提升太陽能製造品質,以機器視覺取代人工檢測坩堝

作者 | 發布日期 2018 年 06 月 19 日 14:30 | 分類 太陽能 , 能源科技 follow us in feedly

得益於成熟技術與高成本效益比,太陽能裝置量逐年高升、電價更是持續下跌,該技術正在成為世上數一數二高效能源,而挪威科學與業研究院(SINTEF)研究人員打算利用機器人來提高產品品質,進一步提升太陽能應用效率。




最佳化單晶矽製程一直以來都是 SINTEF 研究重點,目前研究員則將焦點放在檢測石英坩堝(quartz crucible)上。該設備是晶鑄造製程的重要耗材,為盛裝晶材並進行加熱的容器,得承載材料重量、耐高溫,長晶結束並降溫後,坩堝會破裂且必須要可輕易與矽棒分離;假如坩堝品質不好,石英結晶片在加熱過程中會脫落,並黏著到單晶矽上進而降低成晶率。

SINTEF 太陽能電池研究員 John Atle Bones 表示,原料越好、太陽能電池效率就越高,這也可以同時減少太陽能製造對環境影響,因此石英坩堝品質居關鍵地位,然而目前坩堝品質大多只有肉眼檢查擔保,局限性非常大。

因此研究員打算用機器人取代人工檢查,SINTEF 與挪威科技大學(NTNU)學生開發搭載眾多光學檢測儀器的機器人,讓機器擁有超視覺和檢測特性。也由於石英坩堝由不同層次結構組成、結合各種反射率和透明度,因此為檢測出坩堝故障和缺陷,得深入檢查、不能只靠肉眼。

Bones 表示,研發之初團隊已仔細研究坩堝,確定坩堝品質與單晶矽關係。為得知兩者關係,團隊可說是非常粗暴的採用破壞性方法,研究員把材料粉碎、研磨並溶解,不過之後的分析也讓團隊確認坩堝擁有多層性質,並且與矽材品質息息相關。

目前研究人員已經成功讓機器人辨識坩堝缺陷,SINTEF 新型機器人可快速且可精確掃描坩堝品質與狀態,不讓品質不佳的坩堝進火爐。

不過打造什麼都會的感測器是個天方夜譚,因此他們結合一系列檢測儀器,讓儀器能夠相互溝通與串聯,Bones 指出,其中共焦式(confocal)白光感測器是最重要的機器之一,其可響應白光光譜中不同顏色和相對應波長。

該機器也包括高解析數位 CCD 相機,可聚焦在非常細微的點上,只要再連接到機器視覺設備,系統就能夠識別材料的變化與缺陷。Bones 表示,研究目的是測量石英坩堝的曲率(curvature)和厚度。為了精確檢查每一點,機器人也設有多個距離感測器,運用軌道計算讓機器能連續校正檢測位置。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:shutterstock)