CN103558558B - 一种硅太阳能电池转换效率检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种硅太阳能电池转换效率检测装置及检测方法，涉及半导体材料应用领域。解决了现有硅太阳能电池转换效率检测装置结构复杂且检测方法多为接触式检测方法，检测步骤繁琐，导致在检测过程中操作不便，进而影响检测效率的问题。所述装置中的照明系统用于对硅太阳能电池进行光激励，红外相机用于拍摄照明系统照射在硅太阳能电池的红外图像，红外相机的图像信号输出端与计算机的图像信号输入端连接，红外相机的相机控制信号输入端与计算机的相机控制信号输出端连接。所述检测方法是基于所述装置实现的，通过接收红外相机拍摄的红外图像，分析计算出平均幅值，进而计算出电池的转换效率。本发明适用于对硅太阳能电池的转换效率进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料应用领域。
背景技术
硅太阳能电池是一种通过光电效应直接把光能转化成电能的装置。如今，许多太阳能电池制造企业的生产能力已经达到GW的规模，企业之间的竞争也已经达到白热化的程度。太阳能电池的质量检测和控制已成为决定太阳能电池制造企业生存和发展的关键因素之一。在太阳能电池制造加工的各个环节，都对无损、非接触的光电检测技术有着迫切的需求。
硅太阳电池的主要性能参数包括开路电压、短路电流、最大输出功率、填充因子和转换效率。这些参数是衡量硅太阳能电池性能好坏的标志。传统上，太阳能电池的转换效率是通过给光源辐射下的太阳能电池附加负载电阻或外接电源的方式测得的。这些接触式检测方法操作复杂、耗时，无法满足大规模生产的需要。
半导体的光致发光成像技术是用一定能量的光子激发半导体材料，由其产生的特征发光谱线来分析半导体材料性能的一种光学半导体材料测量方法。由于具有快速、无损和非接触的特点，已成功应用于硅太阳能电池的晶体缺陷检测和质量控制中。
发明内容
本发明为了解决现有硅太阳能电池转换效率检测装置结构复杂且检测方法多为接触式检测方法，检测步骤繁琐，导致在检测过程中操作不便，进而影响检测效率的问题，提出了一种硅太阳能电池转换效率检测装置及检测方法。
一种硅太阳能电池转换效率检测装置包括照明系统、红外相机和计算机，所述照明系统用于对硅太阳能电池进行光激励，红外相机用于拍摄照明系统照射在硅太阳能电池的红外图像，红外相机的图像信号输出端与计算机的图像信号输入端连接，红外相机的相机控制信号输入端与计算机的相机控制信号输出端连接。
所述照明系统包括红外激光器、耦合光纤和微型透镜组，红外激光器作为光源发射单色红外光，该单色红外光经过耦合光纤传导后入射至微型透镜组，微型透镜组对该单色红外光进行均匀扩束后入射至硅太阳能电池所在区域形成照明区域。
所述计算机包括：
用于控制红外相机拍摄方向和拍摄焦距的相机控制模块；
用于接收红外相机发送的红外图像，并将该红外图像发送至图像分析计算模块的图像接收模块；
用于接收图像接收模块发送的红外图像，并对该红外图像进行分析并计算出该红外图像的平均幅值，并将分析结果发送至数据存储模块、将该平均幅值发送至转换效率计算模块的图像分析计算模块；
用于接收图像分析计算模块发送的红外图像的平均幅值，根据该平均幅值计算出硅太阳能电池转换效率，并将该转换效率发送至数据存储模块的转换效率计算模块；
用于接收和存储图像分析计算模块发送的红外图像的分析结果和转换效率计算模块发送的硅太阳能电池转换效率，并将所述红外图像的分析结果和硅太阳能电池转换效率发送至显示模块进行显示的数据存储模块；
用于接收并显示数据存储模块发送的红外图像的分析结果和硅太阳能电池转换效率的显示模块。
一种硅太阳能电池转换效率检测方法，它是基于下述装置实现的，所述装置包括照明系统、红外相机和计算机，所述照明系统用于对硅太阳能电池进行光激励，红外相机用于拍摄照明系统照射在硅太阳能电池的红外图像，红外相机的图像信号输出端与计算机的图像信号输入端连接，红外相机的相机控制信号输入端与计算机的相机控制信号输出端连接，所述检测方法是由嵌入在计算机内的软件实现的，所述检测方法为：
用于控制红外相机拍摄方向和拍摄焦距的相机控制步骤；
用于接收红外相机发送的红外图像，并将该红外图像发送至图像分析计算模块的图像接收步骤；
用于接收图像接收模块发送的红外图像，并对该红外图像进行分析并计算出该红外图像的平均幅值，并将分析结果发送至数据存储模块、将该平均幅值发送至转换效率计算模块的图像分析计算步骤；
用于接收图像分析计算模块发送的红外图像的平均幅值，根据该平均幅值计算出硅太阳能电池转换效率，并将该转换效率发送至数据存储模块的转换效率计算步骤；
用于接收和存储图像分析计算模块发送的红外图像的分析结果和转换效率计算模块发送的硅太阳能电池转换效率，并将所述红外图像的分析结果和硅太阳能电池转换效率发送至显示模块进行显示的数据存储步骤；
用于接收并显示数据存储模块发送的红外图像的分析结果和硅太阳能电池转换效率的显示步骤。
有益效果：本发明所述的检测装置结构简单，红外激光器对硅太阳能电池进行光激励，红外相机对硅太阳能电池的照射区域进行拍摄，将拍摄的红外图像发送给计算机进行分析处理，使得检测过程操作简便，并具有快速、无损和非接触的优点，进而使检测效率提高了5%以上。
附图说明
图1为一种硅太阳能电池转换效率检测装置的结构示意图；
图2为一种硅太阳能电池转换效率检测方法的步骤流程图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式所述的一种硅太阳能电池转换效率检测装置包括照明系统、红外相机4和计算机5，所述照明系统用于对硅太阳能电池进行光激励，红外相机4用于拍摄照明系统照射在硅太阳能电池的红外图像，红外相机4的图像信号输出端与计算机5的图像信号输入端连接，红外相机4的相机控制信号输入端与计算机5的相机控制信号输出端连接。
具体实施方式二、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种硅太阳能电池转换效率检测装置的区别在于，所述照明系统包括红外激光器1、耦合光纤2和微型透镜组3，红外激光器1作为光源发射单色红外光，该单色红外光经过耦合光纤2传导后入射至微型透镜组3，微型透镜组3对该单色红外光进行均匀扩束后入射至硅太阳能电池所在区域形成照明区域。
具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式二所述的一种硅太阳能电池转换效率检测装置的区别在于，所述红外激光器1发出的单色红外光的波长为750nm-850nm。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式二所述的一种硅太阳能电池转换效率检测装置的区别在于，扩束后的单色红外光照射在硅太阳能电池所在区域形成的照明区域为圆形区域或方形区域。
具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种硅太阳能电池转换效率检测装置的区别在于，所述红外相机4为带有长通滤波片的近红外相机，该红外相机4的光谱响应范围为0.9-1.7μm。
具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种硅太阳能电池转换效率检测装置的区别，所述计算机5包括：
用于控制红外相机4拍摄方向和拍摄焦距的相机控制模块；
用于接收红外相机4发送的红外图像，并将该红外图像发送至图像分析计算模块的图像接收模块；
用于接收图像接收模块发送的红外图像，并对该红外图像进行分析并计算出该红外图像的平均幅值，并将分析结果发送至数据存储模块、将该平均幅值发送至转换效率计算模块的图像分析计算模块；
用于接收图像分析计算模块发送的红外图像的平均幅值，根据该平均幅值计算出硅太阳能电池转换效率，并将该转换效率发送至数据存储模块的转换效率计算模块；
用于接收和存储图像分析计算模块发送的红外图像的分析结果和转换效率计算模块发送的硅太阳能电池转换效率，并将所述红外图像的分析结果和硅太阳能电池转换效率发送至显示模块进行显示的数据存储模块；
用于接收并显示数据存储模块发送的红外图像的分析结果和硅太阳能电池转换效率的显示模块。
本具体实施方式中，图像分析计算模块对红外图像进行分析并计算出该红外图像的平均幅值的方法可以采用公式进行求解，x为红外图像的平均幅值，M为红外图像垂直方向的像素宽度，N为红外图像水平方向的像素宽度，xi,j为红外图像在第i行第j列位置上像素点的强度，即像素幅值。
本具体实施方式中，转换效率计算模块计算硅太阳能电池转换效率的方法可以采用公式η=ax+b进行求解，η为被测硅太阳能电池的转换效率，a和b为标定系数，a和b与红外激光器1和红外相机4型号及参数有关，同时与耦合光纤2和微型透镜组3的几何光学参数以及被测硅太阳能电池的型号有关，可以采用标定的方式确定a和b的数值；
例如，选取20片某种型号的被测硅太阳能电池，并将其编号为Ai(i=1,2,...,20)，通过附加负载电阻或外接电源等接触式测量方法对20片被测硅太阳能电池的转换效率ηi(i=1,2,...,20)进行计算，然后利用本发明所述装置计算出平均幅值xi(i=1,2,...,20)，将ηi(i=1,2,...,20)和xi(i=1,2,...,20)带入公式η=ax+b中，从而得到20个方程，其中只有a和b两个未知数，通过最小二乘法等数据拟合的算法求出a和b的最优解，即可确定a和b的数值，将计算出的a和b的数值存储在转换效率计算模块，转换效率计算模块在计算该型号的被测硅太阳能电池的转换效率时直接对a和b进行调用。
具体实施方式七、本具体实施方式与具体实施方式六所述的一种硅太阳能电池转换效率检测装置的区别在于，所述显示模块对红外图像的分析结果进行显示的方式为数字方式或图表方式。
具体实施方式八、结合图2说明本具体实施方式，本具体实施方式所述的一种硅太阳能电池转换效率检测方法，它是基于下述装置实现的，所述装置包括照明系统、红外相机4和计算机5，所述照明系统用于对硅太阳能电池进行光激励，红外相机4用于拍摄照明系统照射在硅太阳能电池的红外图像，红外相机4的图像信号输出端与计算机5的图像信号输入端连接，红外相机4的相机控制信号输入端与计算机5的相机控制信号输出端连接，所述检测方法是由嵌入在计算机5内的软件实现的，所述检测方法为：
用于控制红外相机4拍摄方向和拍摄焦距的相机控制步骤；
用于接收红外相机4发送的红外图像，并将该红外图像发送至图像分析计算模块的图像接收步骤；
用于接收图像接收模块发送的红外图像，并对该红外图像进行分析并计算出该红外图像的平均幅值，并将分析结果发送至数据存储模块、将该平均幅值发送至转换效率计算模块的图像分析计算步骤；
用于接收图像分析计算模块发送的红外图像的平均幅值，根据该平均幅值计算出硅太阳能电池转换效率，并将该转换效率发送至数据存储模块的转换效率计算步骤；
用于接收和存储图像分析计算模块发送的红外图像的分析结果和转换效率计算模块发送的硅太阳能电池转换效率，并将所述红外图像的分析结果和硅太阳能电池转换效率发送至显示模块进行显示的数据存储步骤；
用于接收并显示数据存储模块发送的红外图像的分析结果和硅太阳能电池转换效率的显示步骤。
具体实施方式九、本具体实施方式与具体实施方式八所述的一种硅太阳能电池转换效率检测方法的区别在于，所述照明系统包括红外激光器1、耦合光纤2和微型透镜组3，红外激光器1作为光源发射单色红外光，该单色红外光经过耦合光纤2传导后入射至微型透镜组3，微型透镜组3对该单色红外光进行均匀扩束后入射至硅太阳能电池所在区域形成照明区域。
具体实施方式十、本具体实施方式与具体实施方式九所述的一种硅太阳能电池转换效率检测方法的区别在于，所述红外激光器1发出的单色红外光的波长为750nm-850nm。
Claims (5)
1.一种硅太阳能电池转换效率检测装置，它包括照明系统、红外相机(4)和计算机(5)，所述照明系统用于对硅太阳能电池进行光激励，红外相机(4)用于拍摄照明系统照射在硅太阳能电池的红外图像，红外相机(4)的图像信号输出端与计算机(5)的图像信号输入端连接，红外相机(4)的相机控制信号输入端与计算机(5)的相机控制信号输出端连接；
所述照明系统包括红外激光器(1)、耦合光纤(2)和微型透镜组(3)，红外激光器(1)作为光源发射单色红外光，该单色红外光经过耦合光纤(2)传导后入射至微型透镜组(3)，微型透镜组(3)对该单色红外光进行均匀扩束后入射至硅太阳能电池所在区域形成照明区域；
所述红外激光器(1)发出的单色红外光的波长为750nm-850nm；
扩束后的单色红外光照射在硅太阳能电池所在区域形成的照明区域为圆形区域或方形区域；
所述红外相机(4)为带有长通滤波片的近红外相机，该红外相机(4)的光谱响应范围为0.9μm-1.7μm；
其特征在于，所述计算机(5)包括：
用于控制红外相机(4)拍摄方向和拍摄焦距的相机控制模块；
用于接收红外相机(4)发送的红外图像，并将该红外图像发送至图像分析计算模块的图像接收模块；
用于接收图像接收模块发送的红外图像，并对该红外图像进行分析并计算出该红外图像的平均幅值，并将分析结果发送至数据存储模块、将该平均幅值发送至转换效率计算模块的图像分析计算模块；
所述图像分析计算模块对红外图像进行分析并采用公式获得该红外图像的平均幅值，x为红外图像的平均幅值，M为红外图像垂直方向的像素宽度，N为红外图像水平方向的像素宽度，xi,j为红外图像在第i行第j列位置上像素点的强度，即像素幅值；
用于接收图像分析计算模块发送的红外图像的平均幅值，根据该平均幅值计算出硅太阳能电池转换效率，并将该转换效率发送至数据存储模块的转换效率计算模块；
用于接收和存储图像分析计算模块发送的红外图像的分析结果和转换效率计算模块发送的硅太阳能电池转换效率，并将所述红外图像的分析结果和硅太阳能电池转换效率发送至显示模块进行显示的数据存储模块；
用于接收并显示数据存储模块发送的红外图像的分析结果和硅太阳能电池转换效率的显示模块。
2.根据权利要求1所述的一种硅太阳能电池转换效率检测装置，其特征在于，所述显示模块对红外图像的分析结果进行显示的方式为数字方式或图表方式。
3.一种硅太阳能电池转换效率检测方法，它是基于下述装置实现的，所述装置包括照明系统、红外相机(4)和计算机(5)，所述照明系统用于对硅太阳能电池进行光激励，红外相机(4)用于拍摄照明系统照射在硅太阳能电池的红外图像，红外相机(4)的图像信号输出端与计算机(5)的图像信号输入端连接，红外相机(4)的相机控制信号输入端与计算机(5)的相机控制信号输出端连接，其特征在于，方法是由嵌入在计算机(5)内的软件实现的，所述方法为：
用于控制红外相机(4)拍摄方向和拍摄焦距的相机控制步骤；
用于接收红外相机(4)发送的红外图像，并将该红外图像发送至图像分析计算模块的图像接收步骤；
用于接收图像接收模块发送的红外图像，并对该红外图像进行分析并计算出该红外图像的平均幅值，并将分析结果发送至数据存储模块、将该平均幅值发送至转换效率计算模块的图像分析计算步骤；
所述图像分析计算步骤对红外图像进行分析并采用公式获得该红外图像的平均幅值，x为红外图像的平均幅值，M为红外图像垂直方向的像素宽度，N为红外图像水平方向的像素宽度，xi,j为红外图像在第i行第j列位置上像素点的强度，即像素幅值；
用于接收图像分析计算模块发送的红外图像的平均幅值，根据该平均幅值计算出硅太阳能电池转换效率，并将该转换效率发送至数据存储模块的转换效率计算步骤；
用于接收和存储图像分析计算模块发送的红外图像的分析结果和转换效率计算模块发送的硅太阳能电池转换效率，并将所述红外图像的分析结果和硅太阳能电池转换效率发送至显示模块进行显示的数据存储步骤；
用于接收并显示数据存储模块发送的红外图像的分析结果和硅太阳能电池转换效率的显示步骤。
4.根据权利要求3所述的一种硅太阳能电池转换效率检测方法，其特征在于，所述照明系统包括红外激光器(1)、耦合光纤(2)和微型透镜组(3)，红外激光器(1)作为光源发射单色红外光，该单色红外光经过耦合光纤(2)传导后入射至微型透镜组(3)，微型透镜组(3)对该单色红外光进行均匀扩束后入射至硅太阳能电池所在区域形成照明区域。
5.根据权利要求4所述的一种硅太阳能电池转换效率检测方法，其特征在于，所述红外激光器(1)发出的单色红外光的波长为750nm-850nm。
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