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Bildverarbeitungssysteme inspizieren Solarenergie-Komponenten

1. Dezember 2010, 11:13 Uhr | Andreas Knoll

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Intelligente Kameras in der Solarindustrie

Schmitt zufolge bieten intelligente Kameras bei der Qualitätskontrolle von Solar-Wafern und Photovoltaik-Modulen die gleichen Vorteile wie in anderen industriellen Umgebungen: »Sie sind weniger platz- und kostenintensiv als Kamerastationen auf PC-Basis, weil sie anders als diese weder Lüfter noch Schaltschränke benötigen«, sagt er. »Gleichzeitig fällt auch der Wartungsaufwand deutlich geringer aus. Ein weiterer Vorteil sind die digitalen Signalprozessoren, die in unseren Kameras durchgängig zum Einsatz kommen: DSPs sind für sehr rechenintensive Echtzeit-Anwendungen und die Verarbeitung digitaler Signale konzipiert und können diese Stärken in anspruchsvollen Anwendungen ausspielen.«

Das neueste, für die Solarzellen-Inspektion ausgelegte Produkt seines Unternehmens ist die 400 g leichte intelligente Kamera VC4467/NIR. Sie eignet sich für das Elektrolumineszenz-Verfahren, das Anwendern die Chance eröffnet, quasi in die Solar-Wafer hineinzuschauen: »Beim Elektrolumineszenz-Verfahren wird von außen eine Spannung an das Solarmodul angelegt, so dass ein Strom hindurch fließt«, verdeutlicht Schmitt. »Dieser Strom bringt die Solarzelle zum Leuchten, und zwar im für das menschliche Auge nicht sichtbaren Nahinfrarotbereich (NIR). Die Stärke des Leuchtens entspricht der Effektivität des betrachteten Solarzellenbereichs.« Mit einer Kamera mit ausreichender NIR-Empfindlichkeit und entsprechenden Einstellungen lasse sich diese Effektivität als Bild erfassen. »Inaktive Zonen in der Zelle, wie sie beispielsweise durch Brüche entstehen, werden dann im Elektrolumineszenzbild durch dunkle Schatten sichtbar«, betont Schmitt.

Die Kamera detektiert und identifiziert Mängel an Solarzellen wie etwa Haarrisse, Shunts und unterbrochene Leiterbahnen. Bei ihr handelt es sich um ein hochsensibles Bildverarbeitungssystem in Form einer 110 x 50 x 35 mm großen Kamera. Modelle der Serie VC4467 sind mit einem EXview-HAD-CCD-Sensor von Sony ausgestattet, der sowohl Lichtwellen im sichtbaren Bereich als auch langwelliges Licht im Grenzbereich zum Infrarotspektrum aufzeichnet. Die VC4467/NIR verfügt über einen modifizierten Sensor, der die Empfindlichkeit im Nahinfrarotbereich weiter erhöht, so dass bei Wellenlängen bis 1100 nm noch bessere Ergebnisse möglich sind.

Auch die intelligente Zeilenkamera VC4002L von Vision Components ist für die Produktion von Solarzellen ausgelegt. Sie kontrolliert das Separieren von Leiterbahnen auf Dünnschicht-Solarzellen per Laser, das sogenannte Laser Scribing. Auf das Trägermaterial der Zellen, etwa Glas, wird ein dünner Siliziumfilm aufgetragen, der per Laser strukturiert wird. Die Leiterbahnen verlaufen parallel und möglichst eng nebeneinander, ohne sich jedoch zu berühren. Das Monitoring-System erkennt die Scribes P1, P2 und P3 automatisch und regelt den Laser in Echtzeit auf 1 μm genau. Die Positionsdaten der Laserlinie werden mit einer Geschwindigkeit von 5 ms erfasst, so dass je Sekunde 200 Messwerte zur Verfügung stehen, die per Ethernet- oder RS-232-Schnittstelle direkt von der Kamera ausgelesen werden können.

Die Auswertedaten und die Bilddaten des Sensors können an ein optionales Displayterminal und an einen Leitrechner übertragen werden, so dass im Fehlerfall die Fehlerquelle direkt sichtbar ist. Die Kamera enthält die komplette Auswerteelektronik und führt eigenständig sämtliche Bildverarbeitungsprozesse aus. Nur zur Parametrierung muss sie mit einem PC verbunden werden. Untergebracht ist sie in einem robusten, 90 x 50 x 35 mm großen Gehäuse.