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OCT技术在晶体硅太阳电池品质检测中的应用

作　者: 于海民
导　师: 姚晓天
学　校: 江南大学
专　业: 光学工程
关键词: OCT 3D检测图像处理制绒缺陷杂质
分类号: TM914.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 41次
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内容摘要

OCT技术是上世纪末兴起的一种新型的光探测技术，它具有微米级的轴向分辨率，探测深度达到毫米级，可以进行高速，非接触，无损检测。凭借优异的性能，OCT技术已经成熟的应用在生物医疗行业，尤其是在眼科疾病的检查和治疗中。目前，OCT技术在其它领域也有诸多尝试。OCT技术已经在材料检测，微器件生产，硅材质和塑料材质的MEMS元件质量控制，聚合物设备的检测以及珍珠检测等方面很多探索性研究。本论文尝试将这项技术应用于晶体硅太阳电池品质检测，为晶体硅电池检测提供一种新型的、高效的、实时的三维检测技术。本论文对如下内容进行了研究：首先分析对比了目前晶体硅电池检测中常用的几种显微成像仪器的优势与缺点，阐述了OCT技术应用在硅电池检测中的优势及潜力。实验使用的扫频光源OCT系统，数据处理过程中使用了很多数字图像处理技术。由于扫频光源OCT系统采用的是扫频光源和振镜采集系统，会引起信号光强随探测距离的改变而发生强弱改变，从而导致最后的成像质量下降，影响测量结果。针对此问题，本论文以由多层特种胶带组成的模型为基础，通过数据拟合对OCT图像进行光强的补偿，以保证OCT检测晶体硅电池的准确性。利用晶体硅对近红外光的弱吸收的特点，工作波长为1300nm的OCT系统能够对晶体硅有很好的3D成像效果。利用绒面，杂质以及缺陷会引起光的散射，能够清晰的被OCT捕捉到，通过合理的数据分析和图像处理方法，完成OCT对晶体硅电池的检测。被测样品涉及制绒的单晶多晶硅片，成品电池。实验内容主要分为两部分：1、关于硅片制绒质量的检测；2、关于成品硅电池缺陷和杂质的检测。关于对制绒质量检测的主要实验内容为：选取同一批次质量一致的硅片分成4组，在相同的制绒条件下对每组硅片进行不同时间的制绒，通过处理OCT图像数据，找出最优制绒时间，在检测样品片子的反射率来验证OCT实现结果的正确性。最终两者检测结果一致，证明OCT可以用于制绒质量的检测。关于对成品硅电池缺陷和杂质检测的实验主要内容为：纯净的晶体硅在OCT图像上应该是透明的，但缺陷和杂质会引起光的散射或吸收，在OCT图像上显现出来，三维的OCT图像可以沿x，y，z任意方向观察剖面，可以轻易的检测到这些缺陷和杂质，无论它们位于电池的表面或者内部。纯净的硅对1300nm的光吸收很弱，但制绒或者其它工艺过程残留在电池上的杂质，可能会吸收1300nm波长的光，在OCT图像上呈现吸收特性，表现为凸出的亮峰。通过检测同一批次，不同效率的多晶硅电池发现，效率越高的电池，吸收的峰状结构数量越少。实验结果表明OCT可以很好的，无损伤的，检测电池的缺陷和杂质。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-10
第二章光学相干层析技术综述  10-18
  2.1 光学相干层析技术的发展概况  10-12
  2.2 光学相干层析技术基本原理  12-15
    2.2.1 白光干涉原理  12
    2.2.2 迈克尔逊干涉仪  12-13
    2.2.3 低相干光源  13-14
    2.2.4 OCT系统的分辨率  14-15
  2.3 扫频光源OCT  15-16
    2.3.1 扫频光源OCT技术概述  15-16
    2.3.2 扫频光源OCT理论  16
  2.4 本章小结  16-18
第三章晶体硅电池及其形貌检测技术  18-24
  3.1 光伏发电的发展状况  18-19
  3.2 太阳电池种类和器件  19-21
    3.2.1 太阳电池材料和种类  19
    3.2.2 晶体硅太阳电池的原理和生产工艺  19-21
  3.3 晶体硅太阳电池常用的形貌检测技术  21-23
  3.4 本论文的研究目的和内容  23-24
第四章实验设备及方案  24-28
  4.1 测试设备及仪器  24
  4.2 硅片中的OCT分辨率  24-26
    4.2.1 测量原理  25
    4.2.2 测量过程  25
    4.2.3 结论  25-26
  4.3 图像数据处理  26-28
第五章扫频光源OCT图像光强补偿  28-32
  5.1 图像误差  28
  5.2 扫频光源和振镜扫频系统  28-29
  5.3 补偿实验  29-30
  5.4 结果与讨论  30-31
    5.4.1 数据处理与分析  30
    5.4.2 图像补偿  30-31
  5.5 本章小结  31-32
第六章 OCT 对单晶硅片制绒质量的检测  32-36
  6.1 检测原理  32
  6.2 实验  32-33
  6.3 结果与讨论  33-35
    6.3.1 数据处理  33
    6.3.2 实验结果  33-34
    6.3.3 测量角度的影响  34-35
    6.3.4 验证实验结果  35
  6.4 本章小结  35-36
第七章 OCT 对晶体硅电池的三维检测  36-40
  7.1 检测原理  36
  7.2 OCT 对晶体硅电池的三维形貌检测  36-37
  7.3 OCT 对晶体硅电池的缺陷与杂质的检测  37-38
  7.4 本章小结  38-40
第八章总结与展望  40-42
  8.1 总结  40-41
  8.2 创新点  41
  8.3 展望  41-42
致谢  42-43
参考文献  43-48
附录: 在攻读硕士学位期间发表论文情况  48

OCT技术在晶体硅太阳电池品质检测中的应用

内容摘要

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