CN104020178A - 一种晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元，它包括用于连接中央处理单元的光电耦合器和能够发出波长为400nm以上光线的光源，所述光源和光电耦合器分设于待检测硅片的两侧，所述光电耦合器的感光口和所述光源的出光口相对，所述光源照射所述硅片的一侧面，所述光电耦合器接收来自硅片另一侧面的光信号，并将光信号转换为电信号后输出以便对该电信号进行处理和分析，从而获得缺陷数据。本发明既可检测硅片外形尺寸，又可有效检测硅片的孔洞缺陷，能够大大减少电池电极短路的现象，从而大幅度提高电池的转换效率，而且检测效率也大大提高。

Description

一种晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元

技术领域

本发明涉及太阳能光伏领域的检测技术，特别涉及一种晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元。

背景技术

随着技术水平的不断进步，为了尽可能避免存在缺陷的硅片用于光伏电池的生产，针对原始硅片各方面性能参数检测的技术及设备逐渐应用在硅片和电池的生产过程中，从最初需要测量的硅片厚度、电阻率和碳氧含量，到目前需要测量的硅片的外形尺寸、光致发光和红外，硅片各方面性能参数检测项目正逐步增加，覆盖面也越来越广，而且测试效率和准确性也在逐步提高。

原始硅片在检测时，除了厚度和电阻率采用同一检测模块测量外，光致发光作为较为可靠的全面表征技术，专门用于对硅片中大面积晶体生长缺陷、机械损伤进行检测，红外则主要用于有机物污染、杂质颗粒、裂纹的检测，以上检测过程均需要一定的停滞时间，而硅片的外形尺寸还需要额外通过单独光学模块或机台进行测定。如图1所示，是现有晶硅硅片缺陷检测设备中用于测量硅片外形尺寸的测量模块，它包括相机1和光源4，检测时，硅片2置于相机1和采用LED3的光源4之间，光源4从硅片2的背面照射，相机1拍摄硅片2的照片并将其传送至中央处理单元进行分析以获得硅片的外形尺寸数据。

硅片中的孔洞是硅片缺陷的一种，如果硅片中的孔洞与电池工艺中制作的栅线相重合，就会造成位于孔洞位置的栅线金属塌陷，导致电池两极短路，加大电池片的漏电流，从而影响转换效率。单晶硅片在清洗和高温之后其上的孔洞可以被发现，但是，多晶或铸锭单晶硅片中大量存在肉眼很难发现的3～10μm的微孔，而且受限于相机分辨率或材料表面复合速率的差异，采用光致发光技术难以分辨如此小的微孔。另外，光致发光对于微孔缺陷和硅片表面损伤或污染较难区分，而硅片表面的污染通常并不会导致电池性能的大幅度丧失。

目前，出现了采用惰性金属诱导腐蚀扩大孔洞范围的方法，孔洞范围扩大后，可以使用光学显微镜方便地观察到微孔。但是，该方法在前期需要采用惰性金属诱导腐蚀扩大孔洞范围，这种条件十分苛刻，而且扩大孔洞范围的这一初始周期比较漫长，因此，这种方法在实际生产中很难广泛适用。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、能够有效检测硅片的孔洞缺陷、减少电池电极短路、提高电池转换效率、提高检测效率的晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元。

本发明的目的可以通过以下措施来实现，一种晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元，其特征在于：它包括用于连接中央处理单元的光电耦合器和能够发出波长为400nm以上光线的光源，所述光源和光电耦合器分设于待检测硅片的两侧，所述光电耦合器的感光口和所述光源的出光口相对，所述光源照射所述硅片的一侧面，所述光电耦合器接收来自硅片另一侧面的光信号，并将光信号转换为电信号后输出以便对该电信号进行处理和分析，从而获得缺陷数据。

本发明的缺陷数据包括硅片外形尺寸、边缘残缺规格、孔洞尺寸(孔洞越大，透光强度越高)及数量信息。

本发明采用能够发出波长为400nm以上光线的光源，该光源对于硅片具有一定的透光性，光电耦合器接收来自硅片边缘的光信号(用于检测硅片外形尺寸)和孔洞的点状光线信号，点状光线信号的位置用于计算孔洞的数量，点状光线信号的强度用于表征孔洞的尺寸。因此本发明既可检测硅片外形尺寸，又可有效检测硅片的孔洞缺陷，能够大大减少电池电极短路的现象，从而大幅度提高电池的转换效率，而且检测效率也大大提高。

优选地，所述光源发出的光线为波长600nm以上的红色可见光。红光的波长较长，它具有在硅片的孔洞中易发生衍射和散射而穿过的特点，因此其透光性好，可提高硅片孔洞被发现的几率。

作为本发明的一种实施方式，所述光电耦合器和所述光源均为长条形，它们均与待检测硅片的传送方向相垂直，所述光电耦合器的感光口和光源的出光口的长度至少等于待检测硅片的宽度。

本发明可以有以下实施方式：

所述光电耦合器位于待检测硅片的上方，所述感光口位于所述光电耦合器的底面上，所述光源位于待检测硅片的下方，所述出光口位于所述光源的顶面上，所述待检测硅片置于水平的传送带上做匀速运动。

所述光源主要由长条形灯壳和设于灯壳中的至少一列LED组成，所述灯壳的顶面开有所述出光口。

作为本发明的一种改进，在所述光源的两侧且靠近光源分设一对连接中央处理单元的传感器，所述传感器按待检测硅片的传送方向前后设置，前方的传感器接收待检测硅片进入的位置信息并传送至中央处理单元以控制光源和光电耦合器同时开启以便开始检测，后方的传感器接收待检测硅片离开的位置信息并传送至中央处理单元以控制光源和光电耦合器同时关闭从而完成检测。本发明采用传感器发出信号至中央处理单元控制光源和光电耦合器同步工作，在不进行检测的闲置期间又可中止本发明工作，可以减少本发明连续工作时间，降低能耗，延长使用寿命。

作为本发明的一种优选实施方式，所述光源和光电耦合器之间的距离为5～30mm，所述待检测硅片处于二者中间位置。若光电耦合器距离硅片较远，光源超过硅片边缘的部分所发出的光线，入射进光电耦合器中，会出现由于硅片边缘光信号太强而导致难以分辨孔洞缺陷所透过光线的问题。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

⑴本发明结构简单、检测效率大大提高，既可检测硅片的外形尺寸，又可有效检测硅片的孔洞缺陷，能够大幅度减少电池电极短路的现象，提高电池的转换效率。

⑵本发明采用红光作为光源，可提高硅片中孔洞被发现的几率。

⑶本发明采用传感器发出信号至中央处理单元控制光源和光电耦合器同步工作，在不进行检测的闲置期间又可中止本发明工作，可以减少本发明连续工作时间、降低能耗、延长使用寿命。

⑷本发明光电耦合器与光源之间的距离有所限制，可以解决由于硅片边缘光信号太强而导致难以分辨孔洞缺陷所透过光线的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对发明作进一步的详细说明。

图1是现有测量模块的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明一种晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元，它包括用于连接中央处理单元的光电耦合器5、光源6和传感器8，光源6发出的光线为波长600nm以上的红色可见光。光源6和光电耦合器5分设于待检测硅片2的两侧，光源6和光电耦合器5之间的距离为8mm，待检测硅片2处于二者中间位置。光电耦合器5的感光口和光源6的出光口相对，光源6照射硅片2的一侧面，光电耦合器5接收来自硅片2另一侧面的光信号，并将光信号转换为电信号后输出至中央处理单元，由中央处理单元对该电信号进行处理和分析，从而获得缺陷数据。

在本实施例中，光电耦合器5和光源6均为长条形，其中，光电耦合器5具有高分辨率，光电耦合器5和光源6均与待检测硅片2的传送方向A相垂直，光源6主要由长条形灯壳和设于灯壳中一列均匀排布的LED7组成，灯壳的顶面开有出光口。光电耦合器5位于待检测硅片2的上方，感光口位于光电耦合器5的底面上，光源6位于待检测硅片2的下方，出光口位于光源6的顶面上，光电耦合器5的感光口和光源6的出光口的长度稍长于待检测硅片2的宽度，待检测硅片2置于水平的传送带上做匀速运动。

在光源6的两侧且靠近光源6分设一对连接中央处理单元的传感器8，传感器8按待检测硅片的传送方向A前后设置，前方的传感器8接收待检测硅片2进入的位置信息并传送至中央处理单元以控制光源6和光电耦合器5同时开启以便开始检测，后方的传感器8接收待检测硅片2离开的位置信息并传送至中央处理单元以控制光源6和光电耦合器5同时关闭从而完成检测。可以控制光源和光电耦合器同步工作，在不进行检测的闲置期间又可中止工作，可以减少连续工作时间，降低能耗，延长使用寿命。

本发明的工作过程是：待检测硅片置于传送带上匀速通过光电耦合器和光源之间的间隙，前方的传感器检测到待检测硅片，向中央处理单元发送信号，中央处理单元控制光源和光电耦合器开启，二者同步工作，光源朝向硅片背面照射，光电耦合器扫描硅片边缘和孔洞，接收来自硅片边缘的光信号和孔洞的点状光线信号，硅片边缘的光信号用于检测硅片外形尺寸，点状光线信号的位置用于计算孔洞的数量，点状光线信号的强度用于表征孔洞的尺寸，这样，就无需硅片在运动过程中暂停或减缓速度；光电耦合器将上述信号传送至中央处理单元，中央处理单元通过计算将硅片外形尺寸、边缘残缺规格、孔洞透光强度及数量信息统计出来，待检测硅片完全离开光源和光电耦合器之间，后方的传感器检测的信号传送至中央处理单元，中央处理单元控制光源和光电耦合器关闭，完成一个硅片的检测；此后硅片的检测按照上述过程循环进行。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明光源和光电耦合器之间的距离为5～30mm；光源是能够发出波长为400nm以上光线的光源；光源中的LED至少为1列，可根据实际需要来设置LED的列数和具体排布，而且光源的亮度也可以根据实际需要进行调整。因此，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元，其特征在于：它包括用于连接中央处理单元的光电耦合器和能够发出波长为400nm以上光线的光源，所述光源和光电耦合器分设于待检测硅片的两侧，所述光电耦合器的感光口和所述光源的出光口相对，所述光源照射所述硅片的一侧面，所述光电耦合器接收来自硅片另一侧面的光信号，并将光信号转换为电信号后输出以便对该电信号进行处理和分析，从而获得缺陷数据。

2.根据权利要求1所述的晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元，其特征在于：所述缺陷数据包括硅片外形尺寸、边缘残缺规格、孔洞尺寸及数量信息。

3.根据权利要求2所述的晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元，其特征在于：所述光源发出的光线为波长600nm以上的红色可见光。

4.根据权利要求3所述的晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元，其特征在于：所述光电耦合器和所述光源均为长条形，它们均与待检测硅片的传送方向相垂直，所述光电耦合器的感光口和光源的出光口的长度至少等于待检测硅片的宽度。

5.根据权利要求4所述的晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元，其特征在于：所述光电耦合器位于待检测硅片的上方，所述感光口位于所述光电耦合器的底面上，所述光源位于待检测硅片的下方，所述出光口位于所述光源的顶面上，所述待检测硅片置于水平的传送带上做匀速运动。

6.根据权利要求5所述的晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元，其特征在于：所述光源主要由长条形灯壳和设于灯壳中的至少一列LED组成，所述灯壳的顶面开有所述出光口。

7.根据权利要求1～6任一项所述的晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元，其特征在于：在所述光源的两侧且靠近光源分设一对连接中央处理单元的传感器，所述传感器按待检测硅片的传送方向前后设置，前方的传感器接收待检测硅片进入的位置信息并传送至中央处理单元以控制光源和光电耦合器同时开启以便开始检测，后方的传感器接收待检测硅片离开的位置信息并传送至中央处理单元以控制光源和光电耦合器同时关闭从而完成检测。

8.根据权利要求7所述的晶硅硅片缺陷检测设备的透光性检测单元，其特征在于：所述光源和光电耦合器之间的距离为5～30mm，所述待检测硅片处于二者中间位置。