺服电机。检测工艺流程是：将薄膜太阳能电池芯板13放置在固定在光箱14上的定位块12限位的位置，工控机通过CCD锁定定位原点，开始工作，伺服电机4驱动丝杠2带动立柱5在导轨3上做Y向运动，无杆气缸10做X向运动，将检测探头6运动到第一排单元电池电极对应位置停止运动，气缸9推动固定板8开始向下做Z向运动，使得检测探头6同时向下运动接触到电极后停止，工控机进行数据检测，并记录下合格品检测位置，检测完成气缸9拉动固定板8向上运动，气缸9拉动固定板8向上运动，又在电机4驱动下到达下一排电池电极位置开始检测，检测全部完成后，打标头7运动到最后检测的一块单元电池打标位置，开始对检测合格的单元电池打标，打标完成后，运动到下一个合格品位置，开始下一个合格单元电池的打标，全部单元电池打标后，回到定位原点，准备下一块薄膜太阳能电池芯板13的检测。

实施例三：

大幅面薄膜太阳能电池芯板13的尺寸为14英寸×16英寸，包括7×7=49片单元电池阵列，单元电池的正负极位置为单元电池的中间部位的两侧，采用整板单元电池同时检测方法，检测机构上设置49组108个检测探头6，分别接触正负极，检测探头6为可压缩弹簧探针，固定在探头固定板15上，采用激光打标，电机4为伺服电机。检测工艺流程是：将薄膜太阳能电池芯板13放置在固定在光箱14上的定位块12限位的位置，伺服电机4驱动丝杠2带动立柱5在导轨3上做Y向运动，工控机通过CCD锁定定位原点，开始工作时，气缸9推动固定板8开始向下做Z向运动，使得检测探头6同时向下运动接触到电极后停止，工控机进行数据检测，并记录下合格品检测位置，检测完成气缸9拉动固定板8向上运动，打标头7开始对检测合格单元电池打标，打标完成，准备下一块薄膜太阳能电池芯板13的检测。

以上结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (11)

1.一种薄膜太阳能电池的自动检测设备，包括工作平台和X-Y-Z轴运动机构，Y轴运动机构的横梁上连接有X轴，其特征在于所述X轴上装有自动原点定位的CCD定位装置、打标机构，该X轴上还装有带检测机构的Z轴，形成集定位、X-Y-Z轴运动、检测、打标为一体的四位一体机，该四位一体机由工控机程序控制检测薄膜太阳能电池芯板中每个单元电池的电性能，且在检测合格的单元电池上标记字符，所述检测机构由固定板安装在Z轴上，由工控机程序控制沿X-Y-Z轴三个方向运动，薄膜太阳能电池芯板不运动。

2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的自动检测设备，其特征在于所述检测机构的检测探头与薄膜太阳能电池芯板的单元电池电极接触。

3.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的自动检测设备，其特征在于所述Y轴运动机构的横梁上装有沿X轴运动的无杆气缸，由所述无杆气缸带动CCD定位装置和打标机构作X-Y轴运动。

4.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的自动检测设备，其特征在于所述Y轴运动机构主要由丝杠、导轨、立柱、横梁以及电机组成，丝杠带动立柱沿导轨运动。

5.根据权利要求3所述的薄膜太阳能电池的自动检测设备，其特征在于所述X轴的下方装有沿Z轴运动的气缸，该气缸的端部带有固定板，且固定板上装有检测机构。

6.根据权利要求5所述的薄膜太阳能电池的自动检测设备，其特征在于所述检测机构包括检测探头及探头固定板，检测探头由可拆卸的弹簧探针构成。

7.一种薄膜太阳能电池的自动检测方法，将薄膜太阳能电池芯板放置在工作平台上，该薄膜太阳能电池芯板由多个单元电池构成，其特征在于通过工控机设定程序分时控制：

CCD定位装置进行原点定位，向工控机导入检测区域位置；

启动X、Y轴运动机构，检测机构沿X、Y轴移动至第一检测区域；

Z轴运动机构推动检测机构上的检测探头向下运动，检测探头与单元电池的电极紧密接触，检测单元电池的电性能；

检测完毕，Z轴运动机构拉动检测向上运动，检测探头与单元电池的电极断开接触；

X、Y轴运动机构带动检测机构移至下一个检测区域，对该区域内的单元电池进行检测；

至所有检测区域内的单元电池检测完毕后，由打标机构在检测合格的单元电池上标记字符；

打标完毕，将薄膜太阳能电池芯板进行切割分粒，合格产品打包入库。

8.根据权利要求7所述的薄膜太阳能电池的自动检测方法，其特征在于所述检测机构的检测探头是单探头或多探头，其中多探头一次同时检测多个单元电池，单探头对每个单元电池逐一检测。

9.根据权利要求7所述的薄膜太阳能电池的自动检测方法，其特征在于所述Y轴运动机构包括丝杠、导轨、立柱、横梁以及电机，横梁上连接有X轴，且X轴上装有CCD定位装置、打标机构和带有检测机构的Z轴，集定位、X-Y-Z轴运动、检测、打标为一体。

10.根据权利要求7所述的薄膜太阳能电池的自动检测方法，其特征在于所述检测机构由固定板安装在Z轴上，由工控机程序控制沿X-Y-Z轴三个方向运动。

11.根据权利要求7所述的薄膜太阳能电池的自动检测方法，其特征在于所述打标机构安装在X轴运动的无杆气缸上，由工控机程序控制沿X-Y轴运动。