JP2009122036A - 太陽電池セルの外観検査装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】欠陥を正確に検出し、かつ検査時間の増大を防ぐことが可能な太陽電池セルの外観検査装置を提供する。
【解決手段】太陽電池セルの外観検査装置101は、太陽電池セルの電極が形成された基板Bを複数の位置に移動する搬送部4と、一列に配列された画素を含み、複数の位置における基板Bをそれぞれ撮影する撮影部1と、発光素子11と、発光素子11が照射した光を基板Bにおける撮影部1の撮影領域に集光する集光レンズ12と、撮影部1によって撮影された複数の位置における基板Bの画像に基づいて太陽電池セルの電極における金属突起を検出する画像処理部3とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】太陽電池セルの外観検査装置101は、太陽電池セルの電極が形成された基板Bを複数の位置に移動する搬送部4と、一列に配列された画素を含み、複数の位置における基板Bをそれぞれ撮影する撮影部1と、発光素子11と、発光素子11が照射した光を基板Bにおける撮影部1の撮影領域に集光する集光レンズ12と、撮影部1によって撮影された複数の位置における基板Bの画像に基づいて太陽電池セルの電極における金属突起を検出する画像処理部3とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、太陽電池セルの外観検査装置に関し、特に、太陽電池セルの焼成電極表面における金属突起を検出する太陽電池セルの外観検査装置に関する。
太陽電池セルの欠陥を検出する技術として、たとえば、特許文献1には、以下のような構成が開示されている。すなわち、斜光照明および落射照明は、太陽電池セルの表面に光を照射する。これら斜光照明および落射照明を切り替えてITV(Industrial Television)カメラにより撮影した画像の差をとることによりクラック欠陥部を検出する。
また、特許文献2には、以下のような構成が開示されている。すなわち、光源から出た光線を太陽電池の電池面においてほぼ点状に集光する。面走査手段が太陽電池を移動させることにより、太陽電池の電池面において集光点を走査させる。受光部が電池面からの散乱反射光を受光して光量に比例した画像信号を出力する。この画像信号に基づいて太陽電池の欠陥が検出される。
特開平3−218045号公報
特開平4−339247号公報
しかしながら、特許文献1記載の構成では、太陽電池セルの表面全体に光を照射する。このため、たとえばアルミ粒の様に1mmに満たない大きさのものを検出する場合、太陽電池セルの表面に照射される光の照度ムラにより、照度が強い場所では太陽電池セルの表面の光沢差等によるノイズ成分が大きくなり、過剰な欠陥判定がなされてしまう。逆に照度が弱い場所では、検出感度が弱くなるために欠陥を見逃してしまう。
また、特許文献2記載の構成では、光源から出た光線を太陽電池の電池面においてほぼ点状に集光し、この集光点を太陽電池セルの全領域で走査させる構成であるため、検査時間が増大してしまう。
それゆえに、本発明の目的は、欠陥を正確に検出し、かつ検査時間の増大を防ぐことが可能な太陽電池セルの外観検査装置を提供することである。
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる太陽電池セルの外観検査装置は、太陽電池セルの電極が形成された基板を複数の位置に移動する搬送部と、一列に配列された画素を含み、複数の位置における基板をそれぞれ撮影する撮影部と、発光素子と、発光素子が照射した光を基板における撮影部の撮影領域に集光する集光レンズと、撮影部によって撮影された複数の位置における基板の画像に基づいて太陽電池セルの電極における金属突起を検出する画像処理部とを備える。
好ましくは、搬送部は、受けたパルス信号に基づいて基板の移動速度を制御し、画像処理部は、さらに、パルス信号に基づいて複数の位置における基板の画像を合成し、合成した画像に基づいて、検出した金属突起の基板における位置を特定する。
より好ましくは、太陽電池セルの外観検査装置は、さらに、特定された位置に基づいて金属突起を除去する除去部を備える。
好ましくは、太陽電池セルの外観検査装置は、さらに、発光素子からの光が照射される基板の第1主表面の反対側の第2主表面に複数箇所で吸着することにより基板を固定する吸着部を備え、搬送部は、吸着部とともに基板を複数の位置に移動する。
好ましくは、搬送部は、撮影部に含まれる画素の配列方向と略垂直な方向に基板を移動する。
好ましくは、撮影部は、0.5mm/dot以上の分解能を有する。
本発明によれば、欠陥を正確に検出し、かつ検査時間の増大を防ぐことができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
[構成および基本動作]
図1(a)は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの外観検査装置を側面から見た図である。図1(b)は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの外観検査装置を上面から見た図である。
図1(a)は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの外観検査装置を側面から見た図である。図1(b)は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの外観検査装置を上面から見た図である。
図1を参照して、外観検査装置101は、ラインカメラ(撮影部)1と、照明部2と、画像処理部3と、搬送部4と、モータコントローラMCと、セル搬送プレートPLとを備える。搬送部4は、パルスモータMと、セル搬送コンベアCBAとを含む。
セル搬送プレートPLには、太陽電池セルが形成された基板Bが載せられる。セル搬送プレートPLは、後述する吸着保持部51を含む。なお、基板Bは、多結晶半導体基板および単結晶半導体基板のいずれであってもよい。
ラインカメラ1は、1次元配置すなわち1列に配置されたCCD(Charge Coupled Device)画素を含み、基板Bを撮影する。また、ラインカメラ1の分解能は、0.5mm/dot以上であれば十分であるが、たとえば0.05mm/dot以上であることが好ましい。
照明部2は、基板B上およびセル搬送プレートPL上の照射領域LAに光を照射する。照明部2は、複数個の発光素子11と、複数個の発光素子11が照射した光を照射領域LAに集光する集光レンズ12とを含む。照射領域LAは、ラインカメラ1の撮影領域を含み、たとえばラインカメラ1の撮影領域と略同じである。
ここで、ラインカメラを用いた撮像ではある程度の光量が必要となるため、照明部として一般にインバータ付蛍光管等が用いられる。
しかしながら、太陽電池セルの外観検査における被検出体であるアルミ粒は、径が数百μmと非常に微細である一方で、突起物であると言う特異性から光量よりむしろ均一性に優れた照明が必要となる。本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの外観検査装置では、集光レンズ12が複数個の発光素子11からの光を基板Bの主表面の一部領域である照射領域LAに集光することにより、基板Bに照射される光の均一性を高めることができる。
搬送部4は、セル搬送プレートPLを方向Dに移動させる。搬送部4は、ラインカメラ1に含まれる複数個のCCD画素の配列方向と略垂直な方向にセル搬送プレートPLを移動する。搬送部4は、モータコントローラMCから受けたパルス信号に基づいてセル搬送プレートPLの移動速度を制御する。より詳細には、パルスモータMは、モータコントローラMCから受けたパルス信号に基づいて回転速度を変更する。パルスモータMの回転力はセル搬送コンベアCBAに伝達され、セル搬送コンベアCBA上のセル搬送プレートPLが移動する。
このような構成により、ラインカメラ1によるスキャニングすなわち撮影時、太陽電池セルの形成された基板Bを一定速度で移動することができるため、太陽電池セル全面の安定した画像を得ることができる。
画像処理部3は、ラインカメラ1によって撮影された複数の位置における基板Bの画像に基づいて太陽電池セルの焼成電極表面における金属突起を検出する。
図2(a)は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの外観検査装置における吸着保持部の構成を上面から見た図である。図2(b)は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの外観検査装置における吸着保持部の断面図である。
図2を参照して、吸着保持部51は、発光素子11からの光が照射される基板Bの主表面S1の反対側の主表面S2に複数箇所で吸着することにより基板Bを固定する。
吸着保持部51は、吸着ベース21と、衝撃吸収材22と、複数個の真空吸着パッドPADとを含む。
吸着ベース21上に衝撃吸収材22および真空吸着パッドPADが設けられる。真空吸着パッドPADは、基板Bに吸着することにより、基板Bを固定する。複数個の真空吸着パッドPADによって基板Bを複数箇所で吸着して固定する構成により、基板Bにかかるストレスを分散させることができる。
衝撃吸収材22は、真空吸着パッドPADを基板Bに吸着させる際の、基板Bへのストレスを吸収する。
ここで、被撮像体である太陽電池セルは、焼成工程における高温状態から急激に室温冷却される。このため、太陽電池セルは、基板Bの材料であるシリコンと太陽電池セルの裏面電極を形成するアルミとの熱収縮率の違いによって大きく収縮し、反り返る。本発明の実施の形態に係る太陽電池セルでは、吸着保持部51によって太陽電池セルの反りを矯正して平坦にすることができる。これにより、太陽電池セル全面において均一な検査を行なうことができる。
図3は、パルスモータMの速度制御の一例を示す図である。
図3を参照して、時刻T1まですなわち領域A1においては、モータコントローラMCはパルスモータMを最大速度Smaxまで加速する。次に、時刻T1から時刻T2まですなわち領域A2においては、モータコントローラMCはパルスモータMを一定速度すなわち最大速度Smaxに制御する。次に、時刻T2から時刻T3まですなわち領域A3においては、モータコントローラMCはパルスモータMを減速する。
図3を参照して、時刻T1まですなわち領域A1においては、モータコントローラMCはパルスモータMを最大速度Smaxまで加速する。次に、時刻T1から時刻T2まですなわち領域A2においては、モータコントローラMCはパルスモータMを一定速度すなわち最大速度Smaxに制御する。次に、時刻T2から時刻T3まですなわち領域A3においては、モータコントローラMCはパルスモータMを減速する。
モータコントローラMCは、パルスモータMへ出力するパルス信号自体あるいはパルスモータMの加減速に同期した信号をモータ同期信号MSYとして画像処理部3へ出力する。
太陽電池セルの形成された基板Bは、吸着保持部51によって吸着固定された状態で、照明部2により光が照射されたラインカメラ1の撮像領域を搬送部4によって通過する。
そして、画像処理部3は、モータコントローラMCから受けたモータ同期信号MSYに基づいて、ラインカメラ1によって撮影された複数位置における基板Bの画像を合成することにより、太陽電池セル全体の画像を生成する。すなわち、画像処理部3は、ラインカメラ1から受けた各列の画像信号をモータ同期信号MSYに基づいて合成することにより、太陽電池セル全体の画像を生成する。
このような構成により、パルスモータMの加減速に関わらず、歪みの無い太陽電池セル全体の画像を得ることができる。
図4は、画像処理部3が特定したアルミ粒の登録座標を示す図である。
図4を参照して、画像処理部3は、生成した太陽電池セル全体の画像に基づいて、金属突起すなわちアルミ粒(金属突起)の基板Bにおける位置を特定する。ここでは、画像処理部3は、2個のアルミ粒AL1,AL2を抽出し、アルミ粒AL1,AL2の座標P1(108,967)、座標P2(156,297)を登録している。
図4を参照して、画像処理部3は、生成した太陽電池セル全体の画像に基づいて、金属突起すなわちアルミ粒(金属突起)の基板Bにおける位置を特定する。ここでは、画像処理部3は、2個のアルミ粒AL1,AL2を抽出し、アルミ粒AL1,AL2の座標P1(108,967)、座標P2(156,297)を登録している。
図5は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの外観検査装置がアルミ粒を除去する様子を示す図である。
図5を参照して、外観検査装置101は、研磨機(除去部)41を備える。研磨機41は、たとえばバフ/リューターである。
画像処理部3は、外観検査装置101が備える図示しないXYテーブル等を制御することにより、研磨機41をアルミ粒AL1,AL2の登録座標に対応する基板B上の位置へ移動させる。そして、研磨機41は、アルミ粒AL1,AL2を除去する。
図6は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの外観検査装置の変形例を側面から見た図である。
ラインカメラ1と、照明部2と、基板B(太陽電池セル)の搬送方向との位置関係は、図1に示すものに限定されるものではない。
たとえば、図6に示すように、ラインカメラ1を角度θ1(0°≦θ1≦90°)の範囲で取り付け、かつ照明部2を角度θ2(0°≦θ2≦180°)の範囲で取り付けてもよい。また、基板B(太陽電池セル)の搬送方向は、紙面左方向、紙面右方向、紙面鉛直上方向および紙面鉛直下方向のいずれであってもよい。
図7は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの製造工程における一工程を示す図である。
図7を参照して、太陽電池用多結晶シリコンウエハとして、たとえばP型多結晶シリコン半導体基板SIBを準備する。
図8は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの製造工程における一工程を示す図である。
図8を参照して、次に、P型多結晶シリコン半導体基板SIB(以下、単に半導体基板SIBとも称する。)を80℃前後かつ数%の濃度を有するNaOH等のアルカリ水溶液に数秒間浸漬させる。
そして、半導体基板SIBにエッチング処理を行ない、半導体基板SIBの表面の洗浄を行なう。そして、シリコンウエハのスライス時に半導体基板SIBの表面に発生した欠陥層S1,S2をエッチングにより除去する。そして、半導体基板SIBに対して中和処理を行ない、純水で洗浄する。
図9は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの製造工程における一工程を示す図である。
図9を参照して、次に、チタン等の金属酸化物を含む接合分離用マスキング薬剤ME1を半導体基板SIBの裏面に、リン等の拡散源を含む薬液すなわちドーパント薬剤DR1を半導体基板SIBの表面に数百〜数千rpmの回転速度でスピン塗布する。
図10は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの製造工程における一工程を示す図である。
図10を参照して、次に、900℃程度の高温の炉内で半導体基板SIBを数10分間処理することにより、半導体基板SIBの表面にN+拡散層S3を形成する。
図11は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの製造工程における一工程を示す図である。
図11を参照して、次に、数%の濃度を有するHF水溶液に半導体基板SIBを数秒間浸漬することにより、半導体基板SIBの表面のドーパント薬剤DR1、マスキング薬剤ME1を剥離し、その後純水で半導体基板SIBを洗浄する。
図12は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの製造工程における一工程を示す図である。
図12を参照して、次に、反射防止膜およびパッシベーション膜となるSi3N4膜ME2を、P−CVD(Plasma-assisted Chemical Vapor Deposition)法にて半導体基板SIBの表面に形成する。
図13は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの製造工程における一工程を示す図である。
図13を参照して、次に、アルミペーストおよび銀ペーストの電極パターンすなわち裏面電極EL1を印刷法にて半導体基板SIBの裏面に形成する。
図14は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの製造工程における一工程を示す図である。
図14を参照して、次に、700〜800℃程度の高温の炉内で半導体基板SIBに熱処理を行なうことにより、裏面電極EL1を半導体基板SIBと合金化することでコンタクトする。
また、裏面電極EL1のうちアルミ電極の下にP+層S4が形成されることにより、半導体基板SIBはBSF(Back Surface Field)構造となる。これにより、長波長側の分光感度を向上させることができる。
図15は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの製造工程における一工程を示す図である。
図15を参照して、次に、半導体基板SIBの表面に、銀ペーストの電極パターンすなわち表面電極EL2を印刷法にて形成する。
図16は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの製造工程における一工程を示す図である。
図16を参照して、次に、700〜800℃程度の高温の炉内で半導体基板SIBに熱処理を行なうことにより、Si3N4膜をファイヤースルーする。これにより、表面電極EL2を半導体基板SIBと合金化することでコンタクトする、すなわちコンタクト部CTを形成する。
図17は、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの製造工程における一工程を示す図である。
図17を参照して、次に、裏面電極EL1および表面電極EL2のうちの銀電極の表面に無鉛はんだメッキ層SPを形成する。
図17に示す工程後、製造された太陽電池セルの電気特性を、擬似太陽光を照射しながら測定することにより、正常品と欠陥品とを分類する。
そして、正常品の太陽電池セルに対してストリング配線および組み付けを行なうことにより、太陽電池モジュールが得られる。
ここで、図14に示す裏面電極焼成工程および図16に示す表面電極焼成工程において、アルミ電極表面にアルミ粒(径が0.2〜0.8mmの突起状アルミ金属析出物)が発生することが、太陽電池セルの歩留まり低下の要因となっている。
このアルミ粒は、裏面電極焼成工程および表面電極焼成工程における焼成条件の変動のみならず、裏面電極焼成工程および表面電極焼成工程の各々の前工程における処理条件および使用部材も発生要因となる事が経験的に確認されている。このため、アルミ粒の発生を抑制することは困難である。
アルミ粒が発生すると、裏面電極焼成工程および表面電極焼成工程の後工程において太陽電池セルが搬送機構と接触したり、太陽電池モジュールを構成する他の部品と接触したりする等によって、アルミ粒が発生した太陽電池セルが割れてしまう場合がある。
また、アルミ粒が発生した太陽電池セル自体が割れてしまうだけでなく、特に各製造工程間において太陽電池セルを輸送等するために太陽電池セルが数枚〜数十枚単位で積まれて保管され、搬送される場合に、アルミ粒が局所荷重の支点となることで、アルミ粒が発生した太陽電池セルと隣接する太陽電池セルの割れを誘発することになる。
これらの直接的および二次的な歩留まり低下を回避するために、太陽電池セルにおけるアルミ粒の正確な検出が必要である。
なお、外観検査装置101によるアルミ粒の検出および除去を行なうタイミングは、図14に示す工程後であればいつでもよい。
ところで、特許文献1記載の構成では、太陽電池セルの表面に照射される光の照度ムラにより、照度が強い場所では過剰な欠陥判定がなされてしまい、逆に照度が弱い場所では、検出感度が弱くなるために欠陥を見逃してしまうという問題点があった。このため、特許文献1記載の構成では、たとえば、照明照度分布に応じて段階的に検出感度の設定を行なう必要が生じる。また、太陽電池セル全面に均一な光を照射するために、外部照明等の外乱要因を排除し、セルを覆い隠す暗室ボックスを備える必要が生じる。また、特許文献2記載の構成では、検査時間が増大してしまう。
しかしながら、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの外観検査装置では、搬送部4は、基板Bを複数の位置に移動する。ラインカメラ1は、1列に配列された複数個のCCD画素を含み、複数の位置における基板Bを撮影する。画像処理部3は、ラインカメラ1によって撮影された複数の位置における基板Bの画像に基づいて太陽電池セルの電極における金属突起を検出する。このような構成により、太陽電池セル全面に照明部2からの光を一度に照射する必要がなくなるため、太陽電池セル全面における照度の均一性が不要となる。また、集光レンズ12が、発光素子11からの光をラインカメラ1の撮影領域に集光する構成により、基板Bに照射される光の均一性を高めることができる。このため、照明照度分布に応じて段階的に検出感度の設定を行なう必要もなく、また、暗室ボックスを備える必要もない。さらに、ラインカメラ1が1列に配列された複数個のCCD画素を含む構成により、基板Bを複数列に分割した単位で撮影を行なうことが可能であることこから、光源からの光線の集光点を太陽電池セルの全領域で走査させる必要もない。
したがって、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの外観検査装置では、簡易な構成で、欠陥を正確に検出し、かつ検査時間の増大を防ぐことができる。すなわち、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの外観検査装置では、アルミ電極の高温焼成にて発生するアルミ粒を高精度に検出することができる。これにより、アルミ粒の発生原因となる太陽電池セルの生産条件の変動を素早く検出し、また、直接的および二次的な歩留まり低下を回避することができる。
さらに、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの外観検査装置では、検出したアルミ粒の位置データを正確に抽出し、研磨機等のアルミ粒除去装置を備える構成により、直接的および二次的な歩留まり低下を実際に回避することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 ラインカメラ(撮影部)、2 照明部、3 画像処理部、4 搬送部、11 発光素子、12 集光レンズ、21 吸着ベース、22 衝撃吸収材、41 研磨機(除去部)、51 吸着保持部、101 外観検査装置、MC モータコントローラ、PL セル搬送プレート、M パルスモータ、CBA セル搬送コンベア、B 基板、S1,S2 主表面、PAD 真空吸着パッド、AL1,AL2 アルミ粒、SIB P型多結晶シリコン半導体基板、S1,S2 欠陥層、S3 N+拡散層、S4 P+層、SP メッキ層、ME1 接合分離用マスキング薬剤、ME2 Si3N4膜、DR1 ドーパント薬剤、EL1 裏面電極、EL2 表面電極。
Claims (6)
- 太陽電池セルの電極が形成された基板を複数の位置に移動する搬送部と、
一列に配列された画素を含み、前記複数の位置における前記基板をそれぞれ撮影する撮影部と、
発光素子と、
前記発光素子が照射した光を前記基板における前記撮影部の撮影領域に集光する集光レンズと、
前記撮影部によって撮影された前記複数の位置における前記基板の画像に基づいて前記太陽電池セルの電極における金属突起を検出する画像処理部とを備える太陽電池セルの外観検査装置。 - 前記搬送部は、受けたパルス信号に基づいて前記基板の移動速度を制御し、
前記画像処理部は、さらに、前記パルス信号に基づいて前記複数の位置における前記基板の画像を合成し、前記合成した画像に基づいて、前記検出した前記金属突起の前記基板における位置を特定する請求項1記載の太陽電池セルの外観検査装置。 - 前記太陽電池セルの外観検査装置は、さらに、
前記特定された位置に基づいて前記金属突起を除去する除去部を備える請求項2記載の太陽電池セルの外観検査装置。 - 前記太陽電池セルの外観検査装置は、さらに、
前記発光素子からの光が照射される前記基板の第1主表面の反対側の第2主表面に複数箇所で吸着することにより前記基板を固定する吸着部を備え、
前記搬送部は、前記吸着部とともに前記基板を複数の位置に移動する請求項1記載の太陽電池セルの外観検査装置。 - 前記搬送部は、前記撮影部に含まれる前記画素の配列方向と略垂直な方向に前記基板を移動する請求項1記載の太陽電池セルの外観検査装置。
- 前記撮影部は、0.5mm/dot以上の分解能を有する請求項1記載の太陽電池セルの外観検査装置。
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