[發明專利]一種基于機器視覺的鈣鈦礦薄膜質量檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 201811225378.6
• 申請日: 2018-10-20
• 公開（公告）號: CN111077164A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 杭州纖納光電科技有限公司
• 主分類號: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 楊文華

本發明涉及一種基于機器視覺的鈣鈦礦薄膜質量檢測裝置，包括帶燈罩的無影光源、工業相機、集成支架以及控制中心，燈罩和工業相機分別可調地固定在集成支架上，工業相機與控制中心數據連接，在控制中心內設置了用于處理工業相機拍攝圖像的圖像處理單元；在燈罩的底部設置載樣板，含有鈣鈦礦薄膜的待檢測的樣件正面朝上地放置在載樣板上，工業相機透過燈罩的頂部的觀察窗口對樣件進行拍攝。控制中心將工業相機拍攝的圖像與已保存在控制中心數據庫中的標準圖像進行比對和判斷。本發明還公開使用該基于機器視覺的鈣鈦礦薄膜質量檢測裝置的方法。本發明能夠實現鈣鈦礦薄膜快速、有效、無損的檢測和篩選，大大提高了檢測效率和檢測的準確性。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池制造技術領域，特別涉及一種基于機器視覺的鈣鈦礦薄膜質量檢測裝置及方法。

背景技術

在鈣鈦礦太陽能電池的生產過程中，鈣鈦礦薄膜質量的好壞直接影響鈣鈦礦電池性能的優劣。目前對鈣鈦礦薄膜質量的檢測手段主要有兩種，一種是微觀檢測手段，如利用X射線衍射儀（XRD）表征鈣鈦礦薄膜的結晶程度；利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察鈣鈦礦薄膜的微觀形貌；利用原子力顯微鏡（AFM）測試鈣鈦礦薄膜表面平整度等，這些微觀檢測手段不僅測試費用昂貴、制樣繁瑣、測試時間長，而且很難整合到實際的生產線中，無法滿足后續鈣鈦礦電池組件的批量化生產要求。而另一種檢測手段是使用常規光譜檢測，如紫外可見漫反射譜（UV-vis）、熒光光譜（PL）等，也因價格昂貴，光路精度要求高，測試耗時等因素，限制了其在生產線中的大規模應用。

另一方面，鈣鈦礦薄膜的反應程度也會直接影響鈣鈦礦薄膜的質量，而目前對鈣鈦礦薄膜反應程度的判斷尚未見到有效的方法。無論是溶液法還是氣相法制備鈣鈦礦薄膜，只有當幾種前驅體的摩爾量符合化學計量數之比時，鈣鈦礦薄膜才能充分反應，當其中一種前驅體的量不足時，鈣鈦礦就會出現反應不充分的情況。以最常見的MAPbI₃鈣鈦礦材料為例，它是由MAI和PbI₂兩種前驅體通過化學反應轉化而成，當MAI前驅體的量不足時，鈣鈦礦的轉化不充分，此時薄膜中會殘留較多的PbI₂前驅體，使得鈣鈦礦薄膜在光照下，從正面（入光面為正面，即導電玻璃基底這一面）看去會呈現淡黃色，說明鈣鈦礦薄膜對可見光的吸收尚不充分。當MAI的量逐漸符合化學計量數之比時，MAPbI₃的反應程度逐漸達到充分狀態。在這一過程中，從正面觀察鈣鈦礦薄膜所呈現出來的顏色變化會從淡黃色逐漸變為青綠色，再到淡藍色，最后到紫色，這也從側面印證了鈣鈦礦薄膜對光的吸收逐漸擴展至整個可見光范圍。鈣鈦礦薄膜的這種顏色變化過程恰好為我們提供了一種判斷其反應程度的指標。

機器視覺是一種使用機器代替人眼進行檢測和判斷的工業系統，其通過圖像拍攝裝置攝取待檢測樣品的圖像信息，并傳輸至專用的圖像處理系統。圖像處理系統會將檢測樣品的顏色、亮度、均勻性等信息轉換成數字信號，并與數據庫中的標準樣品進行比對，從而做出判斷和篩選，并將結果反饋給現場工作的設備和檢測人員。相比于人工檢測與篩選，機器視覺大大提高了樣品檢測的準確性和生產效率，并在一些不適合人工作業的危險環境中發揮著重要作用。機器視覺的應用越來越廣泛。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種基于機器視覺的，快速、高效、無損的鈣鈦礦薄膜質量檢測裝置及方法，解決了現有微觀檢測和常規光譜檢測鈣鈦礦薄膜所帶來的測試昂貴、耗時長、不利于工業化生產的問題，同時，能夠在不損傷鈣鈦礦薄膜的前提下，對其反應程度進行判斷，大大提高了檢測效率和檢測的準確性。