CN102253051A - 一种线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于检测系统技术领域，具体的说，涉及一种线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统，应用于太阳能电池片的PL缺陷检测，其包括照明系统和成像系统，所述照明系统为线性光源，所述成像系统包括线扫描探测器以及与之匹配的成像镜头，本发明采用线性光源和线扫描探测器，大大提高了光源的功率密度，从而提高了检测速度，而且线扫描探测器可以在太阳能电池片移动的时候取像，减少了太阳能电池片移动机构加速、减速和静止的时间，不仅提高了速度，还简化了系统整体设计。

Description

一种线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统

技术领域

本发明属于检测系统技术领域，具体的说，涉及一种线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统，应用于太阳能电池片的PL缺陷检测。

背景技术

由于光伏产业在清洁能源中扮演着越来越重要的角色，太阳能电池的制造商正在花大力提高生产效率，在增大产能的同时降低生产成本。这样，在生产过程中的检测系统就变得至关重要。太阳能电池的原始电池片在生产过程中就存在黑芯，裂纹等问题，由于它非常脆弱，在生产过程中，很容易造成肉眼无法察觉的破损，所以尽早发现不合格的电池片，避免它流入下一道工艺，不仅可以减少浪费，还可以尽早发现工艺中存在的问题。

检测系统的基本性能由两个关键指标衡量：检测速度和检测灵敏度，随着生产技术的进步，制造速度不断加快，对产品质量要求的提高，需检测的缺陷越来越小，因此对检测系统的速度和灵敏度的要求也在不断提高。

现在使用的PL检测系统，是根据光致发光原理，采集太阳能电池片荧光信号并用CCD成像，通过图像分析来检测太阳能电池的裂纹、黑芯、污染等缺陷，判断电池片的质量。由于太阳能电池片荧光的波长在近红外波段，而硅CCD在此波段的转换效率很低，如要提高检测速度，必须使用InGaAs相机，而InGaAs材料非常昂贵，为了提高检测灵敏度，不可避免要增加像素数量，从而增加感光材料面积，使成本越来越高；另一种提高检测速度的方法是增加激光的强度，而高功率激光的电源和冷却系统非常庞大复杂，它的匀光系统成本也非常高。总之，迫切需要一种效率高，速度快的检测设备用于太阳能电池生产线的高分辨率检测。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统，使用线扫描探测器可以将激光光斑聚焦在一条很窄的线上，大大提高了功率密度，从而提高了检测速度。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统，包括照明系统和成像系统，所述照明系统为线性光源，所述成像系统包括线扫描探测器以及与之匹配的成像镜头。

进一步，所述扫描探测器为线性InGaAs探测器。

进一步，还包括太阳能电池片移动机构和对应的编码器。

进一步，所述线性光源为线性激光。

进一步，所述线性激光为线性水平叠阵激光器。

进一步，所述线性激光为线性半导体激光器。

进一步，所述照明系统为线性近红外LED光源。

进一步，所述照明系统为线性LED光源，所述线扫描探测器为线性硅探测器。

进一步，所述成像镜头前设有滤光片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用线性光源和线扫描探测器，大大提高了光源的功率密度，从而提高了检测速度，而且线扫描探测器可以在太阳能电池片移动的时候取像，减少了太阳能电池片移动机构加速、减速和静止的时间，不仅提高了速度，还简化了系统整体设计。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的光学系统示意图；

图2是现有的垂直叠阵激光器示意图；

图3是本发明的水平叠阵激光器示意图；

图4是具有不同检测功能的光学模块组合系统示意图。

具体实施方式

本发明所述线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统，包括上料区，用于将太阳能电池片放置在太阳能电池片输送装置上；曝光区，设有位于太阳能电池片上方的检测成像系统；分拣区，用于将不同质量的太阳能电池片放到对应的收料盒中。

曝光区包括照明系统和成像系统，采用光致荧光原理对太阳能电池片实行曝光、成像，所述照明系统为线性光源，所述成像系统包括线性InGaAs探测器1以及与之匹配的成像镜头。

如图1所示，线性光源为线性半导体激光器2，通过光学整形成一条细光斑，投射到太阳能电池片3表面，成像镜头将太阳能电池片3表面的像聚焦于线性InGaAs探测器1上，成像镜头前设有滤光片(图中未示出)，当太阳能电池片3表面和成像系统产生相对运动时，线性InGaAs探测器1就可获得太阳能电池片3表面的图像。

单个激光器的功率一般在50W左右，图2为现有的为获得高功率激光而使用的垂直叠阵激光器4，垂直叠阵激光器4在垂直方向叠加，再配上匀光系统，可以得到均匀的方形光斑，适合于面阵探测器。为了能使用线扫描探测器，必须改变上述结构，使激光器在水平方向叠加，如图3所示，线性水平叠阵激光器5由于在水平方向上每个激光发光点的间距相等，即使没有匀光系统，激光在水平方向也有很好的均匀性，通过线扫描探测器本身的校准功能，可以把光斑的非均匀性去掉。

线性InGaAs探测器1的感光材料远少于面阵探测器，即使是高分辨率的线性InGaAs探测器1的感光材料仍然远少于面阵探测器，所以其成本低廉，使用线扫描探测器可以将激光光斑聚焦在一条很窄的线上，大大提高了功率密度，从而提高了检测速度。另外面阵探测器需要在太阳能电池片3静止的时候取像。而线扫描探测器可以在太阳能电池片3移动的时候取像，减少了太阳能电池片移动机构加速，减速和静止的时间，不仅提高了速度，还简化了系统整体设计。

使用线扫描成像时，如果太阳能电池片3移动速度不均，相同的结构(比如栅线)在线扫描探测器上所成的像会大小不一。为解决这个问题，需要在太阳能电池片移动机构上加编码器，太阳能电池片3每移动一定距离，编码器发一个脉冲，触发线扫描探测器扫描一条线，这样每条扫描线所对应的太阳能电池片3上宽度是一定的，和太阳能电池片移动机构的速度无关。

使用线扫描探测器还有一个缺点就是：当太阳能电池片3上的栅线宽度或栅线间隔不是探测器像素的整数倍时，栅线边缘所成的像会比较模糊，而随着太阳能电池片3的移动，当上面的栅线宽度或栅线间隔是探测器像素的整数倍时，栅线边缘所成的像会非常清晰。为解决这个问题，专门研究了算法来计算太阳能电池片3上相同结构的周期和探测器像素的对应关系。通过在编码器中增加或减少一个脉冲，使太阳能电池片3上相同结构的周期和线扫描探测器像素最大限度的成整数倍关系，这样整张图片的清晰度就可以保持一致。

太阳能电池片3一般是水平运动通过检测装置，探测器垂直放置取象时像差最小，如果使用面阵探测器，激光也必须接近垂直方向入射，这样所成的方型光斑形变最小，且强度分布最均匀，此时激光的主反射面，也就是垂直方向，散射的激光强度最强，为防止散射的激光进入探测器，干扰荧光信号的读取，必须要在探测器前加多个滤光片，滤光片的作用是滤掉散射进入探测器的激光，并透过激发产生的荧光，而滤光片的增加必然降低了荧光信号的读取。而线扫描探测器同样放置在垂直位置，但线性激光却可以大角度入射，此时垂直方向激光的散射强度较弱，可以减少激光滤光片而增加荧光强度。

尽管线扫描探测器可以取得很高的灵敏度，如果需要检测异常微小的缺陷时，还可以降低太阳能电池片3的移动速度，这样就增大了图像在太阳能电池片3移动方向的分辨率，近一步提高检测灵敏度。

进一步，本发明的线性探测器和线性激光器可以做成一个模块，对此模块稍加改动就可以扩展到其它的一些检测功能。图4显示了一个具有不同检测模块的系统，线性InGaAs探测器1和线性半导体激光器2组成光致荧光检测模块，将模块中线性半导体激光器2换成线性近红外LED光源6，并放到太阳能电池片3背面照射，就是一个太阳能电池片3内部微裂纹检测模块。将模块中线性半导体激光器2换成线性LED光源7，线性InGaAs探测器换1成线性硅探测器8，就是一个太阳能电池片3的外观及颜色检测模块，其中，太阳能电池片3通过太阳能电池片移动机构9输送。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (9)

1.一种线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统，包括照明系统和成像系统，其特征在于：所述照明系统为线性光源，所述成像系统包括线扫描探测器以及与之匹配的成像镜头。

2.根据权利要求1所述的线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统，其特征在于：所述扫描探测器为线性InGaAs探测器。

3.根据权利要求1所述的线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统，其特征在于：还包括太阳能电池片移动机构和对应的编码器。

4.根据权利要求1所述的线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统，其特征在于：所述线性光源为线性激光。

5.根据权利要求4所述的线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统，其特征在于：所述线性激光为线性水平叠阵激光器。

6.根据权利要求4所述的线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统，其特征在于：所述线性激光为线性半导体激光器。

7.根据权利要求1所述的线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统，其特征在于：所述照明系统为线性近红外LED光源。

8.根据权利要求1所述的线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统，其特征在于：所述照明系统为线性LED光源，所述线扫描探测器为线性硅探测器。

9.根据权利要求1所述的线扫描探测器检测太阳能电池片缺陷的系统，其特征在于：所述成像镜头前设有滤光片。

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