ראיית מכונה: כלי חשוב עבור תאים סולריים בנצילות גבוהה ובעלות נמוכה

העלות של חשמל המופק מאור שמש המנצל את התופעה הפוטו-וולטאית [PV], לעת עתה, גבוהה יותר באופן משמעותי מעלות החשמל המופק מחומרי דלק מחצביים, כגון פחם. במטרה להפחית עוד את עלות החשמל המופק בדרך פוטו-וולטאית, אנשי מחקר רבים ברחבי העולם חוקרים סוגים שונים של תאים סולריים חדשים, על מנת לשפר את נצילות המרת האנרגיה. בנוסף לחקירת תאים סולריים, היצרנים פועלים רבות כדי להקטין את עלויות הייצור. LAHATראיית מכונה [Machine Vision] המבוססת על בהיקות [Luminescence] עם מצלמות InGaAs לאינפרה אדום באורך גל קצר [SWIR], יכולה להיות אחד הכלים החשובים שיסייעו לשיפור האחידות והנצילות של התא הסולרי וכתוצאה מכך ישפרו את התפוקה, ובכך יפחיתו עלויות.
בהיקות הנובעת מסיליקון (שהוא החומר השולט המשמש לרוב בייצור התאים הסולריים), היא אות בעל ספקטרום רחב סביב 1150 ננו–מטר, החל ב–950 ננו–מטר בערך, וכלה ב–1250 ננו–מטר, בערך. הבהיקות נגרמת כתוצאה מקרינה הנוצרת מרקומבינציה של זוגות חור–אלקטרון בסיליקון ומהווה מדד יחסי לריכוז של נושאי מטען המיעוט. מצלמות InGaAs לאינפרה אדום באורך גל קצר, כגון מצלמות Xeva  ו–XS, מתאימות באופן אידיאלי למדידת האותות בטווח זה של אורך גל. קיימות שתי דרכים שבהן ניתן לגרום ליצירה של בהיקות בסיליקון. בבהיקות אלקטרונים [electro–luminescence] נוצרים זוגות של חור–אלקטרון בתא סולרי של פרוסת סיליקון, על ידי העברת זרם גבוה דרך התא הסולרי. בבהיקות אור [photo–luminescence] זוגות של חור–אלקטרון נוצרים מאור, על ידי הארת התא הסולרי באמצעות אור באנרגיה גבוהה.
לתאים סולריים (או לאזורים בתא הסולרי) שמקבלים אות בהיקות בהיר יותר, יש בדרך כלל נצילות המרה גבוהה יותר. לכן ההדמיה של הבהיקות היא טכניקה יעילה מאוד לאפיון מדידת הנצילות הכוללת של התא ולהדמיה של פגמים בתא.
בשל הרגישות הגבוהה שיש למצלמות InGaAs לאינפרה אדום באורך גל קצר, הן יכולות ללכוד בקלות את הבהיקות הנפלטת מתא סולרי בשבריר שנייה. אפשר להשתמש גם במצלמות התקן CCD בסיליקון מקוררות, כדי להדמות בהיקות שנפלטת מתאים סולריים, אבל זמני הצבירה (אינטגרציה) שיידרשו להן יהיו בדרך כלל ארוכים (שניה אחת או יותר) בתנאים של חשכה מוחלטת.

בהיקות אור
אפשר להשתמש בבהיקות אור [PL] לבחינת פגמים בתאים סולריים מחומר סיליקוני. בדרך כלל, משתמשים באור נראה או באור אינפרה–אדום קרוב (700 – 800 ננו–מטר) הנובע ממקור אור חיצוני, (למשל נורה, לייזר או נורית LED), כדי ליצור זוגות של חור–אלקטרון בסיליקון. רובם של זוגות – חור–אלקטרון הנוצרים מאור חוזרים ומשתלבים ומשחררים את האנרגיה שלהם כחום, אבל חלק מהזוגות של חור–אלקטרון יעברו שילוב חוזר מקרין ויפלטו פוטון. הפגמים (סדקים, חוסר אחידות וכדומה) שבחומר הסיליקוני מעלים את הסבירות לשילוב חוזר לא מקרין, ולכן מפחיתים את הפעילות של שילוב חוזר מקרין. לסיכום, פגמים מעטים יותר בחומר הסיליקוני גורמים לאות בהיקות חזק יותר, אשר מעיד על תא סולרי שפועל בנצילות גבוהה יותר.
כאשר משתמשים באור לייזר בעוצמה גבוהה בטכניקת בהיקות אור, יכול להתעורר הצורך במסננים מעבירי נמוכים, כדי לשלוף את אות הבהיקות ממקור האור החיצוני שהיה בשימוש. לחלופין, אפשר להשתמש במערך של לייזר פולסים, במחולל השהיה ובמצלמה ממותגת.

בהיקות אלקטרונים
בבהיקות אלקטרונים [EL], מופעל על התא הסולרי הסיליקוני המוגמר ממתח קדמי והוא פועל כנורית LED בעלת נצילות גבוהה מאוד. ככל שפליטת האור רבה יותר, הנצילות של התא (או של האזור שבתא) תהיה גבוהה יותר. בדרך כלל, משתמשים במקור זרם כדי להפעיל על התא ממתח קדמי; במקרה כזה פליטת האור תהיה ביחס ישר לזרם.

יתרונות וחסרונות
היתרונות של בהיקות אלקטרונים [EL] לבחינה של תא סולרי מוגמר הם במערך הבדיקה שהוא פשוט מאוד עם מקור זרם ויכולת הדירות טובה שמתאים לבדיקת איכות, לעומת בהיקות אור [PL], שלה נדרש מערך בדיקה מורכב יותר (מסננים או מצלמה ממותגת). היתרון של טכניקת בהיקות PL טמון בהיותה טכניקת אפיון ללא מגע, שבה אפשר להשתמש בכל שלב של ייצור התאים הסולריים. התועלת העיקרית שניתן להפיק משימוש במצלמה מסוג InGaAs לאינפרה אדום באורך גל קצר עבור טכניקת EL או PL בבחינת תאים סולריים, הוא כמובן הרכשת תמונה בקצב של וידאו. נוסף על כך, אפשר להשתמש הן במצלמה ליניארית [Xeva) וגם במצלמת שטח (XS, Xeva) לבחינה מבוססת בהיקות.
בנוסף לשימוש שלהן בטכניקת בחינה מבוססת בהיקות עבור תאים סולריים, המצלמות מסוג InGaAs לאינפרה אדום באורך גל קצר משמשות גם לגילוי חללים במטילי סיליקון לפני פריסתם לפרוסות. בחינה של פרוסות מוגמרות מאפשרת לאתר פגמים, סדקים חבויים או סימני ניסור בתוך הפרוסה או בצד הנגדי שלה, בגלל השקיפות של הסיליקון המשמש באורכי גל שעולים על 1100 ננו–מטר.

תגובות סגורות