太阳能电池片的平整度检测
供稿：凌云光技术股份有限公司
- 关键词：电机,步进电机,直线电机,单片机
- 摘要：凌云公司基于3D图像技术的1394相机应用在太阳能电池片的曲度测量从而带来成本的节约。
基于3D图像技术的1394相机应用在太阳能电池片的曲度测量从而带来成本的节约。
20世纪60年代.最初被应用在卫星的供电系统，由于降低成本的晶圆生产，太阳能电池已经成功在其他一些地区，尤其是偏远的私人住宅，抽水站，以及电信网络设施。随着进一步的成本降低以及政府的补贴政策，太阳能发电对于私人住宅和大型生产基地也产生了很大的吸引力。作为最大并且发展最快的能源部分之一，据统计，光伏太阳能市场在过去几年中保持了约40-60 ％的平均增长率。
在晶体硅太阳能电池的生产，使用的材料无非多晶硅或单晶硅。多晶硅材料是由铸造方法制成，单晶硅制备是一个提拉生长的过程。 之后刨锭切片形成晶圆，经过掺杂形成p / n结。然后由丝网印刷金属厚膜贴到晶圆形成电极。虽然许多公司都参与了全球太阳能产业的生产的研发，但只有少数大公司可以制造晶片，电池和太阳能电池板的模组。 Thor Vollset ，Tordivel公司首席执行官说： “从硅锭到成品太阳能电池板，自动化和测试产品质量的需求是一直存在的。 ”虽然基于视觉检测系统可用来检测划痕和碎边，其他也有用来测量晶圆的厚度。从Tordivel独立出来的Tordivel Solar公司研发的检测设备旨在测量晶圆或太阳能电池的曲度（见图1）。
图1 Tordivel solar研发的机器视觉系统 ，用来测量太阳能硅片的曲度。
Vollset说： ” 在模组的工序前，对于太阳能电池片必须进行统一性测试。 因为这些晶圆的运输生产过程中通过对皮带驱动传送带，任何非均匀或曲度都会导致只有180微米厚的晶圆在生产过程中的破损。 而由于技术的升级当晶片厚度达到100微米的时候，可以预计破损率将会增加。 “而结果是停止生产以及废料的大量产生。通过测量曲度，可以有效的减少曲度所带来的影响。
在德国斯图加特举办的Vision 2008， Tordivel展示的离线的机器视觉系统，旨在测量太阳能电池片的曲度。“离线系统需要一个操作员手动加载每个晶圆，” Vollset说 “生产版本的系统将允许晶圆通过生产线自动拍摄和统一衡量，也就是一个在线检测系统” 。 Vollset和他的同事开发出一种系统，采用了三维成像技术来衡量晶圆的一致性。在晶圆被置于系统下方，StockerYale公司的Lasiris激光将发射11个细激光线到晶圆表面。 两个Flea2 140万像素相机分别与竖直方向成30 °放置，用来捕捉两个图像投影线（见图.2 ） 。 图像通过PCI – Express的1394采集卡传输到个人电脑主机上。
图2 采用了三维成像技术来衡量晶圆的一致性
由于两台相机以及线性结构激光之间的夹角已知，三角测量的方法可以用来确定相对高度晶圆沿激光线剖面。虽然一个的激光/相机组合可以用来完成检测功能” Vollset说：“但使用两个摄像头，我们就可以得到两组数据，并通过比较测量，从而提高精度。“项目的图像处理软件选用了Tordivel自己的Scorpion Vision 6.3中的三维测量工具。
为了生成晶片的三维图像，两张图像上面的各自11条结构光都要计算10个采样点。这样形成了110高度点均匀分布在晶圆上的两张图像（见图3 ）。这些具有高度信息的点，将被转换为像素并由此产生一个三维点云，提供了X和Y位置的测量整个晶圆及其高度（z）的信息，三维图像还显示在电脑显示器上。
要确定晶圆的一致性，自动生成一个蓝色的边框，以涵盖所有的点的三维点云。然后随机抽取20点以确定一个平面。通过执行1000次随机抽取，10个最优的拟合平面将被存储，之后通过最优算法取得一个最佳平面（通过在该平面上的点最多的那个来确定平面）。在此过程完成后，测量晶圆的曲度就很简单了，因为所有需要的是计算只是最远点到平面两端的距离。 偏差的结果就可以用灰阶强度图来表示晶圆的曲度。系系统的测量速度可以达到1秒/片。
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