CN107170692A - 一种太阳能电池片制绒质量检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池片制绒质量检测方法，包括以下步骤：在待测制绒硅片上确定检测区域；用OCT系统对检测区域进行扫描，得到检测区域的三维图像；通过对图像进行处理得到制绒硅片上绒面的均匀性情况以及反射率信息；通过绒面均匀性和反射率参数来综合评价电池片制绒质量。本发明可以实现非接触、无损伤、高灵敏度、微米量级分辨率、实时的检测，大大降低了检测成本；本发明方法不仅能够得到绒面金字塔峰不同高度的分布情况，判断绒面均匀性，且能够同时得到制绒硅片反射率信息，判断硅片陷光能力，从而更加方便和全面的判断制绒效果的好坏。

Description

一种太阳能电池片制绒质量检测方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池片检测领域，具体涉及一种太阳能电池片制绒质量检测方法。
背景技术
太阳能电池是一种利用光电效应，在半导体上将吸收到的太阳光转化成电能的器件。随着化石能源的不断减少和环境恶化的不断加剧，以太阳能为代表的可再生能源的发展受到越来越多的重视。目前，已经发展出许多种类的太阳电池，按照使用的基本材料不同，太阳电池可分为硅太阳电池、化合物太阳电池、染料敏化电池和有机薄膜电池几种。其中，晶硅太阳电池是发展最快且最为成熟的一类，目前实验室的最高效率可达25%。太阳电池的光电转化效率和使用寿命是评价太阳电池性能的重要指标，它们会受到多重因素的影响，如组建太阳电池的基底材料，另外，太阳电池的结构也会起到一个重要影响，例如为了增加太阳电池的陷光能力，会在硅基底的太阳电池上表面进行制绒，因此，对太阳电池的检测是评价太阳电池质量的重要途径。
一般来讲，晶硅太阳电池的生产流程主要有：清洗制绒、扩散制结、周边刻蚀、蒸镀减反射膜、印刷电极、烧结、分类检测。其中，裸硅片制绒的目的是减少光的反射率，提高短路电流，最终提高电池的光电转换效率。对于单晶硅来说，制绒是利用碱对单晶硅表面的各向异性腐蚀，在硅表面形成无数的四面方锥体。对于多晶硅，利用硝酸的强氧化性和氢氟酸的络合性，进行氧化和络合剥离，导致硅表面发生各向同性非均匀性腐蚀，从而形成类似“凹陷坑”状的绒面。其中，所用溶液的浓度、比例、温度、反应时间等会对绒面质量产生影响，从而影响最终电池的效率和寿命。如何评价硅片的制绒效果对于太阳电池的生产至关重要。
通常情况下，可通过硅片的反射率和绒面均匀性来评价其制绒效果，反射率越小、绒面越均匀，其制绒效果越好。目前，常用到的测试仪器有分光光度计和扫描电镜（SEM），分光光度计用于检测硅片反射率，扫描电镜（SEM）用于观察绒面均匀性，上述这些方法不仅需要对样品进行特殊处理，损坏硅片，且仪器价格昂贵，操作较为复杂，只能获得单一评价参数。专利文件（申请号CN201310039276.6）公开了一种太阳能电池片绒面特性检测仪，其由图像采集系统、自动或手动控制与微调机构和内含检测软件的计算机及工作台组成，所述自动或手动控制与微调机构包括多个电机、手轮以及导轨，不仅结构复杂，使用不方便，且只能得到绒面图像信息，无法获得硅片反射率信息。
发明内容
本发明的目的就是提供一种太阳能电池片制绒质量检测方法，以解决现有方法无法同时获得绒面均匀性与反射率信息，检测成本高，损坏硅片的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种太阳能电池片制绒质量检测方法，包括以下步骤：
a、在待测制绒硅片上确定检测区域；
b、用OCT系统对检测区域进行扫描，得到检测区域的三维图像；
c、对得到的三维图像进行处理得到绒面的均匀性情况，包括以下步骤：
c-1、采用边界识别算法从三维图像中提取出制绒硅片的上表面图像，并找到制绒表面的最低位置作为基准面；
c-2、通过边界识别算法找到制绒表面的局部极大值作为金字塔峰的位置，并以基准面为参考统计出峰的高度；
c-3、整理出各金字塔峰高度的比例，得到检测区域内峰高的分布情况；
c-4、通过若干不同位置的检测区域内峰高的分布情况，得到制绒硅片上绒面的均匀性情况；
d、对检测区域的三维图像进行处理得到制绒硅片的反射率信息，包括以下步骤：
d-1、将检测区域的三维图像沿深度方向进行平均，得到纵向的一维平均光强信号图；
d-2、用制绒硅片上表面光强值来表征制绒硅片的反射率，其上表面光强值越小，反射率也越小；
e、通过绒面均匀性和反射率参数来评价电池片制绒质量。
每个制绒硅片选定3~5个检测区域进行检测。
所述OCT系统扫描参数x*y*z设置为400pixel*400pixel*512pixel，对应的实际检测尺寸为10mm*10mm*3mm。
所述OCT系统设置于电池片生产线上，能够对制绒硅片进行在线实时检测。
本发明可以实现非接触、无损伤、高灵敏度、微米量级分辨率、实时的检测，大大降低了检测成本；此外，通过制绒硅片的三维图像不仅能够得到绒面金字塔峰不同高度的分布情况，判断绒面均匀性，且能够同时得到制绒硅片反射率信息，判断硅片陷光能力，从而更加方便和全面的判断制绒效果的好坏。
本发明检测时只需对制绒硅片检测区域进行扫描即可，无需其他处理，因此可利用本发明研究制绒工艺条件参数，能够更加方便快捷的得出最佳工艺参数结果。
附图说明
图1为本发明中OCT系统的结构示意图。
图2为利用本发明实施例得到的制绒硅片上表面的绒面图。
图3为本发明实施例的金字塔峰的峰高分布图。
图4为本发明实施例不同制绒时间的制绒片上表面光强值与深度的关系图。
图5为红外光谱仪侧得的本发明实施例制绒片的反射率与制绒时间的关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
OCT系统工作原理：
OCT系统包括OCT测量探头103、计算机102 以及OCT集成系统101，OCT测量探头103和计算机102分别与OCT集成系统101相连接。OCT测量探头103包含有自聚焦扫描透镜，OCT测量探头103通过自聚焦扫描透镜对制绒硅片104进行激光扫描，经由制绒硅片104的后向散射光通过OCT测量探头103由OCT集成系统101采集，OCT集成系统101将得到的干涉光信号转换为电信号传输至计算机102进行分析处理，最后得到被扫描物体的图像数据。如图1所示为OCT系统扫描制绒硅片104的示意图。
本发明检测方法包括以下步骤：
a、在待测制绒硅片的不同位置上选定3~5个检测区域进行检测；
b、用OCT系统对检测区域进行扫描，得到检测区域的三维图像，OCT系统扫描参数x*y*z设置为400pixel*400pixel*512pixel，对应的实际检测尺寸为10mm*10mm*3mm；
c、采用MATLAB软件对得到的三维图像进行处理，包括以下步骤：
c-1、采用边界识别算法从三维图像中提取出制绒硅片的上表面图像，如图2所示；然后找到制绒表面的最低位置作为基准面；
c-2、通过边界识别算法找到制绒表面的局部极大值作为金字塔峰的位置，并以基准面为参考统计出峰的高度；
c-3、整理出各金字塔峰高度的比例，得到检测区域内峰高的分布情况，如图3所示，横轴表示不同的峰高，纵轴表示所占的比例，金字塔峰的高度分布越集中，则检测区域的绒面均匀性越好；反之，越差；
c-4、通过若干不同位置的检测区域内峰高的分布情况，得到制绒硅片上绒面的均匀性情况；
d、将检测区域的三维图像沿深度方向进行平均，得到纵向的一维平均光强信号图；
e、用制绒片上表面光强值来表征制绒硅片的反射率，光强值越小，反射率越小，制绒效果越好；
f、通过绒面均匀性和反射率参数来评价电池片制绒质量。
绒面的质量会受到多种因素的影响，如所用溶液的浓度、溶液的比例、反应温度、反应时间等。探讨各个参量对制绒效果的影响及最优制绒参数范围大小，对晶硅太阳电池制绒工序而言至关重要。利用本发明可方便快捷的进行制绒工艺参数的研究，以硅片制绒时间为例，具体步骤为：
1、挑选出同一批次生产的硅片进行制绒处理：控制除时间外其他参数相同（相同溶液浓度、相同比例、相同温度等），制绒时间分别为10min，15min，20min，25min；
2、采集各制绒片的三维图像，并利用本发明方法获得不同制绒时间硅片的表面金字塔峰的高度分布图，从而判断出绒面的均匀性；
3、将各制绒片的三维图像中所有A-scan平均得到一维光强信号图；
4、通过图像得到不同制绒时间制绒片上表面光强值，制绒的效果越好，硅片的陷光能力越强，后向散射光强越弱，得到的OCT信号也会越弱。这也就是说，上表面光强值越小，反射率越小；反之，越大。如图4所示为不同制绒时间硅片的上表面光强值，图5为利用目前成熟的检测技术手段（红外光谱仪）测得上述样品的反射率，由图中可以看出，利用本发明检测方法与现有技术测试结果一致。
从制绒硅片的反射率和绒面均匀性来综合比较，可以得到最佳的制绒时间，其他的制绒条件的选择也是如此。

Claims (3)

1.一种太阳能电池片制绒质量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在待测制绒硅片上确定检测区域；
b、用OCT系统对检测区域进行扫描，得到检测区域的三维图像；
c、对得到的三维图像进行处理得到绒面的均匀性情况，包括以下步骤：
c-1、采用边界识别算法从三维图像中提取出制绒硅片的上表面图像，并找到制绒表面的最低位置作为基准面；
c-2、通过边界识别算法找到制绒表面的局部极大值作为金字塔峰的位置，并以基准面为参考统计出峰的高度；
c-3、整理出各金字塔峰高度的比例，得到检测区域内峰高的分布情况；
c-4、通过若干不同位置的检测区域内峰高的分布情况，得到制绒硅片上绒面的均匀性情况；
d、对检测区域的三维图像进行处理得到制绒硅片的反射率信息，包括以下步骤：
d-1、将检测区域的三维图像沿深度方向进行平均，得到纵向的一维平均光强信号图；
d-2、用制绒硅片上表面光强值来表征制绒硅片的反射率，其上表面光强值越小，反射率也越小；
e、通过绒面均匀性和反射率参数来评价电池片制绒质量。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池片制绒质量检测方法，其特征在于，每个制绒硅片选定3~5个检测区域进行检测。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池片制绒质量检测方法，其特征在于，所述OCT系统扫描参数x*y*z设置为400pixel*400pixel*512pixel，对应的实际检测尺寸为10mm*10mm*3mm。
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