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太陽能電池片的平整度檢測

2009/4/24 11:23:00

　　基于3D圖像技術(shù)的1394相機應用在太陽能電池片的曲度測量從而帶來成本的節(jié)約。
　

　　20世紀60年代.最初被應用在衛(wèi)星的供電系統(tǒng)，由于降低成本的晶圓生產(chǎn)，太陽能電池已經(jīng)成功在其他一些地區(qū)，尤其是偏遠的私人住宅，抽水站，以及電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。隨著進一步的成本降低以及政府的補貼政策，太陽能發(fā)電對于私人住宅和大型生產(chǎn)基地也產(chǎn)生了很大的吸引力。作為最大并且發(fā)展最快的能源部分之一，據(jù)統(tǒng)計，光伏太陽能市場在過去幾年中保持了約40-60 ％的平均增長率。

　　在晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)，使用的材料無非多晶硅或單晶硅。多晶硅材料是由鑄造方法制成，單晶硅制備是一個提拉生長的過程。之后刨錠切片形成晶圓，經(jīng)過摻雜形成p / n結(jié)。然后由絲網(wǎng)印刷金屬厚膜貼到晶圓形成電極。雖然許多公司都參與了全球太陽能產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)的研發(fā)，但只有少數(shù)大公司可以制造晶片，電池和太陽能電池板的模組。 Thor Vollset ，Tordivel公司首席執(zhí)行官說： “從硅錠到成品太陽能電池板，自動化和測試產(chǎn)品質(zhì)量的需求是一直存在的。 ”雖然基于視覺檢測系統(tǒng)可用來檢測劃痕和碎邊，其他也有用來測量晶圓的厚度。從Tordivel獨立出來的Tordivel Solar公司研發(fā)的檢測設(shè)備旨在測量晶圓或太陽能電池的曲度（見圖1）。
　

　　圖1 Tordivel solar研發(fā)的機器視覺系統(tǒng) ，用來測量太陽能硅片的曲度。

　　Vollset說： ” 在模組的工序前，對于太陽能電池片必須進行統(tǒng)一性測試。因為這些晶圓的運輸生產(chǎn)過程中通過對皮帶驅(qū)動傳送帶，任何非均勻或曲度都會導致只有180微米厚的晶圓在生產(chǎn)過程中的破損。而由于技術(shù)的升級當晶片厚度達到100微米的時候，可以預計破損率將會增加。 “而結(jié)果是停止生產(chǎn)以及廢料的大量產(chǎn)生。通過測量曲度，可以有效的減少曲度所帶來的影響。

　　在德國斯圖加特舉辦的Vision 2008， Tordivel展示的離線的機器視覺系統(tǒng)，旨在測量太陽能電池片的曲度。“離線系統(tǒng)需要一個操作員手動加載每個晶圓，” Vollset說 “生產(chǎn)版本的系統(tǒng)將允許晶圓通過生產(chǎn)線自動拍攝和統(tǒng)一衡量，也就是一個在線檢測系統(tǒng)” 。 Vollset和他的同事開發(fā)出一種系統(tǒng)，采用了三維成像技術(shù)來衡量晶圓的一致性。在晶圓被置于系統(tǒng)下方，StockerYale公司的Lasiris激光將發(fā)射11個細激光線到晶圓表面。兩個Flea2 140萬像素相機分別與豎直方向成30 °放置，用來捕捉兩個圖像投影線（見圖.2 ）。圖像通過PCI – Express的1394采集卡傳輸?shù)絺€人電腦主機上。

圖2 采用了三維成像技術(shù)來衡量晶圓的一致性

　　由于兩臺相機以及線性結(jié)構(gòu)激光之間的夾角已知，三角測量的方法可以用來確定相對高度晶圓沿激光線剖面。雖然一個的激光/相機組合可以用來完成檢測功能” Vollset說：“但使用兩個攝像頭，我們就可以得到兩組數(shù)據(jù)，并通過比較測量，從而提高精度。“項目的圖像處理軟件選用了Tordivel自己的Scorpion Vision 6.3中的三維測量工具。
　

　　為了生成晶片的三維圖像，兩張圖像上面的各自11條結(jié)構(gòu)光都要計算10個采樣點。這樣形成了110高度點均勻分布在晶圓上的兩張圖像（見圖3 ）。這些具有高度信息的點，將被轉(zhuǎn)換為像素并由此產(chǎn)生一個三維點云，提供了X和Y位置的測量整個晶圓及其高度（z）的信息，三維圖像還顯示在電腦顯示器上。
　

　　要確定晶圓的一致性，自動生成一個藍色的邊框，以涵蓋所有的點的三維點云。然后隨機抽取20點以確定一個平面。通過執(zhí)行1000次隨機抽取，10個最優(yōu)的擬合平面將被存儲，之后通過最優(yōu)算法取得一個最佳平面（通過在該平面上的點最多的那個來確定平面）。在此過程完成后，測量晶圓的曲度就很簡單了，因為所有需要的是計算只是最遠點到平面兩端的距離。偏差的結(jié)果就可以用灰階強度圖來表示晶圓的曲度。系系統(tǒng)的測量速度可以達到1秒/片。