钙钛矿吸收层的光学检测设备的制作方法

1.本实用新型光伏技术领域，具体而言，涉及一种钙钛矿吸收层的光学检测设备。


背景技术：

2.钙钛矿太阳能光伏组件的核心结构是钙钛矿吸收层，它的膜层质量对整个光伏组件的光电转化效率起到了决定性的作用。所以在产业化过程中对这一膜层的在线检测显得至关重要。
3.现有的光学检测设备无论是通过光致发光、光致发电、光致发热或者纯光学原理进行检测都需要设计复杂的光路和配套精密的光学元器件。
4.有鉴于此，特提出本实用新型。


技术实现要素：

5.本实用新型的一个目的在于提供一种钙钛矿吸收层的光学检测设备，以克服现有技术中需要复杂的设备进行钙钛矿组件的检测，成本高，效率低；本实用新型中的光学检测设备，通过各单元的相互配合，可对钙钛矿组件中的碘化铅及δ-fapbi3进行检测，效率高。
6.为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：
7.钙钛矿吸收层的光学检测设备，包括密闭舱，设置于所述密闭舱内的检测单元和传送单元，设置于所述密闭舱外的图像处理单元；
8.所述检测单元包括工业相机、矩阵光源和承接装置；所述承接装置用于承接钙钛矿组件，所述承接装置包括两个沿水平方向相对设置的第一承接面和第二承接面，所述第一承接面一端和所述第二承接面的一端分别设置在所述密闭舱的两个相对的侧壁上；
9.所述工业相机和所述矩阵光源相对设置，所述工业相机位于所述承接装置的下侧，所述矩阵光源位于所述承接装置的上侧；
10.所述传送单元包括传送装置，所述传送装置包括两个沿水平方向上平行设置的传送带，所述传送带用以传送所述钙钛矿组件，所述传送带的长度小于所述钙钛矿组件的长度，并且小于所述第一承接面和第二承接面之间的距离；所述第一承接面至第二承接面的方向与所述传送带的传送方向相同；所述传送装置连接升降装置，所述升降装置用于升降所述传送装置；所述升降装置上设置有定位传感器；
11.所述矩阵光源和所述承接装置之间设置有传送区域，所述传送区域用于所述传送单元传送所述钙钛矿组件；所述工业相机顶部所在平面的下部设置有停放区域，所述送装置停放区域用于光学检测时停放所述传送装置。
12.在一种实施方式中，所述矩阵光源的有效面积大于所述钙钛矿组件的面积。
13.在一种实施方式中，所述矩阵光源的波长为400～550nm。
14.在一种实施方式中，所述矩阵光源具有第一波长，所述第一波长为475～525nm，所述第一波长用于检测所述钙钛矿组件中的碘化铅。
15.在一种实施方式中，所述矩阵光源具有第二波长，所述第二波长为425～475nm，所
述第二波长用于检测所述钙钛矿组件中的δ-fapbi3。
16.在一种实施方式中所述第一承接面通过第一连接部件与所述密闭舱的侧壁相连。
17.在一种实施方式中，所述第二承接面通过第二连接部件与所述密闭舱的侧壁相连。
18.在一种实施方式中，沿所述第一承接面至所述第二承接面的方向上，所述第一承接面和所述第二承接面的宽度分别为5～15mm。
19.在一种实施方式中，所述工业相机包括数码相机。
20.在一种实施方式中，所述密闭舱的内壁设置有定位组件，所述定位组件位于传送区域，所述定位组件用于对所述传送带上的钙钛矿组件进行定位。
21.在一种实施方式中在所述传送区域，沿所述传送装置传送的方向上，所述密闭舱的相对两侧的侧壁分别设置有进料口和出料口。
22.在一种实施方式中，所述图像处理单元包括图像处理系统。
23.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
24.(1)该钙钛矿吸收层的光学检测设备通过各单元的相互配合，可对钙钛矿组件中的碘化铅及δ-fapbi3进行检测，提高生产效率。
25.(2)该钙钛矿吸收层的光学检测设备可以在钙钛矿吸收层制备完成后第一时间进行检测，判断该工艺是否符合生产要求。这样可以避免在终端iv测试时发现不良品而造成的材料、能源、人力和时间的浪费。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本实用新型一种实施方式的钙钛矿吸收层的光学检测设备的结构示意图；
28.图2为本实用新型另一种实施方式的钙钛矿吸收层的光学检测设备的结构示意图；
29.图3为本实用新型中传送装置的结构示意图；
30.图4为本实用新型中钙钛矿组件停放在传送装置上进行定位的俯视示意图；
31.图5为本实用新型中钙钛矿组件停放在传送装置上进行定位的侧视示意图。
32.附图标记：
33.1-密闭舱、101-进料口、102-出料口、103-传送区域、104-停放区域、2-矩阵光源、3-传送装置、300-传送带、301-升降装置、302-定位传感器、303-定位组件、4-工业相机、5-承接装置、501-第一承接面、502-第一连接部件、503-第二承接面、504-第二连接部件、6-图像处理系统、7-钙钛矿组件。
具体实施方式
34.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者
是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.钙钛矿吸收层的光学检测设备，包括密闭舱，设置于所述密闭舱内的检测单元和传送单元，设置于所述密闭舱外的图像处理单元；
37.所述检测单元包括工业相机、矩阵光源和承接装置；所述承接装置用于承接钙钛矿组件，所述承接装置包括两个沿水平方向相对设置的第一承接面和第二承接面，所述第一承接面一端和所述第二承接面的一端分别设置在所述密闭舱的两个相对的侧壁上；
38.所述工业相机和所述矩阵光源相对设置，所述工业相机位于所述承接装置的下侧，所述矩阵光源位于所述承接装置的上侧；
39.所述传送单元包括传送装置，所述传送装置包括两个沿水平方向上平行设置的传送带，所述传送带用以传送所述钙钛矿组件，所述传送带的长度小于所述钙钛矿组件的长度，并且小于所述第一承接面和第二承接面之间的距离；所述第一承接面至第二承接面的方向与所述传送带的传送方向相同；所述传送装置连接升降装置，所述升降装置用于升降所述传送装置；所述升降装置上设置有定位传感器；
40.所述矩阵光源和所述承接装置之间设置有传送区域，所述传送区域用于所述传送单元传送所述钙钛矿组件；所述工业相机顶部所在平面的下部设置有停放区域，所述送装置停放区域用于光学检测时停放所述传送装置。
41.该检测设备在制备钙钛矿薄膜太阳能组件的自动化流水线上，位于钙钛矿层镀膜工序和第二电荷传输层镀膜之间。
42.该钙钛矿吸收层的光学检测设备可以在钙钛矿吸收层制备完成后第一时间进行检测，判断该工艺是否符合生产要求。这样可以避免在终端iv测试时发现不良品而造成的材料、能源、人力和时间的浪费。
43.在一种实施方式中，该检测设备的矩阵光源通过若干个阵列拼接而成，每一个阵列含有若干个点光源。
44.在一种实施方式中，光源的有效面积大于钙钛矿组件的面积。
45.在钙钛矿组件所在的平面上光源的辐照均匀性一致，波动＜2％；光源波长在400～550nm范围为可调，调整精度优于1nm；光源光照强度在0～250w/m2范围内可调，调整精度优于1w/m2，通过对光照强度的调节，使透过光能被工业相机清晰的捕捉，并且在存在异常的区域能够产生明显的对比效果。
46.在一种实施方式中，所述定位传感器设置在升降装置的内侧。靠近钙钛矿组件的前端。在一种实施方式中，所述定位传感器设置也可设置在传送装置上，只要可以实现运行在传送装置上的钙钛矿组件在适宜区域停止运行即可。
47.在一种实施方式中，传送装置和升降装置均为现有技术常规结构。只要可以满足对钙钛矿组件进行水平传送和竖向升降移动即可。
48.在一种实施方式中，所述矩阵光源具有第一波长，所述第一波长为475～525nm，所述第一波长用于检测所述钙钛矿组件中的碘化铅。
49.在一种实施方式中，所述矩阵光源具有第二波长，所述第二波长为425～475nm，所述第二波长用于检测所述钙钛矿组件中的δ-fapbi3。
50.标准的钙钛矿吸收层有高的吸收系数，对可见光全吸收，且随着波长变短吸收率逐渐增加。标准的钙钛矿吸收层的吸收曲线是平缓上升的。当钙钛矿吸收层中混有反应未完全而残留的碘化铅时，其可见光在500nm附近波段内有一个明显的吸收突跃。通过检测是否存在这个吸收峰可以对钙钛矿吸收层的成分做出判断。当钙钛矿吸收层中混有δ-fapbi3时，其可将在440nm附近波段有明显的吸收突跃。另外，吸收层的厚度会直接影响到某一个波长吸收率的高低，可以根据吸收值判断薄膜厚度是否在正常范围内。
51.例如，当一固定光强的500nm光源透过碘化铅时，其透射光的强度就会比其相邻的500～510nm强度弱，利用光信号探测器可以测量得到透射光的光强，存在光强度的差异就能够判断此区域内有残留的pbi2，而对于标准钙钛矿，在此区间的吸收光强度几乎一致，所以透射光强度也是一致的。将光信号探测器测量到的光强转变成黑-灰-白的明暗度，相邻波长明暗度的变化趋势作为是否存在残留pbi2的判断依据。δ-fapbi3在440nm也有类似现象。可以用相同的方法进行检测。
52.另外根据朗伯-比尔定律，薄膜厚度和光吸收呈线性关系，我们利用这个规律，也可以通过透射光强度来定量的判断薄膜厚度是否在合理的区间。
53.在一种实施方式中，所述第一承接面通过第一连接部件与所述密闭舱的侧壁相连。
54.在一种实施方式中，所述第二承接面通过第二连接部件与所述密闭舱的侧壁相连。
55.第一连接部件包括相连接的第一横向支面和第一竖向支面，所述第一横向支面连接所述密闭舱的侧壁，所述第一竖向支面连接所述第一承接面。所述第二连接部件包括相连接的第二横向支面和第二竖向支面，所述第二横向支面连接所述密闭舱的侧壁，所述第二竖向支面连接所述第二承接面。该承接装置的四周均与密闭舱连接在一起，保证无其他空间漏光至底部工业相机。
56.在一种实施方式中，第一承接面和第二承接面对称设置。第一连接部件和第二连接部件对称设置。
57.第一承接面和第二承接面设置在同一高度的水平面。承接装置的中部无支撑和遮挡，可以保证光源发出的光透过钙钛矿组件后能够完全被底部的工业数码相机捕捉到。第一承接面和第二承接面分别承接钙钛矿组件的两端。
58.在一种实施方式中，沿所述第一承接面至所述第二承接面的方向上，所述第一承接面和所述第二承接面的宽度分别为5～15mm。例如，可以为6mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm或15mm等。
59.在一种实施方式中，所述工业相机包括所述工业相机包括数码相机。
60.在一种实施方式中，在光源从400nm～550nm连续变化的过程中，工业相机以固定
的时间间隔连续采集透过钙钛矿太阳能组件的光信号，采集时间间隔与波长变化间隔一致。
61.在一种实施方式中，所述密闭舱的内壁设置有定位组件，所述定位组件位于传送区域，所述定位组件用于对所述传送带上的钙钛矿组件进行定位。
62.在一种实施方式中，所述密闭舱的内壁设置有4个定位组件，所述定位组件设置于沿所述钙钛矿组件宽度方向的密闭舱的两侧侧壁上。每侧的侧壁设置有两个定位组件，两侧侧壁的定位组件呈相对设置。
63.在一种实施方式中，定位组件为定位气缸。
64.在一种实施方式中，所述密闭舱的内壁为黑色。
65.设备密闭舱的内部为一密闭空间，杜绝外部光线对测试结果的影响。同时其内部均为黑色表面，最大限度减少光线的反射和散射。
66.在一种实施方式中，在所述传送区域，沿所述传送装置传送的方向上，所述密闭舱的相对两侧的侧壁分别设置有进料口和出料口。
67.在一种实施方式中，图像处理单元包括图像处理系统。
68.该检测设备配置图像处理系统，对工业数码相机采集的光信号图片进行处理。光信号图片亮度的强弱赋值不同的白-灰-黑渐变色，输出检测照片。通过对检测照片整体区域颜色的对比和相邻波长下检测照片的对比，判断是否存在未反应完全的碘化铅和钙钛矿黄相。
69.如果局部区域确实存在未反应完全的碘化铅或者钙钛矿黄相，则因为其对此波段光的高吸收导致工业数码相机采集的光信号明显变弱，图片处理系统会对此区域赋值很暗的颜色，最终通过颜色的差异性反映钙钛矿层薄膜成分中的局部是否含有混杂相或反应未完全而残留的碘化铅，再根据局部差异的分布规律判断在钙钛矿吸收层制备过程中存在问题点的区域。
70.另外，分别对正常膜厚上限和下限的组件进行某一特定波长的检测，经过图片处理系统输出的检测照片明暗度区间即为正常组件的检测结果。在此明暗度区间外的检测结果表明膜厚异常，需要调整镀膜工艺。
71.采用上述钙钛矿吸收层的光学检测设备实施钙钛矿吸收层的光学检测方法，包括以下步骤：
72.钙钛矿组件从进料口进入密闭舱内，关闭进料口，在传送区域内，钙钛矿组件上料至传送装置的传送带上进行传送，至定位传感器停止传送，定位组件调整钙钛矿组件在传送带上的位置，使钙钛矿组件沿长度方向上的两端的投影分别与第一承接面和第二承接面相交。定位组件定位后，升降装置带动传送装置缓慢下降，传送装置穿过承接装置的第一承接面和第二承接面之间的空间，而钙钛矿组件的两端分别落在第一承接面和第二承接面上；传送装置继续下降至停放区域暂时停放。光源开启，设定起始波长和终止波长，时间间隔为0.1s到1s，波长间隔为0.5nm到5nm；同时在相同时间间隔内工业数码相机对透过组件的光信号进行收集，同步传输到图像处理系统，经处理后输出图片，完成检测。
73.完成检测后，升降装置带动传送装置上升，钙钛矿组件重新回到传送带上，进入传送区域，升降装置停止升降操作，传送装置运行，钙钛矿组件从出料口出去，根据检测结果判定组件的合格与否，并传输至下一工序。
74.下面结合具体的实施例进一步说明。
75.钙钛矿组件在传送区域停滞时，钙钛矿吸收层的光学检测设备的结构示意图如图1所示。
76.钙钛矿组件进行光学检测时，钙钛矿吸收层的光学检测设备的结构示意图如图2所示。
77.传送装置的结构示意图如图3所示。
78.钙钛矿组件停放在传送装置上进行定位的俯视示意图如图4所示。
79.钙钛矿组件停放在传送装置上进行定位的侧视示意图如图5所示。
80.实施例1
81.钙钛矿吸收层的光学检测设备，包括密闭舱1，设置于所述密闭舱1内的检测单元和传送单元，设置于所述密闭舱1外的图像处理单元；
82.所述检测单元包括工业相机4、矩阵光源2和承接装置5；所述承接装置5用于承接钙钛矿组件7，所述承接装置5包括两个沿水平方向相对设置的第一承接面501和第二承接面503，所述第一承接面501一端和所述第二承接面503的一端分别设置在所述密闭舱1的两个相对的侧壁上；
83.所述工业相机4和所述矩阵光源2相对设置，所述工业相机4位于所述承接装置5的下侧，所述矩阵光源2位于所述承接装置5的上侧；
84.所述传送单元包括传送装置3，所述传送装置3包括两个沿水平方向上平行设置的传送带300，所述传送带300用以传送所述钙钛矿组件7，所述传送带300的长度小于所述钙钛矿组件7的长度，并且小于所述第一承接面501和第二承接面503之间的距离；所述第一承接面501至第二承接面503的方向与所述传送带300的传送方向相同；所述传送装置3连接升降装置301，所述升降装置301用于升降所述传送装置3；所述升降装置301上设置有定位传感器302；
85.所述矩阵光源2和所述承接装置5之间设置有传送区域103，所述传送区域103用于所述传送单元传送所述钙钛矿组件7；所述工业相机4顶部所在平面的下部设置有停放区域104，所述装置停放区域104用于光学检测时停放所述传送装置3；
86.所述矩阵光源2的有效面积大于所述钙钛矿组件7的面积；
87.所述矩阵光源2具有第一波长，所述第一波长为475～525nm，所述第一波长用于检测所述钙钛矿组件7中的碘化铅；
88.所述第一承接面501通过第一连接部件502与所述密闭舱1的侧壁相连；
89.所述第二承接面503通过第二连接部件504与所述密闭舱1的侧壁相连；
90.沿所述第一承接面501至所述第二承接面503的方向上，所述第一承接面501和所述第二承接面503的宽度分别为5～15mm；
91.所述工业相机4为数码相机；
92.所述密闭舱1的内壁设置有4个定位组件303，定位组件303设置于沿所述钙钛矿组件7宽度方向的密闭舱1的两侧侧壁上，每侧的侧壁设置有两个定位组件303，呈相对设置；所述定位组件303用于对所述传送带300上的钙钛矿组件7进行定位；
93.在所述传送区域103，沿所述传送装置3传送的方向上，所述密闭舱1的相对两侧的侧壁分别设置有进料口101和出料口102；
94.所述图像处理单元包括图像处理系统6。
95.实施例2
96.采用实施例1中的设备实施钙钛矿吸收层的光学检测方法，包括以下步骤：
97.钙钛矿组件7从进料口101进入密闭舱1内，关闭进料口101，在传送区域103内，钙钛矿组件7上料至传送装置3的传送带300上进行传送，至定位传感器302停止传送，定位组件303调整钙钛矿组件7在传送带300上的位置，使钙钛矿组件7沿长度方向上的两端的投影分别与第一承接面501和第二承接面503相交。
98.定位组件303定位后，升降装置301带动传送装置3缓慢下降，传送装置3穿过承接装置5的第一承接面501和第二承接面503之间的空间，而钙钛矿组件7的两端分别落在第一承接面501和第二承接面503上；传送装置3继续下降至停放区域104暂时停放。
99.光源开启，波长从525nm开始，以0.1s到1s的时间间隔，以0.5nm到5nm的波长间隔，到475nm结束；同时在相同时间间隔内工业数码相机对透过组件的光信号进行收集，同步传输到图像处理系统6，经处理后输出图片，完成检测。
100.完成检测后，升降装置301带动传送装置3上升，钙钛矿组件7重新回到传送带300上，进入传送区域103，升降装置301停止升降操作，传送装置3运行，钙钛矿组件7从出料口102出去，根据检测结果判定钙钛矿组件7的合格与否，如合格，组件传输至下一工序，不合格即出自动生产线。
101.实施例3
102.钙钛矿吸收层的光学检测方法，光源开启，波长从475nm开始，以0.1s到1s的时间间隔，以0.5nm到5nm的波长间隔，到425nm结束，其他条件同实施例2。该方法用于检测钙钛矿黄相δ-fapbi3。
103.实施例4
104.钙钛矿吸收层的光学检测方法，除波长固定在500nm，其他条件同实施例2。该方法用于检测钙钛矿膜厚。
105.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。