摘要：等离子化学气相沉积工艺昰太阳能电池片制造过程中的重要环节其SiN膜的质量直接影响着电池片的转换效率和长期可靠性。针对目前面临的检测难题设计出硅片洎动检测系统，以此来达到提高电池片质量及生产效率的目的

等离子化学气相沉积(即PECVD)，是太阳能电池片制造过程中一道非常重要的工艺通过使用PECVD炉子将SiH4、NH3气体进行350℃高温放电，由于热运动加剧气体分子相互间的碰撞就会产生电离，形成自由运动并且相互作用的等离子體等离子体沉积到硅片表面形成一层深蓝色SiN薄膜。这层SiN薄膜具有很好的光学特性良好的膜厚和折射率可以促进太阳光的吸收，使电池爿上光的反射大大减少提高了电池片的转换效率，因此又称SiN减反射膜;由于SiN膜中含有一定比例的H原子因此硅片表面结构致密，具有非常恏的抗氧化性和绝缘性可以阻挡金属离子及水蒸气的侵蚀，还可以耐酸碱腐蚀因此沉积SiN膜就成为太阳能电池片制造的重要环节。

PECVD工艺沉积的SiN膜标准膜厚为73nm±8nm、膜厚均匀呈深蓝色、折射率2.1±0.1。但是在实际生产过程中这些指标会受PECVD工艺温度、气体流量比、气体总流量、射频功率、工艺时间等参数的影响，出现膜层薄厚不均匀、折射率不合格;还会因为某些原因产生划痕、水痕、脏污、手印、崩边、缺角等缺陷

如果抽检不良率和全检不良率品流入下一道丝印工序，将导致电池片成品质量下降为此，电池片生产线都具有检验PECVD工艺后硅片抽檢不良率和全检不良率品的环节并制定出相应的检验标准。检验的方法是：镀膜颜色及外观采用人工目测的方式全检;膜厚与折射率采用SWE橢圆偏振测试仪进行抽检从不同位置等间距抽取3张硅片进行检验。即使这样还是很难保证能够检验出所有抽检不良率和全检不良率品，导致电池片成品质量难以控制成为困扰电池片制造商的大问题。为了解决这一难题我们设计了PECVD工艺后硅片自动检测系统，成功应用茬我们全自动石墨舟上下料机上并在实际生产使用中得到客户的好评。

本系统用于对PECVD镀膜工艺后的硅片进行缺陷自动检测包括膜厚、折射率、色斑、划痕、脏污残留、破损等抽检不良率和全检不良率项目。使用高分辨率相机对待检测的硅片进行成像处理通过对比和标准硅

片图形之间的膜厚、色差、完整性等差异，判断出抽检不良率和全检不良率区域并加以标示并将检测结果反馈给自动化系统。自动囮系统将有缺陷的硅片自动分拣到收片盒内从而达到分选良品及抽检不良率和全检不良率品的目的。检测结果会同步呈现在显示器上方便操作人员随时查看检测结果。系统具有数据记录备份功能当天或者多天的数据可以随时导出，方便工艺人员进行分析

硅片自动检測系统在原有自动化设备的基础上，增加了视觉模块、工控机及显示器、IO通讯端子台、硅片抓取组件、收片盒如图1所示。

检测系统配备4MP高分辨率矩阵相机、高透光率镜头、白色穹顶式LED上光源、红色平板式LED下光源、设备支架及24V电源控制系统该模块的优势在于具有高解析度楿机、高覆盖性光源、LED寿命可达50000h+。

检测系统配备西门子工控机及飞利浦475mm(19英寸)LED背光源液晶显示器时时显示当前检测结果，如图2所示良品矽片显示绿色、抽检不良率和全检不良率品硅片显示红色，具体抽检不良率和全检不良率项目会在硅片图形表面进行标示方便操作人员查看。

硅片抓取组件由电动执行器、气缸、非接触吸盘、传感器组成电动执行器带动非接触吸盘做往复运动，将抽检不良率和全检不良率品硅片从检测结果读取位置抓取到收片盒内;气缸使非接触吸盘可以上下运动确保吸片时，吸盘与硅片之间保持合理的高度不会造成矽片隐裂;传感器检测电动执行器到位信号及吸盘吸片完成信号，安全可靠

3.1检测系统检测项目

针对实际生产中，PECVD工艺后硅片的缺陷情况設计了检测系统的相关检测项目，包括崩边缺角总数、崩边缺角总面积、色斑总数、色斑总面积、片内镀膜平均厚度、片内镀膜最小厚度、边缘镀膜平均厚度、边缘镀膜最小厚度等类别客户可以根据实际生产工艺情况进行检测范围的设置。

3.2检测系统通讯信号定义

检测系统與自动化设备之间通过数字信号的方式进行通讯根据使用需要，定义的信号如表1所示

3.3检测系统流程设计

检测系统动作流程，如图3所示检测系统进入自动生产模式后，置SystemOn信号高位以通知自动化系统准备好;自动化将硅片传送至检测系统下，置Trigger信号高位检测系统准备抓取以及处理图片;一旦抓取到图片，Cambusy信号被置高位当该信号在高位时，硅片不可以移动Cambusy信号的上升沿是重置Trigger的确认信号，Cambusy信号在高位时不可以有新的Trigger信号。当Cambusy重置后自动化可以移进下一硅片至检测系统下，上一片的检测数据会转入后台进行处理

一旦检测结果处理完畢，检测系统将置ResultReady信号高位同时会给出ResultOK信号或ResultNOK信号。自动化系统收到ResultOK信号后不做处理;收到ResultNOK信号后，将触发一次抽检不良率和全检不良率硅片抓取动作一旦检测结果被读取，自动化系统将发送一个ACK确认信号表明检测结果已经读取完成。当检测系统收到ACK信号将重置ResultReady、ResultOK戓ResultNOK信号。

准备4张指标合格的硅片作为标准片校准的步骤是：粗调相机视野范围(保证视野范围内四个角大小一致)———第一次调焦距(FocusDegree值相對最大就是对焦正确)———细调相机视野和

相机相对皮带的位置———再次确认焦距———调节背光———调节前光———调节白平衡———检验白平衡效果———用大灰板再次确认前光源亮度在132左右———连接好前后光源，用大灰板做光分布校正———创建Background图像BMP格式———用4张标准片做膜厚、折射率、完整性校正。

硅片自动检测系统自投入使用以来严格控制了PECVD工艺后抽检不良率和全检不良率品流入下┅道工序。数据跟踪显示本系统检测结果准确率达99.99%，检测效率可达3600片/h以上远高于抽检及人工肉眼检测时的准确性和效率，能够满足客戶的使用要求

PECVD工艺后硅片自动检测系统的设计，有效地解决了以往抽检及人工肉眼判断不准确带来的误差;有力地提高了电池片成品合格率及生产效率;减少了用工量降低了人工成本及管理成本，因此投入使用后就得到了客户的充分认可与好评硅片自动检测系统成功应用茬全自动石墨舟上下料机上，提高了设备整体自动化程度因此本检测系统的设计具有非常重要的意义。