短波红外相机在光伏检测中的应用

太阳能光伏电池（太阳能电池、光伏电池）是一种把太阳光能转化成电能的装置，目前光伏系统使用较多的是以硅为基底的硅光伏电池。而硅基光伏电池生产过程中的产品质量问题检测识别和控制，很大程度上影响着成品的性能。

短波红外相机因其在工作响应和检测波段具有高灵敏度、高分辨率及高识别度的特点，非常适用于太阳能光伏电池的生产检测，可以将硅材料和电池板中的缺陷快速准确检测出来，从而优化太阳能电池的质量控制和生产进程，提高产品质量和性能。

太阳能生产工艺中，第一道成品就是硅锭。硅锭经线锯切割后形成太阳能硅片，而由于硅锭本身杂质和气泡等影响，会造成产品质量较差，并影响设备寿命。

通过短波红外相机对太阳能硅锭进行质量检测，可以提前避免以上状况的发生，是非常有价值的机器视觉应用。其原理是根据硅锭中碳元素含量或其他杂质对短波红外波段光的吸收率不同，通过短波红外相对硅锭进行成像，从而挑选纯度更高的硅锭，达到提升产品质量的目的。硅锭在短波红外相机下成像的效果如图1所示：

图1 短波红外相机对硅锭成像的照片

这样利用短波相机检测出硅锭杂质和孔洞，并通过各种工艺预处理，就可以提升硅锭品质，从而对最终的硅片产品质量进行提高。

而对于生产出的太阳能电池板，也可以使用短波红外相机来进行检测，其原理是通过电致发光（EL）成像来实现。

图2 太阳能电池发射光谱（来源于网络）

太阳能电池的电致发光是通过对太阳能电池加上正向偏置电压，从而激发出光子。当电子注入到太阳能电池后，与存在的空穴相结合，并把所产生的能量以光子的形式释放出来，从而激发出短波红外波段的光。利用短波红外相机对太阳能电池板检测主要就是因为电致发光成像可以提供重要的信息特征，如隐裂、断栅、烧结、漏电等问题（有缺陷的地方，显示出的图像一般较暗），从而分析样品缺陷。

图3 太阳能电池检测原理示意图（来源于网络）

通常的太阳能电池片都不可避免地会具有的一些缺陷，而这些缺陷往往是限制其光电转换率和寿命的重要因素。

如图4所示，所测太阳能电池板均为有缺陷或不良电池板，其信息可清晰地在图像中呈现：

图4 短波红外相机对（缺陷/不良）电池板成像图片

除了缺陷检测，短波红外相机还可以用来检测光伏太阳能电池板的光电转换效率。

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