一种基于太阳电池的POLY-SI膜厚测试装置的制作方法

一种基于太阳电池的poly-si膜厚测试装置
技术领域
1.本实用新型涉及太阳电池膜厚测试技术领域，具体而言，涉及一种基于太阳电池的poly-si膜厚测试装置。


背景技术：

2.晶硅太阳电池相比非晶硅电池，仍作为光伏行业发电的主流，其电池种类如perc电池，top-con电池，ibc电池等分别在市场占据不同的比重，目前top-con太阳电池因其效率已超过25％，占据主导地位，从工艺上，top-con太阳电池采用新型钝化技术，首先在电池背面制备一层1～2nm的隧穿氧化层，然后再沉积一层掺杂多晶硅，二者共同形成了钝化接触结构，为硅片的背面提供了良好的界面钝化，具体膜层结构为si、siox和poly-si，其中poly-si膜层厚度一般在100-140nm之间，不同厚度的poly-si膜层不仅对于电池片的发电性能有很大的影响，而且也与生产成本息息相关，因此对于poly-si膜层的厚度监测就尤为重要。
3.目前，满足测量poly-si膜厚的设备主要有两类：一是反射式膜厚测量仪，二是椭偏仪，两者原理不同：
4.椭偏仪：通过测量光波经样品反射后偏振态的变化来获得样品的信号，可测量膜层厚度d、折射率n和消光系数k，或者直接测量固相材料的折射率n和消光系数k；
5.反射式膜厚测量仪：一般是利用白光干涉的原理，通过测量光波经样品反射后幅值(或者说光强)的变化来获得膜层的厚度d、折射率n和消光系数k信息。
6.并且两者适用范围不同：椭偏仪，适合厚度为0.1nm到几微米的薄膜测量，其厚度测量精度可达到原子层量级，即0.1nm以下；反射式膜厚测量仪适合：厚度为50nm到几十μm的稍厚些的薄膜，其厚度测量精度为1nm以上。
7.椭偏仪测量因为其快速和非接触光学测量方法，适合用来测量膜厚和折射率，但多晶硅的粗糙表面明显降低测量效果，甚至根本不能测量，而反射式膜厚测量仪其厚度测量精度较差；另外，国内光伏企业的太阳能电池片厚度测量大多采取传统的机械接触式测量，而机械接触式测量不利于高精度的测量，故难以在产线上实现对太阳电池的全检模式。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的在于提供一种基于太阳电池的poly-si膜厚测试装置，用于太阳电池镀制膜层后，在下料过程中实时监控每片膜层的厚度，为进一步满足太阳电池的膜层厚度精准性测试提供技术手段。
9.本实用新型的实施例是这样实现的：
10.本技术实施例提供了一种基于太阳电池的poly-si膜厚测试装置，包括光控主机、监测外置光路、以及分别与光控主机和监测外置光路连接的监测探头，由监测探头的监测端发出的监测光束与待测电池的待测膜层垂直；
11.光控主机，用于控制监测外置光路将监测光束传输至监测探头，接收监测光束经
待测膜层反射后形成的干涉光信号，并通过干涉光信号计算获得待测膜层的膜层厚度；
12.监测外置光路，用于基于光控主机的控制形成监测光束，并将监测光束传输至监测探头；
13.监测探头，用于接收监测光束，将监测光束垂直照射至待测膜层，获得监测光束经待测膜层反射后形成的干涉光信号，并将干涉光信号传输至光控主机。
14.本实用新型的有益效果是：通过监测外置光路形成的监测光束，并使监测探头将监测光束垂直的照射在待测膜层上，监测光束将会在待测膜层上反生反射，反射后形成的干涉光信号传回到光控主机内，光控主机从而计算获得待测膜层的厚度，以实现获得膜层厚度的目的。
15.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
16.进一步，上述光控主机包括总控制板以及与总控制板连接的光源模块、光谱探测模块和光纤接口；
17.总控制板，用于控制光源模块驱动监测外置光路形成监测光束，在监测光束经待测膜层反射后形成的干涉光信号后，控制光纤接口接收干涉光信号，并将干涉光信号传输至光谱探测模块，驱动光谱探测模块调制干涉光信号，接收调制后的干涉光信号并根据调制后的干涉光信号计算获得对应的膜层厚度；
18.光谱探测模块，用于接收光纤接口接入的干涉光信号，对干涉光信号进行调制，并将调制后的干涉光信号传输至总控制板；
19.光纤接口，用于接收监测探头传输的干涉光信号，并将干涉光信号传输至光谱探测模块。
20.采用上述进一步方案的有益效果是：通过光源模块、光谱探测模块和光纤接口构成的光控主机，实现获得干涉光信号并通过干涉光信号获得膜层厚度的目的。
21.进一步，上述监测外置光路包括光源和传输光纤，光源的输出端连接传输光纤的输入端，传输光纤的输出端连接监测探头。
22.采用上述进一步方案的有益效果是：光源和传输光纤构成的监测外置光路，实现获得监测光束并将监测光束传输至监测探头的目的。
23.进一步，上述光控主机还包括电源模块，电源模块，用于为总控制板、光源模块、光谱探测模块和光源供电。
24.采用上述进一步方案的有益效果是：提高整体测试装置的实用性和便捷性。
25.进一步，上述光控主机通过通信接口还连接有接近开关，光控主机，还用于通过接近开关监测待测电池是否在监测探头的有效监测范围内。
26.采用上述进一步方案的有益效果是：以获得监测待测电池是否在监测探头的有效监测范围内的结果，判断是否符合监测膜层厚度的条件。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
28.图1为本实用新型实施例中膜厚测试装置的连接示意图。
具体实施方式
29.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
32.此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
33.实施例
34.本实施例提供一种基于太阳电池的poly-si膜厚测试装置，包括光控主机、监测外置光路、以及分别与光控主机和监测外置光路连接的监测探头，由监测探头的监测端发出的监测光束与待测电池的待测膜层垂直；
35.其中，监测外置光路是用于形成监测光束的光路，监测探头将监测光束垂直的照射在待测膜层上，监测光束将会在待测膜层上反生反射，反射后形成的干涉光信号传回到光控主机内，通过光控主机从而计算获得待测膜层的厚度；具体地，待测膜层可以使单层膜，可以是多层膜，当待测膜层为多层膜时，由于每层膜反射形成的干涉光信号不同，因此光控主机可以从传回的干涉光信号中分辨出不同层膜，并且计算获得每层膜的厚度。
36.光控主机，用于控制监测外置光路将监测光束传输至监测探头，接收监测光束经待测膜层反射后形成的干涉光信号，并通过干涉光信号计算获得待测膜层的膜层厚度；
37.其中，光控主机是用来控制整个流程以及根据干涉光信号计算获得待测膜层的膜层厚度。
38.可选的，光控主机包括总控制板以及与总控制板连接的光源模块、光谱探测模块和光纤接口；
39.其中，光控主机即采用全光谱平行光垂直照射待测膜层，监测光束的光波会在待测膜层的第1到n层之间(待测膜层为多层时)来回多次折射、反射进而形成多个相干偏振光束，这些相干偏振光束进行相干叠加后，会发生光干涉现象，由于此时的干涉发生与薄膜厚度有关，因此通过接收反射后形成的干涉光信号，通过干涉光信号的光照强度进而得到反射率，再通过库匹配的方法在预置的库中找到与干涉光信号的光谱匹配程度最高的理论光谱，该理论光谱对应的膜厚值即为膜层的实际膜厚值；从而获得待测膜层中每一层薄膜材料的光学参数(包括厚度、折射率、消光系数等)，最终实现整体折射率和厚度的准确测量，具体如下：
40.总控制板，用于控制光源模块驱动监测外置光路形成监测光束，在监测光束经待测膜层反射后形成的干涉光信号后，控制光纤接口接收干涉光信号，并将干涉光信号传输至光谱探测模块，驱动光谱探测模块调制干涉光信号，接收调制后的干涉光信号并根据调制后的干涉光信号计算获得对应的膜层厚度；
41.光谱探测模块，用于接收光纤接口接入的干涉光信号，对干涉光信号进行调制，并将调制后的干涉光信号传输至总控制板；
42.光纤接口，用于接收监测探头传输的干涉光信号，并将干涉光信号传输至光谱探测模块。
43.监测外置光路，用于基于光控主机的控制形成监测光束，并将监测光束传输至监测探头；
44.其中，监测外置光路的主要目的为形成监测光束，并将监测光束传输至监测探头，监测探头在将监测光束垂直的照射在待测膜层上。
45.可选的，监测外置光路包括光源和传输光纤，光源的输出端连接传输光纤的输入端，传输光纤的输出端连接监测探头。
46.其中，光源即用于形成监测光束，并通过传输光纤传输到监测探头，光源可以依据测试对象的不同，可选用led光源、卤素灯光源和氙灯光源等，通过监测探头将监测光束垂直的入射到硅片或已镀膜后的太阳电池表面(待测膜层上)，需要说明的是，光纤头(监测探头)是固定在太阳电池表面(待测膜层)的正上方，以实现监测光束能够垂直的照射在待测膜层上。
47.监测探头，用于接收监测光束，将监测光束垂直照射至待测膜层，获得监测光束经待测膜层反射后形成的干涉光信号，并将干涉光信号传输至光控主机。
48.可选的，上述光控主机还包括电源模块，电源模块，用于为总控制板、光源模块、光谱探测模块和光源供电。
49.其中，通过配设的电源模块，实现为整个测试装置进行供电，从而无须外接供电电源，实现整体测试装置在使用时的便捷性。
50.可选的，上述光控主机通过通信接口还连接有接近开关，光控主机，还用于通过接近开关监测待测电池是否在监测探头的有效监测范围内。
51.其中，接近开关在使用时是固定的，而监测探头也是固定的，因此通过监测待测电池距接近开关监测端之间的距离，即能够判断出待测电池是否在监测探头的有效监测范围内；例如，可以设置一个距离阈值，当待测电池距接近开关监测端之间的距离不大于距离阈值时，获得监测待测电池在监测探头的有效监测范围内，当待测电池距接近开关监测端之间的距离大于距离阈值时，获得监测待测电池不在监测探头的有效监测范围内。
52.具体地，在获得监测待测电池是否在监测探头的有效监测范围内后，通过人工或自动化的方式对待测膜层的厚度进行监测；当采用人工方式，并且监测待测电池符合监测探头的有效监测范围内时，手动启动光源，光控主机将自动计算获得待测膜层中每一层的膜层厚度；在采用自动化的方式时，具体参见图1，整体系统设置在流水线旁，探头(监测探头)垂直流水线的传输带设置，使监测探头射出的监测光束与待测膜层垂直，通过流水线的传输带的传输和接近开关对距离的监测，传输带传输电池的过程中，当待测电池在监测探头的有效监测范围内时，测试装置将自动监测待测膜层的膜层厚度，测试装置并将监测的
结果通过工控机连接的显示器进行显示和保存，并以此反复进行，实现自动化监测的流程。
53.具体地，还可以配设与上述工控机连接的机械臂，在进行自动化监测时，对于同一批待测电池，膜层厚度是有一定要求的，例如poly-si层在80nm-250nm之间为合格产品，因此工控机将测试装置获得的膜层厚度与合格产品的厚度范围进行对比，若在合格产品的厚度范围内，则继续自动化流程；若不在合格产品的厚度范围内，则视为不合格产品，自动化流程暂停，工控机控制机械臂将不合格产品抓出后，自动化流程继续进行；其中，根据需要可以在一条流水线上增设多个测试装置，这样能针对待测电池的不同位置可采集更多信息，便于评估结果的准确性，但也需考虑实际情况，因空间大小、生产节拍等因素，监测探头的数量也不宜太多，以免影响产能。
54.具体地，本实施例提供了一种基于太阳电池的poly-si膜厚测试装置，采用全光谱平行光垂直照射多层薄膜，使得不同波长携带返回不同膜层的信号，经过计算便可获得每一层薄膜材料的光学参数；用于镀膜制造过程中在线实时监控膜厚，同时保留生产过程中的大数据，进行更好的品质把控，提升产品可追溯性，通过对膜厚的监测可以对镀膜工艺进行监控，比如当出现大批量电池片表面poly-si的厚度明显偏高时，则有可能是镀膜设备发生故障；通过全检方式，将判定的ng信号(不合格电池片)回传给自动化，机械手直接抓取出来，以此满足客户在线全检的需求。
55.对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种基于太阳电池的poly-si膜厚测试装置，其特征在于，包括光控主机、监测外置光路、以及分别与所述光控主机和所述监测外置光路连接的监测探头，由所述监测探头的监测端发出的监测光束与待测电池的待测膜层垂直；所述光控主机，用于控制所述监测外置光路将监测光束传输至监测探头，接收所述监测光束经所述待测膜层反射后形成的干涉光信号，并通过所述干涉光信号计算获得所述待测膜层的膜层厚度；所述监测外置光路，用于基于所述光控主机的控制形成监测光束，并将所述监测光束传输至监测探头；所述监测探头，用于接收所述监测光束，将所述监测光束垂直照射至所述待测膜层，获得所述监测光束经所述待测膜层反射后形成的干涉光信号，并将所述干涉光信号传输至所述光控主机。2.根据权利要求1所述的一种基于太阳电池的poly-si膜厚测试装置，其特征在于，所述光控主机包括总控制板以及与所述总控制板连接的光源模块、光谱探测模块和光纤接口；所述总控制板，用于控制所述光源模块驱动所述监测外置光路形成监测光束，在所述监测光束经所述待测膜层反射后形成的干涉光信号后，控制所述光纤接口接收所述干涉光信号，并将所述干涉光信号传输至所述光谱探测模块，驱动所述光谱探测模块调制所述干涉光信号，接收调制后的干涉光信号并根据调制后的干涉光信号计算获得对应的膜层厚度；所述光谱探测模块，用于接收光纤接口接入的干涉光信号，对所述干涉光信号进行调制，并将调制后的干涉光信号传输至所述总控制板；所述光纤接口，用于接收所述监测探头传输的干涉光信号，并将所述干涉光信号传输至所述光谱探测模块。3.根据权利要求1所述的一种基于太阳电池的poly-si膜厚测试装置，其特征在于，所述监测外置光路包括光源和传输光纤，所述光源的输出端连接所述传输光纤的输入端，所述传输光纤的输出端连接所述监测探头。4.根据权利要求2所述的一种基于太阳电池的poly-si膜厚测试装置，其特征在于，所述光控主机还包括电源模块，所述电源模块，用于为所述总控制板、光源模块、光谱探测模块和光源供电。5.根据权利要求2所述的一种基于太阳电池的poly-si膜厚测试装置，其特征在于，所述光控主机通过通信接口还连接有接近开关，所述光控主机，还用于通过所述接近开关监测所述待测电池是否在所述监测探头的有效监测范围内。

技术总结
本实用新型提出了一种基于太阳电池的POLY-SI膜厚测试装置，涉及电池膜厚测试领域；包括光控主机、监测外置光路和监测探头；光控主机，用于控制监测外置光路将监测光束传输至监测探头和接收干涉光信号，通过干涉光信号获得膜层厚度；监测外置光路，用于形成监测光束，将监测光束传输至监测探头；监测探头，接收监测光束，将监测光束垂直照射至待测膜层，和获得监测光束经待测膜层反射后形成的干涉光信号，将干涉光信号传输至光控主机；用于太阳电池膜层镀制完成后，在其下料过程中实时在线全检每片的膜层厚度，同时保留生产过程中的大数据，进行更好的品质把控，提升产品可追溯性，为进一步满足太阳电池的膜层厚度精准性测试提供技术手段。供技术手段。供技术手段。


技术研发人员：魏明军
受保护的技术使用者：无锡研谱智能科技有限公司
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/9/12