PECVD工藝後不良矽片檢測

摘要：等離子化學氣相沉積工藝是太陽能電池片製造過程中的重要環節，其SiN膜的質量直接影響著電池片的轉換效率和長期可靠性。針對目前面臨的檢測難題，設計出矽片自動檢測系統，以此來達到提高電池片質量及生產效率的目的。

等離子化學氣相沉積(即PECVD)，是太陽能電池片製造過程中一道非常重要的工藝。通過使用PECVD爐子將SiH4、NH3氣體進行350℃高溫放電，由於熱運動加劇，氣體分子相互間的碰撞就會產生電離，形成自由運動並且相互作用的等離子體，等離子體沉積到矽片表面形成一層深藍色SiN薄膜。這層SiN薄膜具有很好的光學特性，良好的膜厚和折射率可以促進太陽光的吸收，使電池片上光的反射大大減少，提高了電池片的轉換效率，因此又稱SiN減反射膜;由於SiN膜中含有一定比例的H原子，因此矽片表面結構緻密，具有非常好的抗氧化性和絕緣性，可以阻擋金屬離子及水蒸氣的侵蝕，還可以耐酸鹼腐蝕，因此沉積SiN膜就成為太陽能電池片製造的重要環節。

PECVD工藝沉積的SiN膜，標準膜厚為73nm±8nm、膜厚均勻呈深藍色、折射率2.1±0.1。但是在實際生產過程中，這些指標會受PECVD工藝溫度、氣體流量比、氣體總流量、射頻功率、工藝時間等參數的影響，出現膜層薄厚不均勻、折射率不合格;還會因為某些原因產生劃痕、水痕、髒汙、手印、崩邊、缺角等缺陷。

如果不良品流入下一道絲印工序，將導致電池片成品質量下降。為此，電池片生產線都具有檢驗PECVD工藝後矽片不良品的環節，並制定出相應的檢驗標準。檢驗的方法是：鍍膜顏色及外觀採用人工目測的方式全檢;膜厚與折射率採用SWE橢圓偏振測試儀進行抽檢，從不同位置等間距抽取3張矽片進行檢驗。即使這樣，還是很難保證能夠檢驗出所有不良品，導致電池片成品質量難以控制，成為困擾電池片製造商的大問題。為了解決這一難題，我們設計了PECVD工藝後矽片自動檢測系統，成功應用在我們全自動石墨舟上下料機上，並在實際生產使用中得到客戶的好評。

1檢測系統功能

本系統用於對PECVD鍍膜工藝後的矽片進行缺陷自動檢測，包括膜厚、折射率、色斑、劃痕、髒汙殘留、破損等不良項目。使用高解析度相機對待檢測的矽片進行成像處理，通過對比和標準矽

片圖形之間的膜厚、色差、完整性等差異，判斷出不良區域並加以標示，並將檢測結果反饋給自動化系統。自動化系統將有缺陷的矽片自動分揀到收片盒內，從而達到分選良品及不良品的目的。檢測結果會同步呈現在顯示器上，方便操作人員隨時查看檢測結果。系統具有數據記錄備份功能，當天或者多天的數據可以隨時導出，方便工藝人員進行分析。

2檢測系統構成

矽片自動檢測系統在原有自動化設備的基礎上，增加了視覺模塊、工控機及顯示器、IO通訊端子臺、矽片抓取組件、收片盒，如圖1所示。

2.1視覺模塊

檢測系統配備4MP高解析度矩陣相機、高透光率鏡頭、白色穹頂式LED上光源、紅色平板式LED下光源、設備支架及24V電源控制系統。該模塊的優勢在於具有高解析度相機、高覆蓋性光源、LED壽命可達50000h+。

2.2工控機及顯示器

檢測系統配備西門子工控機及飛利浦475mm(19英寸)LED背光源液晶顯示器，時時顯示當前檢測結果，如圖2所示。良品矽片顯示綠色、不良品矽片顯示紅色，具體不良項目會在矽片圖形表面進行標示，方便操作人員查看。

2.3矽片抓取組件

矽片抓取組件由電動執行器、氣缸、非接觸吸盤、傳感器組成，電動執行器帶動非接觸吸盤做往復運動，將不良品矽片從檢測結果讀取位置抓取到收片盒內;氣缸使非接觸吸盤可以上下運動，確保吸片時，吸盤與矽片之間保持合理的高度，不會造成矽片隱裂;傳感器檢測電動執行器到位信號及吸盤吸片完成信號，安全可靠。

3檢測系統設計

3.1檢測系統檢測項目

針對實際生產中，PECVD工藝後矽片的缺陷情況，設計了檢測系統的相關檢測項目，包括崩邊缺角總數、崩邊缺角總面積、色斑總數、色斑總面積、片內鍍膜平均厚度、片內鍍膜最小厚度、邊緣鍍膜平均厚度、邊緣鍍膜最小厚度等類別，客戶可以根據實際生產工藝情況進行檢測範圍的設置。

3.2檢測系統通訊信號定義

檢測系統與自動化設備之間通過數位訊號的方式進行通訊，根據使用需要，定義的信號如表1所示。

3.3檢測系統流程設計

檢測系統動作流程，如圖3所示。檢測系統進入自動生產模式後，置SystemOn信號高位，以通知自動化系統準備好;自動化將矽片傳送至檢測系統下，置Trigger信號高位，檢測系統準備抓取以及處理圖片;一旦抓取到圖片，Cambusy信號被置高位，當該信號在高位時，矽片不可以移動。Cambusy信號的上升沿是重置Trigger的確認信號，Cambusy信號在高位時，不可以有新的Trigger信號。當Cambusy重置後，自動化可以移進下一矽片至檢測系統下，上一片的檢測數據會轉入後臺進行處理。

一旦檢測結果處理完畢，檢測系統將置ResultReady信號高位，同時會給出ResultOK信號或ResultNOK信號。自動化系統收到ResultOK信號後，不做處理;收到ResultNOK信號後，將觸發一次不良矽片抓取動作。一旦檢測結果被讀取，自動化系統將發送一個ACK確認信號，表明檢測結果已經讀取完成。當檢測系統收到ACK信號，將重置ResultReady、ResultOK或ResultNOK信號。

4檢測系統校準

準備4張指標合格的矽片作為標準片，校準的步驟是：粗調相機視野範圍(保證視野範圍內四個角大小一致)———第一次調焦距(FocusDegree值相對最大就是對焦正確)———細調相機視野和

相機相對皮帶的位置———再次確認焦距———調節背光———調節前光———調節白平衡———檢驗白平衡效果———用大灰板再次確認前光源亮度在132左右———連接好前後光源，用大灰板做光分布校正———創建Background圖像，BMP格式———用4張標準片做膜厚、折射率、完整性校正。

5應用效果

矽片自動檢測系統自投入使用以來，嚴格控制了PECVD工藝後不良品流入下一道工序。數據跟蹤顯示，本系統檢測結果準確率達99.99%，檢測效率可達3600片/h以上，遠高於抽檢及人工肉眼檢測時的準確性和效率，能夠滿足客戶的使用要求。

6總結

PECVD工藝後矽片自動檢測系統的設計，有效地解決了以往抽檢及人工肉眼判斷不準確帶來的誤差;有力地提高了電池片成品合格率及生產效率;減少了用工量，降低了人工成本及管理成本，因此投入使用後就得到了客戶的充分認可與好評。矽片自動檢測系統成功應用在全自動石墨舟上下料機上，提高了設備整體自動化程度，因此本檢測系統的設計具有非常重要的意義。

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