[發(fā)明專利]基于機(jī)器視覺(jué)色差法在線檢測(cè)CdS薄膜厚度的系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610105466.7
• 申請(qǐng)日: 2016-02-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105758318A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃勇彪;林文寶;劉海燕;涂代旺;鄭林芬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市眾誠(chéng)達(dá)應(yīng)用材料科技有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/06
• 分類號(hào): G01B11/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在線檢測(cè)CdS薄膜厚度方法及其裝置，尤其是基于機(jī)器視覺(jué)色差法在線檢測(cè)CdS薄膜厚度的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

CdS是II-VI族化合物半導(dǎo)體材料，是一種非常重要的光敏半導(dǎo)體材料，被廣泛地應(yīng)用于光電子學(xué)領(lǐng)域。尤其CdS多晶薄膜被用于異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池中的窗口層，應(yīng)用于CdTe/CdS異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池和銅銦鎵硒(CIGS)太陽(yáng)電池。

在太陽(yáng)電池工藝中，為了提高電池的轉(zhuǎn)換效率，要求將窗口層CdS薄膜厚度控制在50-120nm，同時(shí)為了保障產(chǎn)品成品率，這使得CdS薄膜厚度的均勻性在工業(yè)生產(chǎn)中顯得尤為重要。目前CdS薄厚度的測(cè)試方法有酸腐蝕臺(tái)階法、橢偏儀等測(cè)試方法，這些測(cè)試方法都只適合于小面積測(cè)量而且測(cè)量效率低，而不適合于工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用。光透強(qiáng)度法其結(jié)果很大程度上受到CdS薄膜底層(如作為電極的透明導(dǎo)電膜、緩沖層等)的影響，而且在CIGS，CdTe/CdS為底層配置電池結(jié)構(gòu)(substrateconfiguration)的情形中CdS薄膜底層為不透明時(shí)，這種方法將不能使用。

目前CdS薄膜可以通過(guò)化學(xué)水浴法(CBD)、近空間升華法(CSS)、磁控濺射法等方法來(lái)制備。由于采用不同的制備方法和制備工藝，獲得的CdS多晶薄膜結(jié)構(gòu)和性能稍有不同，但研究發(fā)現(xiàn)CdS薄膜的能隙都將隨薄膜厚度和晶粒大小改變而變化，外在表現(xiàn)為顏色的變化。而對(duì)于同一工藝來(lái)說(shuō)，CdS多晶薄膜的厚度將顯著影響其顏色，這使得色差法檢測(cè)CdS薄膜厚度是可行的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于機(jī)器視覺(jué)色差法在線檢測(cè)CdS薄膜厚度的系統(tǒng)及方法，該方法檢測(cè)速度快、精度高，且能嵌入產(chǎn)線，實(shí)時(shí)檢測(cè)。

基于機(jī)器視覺(jué)色差法在線檢測(cè)CdS薄膜厚度的系統(tǒng)，包括CdS薄膜傳動(dòng)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及設(shè)于上述傳動(dòng)系統(tǒng)上方的光源和拍攝像機(jī)；所述計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置有圖像采集卡，并具有將CdS薄膜顏色信息轉(zhuǎn)換為厚度信息的功能；當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)將CdS薄膜傳送至拍攝相機(jī)正下方時(shí)，拍攝相機(jī)采集CdS薄膜的圖像，并傳送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)獲得相應(yīng)厚度信息。

應(yīng)用上述的系統(tǒng)進(jìn)行基于機(jī)器視覺(jué)色差法在線檢測(cè)CdS薄膜厚度的方法，包括以下步驟：

(1)建立CdS薄膜顏色與厚度對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)：

A.采集一系列不同厚度的CdS標(biāo)準(zhǔn)樣品的圖像；

B.計(jì)算機(jī)提取上述樣品圖像的RGB值、飽和度值、色度值；

C.建立CdS薄膜厚度與RGB值、飽和度值及色度值之間的關(guān)系算法；

(2)由外部觸發(fā)或控制信號(hào)啟動(dòng)所述拍攝相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝在線生長(zhǎng)的CdS薄膜的圖像，并將拍攝的圖像傳輸至計(jì)算機(jī)；

(3)計(jì)算機(jī)提取步驟(2)采集的圖像的RGB值、飽和度值、色度值，通過(guò)CdS薄膜顏色與厚度對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的算法，將圖像顏色信息轉(zhuǎn)換為CdS薄膜厚度信息。計(jì)算機(jī)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)CdS薄膜厚度均勻性，再與工藝要求的標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)從而對(duì)該樣品進(jìn)行自動(dòng)分級(jí)。

上述技術(shù)方案中，在實(shí)時(shí)拍攝范圍內(nèi)除CdS標(biāo)準(zhǔn)樣品或待測(cè)CdS薄膜樣品外，還設(shè)有一固定CdS薄膜參比樣品；將首次拍攝時(shí)的參比樣品圖像灰度平均值作為標(biāo)準(zhǔn)值，每次拍攝后將參比樣品的圖像灰度平均值與該標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較校正，獲得光強(qiáng)補(bǔ)償系數(shù)，將被測(cè)樣品的圖像灰度平均值自動(dòng)乘以光強(qiáng)補(bǔ)償系數(shù)。如：步驟(2)實(shí)時(shí)拍攝的CdS樣品圖像后，將一同被拍下的CdS參比樣品圖像與標(biāo)準(zhǔn)值比較，如果圖像灰度平均值發(fā)生了變化，則將此次被測(cè)樣品的圖像灰度平均值自動(dòng)乘以光強(qiáng)補(bǔ)償系數(shù)，進(jìn)行光強(qiáng)自動(dòng)補(bǔ)償；再進(jìn)行所述步驟(3)；若圖像灰度平均值未發(fā)生變化，則直接進(jìn)行所述步驟(3)。

上述技術(shù)方案中，所說(shuō)的拍攝相機(jī)與光源，可以設(shè)置一套，而兩者可以同步來(lái)回移動(dòng)，以檢測(cè)橫向多個(gè)位置的CdS薄膜厚度；也可以設(shè)置多套攝像頭與光源，分別固定在不同位置，獨(dú)立檢測(cè)橫向不同位置CdS薄膜厚度。

本發(fā)明中，所說(shuō)的光源可以采用人工七色光源，也可以采用黃色單色光源，波長(zhǎng)550～610nm。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明由于采用的是反射光路，這將減小CdS薄膜底層的影響，從而也可運(yùn)用于CdS薄膜底層為不透明的情況，如在CIGS，CdTe/CdS為底層配置電池結(jié)構(gòu)(substrateconfiguration)的情形中CdS薄膜底層為不透明。本發(fā)明基于機(jī)器視覺(jué)而具有檢測(cè)速度快、檢測(cè)精度高的特點(diǎn)；能有效提高太陽(yáng)電池的生產(chǎn)效率，從而降低生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式