提升太阳能制造品质,以机器视觉取代人工检测坩埚

时间:2018-06-29    点击: 次     来源: EnergyTrend    

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得益于成熟技术与高成本效益比,太阳能设备量逐年高升、电价更是持续下跌,该技术正在成为世上数一数二高效能源,而挪威科学与业研究院(SINTEF)研究人员打算利用机器人来提高产品品质,进一步提升太阳能应用效率。


最佳化单晶硅制程一直以来都是 SINTEF 研究重点,目前研究员则将焦点放在检测石英坩埚(quartz crucible)上。该设备是晶铸造制程的重要耗材,为盛装晶材并进行加热的容器,得承载材料重量、耐高温,长晶结束并降温后,坩埚会破裂且必须要可轻易与矽棒分离;假如坩埚品质不好,石英结芯片在加热过程中会脱落,并黏着到单晶硅上进而降低成晶率。


SINTEF 太阳能电池研究员 John Atle Bones 表示,原料越好、太阳能电池效率就越高,这也可以同时减少太阳能制造对环境影响,因此石英坩埚品质居关键地位,然而目前坩埚品质大多只有肉眼检查担保,局限性非常大。


因此研究员打算用机器人取代人工检查,SINTEF 与挪威科技大学(NTNU)学生开发搭载众多光学检测仪器的机器人,让机器拥有超视觉和检测特性。也由于石英坩埚由不同层次结构组成、结合各种反射率和透明度,因此为检测出坩埚故障和缺陷,得深入检查、不能只靠肉眼。


Bones 表示,研发之初团队已仔细研究坩埚,确定坩埚品质与单晶硅关系。为得知两者关系,团队可说是非常粗暴的采用破坏性方法,研究员把材料粉碎、研磨并溶解,不过之后的分析也让团队确认坩埚拥有多层性质,并且与矽材品质息息相关。


目前研究人员已经成功让机器人辨识坩埚缺陷,SINTEF 新型机器人可快速且可精确扫描坩埚品质与状态,不让品质不佳的坩埚进火炉。


不过打造什么都会的感测器是个天方夜谭,因此他们结合一系列检测仪器,让仪器能够相互沟通与串联,Bones 指出,其中共焦式(confocal)白光感测器是最重要的机器之一,其可响应白光光谱中不同颜色和相对应波长。


该机器也包括高解析数码 CCD 相机,可聚焦在非常细微的点上,只要再连接到机器视觉设备,系统就能够识别材料的变化与缺陷。Bones 表示,研究目的是测量石英坩埚的曲率(curvature)和厚度。为了精确检查每一点,机器人也设有多个距离感测器,运用轨道计算让机器能连续校正检测位置。


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