太陽能電池板的質量檢測

1、太陽能電池板的質量檢測能源消處不在*応対尸工業(yè)發(fā)展社會生活來說至關重要.化石童源蜃不可再牛，施源它石哩敵17力年的時間才能形成訂012年全球能源市場在價格上仍然保持高位*而不穂定的價格波動反映了與直緊密聯(lián)系的供求關系.由于發(fā)展中國家強有力的經濟發(fā)展旦及人【丨不斷擴人*世界能源消擔仍將持續(xù)爆炸性壇尺.所以必須開始全面審視世界化石能源的使用.現如今.全球范國內廣泛討論能源安全.能源貿易和薦代能源等問題.并且能源問題與可持續(xù)發(fā)展道路密切相關”它將推動開發(fā)和部署更清潔的能源技術占可再生能源技術將有助于改S壞境問制,任過去的五年時間里可再生能源的成本柳格已經持續(xù)卜“降.注果叫傾域.山場匕經可以負擔得起町

2、再生能源的花銷.不過在與傳統(tǒng)能源竟爭時價格仍然比較高這也說明可再空能源仍仃研究和發(fā)展的空電能是垠通用的能癡形式.只啞仃陽朮腮罐木陽能電池I.就能產定電能*這將幫助我們減少時傳統(tǒng)能瀝的依幟。&陽能電池足-種能繞過熱力學發(fā)電和機械垸電na將太陽能轉化為電能的設備。k陽能電池被打包成光伏模塊，通過電路相連組成太陽能電池陣列“中國的龍陽能電池企業(yè)垠近幾年發(fā)展非常運速*各種新型材料的電池類型層出不窮。截止到2012年底*全球龍陽能電池產量預計將達到42.7SGW.十血止伏產業(yè)的仁（曲鋼;問觀上如何浜別切；1能電池的機戚和印刷；Mi比如絲網印刷過程中山施力不均導致晶片上產生微裂隙,網扎堵塞導致櫥線

3、粘連，電極斷線、凹如凸起等“一般來說斷裂足由于獲得的能眾超過材料本身抵抗變羽的阻力“硅晶片的斯裂/Eiii幾丨年里已有相關的妍究叫平而上裂紋傳&的最低斷裂施戰(zhàn)攔nr.足崔面能吊:密度的兩倍匕郷仃缺陷的引材料柚斷裂所需的能慣點至更低【也晶片碎裂以及印刷缺陷呑農陽能電池制造過程中是一個高成本的問題.冇缺陷的品片進入到2、陽能電池模塊中痔導致址終光伏陣列的先效。在牛.產T序中肓缺陷的晶片在附加應力的作用下裂紋會繼續(xù)延忡，很容易在太陽能電池中產生徽弱的復合電；特別是晶片在印刷了金屬后會產生嚴重的歐姆分流。因此.對£陽能電池中的缺陷進行在線實時檢測顯得至關重嬰，它不僅能夠在圧壓的提高產

4、詁的成胡率，還能減少問題產陽流入市場*目前為了降低生產成本以及妳補煤料的短缺.單晶氐和多晶硅丹的切片厚度已經降到150gm.卅的甦余弾性應力衣規(guī)口級租話.在加工和虹理時很難預測.通常缺陷在切割硅棒丫硅片印劇階段產主丫這些冇缺陷的硅片被當做正常的產品進入下面的工序.比如氐陽能電池的組裝.毎年大約有0.5%的未被檢出的缺陷硅片進入到最終產陽松塊屮，造成門（A：的損氏対提高&陽能電辿制造的效益比伏產業(yè)石耍汁農個專門的檢測和廣量控制的工JI井集成到生產過程中。Dallas在2006年認為嵌入生產線的質量檢測工具應該滿足以卜兒個條件叫(1)在硅棒切割后拒絕有裂紋的硅片進入后續(xù)的工序中.(2)在印

5、刷后識別出仃缺陷的硅片，如柵線斷開，電極斷線，裂紋等，并避免裂紋在生產線上繼續(xù)擴人。(3)在衣壓成模塊前識別出有缺陷的硅片以避免電池板效率降低及產品返工。檢測丁貝至少要擁有以F特性：高速的數據采集和分析，能夠匹配生產線上丿、約毎個硅片2秒的存吐速率。(2)高度的町靠性和丁作周期(3)很容易集成到一個皮帶弍傳送設備或硅片單元測試站上用戶友好型算法及很小的謀報率。有越來越多何關硅片質晟檢測的實驗結果發(fā)表，其中人藝數采用了圖像技術。比較令人關注的仃光學透視法的,光致熒光法，電致熒光法叫紅外鎖相超聲波熱圖法，沖擊測試法兇，掃描聲音顯微法阿，超聲波共振法I®。經過調査和研究，在表1-1中我們以

6、裂紋為例比較了幾種不同的檢測方法，并在下文中簡要介紹。農裂紋檢測方法的比較方法優(yōu)勢不足掃描聲音顯微法高分辨率/10pm硅片必須浸入水中11采集數據時間高F10分鐘/片紅外鎖相超聲波熱圖法高分辨率/低Flmm釆集數據時間高于1分鐘/片】光致熒光高吞吐駅，快速成像緊貼的裂縫會由于衍射極限而被漏檢說光學透視法高吞吐量,高靈敏度不適用J封閉的裂紋和背接觸電池2冋沖擊測試高吞吐鼠可檢出的最小裂紋長度高于25mm超聲波共振法高吞吐量(v2.0秒晶片),適用J在線控制不同晶片的共振頻率各不相同，閾值不易確定光學透視法光學透視法在本世紀初由徳國康斯坦茨大學提出,他們認為作為一個晶片或成品太陽能電池的檢測匚具,

7、吞吐率達到2500片/小時是可行的2)。在光學透視法中,硅片置于一個廣譜閃光燈F，一個高分辨率的CCD相機用來檢測透過硅片傳輸的光,如圖1-1所示。|CCD相機濾色片|紅外光圖M允學透視裂紋檢測裝胃如圖12所示，CCD相機能夠檢測出l-5Mm的裂爼小J：1pm時則盂耍紅外光探測.單個硅片的厚度、晶體的結構等都會影響紅外光通過待測樣品圖12裂紋寬度®光學透視檢測原理爪總圖然而.由F光學衍射極限的影響硅片內部關閉的裂紋無法檢出.背鋁印刷后的晶片和太陽能電池由于金屬于擾也不適用于這種技術。光致熒光和電致熒光成像發(fā)光是個過程，種物質在吸收外部能駅后會發(fā)射出齊種不同波氏的光。不同類型的光可以通

8、過不同類型的外部能駅來區(qū)分I"】,如光致熒光（外部光線），電致熒光（電場），陰極發(fā)比（電子束）等。在允致熒）t<Photolumincsccncc.PL）這個過用中，物體吸收對見光或紫外光光了，獲得能駅變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)2）,隨厲光了躍出，物體返回到低能駅狀態(tài)。光子的吸收和發(fā)射間隔的時何極短，人約1（）納秒左右。Trupkc等人剛便用光致熒光成像技術來檢測存在缺陷的硅片.為了獲得熒光圖像,礙要使用一個15W/815nm的二極管激光器來為待測樣品提供照明。在待測樣品和致冷CCD攝像頭之間便用一個lOOOnm的長波濾通片來避免入射光影響測最的PL信號,這樣就可以分析關注區(qū)域a流子的壽命。丙

9、此,光致熒光檢測是非接觸式的并口町在不同的生產階段監(jiān)控硅片載流子壽命。作者指出,數據采集時間為l5s井且分辨率達到130pm。使用電致熒光成像也i>J以分析少數載流子的擴散長贋:分傷。電致發(fā)（EIcctrolumincsccncc,EL）是由?半導體材料中電子和空穴巫組產生輻射而發(fā)光叫受激發(fā)的電J'釋放出他們的能駅作為光（光了）。Fuyuki筈人I綱已經發(fā)現發(fā)射光的強度分布與硅活動層中少數叔流子的擴散長度一致硅片發(fā)射出的紅外光由致冷CCD攝像頭在300-lOOOnm范圍內收集。發(fā)射光的強度與擴敬長度呈線性増長的關系卩“,分辨率為250am,如圖13所示。然而,光致熒光法由于光的衍

10、射極限繆響，無法檢出閉合的裂紋；電致熒光法只有在櫥線、電極印刷燒結后才能加載電壓進行檢測并且屬J：接觸式檢測方法，可能損壞硅片。1-3絲網卬刷的A陽能電池電致發(fā)光圖像1.23掃描聲音顯微法在工業(yè)中使用超聲波技術大約可以追溯到2()世紀初聲波的頻率超過20kHz的被稱為超卅波，內為其超出了人類聽覺的聲波頻率上隕。超聲波技術廣泛運用J：軍事和醫(yī)學.例如趙聲無損診斷醫(yī)學成像技術,它可以町視化肌肉，肌腱和內部器官,包括它們的人小，結構和任何病變，這些完全是基于聲學現歩.1974年Lemons和Quale在斯坦福人學首先提出了扌I描聲斤顯微法(scanningacousticmicroscope,SAM

11、)1221.不過在20”t紀50年代，超聲打描就C經用J：無損檢測。雖然光伏企業(yè)在硅片和太陽能電池的檢測中使用SAM技術時間不長,但是在集成電路產業(yè)，SAM已經得到廣泛的應用。SAM是一個聚焦熨脈沖阿波顯微鏡，它能發(fā)射和接收樣品反射冋來的超聲波脈沖叫傳感器中的壓電晶體能夠生成超聲波脈沖,掃描的時間從兒秒鐘到幾分鐘不等,這上要取決J：所翌求的分辨率和掃描的面積。因為超聲波対常度變化很敏感所以能檢測出孔隙和裂紋等缺陷。由于SAM掃描需要耦合介質,所以大部分的檢測在水槽中進行.SAM是一種能夠對待測樣品內部進行無損檢測的方法，圖像屮失克的區(qū)域是由J-缺陷硅片中的聲阻抗不連續(xù).聲阻抗是指單位面枳上聲壓

12、與通過該面枳質子速度的比叫可以表示為:乙=Q*XZi是指第i材料層的聲阻抗,5是指第i材料層的密度,叫是指第i材料層的音速。反射信號的量級和傳播的時間能夠反映出材料中的關鍵信息。SAM已經被證實能夠精確地識別硅片和半加I：太陽能電池中的裂紋,它可以確定裂紋的JI-體方位并能夠兀最分析他們.如圖14所示的SAM圖像中，160mmx160mm的太陽能電池片中裂紋的總長人約lOOmnu然而，SAM處理毎個晶片需耍20分鐘來建立樣本和采集數據，這很顯然不是一種在線檢測方式。不過通過SAM釆集的樣本集是非常有用的,它可以用來校準和驗證其他裂紋檢測新方法的準確性。圖1-4包含裂紋的太陽能電池SAM圖像12

13、4超聲波共振法趙聲波共振法3依靠硅片振動特征的變化能夠快速并準確地探測裂紋.Dallas126-271等人認為這種變化是由丁裂紋使硅片的物理性質發(fā)生改變而引起的。如圖15所示，裂痕長度的増加會導致頻率峰的降低以及峰寬度的増加。無裂紋1'|6】nmS紋34inin®l紋o|t.(頻率Hz圖15硅片的共振頻率響應曲線當用超生波共振法對新尺寸的片產進行檢測時,為了準確定位合適的共振峰，要進行全頻譜測最。在寬頻范閑內激發(fā)硅片共振，以此來定義硅片自身的共振頻率。這些峰區(qū)別j:其它峰的特征是:頻帶寬，振幅人。一口共振峰被鎖定，便可以進一步測最同批次的其它硅片以此來尋找介適的判別閾値。一系列相同幾何尺寸的硅片通過對比共振蜂的性質便«IJ以很快檢測出包含裂紋的硅片。