太阳能电池板的质量检测

1、太阳能电池板的质量检测能源消处不在*応対尸工业发展社会生活来说至关重要.化石童源蜃不可再牛，施源它石哩敌17力年的时间才能形成訂012年全球能源市场在价格上仍然保持高位*而不穂定的价格波动反映了与直紧密联系的供求关系.由于发展中国家强有力的经济发展旦及人【丨不断扩人*世界能源消擔仍将持续爆炸性壇尺.所以必须开始全面审视世界化石能源的使用.现如今.全球范国内广泛讨论能源安全.能源贸易和荐代能源等问题.并且能源问题与可持续发展道路密切相关”它将推动开发和部署更清洁的能源技术占可再生能源技术将有助于改S坏境问制,任过去的五年时间里可再生能源的成本柳格已经持续卜“降.注果叫倾域.山场匕经可以负担得起町

2、再生能源的花销.不过在与传统能源竟争时价格仍然比较高这也说明可再空能源仍仃研究和发展的空电能是垠通用的能癡形式.只啞仃阳朮腮罐木阳能电池I.就能产定电能*这将帮助我们减少时传统能沥的依幟。&阳能电池足-种能绕过热力学发电和机械垸电na将太阳能转化为电能的设备。k阳能电池被打包成光伏模块，通过电路相连组成太阳能电池阵列“中国的龙阳能电池企业垠近几年发展非常运速*各种新型材料的电池类型层出不穷。截止到2012年底*全球龙阳能电池产量预计将达到42.7SGW.十血止伏产业的仁（曲鋼;问观上如何浜别切；1能电池的机戚和印刷；Mi比如丝网印刷过程中山施力不均导致晶片上产生微裂隙,网扎堵塞导致橱线

3、粘连，电极斷线、凹如凸起等“一般來说斷裂足由于获得的能眾超过材料本身抵抗变羽的阻力“硅晶片的斯裂/Eiii几丨年里已有相关的妍究叫平而上裂纹传&的最低斷裂施战拦nr.足崔面能吊:密度的两倍匕郷仃缺陷的引材料柚断裂所需的能慣点至更低【也晶片碎裂以及印刷缺陷呑农阳能电池制造过程中是一个高成本的问题.冇缺陷的品片进入到2、阳能电池模块中痔导致址终光伏阵列的先效。在牛.产T序中肓缺陷的晶片在附加应力的作用下裂纹会继续延忡，很容易在太阳能电池中产生徽弱的复合电；特别是晶片在印刷了金属后会产生严重的欧姆分流。因此.对£阳能电池中的缺陷进行在线实时检测显得至关重婴，它不仅能够在圧压的提高产

4、詁的成胡率，还能减少问题产阳流入市场*目前为了降低生产成本以及妳补煤料的短缺.单晶氐和多晶硅丹的切片厚度已经降到150gm.卅的甦余弾性应力衣规口级租話.在加工和虹理时很难预测.通常缺陷在切割硅棒丫硅片印剧阶段产主丫这些冇缺陷的硅片被当做正常的产品进入下面的工序.比如氐阳能电池的组装.毎年大约有0.5%的未被检出的缺陷硅片进入到最终产阳松块屮，造成门（A：的损氏対提高&阳能电辿制造的效益比伏产业石耍汁农个专门的检测和廣量控制的工JI井集成到生产过程中。Dallas在2006年认为嵌入生产线的质量检测工具应该满足以卜儿个条件叫(1)在硅棒切割后拒绝有裂纹的硅片进入后续的工序中.(2)在印

5、刷后识别出仃缺陷的硅片，如栅线断开，电极断线，裂纹等，并避免裂纹在生产线上继续扩人。(3)在衣压成模块前识别出有缺陷的硅片以避免电池板效率降低及产品返工。检测丁貝至少要拥有以F特性：高速的数据采集和分析，能够匹配生产线上丿、约毎个硅片2秒的存吐速率。(2)高度的町靠性和丁作周期(3)很容易集成到一个皮带弍传送设备或硅片单元测试站上用户友好型算法及很小的谋报率。有越来越多何关硅片质晟检测的实验结果发表，其中人藝数采用了图像技术。比较令人关注的仃光学透视法的,光致荧光法，电致荧光法叫红外锁相超声波热图法，冲击测试法凶，扫描声音显微法阿，超声波共振法I®。经过调査和研究，在表1-1中我们以

6、裂纹为例比较了几种不同的检测方法，并在下文中简要介绍。农裂纹检测方法的比较方法优势不足扫描声音显微法高分辨率/10pm硅片必须浸入水中11采集数据时间高F10分钟/片红外锁相超声波热图法高分辨率/低Flmm釆集数据时间高于1分钟/片】光致荧光高吞吐駅，快速成像紧贴的裂缝会由于衍射极限而被漏检说光学透视法高吞吐量,高灵敏度不适用J封闭的裂纹和背接触电池2冋冲击测试高吞吐鼠可检出的最小裂纹长度高于25mm超声波共振法高吞吐量(v2.0秒晶片),适用J在线控制不同晶片的共振频率各不相同，阈值不易确定光学透视法光学透视法在本世纪初由徳国康斯坦茨大学提出,他们认为作为一个晶片或成品太阳能电池的检测匚具,

7、吞吐率达到2500片/小时是可行的2)。在光学透视法中,硅片置于一个广谱闪光灯F，一个高分辨率的CCD相机用来检测透过硅片传输的光,如图1-1所示。|CCD相机滤色片|红外光图M允学透视裂纹检测裝胃如图12所示，CCD相机能够检测出l-5Mm的裂爼小J：1pm时则盂耍红外光探测.单个硅片的厚度、晶体的结构等都会影响红外光通过待测样品图12裂纹宽度®光学透视检测原理爪总图然而.由F光学衍射极限的影响硅片内部关闭的裂纹无法检出.背铝印刷后的晶片和太阳能电池由于金属于扰也不适用于这种技术。光致荧光和电致荧光成像发光是个过程，种物质在吸收外部能駅后会发射出齐种不同波氏的光。不同类型的光可以通

8、过不同类型的外部能駅来区分I"】,如光致荧光（外部光线），电致荧光（电场），阴极发比（电子束）等。在允致荧）t<Photolumincsccncc.PL）这个过用中，物体吸收对见光或紫外光光了，获得能駅变为激发态2）,随厉光了跃出，物体返回到低能駅状态。光子的吸收和发射间隔的时何极短，人约1（）纳秒左右。Trupkc等人刚便用光致荧光成像技术來检测存在缺陷的硅片.为了获得荧光图像,碍要使用一个15W/815nm的二极管激光器来为待测样品提供照明。在待测样品和致冷CCD摄像头之间便用一个lOOOnm的长波滤通片来避免入射光影响测最的PL信号,这样就可以分析关注区域a流子的寿命。丙

9、此,光致荧光检测是非接触式的并口町在不同的生产阶段监控硅片载流子寿命。作者指出,数据采集时间为l5s井且分辨率达到130pm。使用电致荧光成像也i>J以分析少数載流子的扩散长贋:分伤。电致发（EIcctrolumincsccncc,EL）是由?半导体材料中电子和空穴巫组产生辐射而发光叫受激发的电J'释放出他们的能駅作为光（光了）。Fuyuki筈人I纲已经发现发射光的强度分布与硅活动层中少数叔流子的扩散长度一致硅片发射出的红外光由致冷CCD摄像头在300-lOOOnm范围内收集。发射光的强度与扩敬长度呈线性増长的关系卩“,分辨率为250am,如图13所示。然而,光致荧光法由于光的衍

10、射极限繆响，无法检出闭合的裂纹；电致荧光法只有在橱线、电极印刷烧结后才能加载电压进行检测并且属J：接触式检测方法，可能损坏硅片。1-3丝网卬刷的A阳能电池电致发光图像1.23扫描声音显微法在工业中使用超声波技术大约可以追溯到2()世纪初声波的频率超过20kHz的被称为超卅波，内为其超出了人类听觉的声波频率上陨。超声波技术广泛运用J：军事和医学.例如趙声无损诊断医学成像技术,它可以町视化肌肉，肌腱和内部器官,包括它们的人小，结构和任何病变，这些完全是基于声学现歩.1974年Lemons和Quale在斯坦福人学首先提出了扌I描声斤显微法(scanningacousticmicroscope,SAM

11、)1221.不过在20”t纪50年代，超声打描就C经用J：无损检测。虽然光伏企业在硅片和太阳能电池的检测中使用SAM技术时间不长,但是在集成电路产业，SAM已经得到广泛的应用。SAM是一个聚焦熨脉冲阿波显微镜，它能发射和接收样品反射冋來的超声波脉冲叫传感器中的压电晶体能够生成超声波脉冲,扫描的时间从儿秒钟到几分钟不等,这上要取决J：所翌求的分辨率和扫描的面积。因为超声波対常度变化很敏感所以能检测出孔隙和裂纹等缺陷。由于SAM扫描需要耦合介质,所以大部分的检测在水槽中进行.SAM是一种能够对待测样品内部进行无损检测的方法，图像屮失克的区域是由J-缺陷硅片中的声阻抗不连续.声阻抗是指单位面枳上声压

12、与通过该面枳质子速度的比叫可以表示为:乙=Q*XZi是指第i材料层的声阻抗,5是指第i材料层的密度,叫是指第i材料层的音速。反射信号的量级和传播的时间能够反映出材料中的关键信息。SAM已经被证实能够精确地识别硅片和半加I：太阳能电池中的裂纹,它可以确定裂纹的JI-体方位并能够兀最分析他们.如图14所示的SAM图像中，160mmx160mm的太阳能电池片中裂纹的总长人约lOOmnu然而，SAM处理毎个晶片需耍20分钟來建立样本和采集数据，这很显然不是一种在线检测方式。不过通过SAM釆集的样本集是非常有用的,它可以用來校准和验证其他裂纹检测新方法的准确性。图1-4包含裂纹的太阳能电池SAM图像12

13、4超声波共振法趙声波共振法3依靠硅片振动特征的变化能够快速并准确地探测裂纹.Dallas126-271等人认为这种变化是由丁裂纹使硅片的物理性质发生改变而引起的。如图15所示，裂痕长度的増加会导致频率峰的降低以及峰宽度的増加。无裂纹1'|6】nmS纹34inin®l纹o|t.(频率Hz图15硅片的共振频率响应曲线当用超生波共振法对新尺寸的片产进行检测时,为了准确定位合适的共振峰，要进行全频谱测最。在宽频范閑内激发硅片共振，以此来定义硅片自身的共振频率。这些峰区别j:其它峰的特征是:频带宽，振幅人。一口共振峰被锁定，便可以进一步测最同批次的其它硅片以此來寻找介适的判别阈値。一系列相同几何尺寸的硅片通过对比共振蜂的性质便«IJ以很快检测出包含裂纹的硅片。