一种硅片亲水性检测装置及检测方法与流程

本发明属于太阳能级硅片性能检测技术领域，尤其是涉及一种硅片亲水性检测装置及检测方法。

背景技术：

光伏组件的pid(电势诱导衰减)现象已经引起了整个光伏行业的高度重视，越来越多的组件生产厂家和相关研究机构对组件pid衰减的诱导机理进行了广泛的研究和分析。影响组件pid衰减的主要外部因素有环境温度、环境湿度，以及系统电压在合金框、玻璃和内部电路之间形成的偏压电场。在对光伏电站长期观察的过程中发现，在组件表面残留晨露或雨水并且有光照的情况下，最容易发生pid现象。

电池制程时，在电池pn结表面与减反膜之间形成一层超薄的氧化层，即二氧化硅层，二氧化硅层可以阻挡正离子对pn结的侵蚀，从而减小pid效应的影响。通过臭氧或者管式热氧在正面镀膜前，生长一层厚度为1～2nm的二氧化硅以用作anti-pid，再通过测试数据观察可取得良好的效果。现有检测方法中，主要是用椭偏仪测量或五点垂直滴定法，但这两种方法有以下问题：

1)用椭偏仪测量步骤复杂且费时费力，检测效率低，生产成本较高，不适应于现有规模化批量生产要求。

2)五点滴定法是现有常用检测方法，就是用滴管往水平放置的硅片的中心和四角上滴水，观察水滴在硅片上是否均匀扩散并对扩散区域的直径进行测量，若被扩散的区域满足圆形且扩散直径达到一定要求，则其亲水性合格。如已公开的中国专利cn205863141u-一种刻蚀后硅片的亲水性测试装置和cn206850721u-硅片亲水性测试装置及设备，都是用五点垂直滴定方法进行亲水性测试。但这种测试方法，仅仅测试硅片上的五个点的扩散，无法贯穿硅片的宽度方向，从而无法判断硅片的宽度方向是否有断层，致使亲水性检测会有不准确的风险；同时这种方式不容易固定，导致检测结果不稳定；还有，这种检测方法需要多次对被滴定的扩散区域进行尺寸面积测量，不易直观地得出结论，费时费力，检测效率低，尤其是对多批次硅片的亲水性检测需要等一段时间才能测出结果，这种检测速度严重制约现有流水线批量生产。

因此如何提供一种便捷、安全、再现性好且一致性好的硅片亲水性测试，并能更直观地观察检测结果，是解决光伏组件pid衰减技术问题，同时提高生产效率、保证硅片质量、降低生产成本的关键。

技术实现要素：

本发明提供一种硅片亲水性检测装置及检测方法，适用于各种硅片尺寸的检测，解决了现有技术中亲水性检测结果不稳定、再现性差且生产成本高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种硅片亲水性检测装置，包括滴液管，还包括用于使硅片以设定角度被倾斜放置的支撑组件，所述滴液管被配制为在所述硅片最高处并沿所述硅片宽度方向定量滴定。

进一步的，所述支撑组件包括固定框架，所述硅片被放置在所述固定框架上的倾斜角度为20-60°。

进一步的，所述固定框架上的倾斜角度为30-45°；在所述固定框架靠近所述硅片一侧的倾斜面设有挡块，所述挡块被置于所述固定框架下端部。

进一步的，还包括用于调整所述滴液管并使所述滴液管朝所述硅片表面竖直滴液的调节组件，所述调节组件一端与所述支撑组件连接，另一端被所述滴液管贯穿设置。

进一步的，所述调节组件包括对称设置的连杆和用于固定所述滴液管的定板，所述连杆一端与所述支撑组件活动连接，另一端与所述定板一体连接设置或活动连接设置；所述定板设有若干凸台孔，所述凸台孔沿所述定板靠近所述硅片一侧延伸设置，所述凸台孔与所述滴液管相适配。

进一步的，还包括用于固定所述滴液管的夹持件，所述夹持件与所述定板远离所述凸台孔一侧接触。

一种硅片亲水性检测方法，采用如上任一项所述的检测装置，执行所述硅片以设定角度倾斜放置于所述支撑组件上；执行所述滴液管以设定高度向所述硅片表面最高位置处并沿所述硅片宽度方向定量滴定若干液滴，观察所述液滴是否均在设定时间内沿所述硅片倾斜方向连续流动至所述硅片最低处，即可判定所述硅片亲水性检测是否合格。

进一步的，每个所述硅片滴定五个所述液滴，所述液滴沿所述硅片宽度方向均匀设置。

进一步的，所述液滴在3-5s内从初始位置处到终止位置处的长度贯穿所述硅片长度方向。

进一步的，所述滴液管滴液口距离所述硅片表面的竖直距离为5-15mm；每次滴液的所述液滴含量为15-25μl。

与现有技术相比，本发明提出的检测装置和检测方法，通过对倾斜向下设置的硅片进行滴水检测，滴定方式是在硅片最高位置处并沿其宽度方向均匀地滴定五个点，观察在3-5s的时间内水滴能否连续地贯穿硅片倾斜的长度方向并流至最低位置处，即可判断出硅片亲水性测试是否合格。本发明能快速对硅片进行滴定操作，并直接观察出检测结果，便捷、安全、再现性好且一致性高，结构设计简单且易于操作，适普性广，检测效率高。

附图说明

图1是本发明一实施例的检测装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例的检测装置的侧视图；

图3是本发明另一实施例的固定单元的结构示意图；

图4是本发明另一实施例的定位单元的结构示意图；

图5是本发明一实施例的夹持件的结构示意图。

图中：

100、支撑组件110、固定框架111、斜架

112、支架113、侧架120、挡块

200、调节组件210、连杆220、定板

221、凸台孔230、夹持件231、锥形孔

300、滴液管400、硅片

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本实施例提出一种硅片亲水性检测装置，如图1所示，包括滴液管300，还包括用于使硅片400以设定角度被倾斜放置的支撑组件100，滴液管300在硅片400上端平面最高处并沿硅片400宽度方向定量滴定若干液滴，观察液滴沿硅片400的倾斜方向流动轨迹，即可判断硅片400亲水性检测是否合格。

在硅片400的扩散面上形成3-5nm的二氧化硅层，即可以保证对应电池片做成的组件抗pid合格，同时由于二氧化硅极易亲水，故在本实施例中，滴液管300中的溶液为纯水，而且在电池制成车间，纯水很容易取得。滴液管300在硅片400上含有二氧化硅一侧的表面上，沿硅片400的宽度方向上均匀地滴入若干滴纯水，为保证滴液能均匀覆盖硅片400的宽度方向，一般选五处位置进行滴液，即在硅片400宽度方向上，至少包括硅片400两侧端点及中间轴线上的中点，另两点分别位于端点与中点之间的两个中间位置，分布结构如图2所示。从硅片400的上端部处滴液后，纯水液滴在重力作用下，3-5s内在含有二氧化硅的硅片400的表面上瞬间扩散并沿倾斜表面向下流动，若纯水液滴均都连续地贯穿硅片400的长度方向，说明整个硅片400表面均匀布满二氧化硅层。如果在3-5s内纯水液滴还没有扩散流动，说明生成的二氧化硅的厚度不够，纯水液滴扩散的不够快，对应的电池片做成的组件抗pid不好。

具体地，如图2所示，支撑组件100包括固定框架110，硅片400被放置在固定框架110上的倾斜角度θ为20-60°，这是由于若硅片400被倾斜放置的角度θ小于20°时，液滴会在硅片400表面上会横向流动，致使其流动的轨迹无法贯穿硅片400的长度方向上，从而无法判断硅片400上二氧化硅的镀层是否均匀；而且此时纯水液滴不易沿硅片400的斜面流下来，造成误判。若硅片400被倾斜放置的角度θ大于60°时，会使纯水液滴在硅片400的倾斜表面上翻滚，致使翻滚前后的液滴无法连续流动形成完整的长度轨迹，会有漏检或误检的风险，导致亲水检测不准确；同时，即使二氧化硅浓度不够，纯水液滴依然可沿硅片400的斜面流下来，但对应电池片制成的组件抗pid失效，严重影响产品质量。故，硅片400被放置在固定框架110上的倾斜角度θ为20-60°，优选地，当倾斜角度θ为30-45°时，硅片400上纯水滴液的流动性和与二氧化硅融合的扩散效果最好，检测的更准确。

固定框架110至少包括使硅片400倾斜放置的斜架111和用于支撑斜架111的支架112，其中，斜架111的角度θ即为30-45°，斜架111为平整平面且长宽至少等于硅片400的边长，便于硅片400平稳地放置在斜架111上。支架112、斜架111与水平面围成的横截面可以为三角形，如直角三角形，如图1所示，当然也可以为锐角三角形或钝角三角形(图省略)；也可以为四边形，如直角梯形，如图3所示；或者其它结构的形状；但只要能保证支架112与水平面的夹角θ为30-45°，均在本案保护范围之内。当然为了保证固定框架110整体框架的稳固，可在斜架111的两侧端面处设有侧架113，侧架113可以为平板并与斜架111和支架112围成的横截端面相适配；也可以为一侧杆，分别连接斜架111和支架112，以加强斜架111和支架112固定连接。

进一步的，为了保证硅片400倾斜放置的稳固，在固定框架110靠近硅片400一侧的倾斜面斜架111上设有挡块120，挡块120置于固定框架110的下端部且沿斜架111的宽度方向垂直设置，挡块120的长度至少大于硅片400宽度的一半且位于斜架111宽度方向中间位置处，挡块120的厚度不做具体限制，只要能阻挡硅片400倾斜下滑即可。

检测装置还包括用于调整滴液管300并使滴液管300朝硅片400表面竖直滴液的调节组件200，调节组件200可调整固定滴液管300的位置，以适应不同硅片400尺寸的放置位置，调节组件200的一端与支撑组件100连接，另一端被滴液管300贯穿设置。

进一步的，调节组件200包括对称设置的连杆210和用于固定滴液管300的定板220，连杆210一端与支撑组件100活动连接，另一端与定板220连接，连杆210与支架112铰接设置，进而可调整连杆210的角度以调整滴液管300的位置。在本实施例中，滴液管300为常用的可调式移液器，计量范围在10-200ul，精确度高可保证每次滴液定量移出，具体地，要求每次滴液的液滴量为15-25ul，其与二氧化硅的亲水效果最佳，以保证其足够在3-5s内从硅片400的最上端流至最下端，完成硅片400的亲水测试。

如图4所示，连杆210与定板220一体连接设置，直接调整连杆210与支架112的铰接角度，即可调整定板220的位置，从而调整滴液管300竖直设置并使滴液管300下端口距离硅片400表面的垂直高度h为5-15mm。这是由于，若垂直高度h太高，会增加纯水液滴的重力加速度，使得液滴落入硅片400液面的初始速度较大，不利于亲水性检测的均衡性；若垂直高度h太低，纯水液滴会和硅片400黏在一起。故优选地，滴液管300下端口距离硅片400表面的垂直高度h为5-15mm，当此时才能保证滴入硅片400上纯水滴液不会飞溅，亦可保证其与硅片400亲水性测试接触效果最好。这一结构简单且易于控制，也易于加工，可保证液滴滴落的安全性，保证滴液效果的一致性，从而有利于观察亲水测试的均匀性。

如图1所示，连杆210与定板220为活动连接，优选地，连杆210与定板220为铰接设置。这一结构设置的调节方式更加灵活，调整的空间更大，亦适应各种尺寸规格的固定框架110的结构，可一直保持定板220为水平设置，从而保证滴液管300竖直放置设置。

进一步的，定板220长度方向的中心轴线上设有若干凸台孔221，凸台孔221为直筒型结构，凸台孔221的数量与滴液数量相同且与滴液位置相对于设置，凸台孔221贯穿定板220的厚度且沿定板220靠近硅片400一侧延伸设置，凸台孔221的内径与滴液管300的外径相适配。目的是保证滴液管300在卡固在定板220上时不容易晃动，从而可保证滴液的稳定性。凸台孔221的高度可根据实际情况而定，在此不具体限制。

为了进一步保证滴液管300放置的稳固性，在滴液管300外壁设有夹持件230，如图5所示，夹持件230与定板220远离凸台孔221一侧面接触。在本实施例中，夹持件230为一平板结构，在夹持件230的中心设有锥形孔231，锥形孔231贯穿夹持件230的厚度方向设置，锥形孔231的小径端靠近凸台孔221的一侧设置且与凸台孔221的内径相适配。锥形孔231可使滴液管300悬空设置，并使滴液管300贯穿凸台孔221竖直向下设置，可进一步保证检测结果的准确性。

这种贯穿硅片400任一宽度方向的均匀测试，比现有对水平放置的硅片400的五点滴定的测试更加准确，可判断出硅片400上二氧化硅层是否有断层，镀层的均匀性和一致性检测的更加准确；同时本实施例中也无需用其它辅助工具进行测量流动轨迹，只需在3-5s内观察液滴的流动轨迹是否沿硅片倾斜方向连续地贯穿硅片400的长度，简单且易于观察，可快速确定硅片400的亲水性测试结果，进而即可判断硅片400正面生长的二氧化硅厚度是否均匀合格，进而可知硅片400的anti-pid效果是否符合要求，整个过程操作时间短且测试准确度高。

一种硅片亲水性检测方法，采用如上所述的检测装置，具体步骤：

首先：执行硅片400以设定角度倾斜放置于支撑组件100上。

具体地，如图1所示，将硅片400放置在倾斜角度θ为30-45°设置的固定框架110上的斜架111上，且硅片400的高度中心线与斜架111处的宽度轴线对位设置，即保证硅片400位于斜架111的中间位置处；并使硅片400的下端面与挡块120接触，从而使挡块120隔挡硅片400向下倾斜。

其次，调整调节组件200，以使滴液管300竖直对应于硅片400表面最高位置处，并使滴液管300下端滴液口距离硅片400最高位置处的距离为5-15mm。

具体地，先用夹持件230卡固好滴液管300并使滴液管300贯穿定板220上的凸台孔221，以使滴液管300竖直设置；再调整连杆210和定板220的位置，并保证滴液管300滴液口距离硅片400最高位置处的距离为5-15mm，即滴液管300下端口距离硅片400表面的垂直高度h为5-15mm。这是由于，若垂直高度太高，会增加纯水液滴的重力加速度，使得液滴落入硅片400液面的初始速度较大，不利于亲水性检测的均衡性；若垂直高度太低，纯水液滴会和硅片400黏在一起。故优选地，滴液管300下端口距离硅片400表面的垂直高度h为5-15mm，当此时才能保证滴入硅片400上纯水滴液不会飞溅，亦可保证其与硅片400亲水性测试接触效果最好。这一结构简单且易于控制，也易于加工，可保证液滴滴落的安全性，保证滴液效果的一致性，从而有利于观察亲水测试的均匀性。

最后，执行滴液管300向硅片400表面最高位置处并沿硅片400宽度方向定量滴定若干液滴，液滴均在设定时间内沿硅片400倾斜方向连续流动至硅片400最低位置处，则可判定硅片400亲水性检测合格。

具体地，沿每个硅片400宽度方向上选择五个滴定点并均匀对称设置，优选地，硅片400两侧端点及中间轴线上的中点，另两点分别位于端点与中点之间的两个中间位置，分布结构如图2所示。

再操作滴液管300向硅片400表面上并沿硅片400宽度方向上均匀滴液五次，同时保证每次滴液量为15-25μl；观察每一滴液沿硅片400倾斜面长度方向从最高位置处向最低位置处的流动轨迹是否贯穿硅片400的长度，进而可直接判断硅片400亲水性测试结果。

从硅片400的上端部处滴液后，纯水液滴在重力作用下，3-5s内在含有二氧化硅的硅片400的表面上瞬间扩散并沿倾斜表面向下流动，若纯水液滴均都连续地贯穿硅片400的长度方向，说明整个硅片400表面均匀布满二氧化硅层且厚度一致，电池片制成的组件抗pid有效。如果在3-5s内纯水液滴还没有扩散流动，说明生成的二氧化硅的厚度不够，纯水液滴扩散的不够快，对应的电池片做成的组件抗pid不好。

本发明提出的检测装置和检测方法，通过对倾斜向下设置的硅片进行滴水检测，滴定方式是在硅片最高位置处并沿其宽度方向均匀地滴定五个点，观察在3-5s的时间内水滴能否连续地贯穿硅片倾斜的长度方向并流至最低位置处，即可判断出硅片亲水性测试是否合格。本发明能快速对硅片进行滴定操作，并直接观察出检测结果，便捷、安全、再现性好且一致性高，结构设计简单且易于操作，适普性广，检测效率高。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。