CN103197147A - 一种太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪及其测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪，包括箱体，在箱体内设有测试探头、摄像头及用于放置待测太阳能电池样品的样品台，样品台位于箱体的下部，测试探头和摄像头均位于样品台的上方，摄像头设置在测试探头的周边以监控测试探头的探针，样品台和测试探头之间可相对移动，以使测试探头的探针对准接触待测太阳能电池样品的栅线。本发明的摄像头监控测试探头的探针，样品台和测试探头之间相对移动，探针能够快速精确定位，实现快速准确测量太阳能电池金属栅线接触电阻及硅片方块电阻；还涉及由上述自动测量仪组成的测量系统。本发明结构简单、运行稳定、容易实现、使用方便，测试效率高，有利于太阳能电池接触电阻测量在产线上应用。

Description

一种太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪及其测量系统

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能电池测试领域，特别涉及一种太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪，还涉及由该测量仪组成的测量系统，能够自动测量太阳电池表面栅线接触电阻、方块电阻和面扫描测量硅片表面方块电阻及电阻率。

背景技术

晶体硅太阳能电池的表面金属欧姆接触的好坏通过接触电阻来反映。在太阳能电池电极优化中，接触电阻是需要考量的一个重要方面。接触电阻的大小不仅与接触的图形有关，还与扩散工艺及接触形成工艺有关。不同栅线图形的欧姆接触好坏可以通过接触电阻率的大小来反映。因此，通过对接触电阻率的研究计算可以反映扩散、电极制作和烧结等工艺中存在的问题。

现有常用的晶体硅太阳能电池表面接触电阻率测量方法是传输线法（TLM）和Core Scan法，传输线法是首先在电池表面制作不同间距的栅线，然后测量恒流下相邻栅线的电压，再通过其它相关参数的测量和计算，最后根据公式推导得出电池表面接触电阻率。这种方法测量结果较为准确，不过测量过程比较繁琐，测量时间较长。而使用Core Scan法需要采用专门的测试仪器，该测试方法得到的接触电阻率不够准确，往往只能作相对比较之用，不能作为电池表面接触电阻率的真实值。另外，还有其它一些较少用的测量方法，如圆形传输线法，该种方法存在需要特别订制的网板并且不能对产线上的电池进行直接测量的缺点；除此之外，还有两点法、三点接触法及四点接触法等，这些方法所得到测量结果均不够准确。

综上，由于以上各种测量方法存在测量时间长、效率低、精度差等缺陷，而又同时缺少一种专门测量太阳能电池接触电阻的测试设备，因此不利于太阳能电池接触电阻测量在产线上的应用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种结构简单、容易实现、运行稳定、使用方便、能够快速准确测量太阳能电池金属栅线接触电阻及硅片方块电阻的太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪，为太阳能电池生产的掺杂、印刷工艺改进提供快速、可信的参考数据。

本发明的上述目的通过以下的技术措施来实现：一种太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪，包括箱体，其特征在于：在所述箱体内设有测试探头、摄像头及用于放置待测太阳能电池样品的样品台，所述样品台位于所述箱体的下部，所述测试探头和摄像头均位于所述样品台的上方，其中，所述摄像头设置在所述测试探头的周边以监控测试探头的探针，所述样品台和测试探头之间可相对移动，以使测试探头的探针对准接触待测太阳能电池样品的栅线。

本发明的摄像头监控测试探头的探针，而样品台和测试探头之间可相对移动，探针能够快速精确定位，同时配合所选用的探针类型，可以实现快速准确测量太阳能电池金属栅线接触电阻及硅片方块电阻；另外，本发明的结构简单、运行稳定、容易实现、使用方便，测试效率高，可以很好地利用接触电阻检测电池工艺好坏，有利于太阳能电池接触电阻测量在产线上的应用。

作为本发明的一种优选实施方式，在所述箱体内设有纵向导轨、横向导轨、竖向导轨和探头安装架，所述纵向导轨设于箱体的底面上，所述样品台沿纵向滑动安装在所述纵向导轨上；所述横向导轨、竖向导轨和探头安装架位于箱体的上部，所述探头安装架沿竖向滑动安装在所述竖向导轨上，而所述竖向导轨则沿横向滑动安装在所述横向导轨上；所述测试探头固定在所述探头安装架上且测试探头的探针向下伸出，所述测试探头可分别沿横向和竖向移动，与所述样品台纵向移动相配合实现样品台和测试探头之间的相对移动。

作为本发明的一种改进，在所述样品台与所述纵向导轨之间增设有旋转微调装置，所述旋转微调装置沿纵向滑动安装在所述纵向导轨上，而所述样品台可转动安装在所述旋转微调装置上，所述样品台与旋转微调装置共同沿纵向导轨移动，所述样品台转动对待测太阳能电池样品位置进行微调。

作为本发明的进一步改进，所述探头安装架为壳体，所述壳体内安装有电机，所述壳体具有面向下的开口，所述测试探头的上端从开口伸入可拆卸安装在壳体中并与电机的动力输出端传动连接，以使测试探头旋转对探针位置进行微调。

作为本发明的一种优选实施方式，所述摄像头采用一对并通过摄像头安装架分设在探头安装架的正面与侧面上，所述正面与侧面作为安装面，所述摄像头与各自的安装面之间具有夹角便于监控探针的对准情况。

本发明所述的箱体主要由矩形体框架和安装在框架上的面板组成，其中，安装在框架正面与右侧面上的面板为正面板与右侧面板，在所述框架的正面与右侧面上设有磁铁，而所述正面板与右侧面板的内面上设置有与磁铁相对应的铁质件，通过铁质件吸附在磁铁上而将正面板与右侧面板可拆卸安装在框架上。在正面与右侧面开门，便于测试调整，通过铁制件与磁铁吸附，方便拆装。

本发明所述样品台的台面上设有吸附孔，所述吸附孔通过气路连接空气泵将待测太阳能电池样品吸附在样品台上。

为了实现对太阳能电池金属栅线接触电阻及硅片方块电阻的测量，所述测试探头采用十六探针测试探头或者四探针测试探头。

本发明的另一个目的在于提供一种由上述太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪组成的测量系统。

本发明的上述目的通过以下的技术措施来实现：一种由上述太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪组成的测量系统，其特征在于：包括所述太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪、内置有控制电路的电控箱和计算机，所述电控箱电连接至所述自动测量仪，所述电控箱还与所述计算机通信连接实现对太阳能电池接触电阻测量的智能控制。

作为本发明的一种实施方式，所述控制电路主要由具有恒流源的电流电压测量仪、多路开关、电机驱动器、电机控制器和集线器组成并由交流转直流电源提供直流电，所述多路开关为两个，其中一个多路开关分别连接电流电压测量仪的恒流输出端口与测试探头的电流输出探针，另一个多路开关分别连接电流电压测量仪的电压测量端口与测试探头的电压测量探针；所述电机控制器的信号输出端与电机驱动器的信号输入端连接，所述电机控制器具有继电开关，所述继电开关与摄像头连接用于控制摄像头电力的通断，所述电机驱动器的输出端口与驱动电机的电力接口相连；所述多路开关、电流电压测量仪、电机控制器的通信输出端口分别与集线器的通信输入端口连接，所述集线器的通信输出端口与计算机的通信输入端口相连，实现计算机对多路开关、电流电压测量仪和电机控制器的控制与通信。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

⑴本发明的摄像头监控测试探头的探针，样品台和测试探头之间可相对移动，探针能够快速精确定位，同时配合所选用的测试探头，可以实现快速准确测量太阳能电池金属栅线接触电阻及硅片方块电阻和面扫描测量硅片表面方块电阻及电阻率。

⑵本发明可以根据测试要求选用不同类型的测试探头，能够实现多功能测量。

⑶本发明能够很好地利用接触电阻检测电池工艺好坏，为太阳能电池生产的掺杂、印刷工艺改进提供快速、可信的参考数据。

⑷本发明的测量系统为分体式，便于进行运输和在不同使用环境中安装放置。

⑸本发明的测量系统采用双摄像头监控，计算机通过电机、导轨控制探头与待测太阳能电池样品的相对位置，能够快速精确定位，计算机控制的多路开关及恒流源、电流电压测试电路能实现多条栅线的快速测量。

⑹本发明的结构简单、运行稳定、容易实现、安装及使用简便，采用计算机自动控制，测试时间短，效率高，有利于太阳能电池接触电阻测量在产线上的应用。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明测量系统的组成示意图；

图2是本发明多功能接触电阻自动测量仪的结构示意图；

图3是本发明控制电路的组成示意图；

图4是十六探针转接四探针的示意图。

具体实施方式

如图2所示，是本发明一种太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪20，包括箱体，在箱体内设有测试探头1、摄像头2及用于放置待测太阳能电池样品的样品台3，样品台3位于箱体的下部，样品台3的台面上设有吸附孔，吸附孔通过气路连接空气泵90将待测太阳能电池样品吸附在样品台3上。测试探头1和摄像头2均位于样品台3的上方，其中，摄像头2设置在测试探头1的周边以监控测试探头1的探针，摄像头的视场范围包括探针的末端，样品台3和测试探头1之间可相对移动，以使测试探头1的探针对准接触待测太阳能电池样品的金属栅线。在箱体内设有纵向导轨4、横向导轨5、竖向导轨6和探头安装架7，纵向导轨4设于箱体的底面上，样品台3沿纵向滑动安装在纵向导轨4上；横向导轨5、竖向导轨6和探头安装架7位于箱体的上部，其中横向导轨5由两个立柱70支撑固定与横向导轨共同形成龙门架，探头安装架7沿竖向滑动安装在竖向导轨6上，而竖向导轨6则沿横向滑动安装在横向导轨5上；测试探头1固定在探头安装架7上且测试探头1的探针向下伸出，测试探头1可分别沿横向和竖向移动，与样品台3纵向移动相配合实现样品台3和测试探头1之间的相对移动。

在样品台3与纵向导轨4之间增设有旋转微调装置8，旋转微调装置8沿纵向滑动安装在纵向导轨4上，而样品台3可转动安装在旋转微调装置8上，样品台3与旋转微调装置8共同沿纵向导轨4移动，样品台3转动对待测太阳能电池样品位置进行微调。

探头安装架7为壳体，壳体内安装有电机9，壳体具有面向下的开口，测试探头1的上端从开口伸入可拆卸安装在壳体中并与电机9的动力输出端传动连接，以使测试探头1旋转对探针位置进行微调。探头的前端还设有用于驱动探针移动的电机80，摄像头2采用一对并通过摄像头安装架分设在探头安装架7的正面与侧面上，正面与侧面作为安装面，摄像头2与各自的安装面之间具有夹角便于监控探针的对准情况。

在本实施例中，箱体主要由矩形体铝合金框架10和安装在框架10上的面板组成，其中，安装在框架10正面与右侧面上的面板为正面板11与右侧面板12，在框架10的正面与右侧面上设有磁铁13，而正面板11与右侧面板12的内面上设置有与磁铁13相对应的铁质件，铁质件采用螺钉14，通过螺钉14吸附在磁铁13上而将正面板11与右侧面板12可拆卸安装在框架10上。在正面与右侧面开门，便于测试调整，通过螺钉与磁铁吸附，方便拆装。

如图1所示，一种由上述太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪20组成的测量系统，包括太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪20、内置有控制电路的电控箱21和计算机22，电控箱21电连接至自动测量仪20，电控箱21还与计算机22通信连接实现对太阳能电池接触测量的智能控制。在太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪的箱体的背面板下部开有穿线孔45，用于穿过与电控箱连接的所有电线和与空气泵连接的气管。

如图3所示，在本实施例中，控制电路主要由具有恒流源的电流电压测量仪、多路开关、电机驱动器、电机控制器和集线器组成并由交流转直流电源提供直流电，其中，电机驱动器采用5轴电机驱动器，电机控制器采用5轴电机控制器，集线器为USB集线器。多路开关为两个且为16路的多路继电开关，其中一个多路开关Ⅰ分别连接电流电压测量仪的恒流输出端口与测试探头的电流输出探针，另一个多路开关Ⅴ分别连接电流电压测量仪的电压测量端口与测试探头的电压测量探针，每两个开关控制一个探针与恒流源、电流电压测量仪电流测试端口的通断，即能够快速控制测试电流的通断，以使一次下压探头能分别测量多根太阳能电池金属细栅的接触电阻；5轴电机控制器的信号输出端与5轴电机驱动器的信号输入端连接，5轴电机控制器具有继电开关，继电开关与摄像头连接用于控制摄像头电力的通断，5轴电机驱动器的输出端口与驱动电机的电力接口相连，其中，驱动电机包括用于驱动样品台沿纵向导轨移动的电机、用于驱动样品台旋转的电机、用于驱动测试探头沿横向移动、沿竖向移动及旋转的电机，即共有5个电机，5轴电机驱动器的输出端口为5个；多路开关、电流电压测量仪、5轴电机控制器的RS232通信输出端口分别通过RS232转USB连接线与USB集线器的通信输入端口连接，集线器的通信输出端口与计算机22的USB通信输入端口相连，实现计算机对多路开关、电流电压测量仪和电机控制器的控制与通信。

采用双摄像头监控，计算机通过电机、导轨控制探头与待测太阳能电池样品的相对位置，能够快速精确定位，计算机控制的多路开关及恒流源、电流电压测试电路能实现多条栅线的快速测量。

为了实现对太阳能电池金属栅线接触电阻及硅片方块电阻的测量，测试探头采用十六探针测试探头或者四探针测试探头，探头安装架可以根据测量精度、测量样品规格和测量数据的要求更换相应类型的探头实现多功能测试。需要采用四探针测试探头扫描测量硅片方块电阻和电阻率时，可以十六探针转接四探针，参见图4。另外，多路开关的开关还可由单片机控制。

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，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪，包括箱体，其特征在于：在所述箱体内设有测试探头、摄像头及用于放置待测太阳能电池样品的样品台，所述样品台位于所述箱体的下部，所述测试探头和摄像头均位于所述样品台的上方，其中，所述摄像头设置在所述测试探头的周边以监控测试探头的探针，所述样品台和测试探头之间可相对移动，以使测试探头的探针对准接触待测太阳能电池样品的栅线。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪，其特征在于：在所述箱体内设有纵向导轨、横向导轨、竖向导轨和探头安装架，所述纵向导轨设于箱体的底面上，所述样品台沿纵向滑动安装在所述纵向导轨上；所述横向导轨、竖向导轨和探头安装架位于箱体的上部，所述探头安装架沿竖向滑动安装在所述竖向导轨上，而所述竖向导轨则沿横向滑动安装在所述横向导轨上；所述测试探头固定在所述探头安装架上且测试探头的探针向下伸出，所述测试探头可分别沿横向和竖向移动，与所述样品台纵向移动相配合实现样品台和测试探头之间的相对移动。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪，其特征在于：在所述样品台与所述纵向导轨之间增设有旋转微调装置，所述旋转微调装置沿纵向滑动安装在所述纵向导轨上，而所述样品台可转动安装在所述旋转微调装置上，所述样品台与旋转微调装置共同沿纵向导轨移动，所述样品台转动对待测太阳能电池样品位置进行微调。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪，其特征在于：所述探头安装架为壳体，所述壳体内安装有电机，所述壳体具有面向下的开口，所述测试探头的上端从开口伸入可拆卸安装在壳体中并与电机的动力输出端传动连接，以使测试探头旋转对探针位置进行微调。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪，其特征在于：所述摄像头采用一对并通过摄像头安装架分设在探头安装架的正面与侧面上，所述正面与侧面作为安装面，所述摄像头与各自的安装面之间具有夹角便于监控探针的对准情况。

6.根据权利要求5所述的太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪，其特征在于：所述的箱体主要由矩形体框架和安装在框架上的面板组成，其中，安装在框架正面与右侧面上的面板为正面板与右侧面板，在所述框架的正面与右侧面上设有磁铁，而所述正面板与右侧面板的内面上设置有与磁铁相对应的铁质件，通过铁质件吸附在磁铁上而将正面板与右侧面板可拆卸安装在框架上。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪，其特征在于：所述样品台的台面上设有吸附孔，所述吸附孔通过气路连接空气泵将待测太阳能电池样品吸附在样品台上。

8.根据权利要求7所述的太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪，其特征在于：所述测试探头采用十六探针测试探头或者四探针测试探头。

9.一种由权利要求1～8任一项所述太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪组成的测量系统，其特征在于：包括所述太阳能电池多功能接触电阻自动测量仪、内置有控制电路的电控箱和计算机，所述电控箱电连接至所述自动测量仪，所述电控箱还与所述计算机通信连接实现对太阳能电池接触电阻测量的智能控制。

10.根据权利要求9所述的测量系统，其特征在于：所述控制电路主要由具有恒流源的电流电压测量仪、多路开关、电机驱动器、电机控制器和集线器组成并由交流转直流电源提供直流电，所述多路开关为两个，其中一个多路开关分别连接电流电压测量仪的恒流输出端口与测试探头的电流输出探针，另一个多路开关分别连接电流电压测量仪的电压测量端口与测试探头的电压测量探针；所述电机控制器的信号输出端与电机驱动器的信号输入端连接，所述电机控制器具有继电开关，所述继电开关与摄像头连接用于控制摄像头电力的通断，所述电机驱动器的输出端口与驱动电机的电力接口相连；所述多路开关、电流电压测量仪、电机控制器的通信输出端口分别与集线器的通信输入端口连接，所述集线器的通信输出端口与计算机的通信输入端口相连，实现计算机对多路开关、电流电压测量仪和电机控制器的控制与通信。

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