太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備的製作方法
2023-05-11 06:56:46
太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備，包括機架、矽片傳送機構、雷射發生裝置、螢光成像模塊和圖像採集-處理模塊，所述雷射發生裝置、至少一個螢光成像模塊和圖像採集-處理模塊分別固設於機架上，矽片傳送機構能夠輸送待檢測矽片到達檢測位置，雷射發生裝置能夠發射垂直於矽片運動方向的雷射線並照射檢測位置的待檢測矽片，螢光成像模塊能夠對檢測位置的矽片發出的螢光信號進行探測並傳信於圖像採集-處理模塊進行分析和處理，本發明極大的提高了光致螢光成像技術對矽材料的檢測速度和最終圖像的信噪比，適合產線上的實時檢測應用。
【專利說明】太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種太陽能矽片檢測系統，特別涉及一種太陽能矽片高速線掃描光致 螢光成像檢測設備。
【背景技術】
[0002] 太陽能娃片光致突光成像（PL, Photoluminescence imaging)檢測技術是近幾年 隨著光伏產業的發展而出現的一種快速矽材料檢測技術。該技術採用大功率雷射器做激發 照明源，通過高通濾光片將螢光同雷射分離，而後採用近紅外高靈敏相機對螢光圖像進行 採集。該技術可對樣品螢光進行快速成像，能夠滿足快速檢測的要求，適合產線上的實時 檢測應用。PL可用於對不同階段的矽錠、矽片檢測，工藝階段包括：矽錠、矽片切片、制絨矽 片、擴散矽片、清洗矽片、PECVD矽片和成品電池片。應用PL技術可檢測出樣品的缺陷種類 有：黑芯、黑邊、晶界、隱裂、擴散問題、邊緣隔絕問題、漏電、燒結問題和接觸電阻問題等。
[0003] 太陽能原始矽片的光致螢光效率極低（<10~-8)，早期為了檢測這類產品，一般選 擇近紅外響應增強型矽CCD和同時加大雷射激發功率。但檢測樣品同樣為矽材料，探測器 的靈敏度曲線同矽片的螢光光譜只有很少部分重疊，因此很難提升探測效率，從而限制了 檢測速度和信噪比的提升。
[0004] 採用InGaAs圖像探測器檢測矽材料螢光，最早始自於2005年首次將光致螢光成 像引入太陽能矽片檢測領域的T. Trupke，特點是其靈敏度光譜能夠完全覆蓋矽材料的螢光 光譜，因此能夠實現快速檢測，但由於面陣InGaAs相機價格太高以及解析度不足等問題， 限制了其大規模產業化應用。相比較而言，線掃描InGaAs探測器比較成熟，在解析度和價 格方面有比較大的優勢。因此如何應用線掃描InGaAs探測器構建太陽能矽片光致螢光成 像檢測系統成為行業內的技術熱點。
【發明內容】
[0005] 為了彌補以上不足，本發明提供了一種太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測 設備，該太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備極大的提高了光致螢光成像技術對 矽材料的檢測速度和最終圖像的信噪比，適合產線上的實時檢測應用，節約生產成本。
[0006] 本發明為了解決其技術問題所採用的技術方案是：一種太陽能矽片高速線掃描 光致螢光成像檢測設備，包括機架、矽片傳送機構、雷射發生裝置、螢光成像模塊和圖像採 集-處理模塊，所述雷射發生裝置、至少一個螢光成像模塊和圖像採集-處理模塊分別固設 於機架上，矽片傳送機構能夠輸送待檢測矽片到達檢測位置，雷射發生裝置能夠發射垂直 於矽片運動方向的雷射線並照射檢測位置的待檢測矽片，螢光成像模塊能夠對檢測位置的 矽片發出的螢光信號進行探測並傳信於圖像採集-處理模塊進行分析和處理。
[0007] 作為本發明的進一步改進，所述雷射發生裝置包括雷射線照明模塊和光纖耦合半 導體雷射器，雷射線照明模塊和光纖耦合半導體雷射器通過光纖輸出頭相連接，雷射線照 明模塊能夠將光纖輸出頭輸出的雷射整形為超細、高均勻雷射線。
[0008] 作為本發明的進一步改進，所述雷射線照明模塊包括沿光線方向依次排列的球面 準直透鏡組、二向色鏡、柱面鏡陣列、負柱面鏡、第一正柱面鏡、第二正柱面鏡、柱面鏡組，其 中負柱面鏡、柱面鏡組與柱面鏡陣列、第一正柱面鏡、第二正柱面鏡的面型方向垂直。
[0009] 作為本發明的進一步改進，所述雷射線照明模塊和螢光成像模塊均放置於沒有光 線的暗室中，該暗室側壁上設有供矽片傳送機構帶動矽片進出暗室的狹縫。
[0010] 作為本發明的進一步改進，所述雷射線照明模塊和螢光成像模塊位於矽片傳送機 構同側或者異側。
[0011] 作為本發明的進一步改進，所述螢光成像模塊包括依次排列設置的線掃描InGaAs 相機、成像鏡頭和濾光片。
[0012] 作為本發明的進一步改進，所述線掃描InGaAs相機所配置的線掃描InGaAs圖像 探測器像素高度大於像素寬度。
[0013] 作為本發明的進一步改進，所述螢光成像模塊中還設有用於切換不同濾光片的濾 光片切換裝置。
[0014] 作為本發明的進一步改進，還設有矽片少子壽命測量模塊，該矽片少子壽命測量 模塊能夠對樣品螢光圖像進行校準。
[0015] 本發明的有益技術效果是：本發明通過大功率雷射均勻化窄線寬線照明模塊對樣 品的高效激發和線掃描InGaAs圖像探測器對螢光信號的高效探測，極大的提高了光致熒 光成像技術對矽材料的檢測速度和最終圖像的信噪比，適合產線上的實時檢測應用。
[0016]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明的結構原理示意圖；
[0018] 圖2為本發明的立體圖；
[0019] 圖3為本發明的雷射線照明模塊原理主視圖；
[0020] 圖4為圖3中A部放大圖；
[0021] 圖5為圖4中B部放大圖；
[0022] 圖6為本發明的雷射線照明模塊原理左視圖；
[0023] 圖7為圖6中C部放大圖；
[0024] 圖8為本發明的螢光成像模塊原理示意圖；
[0025] 圖9為本發明所採用的線掃描InGaAs圖像探測器陣列示意圖；
[0026] 圖10為本發明的濾光片切換裝置結構原理示意圖；
[0027] 圖11為本發明採用多個螢光成像模塊對樣品進行探測示意圖；
[0028] 圖12為本發明採用雷射線照明模塊和螢光成像模塊位於矽片傳送機構異側的結 構原理示意圖；
[0029] 圖13為少子壽命測量模塊對光致螢光成像進行校準原理示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 實施例：一種太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備，包括機架、矽片傳送 機構1、雷射發生裝置、螢光成像模塊3和圖像採集-處理模塊4,所述雷射發生裝置、至少 一個突光成像模塊3和圖像米集-處理模塊4分別固設於機架上，娃片傳送機構1能夠輸 送待檢測矽片到達檢測位置，雷射發生裝置能夠發射垂直於矽片運動方向的雷射線並照射 檢測位置的待檢測矽片，螢光成像模塊3能夠對檢測位置的矽片發出的螢光信號進行探測 並傳信於圖像採集-處理模塊4進行分析和處理，雷射發生裝置輸出雷射線，並照射在矽片 上激勵樣品使其均勻輻射出螢光，雷射線的方向同矽片直線運動方向垂直，螢光成像模塊3 對準此雷射線並對矽片輻射出的螢光信號進行探測，與此同時矽片傳送機構1帶動矽片水 平移動完成對整個樣品的掃描，得到整個樣品的螢光圖像，螢光成像模塊3將圖像數據傳 送給圖像採集-處理模塊4,圖像採集-處理模塊4對採集到的螢光圖像進行計算分析得出 檢測結果，判斷出樣品缺陷類型及等級，而後發送分選命令給自動化分選系統對樣品進行 分選，其中螢光成像模塊3可以採用多個，並同時對準雷射發生裝置所產生的雷射細線，各 個螢光成像模塊3對不同波段的螢光進行採集，可使得該檢測設備同時對樣品中的矽材料 螢光信號和材料雜質螢光信號分別進行成像探測。
[0031] 所述雷射發生裝置包括雷射線照明模塊2和光纖耦合半導體雷射器6,雷射線照 明模塊2和光纖耦合半導體雷射器6通過光纖輸出頭7相連接，雷射線照明模塊2能夠將 光纖輸出頭7輸出的雷射整形為超細、高均勻雷射線，採用光纖耦合半導體雷射器6作為輸 入光源，經雷射線照明模塊2對雷射器光纖輸出的發散光進行準直、濾波、均勻化和整形， 最後會聚為亮度均勻的一條細線輸出。
[0032] 所述雷射線照明模塊2包括沿光線方向依次排列的球面準直透鏡組11、二向色鏡 12、柱面鏡陣列13、負柱面鏡14、第一正柱面鏡15、第二正柱面鏡16、柱面鏡組17,其中負柱 面鏡14、柱面鏡組17與柱面鏡陣列13、第一正柱面鏡15、第二正柱面鏡16的面型方向垂 直，球面準直透鏡組11將光纖輸出頭7輸出的雷射準直，二向色鏡12對雷射光束進行低通 濾波從而消除雷射中雜光光譜成份，柱面鏡陣列13對入射平行光束進行單一方向發散和 均勻化，第一正柱面鏡15和第二正柱面鏡16對發散和均勻化後的雷射束進行準直從而形 成一條均勻的雷射線帶，負柱面鏡14對光束進行另一垂直方向發散，最後雷射線帶經柱面 鏡組17匯聚為一條均勻雷射細線到矽片上。
[0033] 所述雷射線照明模塊2和螢光成像模塊3均放置於沒有光線的暗室8中，該暗室 8側壁上設有供矽片傳送機構1帶動矽片5進出暗室8的狹縫9,暗室8可有效遮擋外界雜 光對螢光信號的幹擾和有效屏蔽高功率雷射向暗室8外部的洩漏，進而提高檢測精確度。
[0034] 所述雷射線照明模塊2和螢光成像模塊3位於矽片傳送機構1同側或者異側，位 於同側時，可使得設備體積小巧；位於異側時，可避免樣品反射的雷射進入螢光成像模塊 3 〇
[0035] 所述螢光成像模塊3包括依次排列設置的線掃描InGaAs相機18、成像鏡頭19和 濾光片20,該線掃描InGaAs相機18靈敏度曲線覆蓋矽螢光光譜範圍，並具有較高的響應 度，成像鏡頭19用於將娃片經雷射激發出來的突光信號成像到線掃描InGaAs相機18中， 濾光片20對螢光信號有較高的透過率並對雷射有較強的吸收。
[0036] 所述線掃描InGaAs相機18所配置的線掃描InGaAs圖像探測器21像素高度大於 像素寬度，其優點是便於螢光成像模塊3同雷射線照明模產生的雷射細線對準。
[0037] 所述螢光成像模塊3中還設有用於切換不同濾光片20的濾光片切換裝置22,該 濾光片切換裝置22中配有帶通濾光片20和幾種截止波長不同的長波通濾光片20,這些濾 光片20不僅可以隔絕樣品所反射的雷射，通過切換不同的濾光片20可使InGaAs圖像探測 器只接收1150nm波長附近的矽材料螢光信號，可使InGaAs圖像探測器只接收大於1200nm 波長的材料雜質螢光信號，也可使InGaAs圖像探測器同時接收矽材料螢光信號和材料雜 質螢光信號。所述的濾光片切換裝置22作用為對不同的濾光片20進行切換，但不限於其 實現方式。該濾光片切換裝置22可以為轉盤式結構，在轉盤上設置若干不同規格的濾光片 20,通過轉動轉盤使不同的濾光片20與成像鏡頭19對齊即可，也或者通過在成像鏡頭19 下設置濾光片20容置裝置，通過快速拆卸方式實現不同濾光片20的安裝和拆卸，亦或通過 滑動板式，通過抽拉實現不同濾光片20與成像鏡頭19對應，等等。
[0038] 還設有矽片少子壽命測量模塊23,該矽片少子壽命測量模塊能夠對樣品螢光圖像 進行校準。
【權利要求】
1. 一種太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備，其特徵是：包括機架、矽片傳 送機構（1)、雷射發生裝置、螢光成像模塊（3)和圖像採集-處理模塊（4)，所述雷射發生裝 置、至少一個螢光成像模塊（3)和圖像採集-處理模塊（4)分別固設於機架上，矽片傳送機 構（1)能夠輸送待檢測矽片到達檢測位置，雷射發生裝置能夠發射垂直於矽片運動方向的 雷射線並照射檢測位置的待檢測矽片，螢光成像模塊（3)能夠對檢測位置的矽片發出的熒 光信號進行探測並傳信於圖像採集-處理模塊（4)進行分析和處理。
2. 如權利要求1所述的太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備，其特徵是：所 述雷射發生裝置包括雷射線照明模塊（2)和光纖耦合半導體雷射器（6)，雷射線照明模塊 (2)和光纖耦合半導體雷射器（6)通過光纖輸出頭（7)相連接，雷射線照明模塊（2)能夠將 光纖輸出頭（7)輸出的雷射整形為超細、高均勻雷射線。
3. 如權利要求1所述的太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備，其特徵是：所 述雷射線照明模塊（2)包括沿光線方向依次排列的球面準直透鏡組（11)、二向色鏡（12)、 柱面鏡陣列（13)、負柱面鏡（14)、第一正柱面鏡（15)、第二正柱面鏡（16)、柱面鏡組（17)， 其中負柱面鏡（14)、柱面鏡組（17)與柱面鏡陣列（13)、第一正柱面鏡（15)、第二正柱面鏡 (16)的面型方向垂直。
4. 如權利要求3所述的太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備，其特徵是：所 述雷射線照明模塊（2)和螢光成像模塊（3)均放置於沒有光線的暗室（8)中，該暗室（8)側 壁上設有供矽片傳送機構（1)帶動矽片（5)進出暗室（8)的狹縫（9)。
5. 如權利要求2所述的太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備，其特徵是：所 述雷射線照明模塊（2 )和螢光成像模塊（3 )位於矽片傳送機構（1)同側或者異側。
6. 如權利要求1所述的太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備，其特徵是：所 述螢光成像模塊（3)包括依次排列設置的線掃描InGaAs相機（18)、成像鏡頭（19)和濾光 片（20)。
7. 如權利要求6所述的太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備，其特徵是：所 述線掃描InGaAs相機（18)所配置的線掃描InGaAs圖像探測器（21)像素高度大於像素寬 度。
8. 如權利要求6所述的太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備，其特徵是：所 述螢光成像模塊（3)中還設有用於切換不同濾光片（20)的濾光片切換裝置（22)。
9. 如權利要求1所述的太陽能矽片高速線掃描光致螢光成像檢測設備，其特徵是：還 設有矽片少子壽命測量模塊（23)，該矽片少子壽命測量模塊能夠對樣品螢光圖像進行校 準。
【文檔編號】G01N21/88GK104122266SQ201310155633
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月28日 優先權日:2013年4月28日
【發明者】陳利平, 李波, 裴世鈾 申請人:蘇州中導光電設備有限公司