用于探測硅塊內部缺陷的紅外探測裝置及探測方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于探測硅塊內部缺陷的紅外探測裝置及探測方法。該紅外探測裝置包括：紅外光源，用于發出紅外線；旋轉臺，用于放置待測硅塊；接收器，與顯示系統連接，用于接收紅外線并將紅外信息傳輸給顯示系統；還包括設置在所述紅外光源與硅塊之間的限光片，限光片由透光區和遮光區組成，透光區和遮光區間隔設置。通過在紅外光源與硅塊之間設置由透光區和遮光區間隔形成的限光片，將光源分割成數個面積小于缺陷區域的小光源，解決了在缺陷后方光線匯集導致無法準確地顯示出硅塊內部全部缺陷的問題，達到了準確探測的目的。將該紅外探測裝置用于硅塊內部缺陷的全方位探測，提高了硅塊缺陷檢測的準確度，保障了后續切片工藝的順利進行。
【專利說明】用于探測硅塊內部缺陷的紅外探測裝置及探測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能電池制造【技術領域】，具體而言，涉及一種用于探測硅塊內部缺陷的紅外探測裝置及探測方法。
【背景技術】
[0002]目前光伏行業發展迅速，多晶硅因其成本低、電池轉換效率高而成為目前光伏市場上的主流產品。在對多晶硅錠切割硅片前，首先將多晶硅錠沿豎直方向破方處理，去掉多晶硅錠的四周邊部下腳料，這樣就將多晶硅錠切割成小硅塊，小硅塊的尺寸為156mmX 156mmX錠高，如圖1和圖2所示，圖1為多晶硅錠切割成小硅塊的俯視圖，圖2為多晶硅錠切割成小硅塊的剖視圖。
[0003]由于多晶硅錠表面的雜質層含有大量碳化硅和金屬元素，使得雜質層硬度大，缺陷多，無可切片價值，因此要將可利用的硅塊切割成能制作電池的硅片，首先需要去除多晶硅錠頂部的雜質層。除了去除多晶硅錠頂部雜質層外，切割后的硅塊其內部也可能存在裂紋、硬點雜質(碳化硅)、晶體缺陷等不能制作電池的區域，如果盲目對硅塊進行切割可能會造成硅材料的浪費，因此，將硅塊切割硅片前要首先對硅塊進行質量檢測，確定雜質或缺陷等不能制作電池的區域。
[0004]為了準確地探測雜質或缺陷的位置，通常是在對硅塊清洗處理后且線切割前進行紅外探測檢測，選擇線切割前進行紅外探測檢測不僅可以減少切割時的線痕片，而且可以減少SiC斷線，由于對硅片切割過程中因雜質點導致的斷線修復是個費時費力的工作，而且并非所有斷線都能夠修復成功，因此紅外探測檢測是多晶硅片生產中不可或缺的一道工序，目前行業中主要采用紅外探測儀對多晶硅片生產中的硅塊、硅棒以及硅片的裂縫、雜質、黑點、陰影以及微晶等缺陷探測。
[0005]紅外探測的原理如下:紅外探測儀使用特定紅外光源和紅外探測器，紅外光源發射的紅外線能夠穿透200mm深度的硅塊，純硅料幾乎不吸收這個波段的波長，但是如果硅塊里面有微粒、夾雜(通常為SiC)、隱裂燈，這些雜質或缺陷會吸收紅外光，因此在成像系統中將呈現出來，而且這些圖像可以通過軟件自動生成二維圖像。
[0006]如圖3所示，目前所采用的紅外探測裝置主要由紅外光源10’、用于放置待測硅塊20’的旋轉臺以及接收成像系統構成，其中接收成像系統包括接收器30’、光電信號處理系統、圖像處理系統以及顯示器。旋轉臺用于盛放待檢測硅塊20’，由單軸伺服電機驅動，同時擁有光電編碼器的位置檢查的功能。測試時，紅外光源10’可上下運動以測試整個硅塊20’中所存在的雜質缺陷，當掃描完硅塊20’的一個側面后，旋轉臺旋轉從而帶動硅塊20’旋轉，測試另一個側面，直至測試完剖切面的四個側面為止，測試結果如圖4和圖5所示。圖4和圖5為兩個不同硅塊的紅外探測圖，其中暗點、暗區區域為硅塊20’內部存在缺陷的區域。如果硅塊2’內部存在雜質缺陷區域，通過紅外探測后，接收器30’接受到紅外線后，將圖像顯示到顯示系統的電腦屏幕上，測試人員可根據硅塊20’的掃描情況對硅塊20’的質量做出判斷，保留可切片部分，去除不可切片部位。[0007]從圖4可以看出，同樣一塊硅塊20’四面掃描后顯示出來的缺陷分布區域并不相同，一般情況下，紅外光源的面積比硅塊20’內的缺陷面積要大，這樣紅外光源邊緣光線可沿缺陷面積外邊緣傾斜入射到缺陷后面，邊緣光線可直接被感光元件所接收，感光元件接收到邊緣光線后，則直接在顯示器上顯示出圖像，就無法有效地顯示出來暗斑，導致無法檢測到缺陷。如圖6所示，只有在靠近接收器30’ 一側的硅塊20’側面附近的缺陷區域50’才能被接收器30’所接收，從而在電腦屏幕上顯示出來。而其余的缺陷區域50’由于紅外光源的面積比硅塊20’內的缺陷面積要大以及紅外光線的漫折射又成為可透光區域，如圖7所示，在接收器30’上還是會接收到此區域的折射光線，因此在電腦屏幕上顯現出來的掃描結果圖就顯示不到缺陷區域50’。
[0008]因此，對于在硅塊側面表面附近的缺陷，紅外探測結果掃描圖完全可以體現硅塊內部缺陷的分布情況，而位于硅塊水平切面中心附近的小體積晶體缺陷、硬點雜質、裂紋卻不能完全在紅外探測掃描圖中顯現清楚，因此此種紅外探測裝置和探測法無法對硅塊水平切面中心附近的缺陷和硬質雜質、裂紋等缺陷進行有效探測，如果硅塊水平切面中心附近出現缺陷區域，同樣會對后續生產產生很大的影響。
【發明內容】
[0009]本發明旨在提供一種用于探測硅塊內部缺陷的紅外探測裝置及方法，采用該紅外探測裝置可以準確有效地掃描探測到硅塊內部的缺陷區域，水平切面中心附近的小體積晶體缺陷、硬質雜質及裂紋等缺陷。
[0010]為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種用于探測硅塊內部缺陷區域的紅外探測裝置，包括:紅外光源，用于發出紅外線；旋轉臺，用于放置待測硅塊；接收器，顯示系統連接，用于接收紅外線并將紅外信息傳輸給顯示系統；還包括設置在所述紅外光源與硅塊之間的限光片，限光片由透光區和遮光區組成，透光區和遮光區間隔設置。
[0011]進一步地，透光區和遮光區為尺寸相同的方格結構或長方形結構。
[0012]進一步地，當透光區和遮光區為尺寸相同的方格結構時，方格結構的面積為S，
0.5cm2 ^ S ^ 9cm2。
[0013]進一步地，方格結構的面積為S，0.5cm2≤S≤4cm2。
[0014]進一步地，方格結構的面積S為1cm2。
[0015]進一步地，娃塊與限光片之間的距離為L, O < L ≤50mm,進一步優選地，O ≤ L ≤ 20mm,最優選地，L為0mm。
[0016]進一步地，限光片的面積大于等于硅塊的側面面積；限光片的厚度為0.5mm~IOmm,進一步優選地,限光片的厚度為3~7mm,最優選地,限光片的厚度為5mm。
[0017]根據本發明的另一方面，提供了一種利用上述任一種紅外探測裝置探測硅塊內部缺陷區域的方法，包括以下步驟:S1、在紅外光源與硅塊之間設置限光片；S2、控制紅外光源發出紅外光線探測，控制接收器收集紅外光線并將紅外信息傳輸給顯示系統；S3、控制限光片相對所述硅塊移動，使得透光區至少部分覆蓋移動前遮光區所覆蓋的區域，重復步驟S2，步驟S3執行I次或多次；以及S4、根據顯示系統的掃描圖像判斷硅塊中的缺陷區域。
[0018]進一步地，步驟S3中控制限光片相對于硅塊水平或豎直移動。
[0019]進一步地，當透光區和遮光區為方格結構時，步驟S3中控制限光片相對硅塊水平或豎直移動一個方格的距離。
[0020]應用本發明的技術方案，通過對現有的紅外探測裝置進行改進，在紅外光源與硅塊之間設置由透光區和遮光區間隔組成的限光片，該限光片將光源分割成數個面積小于缺陷區域的小光源，解決了在缺陷后方光線匯集導致無法準確地顯示出硅塊內部全部缺陷的問題，從而達到準確探測缺陷的目的。采用本發明所提供的具有限光片的裝置用于多晶硅錠破錠后硅塊內部缺陷的探測，從而保證了對硅塊全方位探測，提高了硅塊內部缺陷檢測的質量，保障了后續切片工藝的進行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0022]圖1為切割成小硅塊后的多晶硅錠的俯視圖；
[0023]圖2為切割成小硅塊后的多晶硅錠的剖視圖；
[0024]圖3為現有技術中所采用的紅外探測裝置的結構示意圖；
[0025]圖4為具有缺陷區域的硅塊的四個側面的紅外探測掃描圖；
[0026]圖5為另一個具有缺陷的硅塊的四個側面的紅外探測掃描圖；
[0027]圖6為現有技術中當缺陷區域位于硅塊上靠近接收器一側紅外探測時的狀態示意圖；
[0028]圖7為現有技術中當缺陷區域位于硅塊上靠近紅外光源一側紅外探測時的狀態示意圖；
[0029]圖8根據本發明一種典型實施例的方格結構的限光片的結構示意圖；以及
[0030]圖9采用本發明的紅外探測裝置探測時的狀態示意圖。
【具體實施方式】
[0031]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0032]為了解決現有技術中的紅外探測裝置無法掃描探測硅塊水平切面中心附近的小體積晶體缺陷、硬質雜質及裂紋等缺陷的問題，本發明提供了一種用于探測硅塊內部缺陷區域的紅外探測裝置。如圖9所示，該用于探測硅塊內部缺陷的紅外探測裝置包括紅外光源10、旋轉臺、接收器30，其中紅外光源10用于發射紅外線，旋轉臺用于放置待測硅塊20，接收器30與顯示系統連接，用于接收紅外線并將紅外信息傳輸給顯示系統，該紅外探測裝置還包括設置在紅外光源10與硅塊20之間的限光片40，如圖8所示，限光片40由透光區41和遮光區42組成，透光區41和遮光區42間隔設置。
[0033]通過對現有的紅外探測裝置進行改進，在紅外光源10與硅塊20之間設置由透光區41和遮光區42間隔組成的限光片40，該限光片40將光源分割成數個面積小于缺陷區域的小光源，解決了在缺陷后方光線匯集導致無法準確地顯示出硅塊20內部全部缺陷的問題，從而達到準確探測缺陷的目的。采用本發明所提供的具有限光片40的裝置用于多晶硅錠破錠后硅塊20內部缺陷的探測，從而保證了對硅塊20全方位探測，提高了硅塊20內部缺陷檢測的質量，保障了后續切片工藝的進行。[0034]為了達到較好的效果，透光區41和遮光區的面積小于等于缺陷區域的面積。其中缺陷區域的面積是指硅塊內的絕大多數裂縫、雜質、黑點、陰影以及微晶等缺陷所占有的區域面積，一般為0.01cm2~12cm2。
[0035]優選地，透光區41和遮光區42均為尺寸相同的方格結構或長方形結構。本發明優選上述結構，但并不局限于此，只要透光區41和遮光區42相互間隔排列且透光區41的周側被遮光區42所包圍，且遮光區42的周側被透光區41所包圍，能夠將紅外光源分割成多個小面積的光源即可。當透光區41和遮光區42的面積、形狀和尺寸相同時能夠更快速準確地對硅塊內部的缺陷區域進行探測。
[0036]如果位于硅塊的水平切面中心附近具有缺陷面積大于光源面積的晶體缺陷、硬質雜質及裂紋時，紅外光源光線經過缺陷區域時，缺陷區域遮擋住光線，必定會在缺陷區域的背光面形成暗區，也就會在顯示器上顯現出缺陷區域。當硅塊的水平切面中心附近具有缺陷面積小于光源面積的晶體缺陷、硬質雜質及裂紋時，在沒有采用限光片40的情況下，紅外光源探測時，雖然到達缺陷區域的光線被阻擋，無法被接收器所接收，但是紅外光源邊緣位置發射的光線會沿缺陷外邊緣入射到缺陷區域的背面，接收器30能夠接收到該部分光線進而傳輸給成像系統成像，導致顯示系統中顯示硅塊內部無缺陷，或缺陷區域不明顯，從而導致無法有效判定娃塊內部缺陷。
[0037]當采用本發明的限光片40時，限光片40的透光區40和遮光區42間隔排列，遮光區42的周側均為透光區41，透光區41的周側均為遮光區42，這樣即便是光源面積大于硅塊20內部的缺陷面積時，因限光片40將光源變成無數個小面積的光源，對于單一光源來說，數個小面積的光源其面積均小于缺陷區域的面積，確保缺陷區域的背光面沒有光線通過，最終確保硅塊內部的缺陷區域能夠被準確地檢測到。
[0038]根據本發明的一 種優選實施方式，當透光區41和遮光區42為尺寸相同的方格結構時，方格結構的面積為S，0.5cm2 < S < 9cm2。采用方格結構具有方便操作的優勢。如果方格結構的面積大于9cm2，則被分割后的數個小面積光源的面積有可能還會大于硅塊內部缺陷區域的面積，不利于硅塊內部區域缺陷的探測；如果方格結構的面積小于0.5cm2，會出現光線強度不足，成像系統無法準確有效地成像。進一步優選地，方格結構的面積為S，
0.5cm2 ^ S ^ 4cm2。最優選地,方格結構的面積S為1cm2。
[0039]對硅塊20內部的缺陷進行探測時，由于現有的硅塊20均為豎向較高的硅塊，為了避免由于硅塊20的高度問題造成位于硅塊20兩端的缺陷區域無法有效地成像，需要使紅外光源10沿豎直方向上下移動。可以將遮光片40設置在硅塊20上靠近紅外光源一側的硅塊20側面上，也可以使限光片40與硅塊20保持一定的距離，限光片可以由測試人員進行擺放，使其一直處于紅外光源10和硅塊20之間的位置，這樣硅塊的側面每旋轉一次，測試人員需要重新放置一次限光片40。
[0040]根據紅外光源10與硅塊20之間的距離為200~300mm，優選地，本發明將硅塊20與限光片40之間的距離L限定為O≤L≤50mm。如果硅塊20與限光片40之間的距離L大于50mm，則會導致紅外光源10發射的紅外光線經過限光片40后，由透光區41透過的光線在限光片40和硅塊20之間的區域又會形成光線分散性良好的數個大面積光源，進而無法確保硅塊內部的全部缺陷區域都能夠被有效地檢測到，對探測不利，會導致缺陷區域的判斷準確度不高。優選地，O ≤L ≤ 20.mm，最優選地，L為O。當L為O時，即限光片40設置在硅塊20上靠近紅外光源一側的側面上時，紅外光線經限光片40后被分割成數個小面積光源，此時可以更好地保持分散小面積光源的直線傳播特性，減小測試誤差，測試效果更優。
[0041]為了確保位于硅塊20內部的所有缺陷區域均可以被準確地探測到，優選地，限光片40的面積大于等于娃塊20的側面面積。如果限光片40的面積小于娃塊20的面積,則會導致硅塊20的部分區域接收到的紅外光線是未經過限光片分光的光線，這樣無法準確地探測到硅塊20內部的缺陷區域，進而影響后續的切片工藝。優選地，限光片40的厚度為0.5?10mm，進一步優選地，限光片40的厚度為3?7mm，最優選地，限光片40的厚度為5mm。如果限光片的厚度小于0.5mm,貝U在實際操作中容易損壞，如果40的厚度大于IOmm,則會增加不必要的制作成本；。
[0042]根據本發明的另一方面，還提供了一種利用上述紅外探測裝置探測硅塊內部缺陷區域的方法，包括以下步驟:S1、在紅外光源10與硅塊20之間設置限光片40 ;S2，控制紅外光源10發出紅外光線探測，控制接收器30收集紅外光線并將紅外信息傳輸給顯示系統；S3，控制限光片40相對硅塊20移動，使得透光區41至少部分覆蓋移動前遮光區42所覆蓋的區域，重復步驟S2，步驟S3執行I次或多次；以及S4，根據顯示系統的掃描圖像判斷硅塊20中的缺陷區域。
[0043]以透光區41和遮光區42為方格結構時來舉例說明:當紅外光源照射時，由于限光片40的存在，透光區41將光線分割成多個小面積光源，如果硅塊20內部的缺陷區域50正好被透光區41所遮擋，則穿過透光區41的紅外光線正好被缺陷區域所阻擋，這樣缺陷區域的背光面就不會有光線被接收器30所接收，進而顯示出位于硅塊20內部的缺陷區域，從而達到探測缺陷的目的。將限光片40相對于硅塊20相對移動一個方格后，這樣透光區41與遮光區42位置互換，原來被遮光區42所遮擋的缺陷區域變成被透光區41所遮擋，這樣就保證了硅塊20內部的所有缺陷區域能夠全部被探測到，避免了盲區的出現，使得硅塊20內的全部缺陷區域都能夠被掃描到顯示系統上。
[0044]優選地，步驟S3中控制限光片40相對硅塊20水平或豎直移動。采用水平或豎直移動有利于限光片40的透光區域在硅塊20的不同區域停留，進而保證透光區41可以覆蓋整個硅塊20的側面，確保全方位探測硅塊20內部的缺陷區域。一般采用操作人員手動控制限光片40的移動,通過控制限光片40相對于娃塊20移動,可保證位于娃塊20內的全部缺陷區域都能夠被探測到，避免了盲區的出現。
[0045]根據本發明的一種典型實施方式，當透光區41和遮光區42為方格結構時，步驟S3中控制限光片40相對硅塊20水平或豎直移動一個方格的距離。由于透光區41和遮光區42均為行并列設置的方格結構，探測時只需將限光片40相對于硅塊20沿水平或豎直方向移動一個方格的距離，就可以避免缺陷區域50由于紅外光線的漫折射又成為可透光區域的情況，進而保證了硅塊20內的所有缺陷區域50均能夠被紅外探測裝置探測到。
[0046]從以上的描述中，可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果:
[0047]通過對現有的紅外探測裝置進行改進，在紅外光源與硅塊之間設置由透光區和遮光區間隔組成的限光片，該限光片將光源發出的紅外光線分割成數個面積小于缺陷區域的小光源，解決了在缺陷后方光線匯集導致無法準確地顯示出硅塊內部全部缺陷的問題，達到了準確探測的目的。因此，采用本發明所提供的具有限光片的裝置用于多晶硅錠破錠后硅塊內部缺陷的探測，從而保證了對硅塊全方位探測，提高了硅塊內部缺陷檢測的質量，保障了后續切片工藝的進行。
[0048]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于探測硅塊內部缺陷區域的紅外探測裝置，包括: 紅外光源(10)，用于發出紅外線； 旋轉臺，用于放置待測硅塊(20)； 接收器(30)，與顯示系統連接，用于接收紅外線并將紅外信息傳輸給顯示系統； 其特征在于，還包括設置在所述紅外光源(10 )與所述硅塊(20 )之間的限光片(40 )，所述限光片(40)由透光區(41)和遮光區(42)組成，所述透光區(41)和所述遮光區(42)間隔設置。
2.根據權利要求1所述的紅外探測裝置，其特征在于，所述透光區(41)和所述遮光區(42)為尺寸相同的方格結構或長方形結構。
3.根據權利要求2所述的紅外探測裝置，其特征在于，當所述透光區(41)和所述遮光區(42)為尺寸相同的方格結構時，所述方格結構的面積為S，0.5cm2 ≤ S ≤ 9cm2。
4.根據權利要求3所述的紅外探測裝置，其特征在于，所述方格結構的面積為S，0.5cm2≤ S≤4cm2。
5.根據權利要求4所述的紅外探測裝置，其特征在于，所述方格結構的面積S為1cm2。
6.根據權利要求1所述的紅外探測裝置，其特征在于，所述硅塊(20)與所述限光片(40)之間的距離為L,0 ≤ L≤50mm,進一步優選地,O ≤ L ≤ 20mm,最優選地，L為0mm。
7.根據權利要求1所述的紅外探測裝置，其特征在于，所述限光片(40)的面積大于等于所述娃塊(20)的側面面積；所述限光片(40)的厚度為0.5mm~IOmm,進一步優選地,所述限光片(40)的厚度為3~7mm,最優選地,所述限光片(40)的厚度為5mm。
8.一種利用權利要求1至7中任一項所述的紅外探測裝置探測硅塊內部缺陷區域的方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、在紅外光源(10)與硅塊(20)之間設置限光片(40)； 52、控制所述紅外光源(10)發出紅外光線探測，控制接收器(30)收集紅外光線并將紅外信息傳輸給顯不系統； 53、控制所述限光片(40)相對所述硅塊(20)移動，使得透光區(41)至少部分覆蓋移動前遮光區(42)所覆蓋的區域，重復步驟S2，所述步驟S3執行I次或多次；以及 54、根據所述顯示系統的掃描圖像判斷所述硅塊(20)中的缺陷區域。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中控制所述限光片(40)相對于所述硅塊(20 )水平或豎直移動。
10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，當所述透光區(41)和所述遮光區(42)為方格結構時，所述步驟S3中控制所述限光片(40)相對所述硅塊(20)水平或豎直移動一個方格的距離。
【文檔編號】G01N21/88GK103592311SQ201310610942
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】潘家明, 何廣川, 陳艷濤, 呂耀輝 申請人:英利集團有限公司