CN110646433A - 一种电池内部缺陷在线检测方法、装置及太阳能电池生产线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能电池缺陷检测设备技术领域，尤其涉及一种电池内部缺陷在线检测方法、装置及太阳能电池生产线。该在线检测装置能集成到太阳能电池生产线上；该装置中，无遮挡检测区的下方经过有行进中的待测电池片，线光源向检测区内发射线激光，线激光用于激发待测电池片，以得到行进中的荧光激发态电池片，成像组件设置于检测区的上方，用于逐条获取行进中的荧光激发态电池片的各条光致发光线型图像，并将多条光致发光线型图像组合形成面荧光图像，以对面荧光图像进行解析；基于该装置提出了在线检测方法。该装置及方法能利用光致发光成像检测对行进中的太阳能电池进行内部缺陷的检测，并将线扫描转变为面检测，有效提高检测稳定性和扫描速率。

Description

一种电池内部缺陷在线检测方法、装置及太阳能电池生产线

技术领域

本发明涉及太阳能电池缺陷检测设备技术领域，尤其涉及一种电池内部缺陷在线检测方法、装置及太阳能电池生产线。

背景技术

随着煤、石油、天然气等能源日益枯竭和环境污染日益加剧，人们迫切需要寻找可再生新能源。作为地球无限可再生的无污染能源——太阳能的应用日益引起人们的关注,将太阳能转化为电能的太阳能电池的研制得到了迅速发展。近年来，随着太阳能电池的研发、生产不断发展，相应的检测技术也在不断进步。

光致发光(Photoluminescence，以下简称PL)是冷发光的一种，是指物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导致发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态，而能量传递则是由于激发态的运动，紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。PL能够对材料的结构、成分和原子排列等信息进行探测，由于其非接触式及高灵敏度的特性，故而被广泛应用于带隙检测、杂质等级检测、缺陷检测和材料品质鉴定等重要领域。

现有的太阳能电池PL检测装置中，通常采用面光源对太阳能电池进行缺陷检测，利用面光源进行PL检测存在稳定性不足、扫描速度较慢等缺点，此外，在检测装置中使用面光源不利用生产线集成，故现有的PL检测装置侧重于离线检测，不利于生产效率的提高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种电池内部缺陷在线检测方法、装置及太阳能电池生产线，能利用光致发光成像检测对行进中的太阳能电池进行内部缺陷的检测，有效提高检测稳定性和扫描速率。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电池内部缺陷在线检测装置，包括：

无遮挡检测区，其下方经过有行进中的待测电池片；

线光源，向所述检测区内发射线激光，所述线激光用于激发所述待测电池片，以得到行进中的荧光激发态电池片；

成像组件，设置于所述检测区的上方，用于在所述荧光激发态电池片行进时，逐条获取行进中的所述荧光激发态电池片的各条光致发光线型图像，并将多条所述光致发光线型图像组合形成面荧光图像，以对所述面荧光图像进行解析。

优选的，所述成像组件包括CCD相机和通滤光片，所述CCD相机的镜头位于所述检测区的上方，且与所述检测区相对设置，所述通滤光片安装在所述镜头和检测区之间。

优选的，所述成像组件包括图像分析单元，所述图像分析单元与所述CCD相机连接，所述图像分析单元用于接收并解析所述面荧光图像。

优选的，所述线光源倾斜地设置在所述检测区的一侧，以使所述线激光的入射方向与所述待测电池片的表面之间具有预设夹角。

优选的，该装置还包括：

龙门架，其上设有所述检测区，所述线光源和成像组件分别固定在所述龙门架上；

传送带，自所述检测区的下方穿过，所述传送带用于运送所述待测电池片，以使所述待测电池片在行进中自所述检测区的下方经过。

优选的，所述龙门架包括底座、相机支架和光源支架，所述底座固定在所述传送组件的上方，所述检测区设置在底座上；所述相机支架和光源支架分别固定在所述检测区的两侧。

优选的，所述相机支架包括底盘、立柱和连接杆，所述底盘固定在所述底座上，所述立柱的一端可旋转的套装在所述底盘内，另一端向外伸出有所述连接杆，所述CCD相机固定在所述连接杆的伸出端上。

优选的，所述光源支架包括固定架和调节架，所述固定架固定在所述底座上，所述调节架的一端与所述固定架之间可转动地连接，另一端固定有所述线光源。

本发明还提供了一种太阳能电池生产线，包括电池传送系统、以及如上所述的电池内部缺陷在线检测装置，所述装置安装在所述电池传送系统上。

本发明还提供了一种电池内部缺陷在线检测方法，包括以下步骤：

S1、通过线光源向所述检测区内持续发射线激光；

S2、行进中的待测电池片经过所述检测区下方时，受到所述线激光的激发而放出荧光，从而生成荧光激发态电池片；

S3、通过所述成像组件对行进中的所述荧光激发态电池片进行拍摄，逐条获取所述荧光激发态电池片的各条光致发光线型图像；

S4、通过所述成像组件将各条所述光致发光线型图像组合，以形成面荧光图像；

S5、通过所述成像组件对所述面荧光图像进行解析，以得到所述荧光激发态电池片的缺陷状态。

优选的，该方法还包括步骤S5’，所述步骤S5’被设置在所述步骤S5以后、或者被设置在所述步骤S4和步骤S5之间、或者被设置为与所述步骤S5同时进行，其中：

S5’、重复步骤S2～步骤S4，直至传送带上的所有待测电池片都检测完毕。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

1、本发明所述的在线检测装置及方法利用线光源生成线激光，从而对行进中的待测电池片进行激发，以使待测电池片的表面发出对应波长的荧光，从而使待测电池片通过光致发光转变为荧光激发态电池片，并利用成像组件对荧光激发态电池片进行成像检测，并将线型图像整合为面检测图像，从而实现利用光致发光成像检测对行进中的太阳能电池进行内部缺陷的在线检测，有效提高检测稳定性和扫描速率。

2、本发明的装置能够集成在太阳能电池生产线上，从而在电池片行进不停滞的过程中，对电池片进行内部缺陷检测，能够对连续通过的电池片进行不间断检测，从而实现检测动作在传送过程中连续进行，除系统故障外不会出现任何停滞的情况，实现了在线实时检测，生产效率得到极大提高，同时可与前端工序集成，实现对前端工序的闭环控制，能够实时反映前端工序的工作状态。

3、本发明的装置通过在相机镜头上安装通滤光片，能够获得去除杂质光的光致发光线型图像以及面荧光图像，从而使得CCD相机获取的图像为灰度图，以便于后续的图像识别更加精确，能高效准确的获取太阳能电池片内部缺陷的位置和大小。

4、本发明的装置中，利用图像分析单元对CCD相机获取的图像进行快速接收和分析，从而能够对检测区内的当前电池片的检测数据进行实时在线分析、保存并上传，以提高检测效率。

附图说明

图1为本发明实施例的电池内部缺陷在线检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的电池内部缺陷在线检测装置的原理图。

其中，1、传送带；2、待测电池片；3、龙门架；4、光源支架；5、线光源；6、镜头；7、CCD相机；8、相机支架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本实施例提供了一种电池内部缺陷在线检测装置，该装置包括无遮挡检测区、线光源5和成像组件。无遮挡检测区的下方经过有行进中的待测电池片2，该待测电池片2优选为薄膜太阳能电池；线光源5被设置为能向检测区内发射线激光，利用线光源5生成线激光，从而对行进中的待测电池片2进行激发，待测电池片2的表面受激发后发射出相应波长的荧光，从而使待测电池片2通过光致发光转变为荧光激发态电池片，以得到行进中的荧光激发态电池片；成像组件设置在检测区的上方，通过拍摄获取荧光激发态电池片的每条光致发光线型图像，从而逐条获取行进中的所述荧光激发态电池片的各条光致发光线型图像，并将多条光致发光线型图像组合形成面荧光图像，以对面荧光图像进行解析，从而将线扫描转变为面成像检测，以实现对荧光激发态电池片的成像检测，从而利用光致发光成像检测对行进中的太阳能电池进行内部缺陷的在线检测，有效提高检测稳定性和扫描速率。

本实施例中，线光源5倾斜地设置在检测区的一侧，以使线激光的入射方向与待测电池片2的表面之间具有预设夹角，线激光穿过检测区照射在行进中的待测电池片2上，随着待测电池片2的前进，线激光完成对待测电池片2的表面全覆盖扫描，从而将待测电池片2激发并转换为荧光激发态电池片。

优选的，成像组件包括CCD相机7和通滤光片，CCD相机7的镜头6位于检测区的上方，且与检测区相对设置，以便于对检测区内的荧光激发态电池片进行完整拍摄；通滤光片安装在镜头6和检测区之间，以便于在相机7拍摄时，能够去除成像中的杂质光源以生成灰度图像，能提高荧光显示的精确度，从而提高成像效果，为后续的图像分析单元的缺陷分析识别提供足够的精准基础；本实施例的成像组件还包括图像分析单元，图像分析单元与CCD相机7连接，图像分析单元用于接收并解析面荧光图像，以便于对荧光激发态电池片的图像进行灰度分析，根据灰度判断缺陷的位置和大小。

该装置还包括龙门架3和传送带1，以便于控制待测电池片2的行进方向，确保多个待测电池片2顺次经过检测区的下方，从而实现对多个待测电池片2的顺序成像检测。

具体的，龙门架3上设有无遮挡检测区，线光源5和成像组件分别固定在龙门架3上，优选龙门架3包括底座、相机支架8和光源支架4，底座固定在传送组件的上方，检测区设置在底座上，检测区可以优选为底座上任一留空区域，从而使得线光源5射出的线激光能够直接穿过该区域入射到检测区下方经过的待测电池片2上；相机支架8和光源支架4分别固定在检测区的两侧，以便于固定CCD相机7和线光源5，并能根据需要对CCD相机7和线光源5的位置进行调整；优选相机支架8包括底盘、立柱和连接杆，底盘固定在底座上，立柱的一端可旋转的套装在底盘内，另一端向外伸出有连接杆，CCD相机7固定在连接杆的伸出端上，通过立柱的旋转能带动CCD相机7水平转动，从而调整相机7镜头6的位置；光源支架4包括固定架和调节架，固定架固定在底座上，调节架的一端与固定架之间可转动的连接，另一端固定有线光源5，优选调节架能相对于固定架上下摆动，从而带动线光源5摆动，以调整线激光的入射角度。

本实施例的传送带1自检测区的下方穿过，传送带1用于运送待测电池片2，以使待测电池片2在行进中自无遮挡检测区的下方经过，在传送带1上间隔的排列有多个待测电池片2，每个待测电池片2都能在传送带1的传送作用下顺次经过检测区的下方，从而被线激光顺次照射激发荧光的同时，由成像组件对每一个被激发的荧光激发态电池片进行逐条拍摄，从而依次拍摄到各条光致发光线型图像，并将多条光致发光线型图像，以形成该荧光激发态电池片的面荧光图像，进而能够逐个分析每个荧光激发态电池片的图像，以实现在线实时检测。

本实施例中，在对薄膜太阳能电池进行光致发光成像检测时采用线激光作为激光光源，线激光由装卡在光源支架4上的线光源5接通电源后产生。线光源5产生的红色线激光(中心波长约635nm)照射在待测电池片2的表面，则待测电池片2获得一定能量的光子，并使得处于基态的电子吸收光子后进入激发态，激发态的电子属于亚稳态，能够在短时间内回到基态，与此同时发出相应波长的荧光(波长约840nm)。

成像组件中，CCD相机7的镜头6上配备加装有840±20nm的通滤光片，该CCD相机7被固定安装于相机支架8的连接杆伸出端上，且CCD相机7的镜头6竖直朝下，以从检测区的正上方能完整的拍摄待测电池片2；相机支架8的底盘固定安装在龙门架3的底座上，立柱的一端与连接杆垂直连接，另一端套装在底盘内并能围绕立柱轴心旋转，以带动相机7围绕立柱的轴线旋转，便于调整相机7镜头6的位置。CCD相机7通过镜头6拍摄时，镜头6上的通滤光片能够去除成像中除荧光外的杂质光源，从而最终获得样品检测分析所需的灰度图像，灰度图像上灰度值较小(即荧光少或无)的部分为缺陷，通过图像分析单元的分析识别即可获得缺陷的位置、大小。

随着传送带1的连续运动，多个待测电池片2不断的依序通过检测区域，则通过上述装置对每个待测电池片2连续重复上述检测过程，从而实现在传送过程中连续进行检测动作，除系统故障外不会出现任何停滞的情况，实现了在线实时检测，生产效率得到极大提高，同时可与前端工序集成，实现对前端工序的闭环控制，能够实时反映前端工序的工作状态。

本实施例还提供了一种太阳能电池生产线，其特征在于，包括电池传送系统、以及如上所述的电池内部缺陷在线检测装置，该装置安装在电池传送系统上，具体的，该装置的传送带1与电池传送系统相连通，则由上一工序传送来的待测电池片2在传送带1的带动下顺序经过检测区，并完成上述的光致发光成像检测过程后，在传送带1的带动下离开该装置并进入下一工序；且利用装置的龙门架3巧妙地将上述的装置集成在生产线内，从而实现对一个或多个电池片的在线检测，避免了由于离线检测而造成的生产中断，从而提高生产效率。

本实施例还提供了一种电池内部缺陷在线检测方法，该方法是基于如上所述的装置提出的，该方法具体包括以下步骤：

S1、通过线光源5向检测区内持续发射线激光；

S2、行进中的待测电池片2经过检测区下方时，受到线激光的激发而放出荧光，从而生成荧光激发态电池片；

S3、通过成像组件对行进中的荧光激发态电池片进行拍摄，逐条获取该荧光激发态电池片的各条光致发光线型图像；

S4、通过成像组件将该荧光激发态电池片的各条光致发光线型图像组合(即如图2中所示的成像整合)，以形成该荧光激发态电池片的面荧光图像；

S5、通过成像组件对该荧光激发态电池片的面荧光图像进行解析，以得到该荧光激发态电池片的缺陷状态。

并且，该方法还包括步骤S5’，该步骤S5’被设置在步骤S5以后、或者被设置在步骤S4和步骤S5之间、或者被设置为与步骤S5同时进行，利用步骤S5’可以实现对传送带1上的多个待测电池片2依序进行光致发光成像检测。其具体步骤为：

S5’、重复步骤S2～步骤S4，直至传送带1上的所有待测电池片2都检测完毕。

综上所述，本实施例的在线检测装置及方法利用线光源5生成线激光，从而对行进中的待测电池片2进行激发，以使待测电池片2的表面发出对应波长的荧光，从而使待测电池片2通过光致发光转变为荧光激发态电池片，并利用成像组件对每一个荧光激发态电池片分别进行成像检测，并且该成像检测是将线激光扫描转变为面成像检测，从而实现利用光致发光成像检测对行进中的太阳能电池进行内部缺陷的在线检测，有效提高检测稳定性和扫描速率。

本装置通过在相机7镜头6上安装通滤光片，能够获得去除杂质光的光致发光线型图像以及面荧光图像，从而使得CCD相机7获取的图像为灰度图，以便于后续的图像识别更加精确，能高效准确的获取太阳能电池片内部缺陷的位置和大小；利用图像分析单元对CCD相机7获取的图像进行快速接收和分析，从而能够对检测区内的当前电池片的检测数据进行实时在线分析、保存并上传，以提高检测效率。

本装置能够集成在太阳能电池生产线上，从而在电池片行进不停滞的过程中，对电池片进行内部缺陷检测，能够对连续通过的电池片进行不间断检测，从而实现检测动作在传送过程中连续进行，除系统故障外不会出现任何停滞的情况，实现了在线实时检测，生产效率得到极大提高，同时可与前端工序集成，实现对前端工序的闭环控制，能够实时反映前端工序的工作状态。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (11)

1.一种电池内部缺陷在线检测装置，其特征在于，用于太阳能电池，该装置包括：

无遮挡检测区，其下方经过有行进中的待测电池片；

线光源，向所述检测区内发射线激光，所述线激光用于激发所述待测电池片，以得到行进中的荧光激发态电池片；

成像组件，设置于所述检测区的上方，用于在所述荧光激发态电池片行进时，逐条获取行进中的所述荧光激发态电池片的各条光致发光线型图像，并将多条所述光致发光线型图像组合形成面荧光图像，以对所述面荧光图像进行解析。

2.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征在于，所述成像组件包括CCD相机和通滤光片，所述CCD相机的镜头位于所述检测区的上方，且与所述检测区相对设置，所述通滤光片安装在所述镜头和检测区之间。

3.根据权利要求2所述的在线检测装置，其特征在于，所述成像组件包括图像分析单元，所述图像分析单元与所述CCD相机连接，所述图像分析单元用于接收并解析所述面荧光图像。

4.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征在于，所述线光源倾斜地设置在所述检测区的一侧，以使所述线激光的入射方向与所述待测电池片的表面之间具有预设夹角。

5.根据权利要求1-4任一项所述的在线检测装置，其特征在于，该装置还包括：

龙门架，其上设有所述检测区，所述线光源和成像组件分别固定在所述龙门架上；

传送带，自所述检测区的下方穿过，所述传送带用于运送所述待测电池片，以使所述待测电池片在行进中自所述检测区的下方经过。

6.根据权利要求5所述的在线检测装置，其特征在于，所述龙门架包括底座、相机支架和光源支架，所述底座固定在所述传送组件的上方，所述检测区设置在底座上；所述相机支架和光源支架分别固定在所述检测区的两侧。

7.根据权利要求6所述的在线检测装置，其特征在于，所述相机支架包括底盘、立柱和连接杆，所述底盘固定在所述底座上，所述立柱的一端可旋转的套装在所述底盘内，另一端向外伸出有所述连接杆，所述CCD相机固定在所述连接杆的伸出端上。

8.根据权利要求6所述的在线检测装置，其特征在于，所述光源支架包括固定架和调节架，所述固定架固定在所述底座上，所述调节架的一端与所述固定架之间可转动地连接，另一端固定有所述线光源。

9.一种太阳能电池生产线，其特征在于，包括电池传送系统、以及如权利要求1-8任一项所述的电池内部缺陷在线检测装置，所述装置安装在所述电池传送系统上。

10.一种电池内部缺陷在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过线光源向所述检测区内持续发射线激光；

S2、行进中的待测电池片经过所述检测区下方时，受到所述线激光的激发而放出荧光，从而生成荧光激发态电池片；

S3、通过所述成像组件对行进中的所述荧光激发态电池片进行拍摄，逐条获取所述荧光激发态电池片的各条光致发光线型图像；

S4、通过所述成像组件将各条所述光致发光线型图像组合，以形成面荧光图像；

S5、通过所述成像组件对所述面荧光图像进行解析，以得到所述荧光激发态电池片的缺陷状态。

11.根据权利要求6所述的在线检测方法，其特征在于，该方法还包括步骤S5’，所述步骤S5’被设置在所述步骤S5以后、或者被设置在所述步骤S4和步骤S5之间、或者被设置为与所述步骤S5同时进行，其中：

S5’、重复步骤S2～步骤S4，直至传送带上的所有待测电池片都检测完毕。

Images