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提升单晶硅制造质量 以机器视觉取代人工检测坩埚

作者: | 发布日期: 2018 年 06 月 21 日 9:52 | 分类: 产业资讯

得益于成熟技术与高成本效益比,太阳能安装量逐年高升、电价更是持续下跌,太阳能技术正在成为世上数一数二高效能源。

而挪威科技工业研究院(SINTEF)的研究人员目前打算利用机器人来提高产品质量,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。

该设备是单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,并在长晶结束并降温后,坩埚会破裂且必须要可轻易与硅棒分离;假如坩埚质量不好,石英结晶片在加热过程中会脱落,并黏着到单晶硅上从而降低成晶率。

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,因此石英坩埚质量居关键地位,然而目前坩埚质量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,确定坩埚质量与单晶硅关系。为得知两者关系,团队可说是非常粗暴、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,并且与硅材质量息息相关。

目前研究人员已经成功让机器人识别坩埚缺陷,SINTEF 新型机器人可快速且可精确扫描坩埚质量与状态,不让质量不佳的坩埚进火炉。

不过打造什么都会的传感器是个天方夜谭,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)白光传感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位 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传感器,运用轨道计算让机器能连续校正检测位置。

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