CN213340292U - 一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置，属于电气检测技术领域，以解决现有技术中含有隐含缺陷的、叠层CdS/CdTe太阳能光伏组件的检测装置的检测项目覆盖度不足，且无法同时满足生产检测和现场检修的问题。系统包括：沿太赫兹脉冲通路自左至右设置的飞秒激光器和分光镜、并列设置在分光镜之后的探测光路系统和泵浦光路系统，还包括互相连接的锁相放大器、采集终端；本实用新型通过检测范围全面的无损可视化检测技术实现对含有隐含缺陷的叠层CdS/CdTe太阳能光伏组件的生产、使用全程的质量检测推广前景良好。

Description

一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置

技术领域

本实用新型属于电气检测技术领域，具体涉及一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置。

背景技术

叠层CdS/CdTe太阳能光伏组件是目前光伏发电系统中应用最广和最多的器件，在叠层CdS/CdTe太阳能光伏组件组件的生产加工过程中，除了材料自身的缺陷外，自动化生产线上对电池片的多次加工也会加大电池片的损坏率，使得组件出现隐裂、碎片、虚焊、断栅等缺陷问题；除了加工制造过程中出现的上述问题，在其运输和安装过程中也会造成各类隐含缺陷；这些隐含缺陷直接影响到产品的质量、转换效率及使用寿命，导致发电效率下降，进而影响到成品质量及生产企业声誉。

而这些含有隐含缺陷的叠层CdS/CdTe太阳能光伏组件的隐含缺陷是肉眼无法发现的，需要借助相应的检测技术才能快速准确的检测出来。

对于此类缺陷的检测，目前主要采用热红外成像技术、电致成像技术获取缺陷的主要特征，然后结合图像识别技术，对缺陷轮廓和区域进行识别和显现，达到缺陷的可视化检测。其中，热红外成像技术对组件积污、阴影覆盖等缺陷检测十分有效，但对隐裂和黑边检测效果不理想；电致成像技术受测试条件的限制，必须在暗室中进行，因而通常适用于生产车间而不利于现场检测。

基于以上背景技术中的问题，亟需一种专门针对含有隐含缺陷的、叠层CdS/CdTe太阳能光伏组件的检测装置，以便同时满足生产检测和现场检修环节。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置，以解决现有技术中含有隐含缺陷的、叠层CdS/CdTe太阳能光伏组件的检测装置的检测项目覆盖度不足，且无法同时满足生产检测和现场检修的问题。

为了解决以上问题，本实用新型技术方案为：

一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置，包括：沿太赫兹脉冲通路自左至右设置的飞秒激光器和分光镜、并列设置在分光镜之后的探测光路系统和泵浦光路系统，还包括互相连接的锁相放大器、采集终端；

探测光路系统包括沿光路自左至右依次设置的延时控制单元、光电导发射器、反射模式用分光镜、待测组件，反射模式用分光镜上方设有光电导探测器；

泵浦光路系统包括聚焦镜头，聚焦镜头设置在光电导探测器上方；

光电导探测器连接锁相放大器。

进一步的，待测组件设置在光电导发射器的焦平面上，接收来自光电导发射器产生的太赫兹脉冲，并经过反射模式用分光镜反射给同样处于焦平面的光电导探测器，待测组件通过可移动的二维扫描平台上下移动，以达到对待测组件逐点扫描的目的。

进一步的，反射模式用分光镜自左至右呈45°倾斜设置，其可透过太赫兹脉冲的一面朝向光电导发射器，可透过太赫兹脉冲且可以反射来自待测组件的太赫兹脉冲的一面朝向光电导探测器。

进一步的，飞秒激光器和分光镜的光路上设有光路反射镜一；分光镜和聚焦镜头的光路上设有光路反射镜六；分光镜和光电导发射器的光路上依次设有光路反射镜二、光路反射镜三、光路反射镜四、光路反射镜五、光路反射镜七。

进一步的，延时控制单元设在光路反射镜三和光路反射镜四之间。

进一步的，待测组件为叠层CdS/CdTe太阳能光伏组件，该组件包含自下而上依次设置的玻璃衬底、透明导电氧化物薄膜层、N-CdS窗口层、P-CdTe吸收层、背接触层与背电极层；玻璃衬底朝向反射模式用分光镜。

进一步的，飞秒激光器为锁模钛蓝宝石飞秒激光器，能够产生的激光脉冲的中心波长为810nm，脉宽为100fs，重复频率为80MHz，输出功率为20mW，光斑直接约为3μm。

进一步的，光电导发射器和光电导探测器产生和探测太赫兹波的方式均为光电导天线。

本实用新型的有益效果如下：

（1）本实用新型系统通过设置飞秒激光器产生高速激光脉冲，经分光镜分光成两部分，一路太赫兹脉冲作为泵浦光，另一路作为探测光，与太赫兹脉冲共同通过光电导探测器，配合延时控制单元，使探测光对太赫兹脉冲的强度信息进行实时采样测量，并改变探测光与太赫兹脉冲的光程差以达到获取太赫兹波时域光谱波形的目的；经锁相放大器获取和放大检测到的太赫兹电场、降低噪声提高信噪比；最后进入采集终端，对待测组件的每一个位置的太赫兹时域信号和频域振幅与相位进行收集和处理；

系统中的分光镜的作用原理是一束光投射到镀膜玻璃上后，通过反射和折射，光束就被分为两束；系统中的聚焦镜头用于聚焦从分光镜反射而来的探测光线；光电导发射器用于接收飞秒激光器的一路泵浦光，从而通过激发产生太赫兹脉冲信号；光电导探测器用于探测通过待测组件的太赫兹脉冲和探测光线。

（2）待测组件的设置位置和方式，便于准确采集样品不用位置的状态和数据；分光镜的设置对飞秒激光器发射的高速激光脉冲进行分光，保证光电导发射器和光电导探测器的工作进程；各个光路反射镜按需设置，一方面用于延时，另一方面用于反射光路中的太赫兹脉冲，改变其传播方向。

（3）待测组件的层CdS/CdTe太阳能光伏组件中，其结构更加适合太赫兹无损可视化检测系统，其碎片缺陷、裂纹缺陷、断栅缺陷和黑片缺陷四种典型缺陷均能准确识别，无论是生产检测还是现场检修环节，检测和判断结果准确可靠，明显优于传统的热红外成像技术、电致成像技术。

（4）本实用新型通过检测范围全面的无损可视化检测技术实现对含有隐含缺陷的叠层CdS/CdTe太阳能光伏组件的生产、使用全程的质量检测，对于质量检测和现场维修人员来说，都具有重要的检测意义，有助于指导太阳能光伏系统高效和稳定运行，提高太阳能光伏系统的发电效率和转化效率，推广前景良好。

附图说明

图1为一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置的结构示意图；

图2为一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置中的待测组件结构示意图。

附图标记如下：1-飞秒激光器；2-光路反射镜一；3-分光镜；4-光路反射镜二；5-光路反射镜三；6-光路反射镜四；7-光路反射镜五；8-光电导发射器；9-反射模式用分光镜；10-待测组件；11-光电导探测器；12-聚焦镜头；13-光路反射镜六；14-锁相放大器；15-采集终端；16-光路反射镜七；17-延时控制单元。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

如图1-2所示，一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置，包括：沿太赫兹脉冲通路自左至右设置的飞秒激光器1和分光镜3、并列设置在分光镜3之后的探测光路系统和泵浦光路系统，还包括互相连接的锁相放大器14、采集终端15；

探测光路系统包括沿光路自左至右依次设置的延时控制单元17、光电导发射器8、反射模式用分光镜9、待测组件10，反射模式用分光镜9上方设有光电导探测器11；

泵浦光路系统包括聚焦镜头12，聚焦镜头12设置在光电导探测器11上方；

光电导探测器11连接锁相放大器14。

具体的探测光路系统和泵浦光路系统的设置细节如下：

待测组件10设置在光电导发射器8的焦平面上，接收来自光电导发射器8产生的太赫兹脉冲，并经过反射模式用分光镜9反射给同样处于焦平面的光电导探测器11，待测组件10通过可移动的二维扫描平台上下移动，以达到对待测组件10逐点扫描的目的。

待测组件10为叠层CdS/CdTe太阳能光伏组件，该组件包含自下而上依次设置的玻璃衬底101、透明导电氧化物薄膜层102、N-CdS窗口层103、P-CdTe吸收层104、背接触层105与背电极层106；玻璃衬底101朝向反射模式用分光镜9。

反射模式用分光镜9自左至右呈45°倾斜设置，其可透过太赫兹脉冲的一面朝向光电导发射器8，可透过太赫兹脉冲且可以反射来自待测组件10的太赫兹脉冲的一面朝向光电导探测器11。

飞秒激光器1和分光镜3的光路上设有光路反射镜一2；分光镜3和聚焦镜头12的光路上设有光路反射镜六13；分光镜3和光电导发射器8的光路上依次设有光路反射镜二4、光路反射镜三5、光路反射镜四6、光路反射镜五7、光路反射镜七16。延时控制单元17设在光路反射镜三5和光路反射镜四6之间。

本实施例的实现中，设备选型规格如下：

飞秒激光器1为锁模钛蓝宝石飞秒激光器，能够产生的激光脉冲的中心波长为810nm，脉宽为100fs，重复频率为80MHz，输出功率为20mW，光斑直接约为3μm。

光电导发射器8和光电导探测器11产生和探测太赫兹波的方式均为光电导天线。

上述太阳能光伏组件隐含缺陷检测装置的检测方法，分为以下步骤：

步骤A、样品准备及安装：

将待测组件10的玻璃衬底101竖直朝向反射模式用分光镜9，调试光电导发射器8、反射模式用分光镜9、待测组件10、光电导探测器11之间的相对位置，使待测组件10设置在光电导发射器8的焦平面上，接收来自光电导发射器8产生的太赫兹脉冲，并经过反射模式用分光镜9反射给同样处于焦平面的光电导探测器11，待测组件10通过可移动的二维扫描平台上下移动，以达到对待测组件10逐点扫描的目的。

步骤B、缺陷检测：

打开飞秒激光器1，产生的飞秒激光激发太赫兹脉冲，在分光镜3的作用下，分两路前进，太赫兹脉冲在泵浦光路系统的通路中通过光路反射镜六13和聚焦镜头12直接将带有时域信号、频域振幅与相位信息的太赫兹脉冲送入光电导探测器11。

太赫兹脉冲在探测光路系统的通路中通过延时控制单元17，即光路反射镜二4、光路反射镜三5、光路反射镜四6、光路反射镜五7、光路反射镜七16进入光电导发射器8，经反射模式用分光镜9进入待测组件10，入射到待测组件10上的太赫兹脉冲扫描后将带有时域信号、频域振幅与相位信息的太赫兹脉冲通过反射模式用分光镜9反射给光电导探测器11。

光电导探测器11接收到两路太赫兹脉冲，并将带有时域信号、频域振幅与相位信息的太赫兹脉冲转化为相应的电流信息，再传到锁相放大器14，得到太赫兹脉冲信号在光电导天线上的驱动电流大小和方向，同时通过降噪和放大，提高信噪比，再将信息传送给采集终端15。

不断移动待测组件10，重复以上步骤，对待测组件10进行全方位的二维扫描，并存储光电导探测器11采样得到的太赫兹脉冲时域波形，得到的扫描结果进入步骤C中收集与处理。

步骤C、数据收集及处理：

采集终端15将步骤B中收集的所有信号进行分析处理，即将太赫兹脉冲时域波形进行傅里叶变换，可以得到频域的三维矩阵数据，在信号处理过程中选择时域脉冲的时间位置幅值、时域最大值和延迟时间成像，频域选择频点的幅值和所有频点幅值叠加值成像。

以上对样品进行成像检测并获得频域的三维矩阵数据建立数据库，并作为步骤D的运行依据。

步骤D、结果应用：

新的需要检测的叠层CdS/CdTe太阳能光伏组件样品,将其定义为样品A，对样品A重复步骤A-步骤C进行检测，并用步骤C中建立的数据库反向判断样品A隐含缺陷的类型、缺陷的程度以及缺陷的参数。

具体的：步骤C中对样品进行成像检测并获得频域的三维矩阵数据的对应性如下：

（a）当存在碎片缺陷时，碎片缺陷断裂处的缺陷走势与含有隐含缺陷的叠层CdS/CdTe太阳能光伏组件的主栅极线相交，形成一定的角度，同时碎片缺陷断裂处是呈不规则的曲线走势；

反向操作就能判断出样品A是否存在碎片缺陷，以及碎片缺陷的类型、碎片缺陷的参数、碎片缺陷的程度。

（b）当存在裂纹缺陷时，裂纹缺陷的缺陷处呈现不规则的曲线走势，当裂纹的数量较多时，会呈现树状裂纹，当树状裂纹存在时，其时域信号的幅值差和频域信号的幅值差会在某一竖直或水平方向上呈现短时间快速变化；

反向操作，就能根据样品A的内部太赫兹时域信号、频域振幅与相位进行快速成像和图像重构技术，获取该组件样品的2D或3D的太赫兹图像，从而判断样品A是否存在裂纹缺陷，并判断裂纹缺陷的类型、裂纹缺陷的参数、裂纹缺陷的程度。

（c）当存在断栅缺陷时，断栅缺陷的缺陷区域都是呈直线型的，时域信号幅值差和频域信号幅值差会在某一竖直或水平方向上呈现出规律的变化;

反向操作，就能根据样品A内部太赫兹时域信号、频域振幅与相位进行快速成像和图像重构技术，获取含有隐含缺陷的叠层CdS/CdTe太阳能光伏组件2D或3D的太赫兹图像，从而判断样品A是否存在断栅缺陷，并判断栅缺陷的类型、断栅缺陷的参数、断栅缺陷的程度。

（d）当存在黑片缺陷时，会出现区域型缺陷，即一块区域整体出现与正常区域不同的特征。

反向操作，就能根据样品A的内部太赫兹时域信号、频域振幅与相位进行快速成像和图像重构技术，获取该组件样品的2D或3D的太赫兹图像，从而判断样品A是否存在黑片缺陷，并判断判断黑片区域的面积和黑片的程度。

Claims (8)

1.一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置，其特征在于，包括：沿太赫兹脉冲通路自左至右设置的飞秒激光器（1）和分光镜（3）、并列设置在分光镜（3）之后的探测光路系统和泵浦光路系统，还包括互相连接的锁相放大器（14）、采集终端（15）；

所述探测光路系统包括沿光路自左至右依次设置的延时控制单元（17）、光电导发射器（8）、反射模式用分光镜（9）、待测组件（10），所述反射模式用分光镜（9）上方设有光电导探测器（11）；

所述泵浦光路系统包括聚焦镜头（12），所述聚焦镜头（12）设置在光电导探测器（11）上方；

所述光电导探测器（11）连接锁相放大器（14）。

2.如权利要求1所述的一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置，其特征在于：所述待测组件（10）设置在光电导发射器（8）的焦平面上，接收来自光电导发射器（8）产生的太赫兹脉冲，并经过反射模式用分光镜（9）反射给同样处于焦平面的光电导探测器（11），所述待测组件（10）通过可移动的二维扫描平台上下移动，以达到对待测组件（10）逐点扫描的目的。

3.如权利要求1或2所述的一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置，其特征在于：所述反射模式用分光镜（9）自左至右呈45°倾斜设置，其可透过太赫兹脉冲的一面朝向光电导发射器（8），可透过太赫兹脉冲且可以反射来自待测组件（10）的太赫兹脉冲的一面朝向光电导探测器（11）。

4.如权利要求3所述的一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置，其特征在于：所述飞秒激光器（1）和分光镜（3）的光路上设有光路反射镜一（2）；所述分光镜（3）和聚焦镜头（12）的光路上设有光路反射镜六（13）；所述分光镜（3）和光电导发射器（8）的光路上依次设有光路反射镜二（4）、光路反射镜三（5）、光路反射镜四（6）、光路反射镜五（7）、光路反射镜七（16）。

5.如权利要求1所述的一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置，其特征在于：所述延时控制单元（17）设在光路反射镜三（5）和光路反射镜四（6）之间。

6.如权利要求1所述的一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置，其特征在于：所述待测组件（10）为叠层CdS/CdTe太阳能光伏组件，该组件包含自下而上依次设置的玻璃衬底（101）、透明导电氧化物薄膜层（102）、N-CdS窗口层（103）、P-CdTe吸收层（104）、背接触层（105）与背电极层（106）；玻璃衬底（101）朝向反射模式用分光镜（9）。

7.如权利要求1所述的一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置，其特征在于：所述飞秒激光器（1）为锁模钛蓝宝石飞秒激光器，能够产生的激光脉冲的中心波长为810nm，脉宽为100fs，重复频率为80MHz，输出功率为20mW，光斑直接约为3μm。

8.如权利要求1所述的一种太阳能光伏组件隐含缺陷的检测装置，其特征在于：所述光电导发射器（8）和光电导探测器（11）产生和探测太赫兹波的方式均为光电导天线。

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