提升太阳能制造品质 以机器视觉取代人工检测坩埚

得益于成熟技术与高成本效益比，太阳能设备量逐年高升、电价更是持续下跌，该技术正在成为世上数一数二高效能源，而挪威科学与业研究院（SINTEF）研究人员打算利用机器人来提高产品品质，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，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；假如坩埚品质不好，石英结芯片在加热过程中会脱落，并黏着到单晶硅上进而降低成晶率。

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，因此石英坩埚品质居关键地位，然而目前坩埚品质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，确定坩埚品质与单晶硅关系。为得知两者关系，团队可说是非常粗暴的采用破坏性方法，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，并且与硅材品质息息相关。

目前研究人员已经成功让机器人辨识坩埚缺陷，SINTEF 新型机器人可快速且可精确扫描坩埚品质与状态，不让品质不佳的坩埚进火炉。

不过打造什么都会的感测器是个天方夜谭，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）白光感测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码 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感测器，运用轨道计算让机器能连续校正检测位置。

（本文由 EnergyTrend 授权转载 首图来源：Jose Mesa via Flickr CC BY 2.0）

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