光伏缺陷检测激光光源的均匀化设计.pdf

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1、能技术与产Ⅱ口Ⅱ光伏缺陷检测激光光源的均匀化设计上海太阳能工程技术研究中心有限公司刘小宇摘要：针对光纤耦合式半导体激光器输出激光能量的分布不均匀问题，提出了一种梯形反射圆筒实现激光系统均匀性设计的方法，通过MATLAB对该方法中的光路及校正前后的激光分布曲线进行了仿真和分析，从而得到最优化的参数数据。仿真结果表明，该方法用于激光非均匀性的校正是可行性的。关键词：光致发光；激光匀化；梯形反射圆筒；光学仿真TheUn-fOrmDesignofLaserSourceforPhotovoltaicDefectDetectionLiuxiaoyuAbstract：Inordertosolveth

2、eproblemofthenOn—unifOrmdistributionoflaserenergyemittedbythefiberlaser．wepresentawaytorealizetheunifOrmdesignoflasersystembyuseofatrapezoidalreflectingcylinderandsimulateandanalysesthelaserdistributioncurveandtheopticalpathoflaserbeforeandafterthecorrectioninordertogetparametersofoptimization．T

3、heresultshowsthatthemethodofcorrectionthenOn—unifOrmoflaseriscompletelyfeasible．Keywords：photoluminescence，unifOrmoflaser，trapezoidalreflectingcylinder，simulation0fopticalpath0引言法来检验太阳能光伏电站中可能出现的问题。在晶体硅太阳电池的薄片化发展过程中，出现光致发光缺陷检测方法是一种非接触式的缺陷了许多严重的问题。如碎片、电池片隐裂、表面污检测分析手段。PL(photoluminescence，光致发染、电极不

4、良等，正是这些缺陷限制了电池的光电光)检测过程大致包括激光被样品吸收、能量传递、光转化效率和使用寿命。同时，由于没有完善的行业发射及CCD(ChargeCoupledDevice，电荷耦合标准，硅片原材料质量参差不齐，一些缺陷片的存装置)成像四个阶段。通常利用激光作为激发光源，在直接影响到组件乃至光伏系统的稳定性。因此，提供一定能量的光子，硅片中处于基态的电子在吸收太阳能行业需要有快速有效和准确的定位检验方这些光子后而进入激发态，处于激发态的电子属于亚【基金项目】上海市科委科研计划项目，课题编号：1ldz1203100，项目名称：太阳能光伏板故障诊断技术研究与示范。【作者简介】刘小宇，

5、工学硕士，上海太阳能工程技术研究中心的研发工程师，主要负责新型光伏检测装备的研发，先后负责了航天八院民用新产品“太阳电池组件碎片红外检测技术”项目和“太阳电池光致发光缺陷检测项目”、上海市科委科研计划项目“太阳能光伏板故障诊断技术研究与示范”、上海空间电源研究所的“太阳电池阵碎片自动检测系统”等，在光伏检测设备的研发方面积累了丰富的经验。SHANGHAI呲c。曩罴衄节能技术与产品稳态。在短时间内会回到基态，并发出一定波长的红E外光为波峰的荧光。利用冷却的探测器进行感光，将图像通过计算机显示出。发光的强度与非平衡少数载流子的密度成对应关系，而缺陷处会成为少数载流子的强复合中心，因此该区域

6、的少数载流子密度变小导致荧光效应减弱，在图像上表现出来就成为暗色／的点、线，或一定的区域，而在电池片内复合较少的区域则表现为比较亮的区域。因此，通过观察光致发光(B：激光辐照圆面的直径，E：激光强度1成像能够判断硅片或电池片是否存在缺陷。图2原始激光的能量分布光致发光检测方法的前提条件是均匀化的激光光源，太阳电池的尺寸一般为156mmX156mm，因E此激光光源的尺寸也必须达到156mmX156mm，而激光辐照强度必须超过100mw／cm(毫瓦／平方厘米)，这样大功率的激光光源一般采用光纤耦合式半导体激光器]。但是这种激光器直接输出的激光能量呈高斯分布曲线，均匀性很差，难以满足测试需求

7、。因此，激光系统的均匀化设计成为光致发光技术应用在太阳电池缺陷检测领域的关键。1方法的提出(B：激光辐照圆面的直径，E：激光强度)太阳电池片在激光的激发下产生荧光，产生的图3能量补偿示意图荧光量与入射的激光能量成正比，因此要求入射的激光输出端固定装置激光能量在整个太阳电池的辐照面内均匀分布，如图1所示。但是，光纤耦合式半导体激光器直接输出的激光能量分布按输出角度为近似的高斯分布，如图2所示。从图2中可以看到，激光的特性是中心位置能量最大，越向外