一種太陽能電池片制絨質量檢測方法與流程

本發明涉及太陽能電池片檢測領域，具體涉及一種太陽能電池片制絨質量檢測方法。

背景技術：

太陽能電池是一種利用光電效應，在半導體上將吸收到的太陽光轉化成電能的器件。隨著化石能源的不斷減少和環境惡化的不斷加劇，以太陽能為代表的可再生能源的發展受到越來越多的重視。目前，已經發展出許多種類的太陽電池，按照使用的基本材料不同，太陽電池可分為硅太陽電池、化合物太陽電池、染料敏化電池和有機薄膜電池幾種。其中，晶硅太陽電池是發展最快且最為成熟的一類，目前實驗室的最高效率可達25%。太陽電池的光電轉化效率和使用壽命是評價太陽電池性能的重要指標，它們會受到多重因素的影響，如組建太陽電池的基底材料，另外，太陽電池的結構也會起到一個重要影響，例如為了增加太陽電池的陷光能力，會在硅基底的太陽電池上表面進行制絨，因此，對太陽電池的檢測是評價太陽電池質量的重要途徑。

一般來講，晶硅太陽電池的生產流程主要有：清洗制絨、擴散制結、周邊刻蝕、蒸鍍減反射膜、印刷電極、燒結、分類檢測。其中，裸硅片制絨的目的是減少光的反射率，提高短路電流，最終提高電池的光電轉換效率。對于單晶硅來說，制絨是利用堿對單晶硅表面的各向異性腐蝕，在硅表面形成無數的四面方錐體。對于多晶硅，利用硝酸的強氧化性和氫氟酸的絡合性，進行氧化和絡合剝離，導致硅表面發生各向同性非均勻性腐蝕，從而形成類似“凹陷坑”狀的絨面。其中，所用溶液的濃度、比例、溫度、反應時間等會對絨面質量產生影響，從而影響最終電池的效率和壽命。如何評價硅片的制絨效果對于太陽電池的生產至關重要。

通常情況下，可通過硅片的反射率和絨面均勻性來評價其制絨效果，反射率越小、絨面越均勻，其制絨效果越好。目前，常用到的測試儀器有分光光度計和掃描電鏡（sem），分光光度計用于檢測硅片反射率，掃描電鏡（sem）用于觀察絨面均勻性，上述這些方法不僅需要對樣品進行特殊處理，損壞硅片，且儀器價格昂貴，操作較為復雜，只能獲得單一評價參數。專利文件（申請號cn201310039276.6）公開了一種太陽能電池片絨面特性檢測儀，其由圖像采集系統、自動或手動控制與微調機構和內含檢測軟件的計算機及工作臺組成，所述自動或手動控制與微調機構包括多個電機、手輪以及導軌，不僅結構復雜，使用不方便，且只能得到絨面圖像信息，無法獲得硅片反射率信息。

技術實現要素：

本發明的目的就是提供一種太陽能電池片制絨質量檢測方法，以解決現有方法無法同時獲得絨面均勻性與反射率信息，檢測成本高，損壞硅片的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種太陽能電池片制絨質量檢測方法，包括以下步驟：

a、在待測制絨硅片上確定檢測區域；

b、用oct系統對檢測區域進行掃描，得到檢測區域的三維圖像；

c、對得到的三維圖像進行處理得到絨面的均勻性情況，包括以下步驟：

c-1、采用邊界識別算法從三維圖像中提取出制絨硅片的上表面圖像，并找到制絨表面的最低位置作為基準面；

c-2、通過邊界識別算法找到制絨表面的局部極大值作為金字塔峰的位置，并以基準面為參考統計出峰的高度；

c-3、整理出各金字塔峰高度的比例，得到檢測區域內峰高的分布情況；

c-4、通過若干不同位置的檢測區域內峰高的分布情況，得到制絨硅片上絨面的均勻性情況；

d、對檢測區域的三維圖像進行處理得到制絨硅片的反射率信息，包括以下步驟：

d-1、將檢測區域的三維圖像沿深度方向進行平均，得到縱向的一維平均光強信號圖；

d-2、用制絨硅片上表面光強值來表征制絨硅片的反射率，其上表面光強值越小，反射率也越小；

e、通過絨面均勻性和反射率參數來評價電池片制絨質量。

每個制絨硅片選定3~5個檢測區域進行檢測。

所述oct系統掃描參數x*y*z設置為400pixel*400pixel*512pixel，對應的實際檢測尺寸為10mm*10mm*3mm。

所述oct系統設置于電池片生產線上，能夠對制絨硅片進行在線實時檢測。

本發明可以實現非接觸、無損傷、高靈敏度、微米量級分辨率、實時的檢測，大大降低了檢測成本；此外，通過制絨硅片的三維圖像不僅能夠得到絨面金字塔峰不同高度的分布情況，判斷絨面均勻性，且能夠同時得到制絨硅片反射率信息，判斷硅片陷光能力，從而更加方便和全面的判斷制絨效果的好壞。

本發明檢測時只需對制絨硅片檢測區域進行掃描即可，無需其他處理，因此可利用本發明研究制絨工藝條件參數，能夠更加方便快捷的得出最佳工藝參數結果。

附圖說明

圖1為本發明中oct系統的結構示意圖。

圖2為利用本發明實施例得到的制絨硅片上表面的絨面圖。

圖3為本發明實施例的金字塔峰的峰高分布圖。

圖4為本發明實施例不同制絨時間的制絨片上表面光強值與深度的關系圖。

圖5為紅外光譜儀側得的本發明實施例制絨片的反射率與制絨時間的關系圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。

oct系統工作原理：

oct系統包括oct測量探頭103、計算機102以及oct集成系統101，oct測量探頭103和計算機102分別與oct集成系統101相連接。oct測量探頭103包含有自聚焦掃描透鏡，oct測量探頭103通過自聚焦掃描透鏡對制絨硅片104進行激光掃描，經由制絨硅片104的后向散射光通過oct測量探頭103由oct集成系統101采集，oct集成系統101將得到的干涉光信號轉換為電信號傳輸至計算機102進行分析處理，最后得到被掃描物體的圖像數據。如圖1所示為oct系統掃描制絨硅片104的示意圖。

本發明檢測方法包括以下步驟：

a、在待測制絨硅片的不同位置上選定3~5個檢測區域進行檢測；

b、用oct系統對檢測區域進行掃描，得到檢測區域的三維圖像，oct系統掃描參數x*y*z設置為400pixel*400pixel*512pixel，對應的實際檢測尺寸為10mm*10mm*3mm；

c、采用matlab軟件對得到的三維圖像進行處理，包括以下步驟：

c-1、采用邊界識別算法從三維圖像中提取出制絨硅片的上表面圖像，如圖2所示；然后找到制絨表面的最低位置作為基準面；

c-2、通過邊界識別算法找到制絨表面的局部極大值作為金字塔峰的位置，并以基準面為參考統計出峰的高度；

c-3、整理出各金字塔峰高度的比例，得到檢測區域內峰高的分布情況，如圖3所示，橫軸表示不同的峰高，縱軸表示所占的比例，金字塔峰的高度分布越集中，則檢測區域的絨面均勻性越好；反之，越差；

c-4、通過若干不同位置的檢測區域內峰高的分布情況，得到制絨硅片上絨面的均勻性情況；

d、將檢測區域的三維圖像沿深度方向進行平均，得到縱向的一維平均光強信號圖；

e、用制絨片上表面光強值來表征制絨硅片的反射率，光強值越小，反射率越小，制絨效果越好；

f、通過絨面均勻性和反射率參數來評價電池片制絨質量。

絨面的質量會受到多種因素的影響，如所用溶液的濃度、溶液的比例、反應溫度、反應時間等。探討各個參量對制絨效果的影響及最優制絨參數范圍大小，對晶硅太陽電池制絨工序而言至關重要。利用本發明可方便快捷的進行制絨工藝參數的研究，以硅片制絨時間為例，具體步驟為：

1、挑選出同一批次生產的硅片進行制絨處理：控制除時間外其他參數相同（相同溶液濃度、相同比例、相同溫度等），制絨時間分別為10min，15min，20min，25min；

2、采集各制絨片的三維圖像，并利用本發明方法獲得不同制絨時間硅片的表面金字塔峰的高度分布圖，從而判斷出絨面的均勻性；

3、將各制絨片的三維圖像中所有a-scan平均得到一維光強信號圖；

4、通過圖像得到不同制絨時間制絨片上表面光強值，制絨的效果越好，硅片的陷光能力越強，后向散射光強越弱，得到的oct信號也會越弱。這也就是說，上表面光強值越小，反射率越小；反之，越大。如圖4所示為不同制絨時間硅片的上表面光強值，圖5為利用目前成熟的檢測技術手段（紅外光譜儀）測得上述樣品的反射率，由圖中可以看出，利用本發明檢測方法與現有技術測試結果一致。

從制絨硅片的反射率和絨面均勻性來綜合比較，可以得到最佳的制絨時間，其他的制絨條件的選擇也是如此。