CN106950279A - 一种硅太阳能电池缺陷的涡流扫查系统 - Google Patents

一种硅太阳能电池缺陷的涡流扫查系统 Download PDF

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何存富
孟繁霖
杨杰明
刘秀成
王楠
吴斌
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Abstract

本发明公开一种硅太阳能电池缺陷的涡流扫查系统，检测缺陷引起的硅太阳能电池的电各向异性改变情况，以双探头旋转扫查得到的电各向异性分布图或单一涡流直探头的阻抗值为表征信号，对缺陷有无及损伤程度进行判定。扫查系统对硅太阳能电池的扫查方式分两种：1)双探头旋转扫查获取硅太阳能电池局部的电各向异性分布图；2)单一涡流直探头对硅太阳能电池进行回折路径或同心圆扫描。扫查过程中，探头检测信号被信号检测模块采集并传输至上位机，进行实时计算和处理后以B扫成像结果进行显示。采用本发明的技术方案，可用于硅太阳能电池缺陷的无损、快速检测，为硅太阳能电池生产质量控制提供有效手段。

Description

一种硅太阳能电池缺陷的涡流扫查系统
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硅太阳能电池缺陷的涡流扫查系统。
背景技术
太阳能作为一种新型的可再生能源，已经在工业生产、家居、汽车、航空航天中得到了广泛应用。但由于其制作工艺复杂，材料脆性大，在生产过程中极易产生诸多缺陷。
涡流检测法在无损检测行业中应用广泛，但主要集中用于金属结构部件的缺陷检测，对于单晶硅、多晶硅等半导体材料，以及具有电各向异性的复杂结构(如硅太阳能电池)等的检测报道仍处于空白。晶硅太阳能电池主要包括电极和基体两部分材料，可简化为一个多层结构，其中电极材料一般为铝薄膜，基体材料为掺杂硅半导体材料，二者均具有一定的导电性，可以实施涡流检测。半导体材料具有低电导率等特点，采用涡流检测时，集肤深度较大，单次扫查即可实现整个厚度上的缺陷检测。但是目前还没有采用涡流技术用于硅太阳能电池缺陷检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种硅太阳能电池缺陷的涡流扫查系统，，用于硅太阳能电池缺陷的无损、自动化检测。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种硅太阳能电池缺陷的涡流扫查系统包括两个涡流直探头、四轴运动控制平台、试件旋转模块、信号检测模块和上位机，可工作于两种扫查模式，分别为：采用双探头旋转扫查硅太阳能电池的电各向异性分布图，依据图形是否畸变判定缺陷损伤状态；采用单一涡流直探头沿硅太阳能电池进行回折或同心圆扫查，依据阻抗幅值或相角变化情况判定缺陷损伤状态。
作为优选，双探头旋转扫查模式如下：采用两个涡流直探头，以固定间距安装于四轴运动控制平台的旋转轴上，其中一个涡流直探头与旋转轴保持同轴线，作为激励传感器，另一涡流直探头作为接收传感器；以激励传感器为圆心，接收传感器进行圆周旋转并对硅太阳能电池待测区域进行涡流检测，对接收信号进行解调得到的阻抗幅值或相角随旋转角的变化曲线，即为硅太阳能电池的电各向异性分布图；对于无缺陷的单晶硅或多晶硅太阳能电池，在电池各区域内扫查得到的电各向异性分布图基本保持不变，当接收传感器旋转轨迹包含的圆周区域内存在裂纹等缺陷时，电各向异性分布图出现畸变。
作为优选，回折或同心圆扫查模式如下：由四轴运动控制平台携带单一涡流直探头，沿设定的回折型轨迹进行扫查，或由试件旋转模块带动硅太阳能电池做圆周旋转运动，同步控制四轴运动控制平台携带单一涡流直探头向硅太阳能电池几何中心做直线移动，进行同心圆扫查；扫查过程中，涡流直探头检测信号被信号检测模块采集并传输至上位机进行实时计算和处理，以幅值或相角的B扫成像结果进行显示。
附图说明
图1：硅太阳能电池缺陷的涡流扫查系统；
图2：双探头旋转扫查示意图；
图3a：单晶硅电池的电各向异性分布图(幅值)；
图3b：单晶硅电池的电各向异性分布图(相角)；
图4a：多晶硅电池的电各向异性分布图(幅值)
图4b：多晶硅电池的电各向异性分布图(相角)；
图5：单一涡流直探头回折扫查路径示意图；
图6：回折扫查缺陷信号示意图；
图7：单一涡流直探头同心圆扫查路径示意图；
图8：同心圆扫查缺陷信号示意图。
其中：四轴运动控制平台1、涡流直探头2、激励传感器2-1、接收传感器2-2、硅太阳能电池3、试件旋转模块4、信号检测模块5、上位机6、缺陷7、有缺陷时阻抗幅值各向异性分布图8、无缺陷时阻抗幅值各向异性分布图9、有缺陷时阻抗相角各向异性分布图10、无缺陷时阻抗相角各向异性分布图11。
具体实施方式
本发明实施例提供一种硅太阳能电池缺陷的涡流扫查系统包括两个涡流直探头、四轴运动控制平台、试件旋转模块、信号检测模块和上位机，可工作于两种扫查模式，分别为：采用双探头旋转扫查硅太阳能电池的电各向异性分布图，依据图形是否畸变判定缺陷损伤状态；采用单一涡流直探头沿硅太阳能电池进行回折或同心圆扫查，依据阻抗幅值或相角变化情况判定缺陷损伤状态。
涡流探头运动控制与信号采集模块说明：
如图1所示，由上位机6预装的运动控制软件发出指令，经由运动控制箱和运动控制卡对四轴运动控制平台1进行控制，涡流直探头2预先安装于四轴运动控制平台1的旋转轴上。上位机6控制四轴运动控制平台1携带涡流直探头2对硅太阳能电池3进行扫查。扫查过程中，涡流直探头2的检测信号经信号检测模块5传输至上位机6，进行实时信号解调和分析。
双探头旋转扫查路径与结果分析说明：
如图2所示，涡流直探头2包括激励传感器2-1、接收传感器2-2，其中激励传感器2-1 与四轴运动控制平台1的旋转轴固装并保持同轴线，接收传感器2-2与激励传感器2-1保持固定间距，当四轴运动控制平台1的旋转轴选择时，激励传感器2-1与硅太阳能电池3的相对位置保持不变，接收传感器2-2相对激励传感器2-1做圆周运动。对接收传感器2-1的检测信号进行解调，得到阻抗幅值和相角随旋转角度的变化结果，即各向异性分布图。对于单晶硅电池(图3a、图3b)或多晶硅电池(图4a、图4b)而言，有缺陷7时阻抗幅值各向异性分布图8和无缺陷7时阻抗幅值各向异性分布图9，以及有缺陷7时阻抗相角各向异性分布图10和无缺陷7时阻抗相角各向异性分布图11间存在明显差异。
单一涡流直探头回折扫查路径与结果分析说明：
如图5所示，由四轴运动控制平台1携带涡流直探头2按回折路线对硅太阳能电池3进行扫查，当扫查路径中不存在缺陷7时，涡流直探头2可以检测出电极诱发的特征信号；当扫查路径中存在缺陷7时，涡流直探头2检测信号中包括缺陷特征信号，如图6所示。
单一涡流直探头同心圆扫查路径与结果分析说明：
如图7所示，由试件旋转模块4带动硅太阳能电池3进行圆周旋转，同步地，四轴运动控制平台1携带涡流直探头2沿直线运动向硅太阳能电池3的几何中心进给。当扫查路径中不存在缺陷7时，涡流直探头2可以检测出电极诱发的特征信号；当扫查路径中存在缺陷7时，涡流直探头2检测信号中包括缺陷特征信号，如图8所示。

Claims (3)

1.一种硅太阳能电池缺陷的涡流扫查系统，其特征在于，包括两个涡流直探头、四轴运动控制平台、试件旋转模块、信号检测模块和上位机，可工作于两种扫查模式，分别为：采用双探头旋转扫查硅太阳能电池的电各向异性分布图，依据图形是否畸变判定缺陷损伤状态；采用单一涡流直探头沿硅太阳能电池进行回折或同心圆扫查，依据阻抗幅值或相角变化情况判定缺陷损伤状态。
2.依据权利要求1所述的硅太阳能电池缺陷的涡流扫查系统，其特征在于，双探头旋转扫查模式如下：采用两个涡流直探头，以固定间距安装于四轴运动控制平台的旋转轴上，其中一个涡流直探头与旋转轴保持同轴线，作为激励传感器，另一涡流直探头作为接收传感器；以激励传感器为圆心，接收传感器进行圆周旋转并对硅太阳能电池待测区域进行涡流检测，对接收信号进行解调得到的阻抗幅值或相角随旋转角的变化曲线，即为硅太阳能电池的电各向异性分布图；对于无缺陷的单晶硅或多晶硅太阳能电池，在电池各区域内扫查得到的电各向异性分布图基本保持不变，当接收传感器旋转轨迹包含的圆周区域内存在裂纹等缺陷时，电各向异性分布图出现畸变。
3.依据权利要求1所述的所述的硅太阳能电池缺陷的涡流扫查系统，其特征在于，回折或同心圆扫查模式如下：由四轴运动控制平台携带单一涡流直探头，沿设定的回折型轨迹进行扫查，或由试件旋转模块带动硅太阳能电池做圆周旋转运动，同步控制四轴运动控制平台携带单一涡流直探头向硅太阳能电池几何中心做直线移动，进行同心圆扫查；扫查过程中，涡流直探头检测信号被信号检测模块采集并传输至上位机进行实时计算和处理，以幅值或相角的B扫成像结果进行显示。
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