行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
多晶矽太陽能電池與模組電致發光影像之分析 研究成果報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 個別型
計 畫 編 號 ： NSC 100-2221-E-216-003-
執 行 期 間 ： 100 年 08 月 01 日至 101 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 中華大學機械工程學系
計 畫 主 持 人 ： 邱奕契
計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：林子豪
報 告 附 件 ： 出席國際會議研究心得報告及發表論文
公 開 資 訊 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，1 年後可公開查詢
中 華 民 國 101 年 09 月 25 日
中 文 摘 要 ： 太陽能電池的瑕疵種類繁多，任何一種瑕疵都有可能降低電 池的光電轉換效率。在所有類型瑕疵中，又以出現在電池內 部的隱裂最為關鍵。可見光並無法查覺隱藏於電池內部的瑕 疵，因此隱裂最不容易被檢查出來。電致發光
（Electroluminescence EL）是最常用來檢查太陽能電池 模組的技術，然而目前太陽能電池 EL 檢測技術之自動化程度 仍低。有鑒於此，本研究採用 EL 技術進行多晶矽太陽能電池
（Solar Cell）之檢測，冀望能夠達到自動檢出隱裂的目 的。為達成上述目標，本研究首先建構一套能夠讓太陽能電 池發光的裝置，其次建構一套能夠捕捉矽晶片所發出之微弱 近紅外線光的取像系統，最後研發一套能夠根據 EL 影像亮度 差異，自動找出瑕疵的影像分析軟體。
研究結果顯示本研究所規劃之取像系統，能取得清晰的 EL 影 像。順利取得 EL 影像後，本研究分兩步驟進行瑕疵的檢測，
首先尋找細斷線或粗線缺陷所造成的大面積暗區，其次尋找 撞擊後所產生的蜘蛛絲狀小裂紋。結果顯示本研究所規劃之 流程可以有效找出玷污、微裂紋、裂痕、斷線等瑕疵，瑕疵 偵測率約 90.43%。
中文關鍵詞： 瑕疵檢測、多晶矽太陽能電池、電致發光檢測、EL 檢測 英 文 摘 要 ： There are various types of solar cell defects. Any
defect might lower the efficiency of photoelectron transformation of a solar cell. Among all defects, invisible micro cracks occurring in the interior of solar wafers are most crucial. Since visible light is not capable of detecting interior defects of a solar cell； it is not easy to reveal invisible micro cracks. At present it is most common to detect invisible micro crack of solar cell by using
electroluminescence (EL) technique. Accordingly the present research applied EL technique to inspect polycrystalline silicon solar cells.
In view of most commercialized EL systems are
still far from automatic, the present research
devoted to develop an automatic EL inspection
technology. The research contents and steps are as
follows. The first step was to construct a device to
enable solar cells to irradiate. The second step was
to set up an imaging device to capture weak near
infrared light irradiated by solar cells. The last
step was to develop an image analysis program capable
of automatically detecting different types of defects by using the intensity difference in EL images.
The experimental results show that our imaging system is capable of capturing clear EL images of solar cells. After that, the inspection was carried out in two steps. The first step was to detect large dark areas caused by broken finger or defected bus bar.
The second step was to locate spidery crack caused by impact forces. The inspection results show that the proposed inspection flows succeed in discovering various defects including stains, micro cracks, large cracks, broken grid fingers, and defected bus bars.
The overall flaw detection rate is about 90.43%.
英文關鍵詞： Electroluminescence, Micro Crack, Solar Cell, Flaw
Detection, EL Inspection.
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 成 成 成 果 成 果 果 報 果 報 報 告 報 告 告 告
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□ □期中進度報告 期中進度報告 期中進度報告 期中進度報告 多晶矽太陽能電池與模組電致發光影像之分析
多晶矽太陽能電池與模組電致發光影像之分析 多晶矽太陽能電池與模組電致發光影像之分析 多晶矽太陽能電池與模組電致發光影像之分析
計畫類別： 個別型計畫 □整合型計畫
計畫編號：NSC 100－ 2221－ E － 216 －003 －
執行期間： 100 年 08 月 01 日至 101 年 07 月 31 日 執行機構及系所：中華大學機械工程學系
計畫主持人：邱奕契 教授 共同主持人：
計畫參與人員：林子豪
成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)： 精簡報告 □完整報告
本計畫除繳交成果報告外，另須繳交以下出國心得報告：
□赴國外出差或研習心得報告
□赴大陸地區出差或研習心得報告
出席國際學術會議心得報告
□國際合作研究計畫國外研究報告
處理方式：除列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢
□涉及專利或其他智慧財產權， 一年□二年後可公開查詢
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多晶矽太陽能電池與模組電致發光影像之分析 多晶矽太陽能電池與模組電致發光影像之分析 多晶矽太陽能電池與模組電致發光影像之分析 多晶矽太陽能電池與模組電致發光影像之分析
The Analysis of Electroluminescence Images of Multicrystalline Silicon Solar Cells and Modules
中文中文中文 中文摘要摘要摘要摘要
太陽能電池的瑕疵種類繁多，任何一種瑕 疵都有可能降低電池的光電轉換效率。在所有 類型瑕疵中，又以出現在電池內部的隱裂最為 關鍵。可見光並無法查覺隱藏於電池內部的瑕 疵，因此隱裂最不容易被檢查出來。電致發光
（Electroluminescence EL）是最常用來檢查太 陽能電池模組的技術，然而目前太陽能電池 EL 檢測技術之自動化程度仍低。有鑒於此，本研 究採用 EL 技術進行多晶矽太陽能電池（Solar Cell）之檢測，冀望能夠達到自動檢出隱裂的 目的。為達成上述目標，本研究首先建構一套 能夠讓太陽能電池發光的裝置，其次建構一套 能夠捕捉矽晶片所發出之微弱近紅外線光的取 像系統，最後研發一套能夠根據 EL 影像亮度 差異，自動找出瑕疵的影像分析軟體。
研究結果顯示本研究所規劃之取像系統，
能取得清晰的 EL 影像。順利取得 EL 影像後，
本研究分兩步驟進行瑕疵的檢測，首先尋找細 斷線或粗線缺陷所造成的大面積暗區，其次尋 找撞擊後所產生的蜘蛛絲狀小裂紋。結果顯示 本研究所規劃之流程可以有效找出玷污、微裂 紋、裂痕、斷線等瑕疵，瑕疵偵測率約 90.43%。
關鍵詞關鍵詞
關鍵詞關鍵詞：瑕疵檢測、多晶矽太陽能電池、電致 發光檢測、EL 檢測
Abstract
There are various types of solar cell defects.
Any defect might lower the efficiency of photoelectron transformation of a solar cell.
Among all defects, invisible micro cracks occurring in the interior of solar wafers are most crucial. Since visible light is not capable of detecting interior defects of a solar cell; it is not easy to reveal invisible micro cracks. At present it is most common to detect invisible micro crack of solar cell by using electroluminescence (EL) technique. Accordingly the present research applied EL technique to inspect polycrystalline silicon solar cells.
In view of most commercialized EL systems
are still far from automatic, the present research devoted to develop an automatic EL inspection technology. The research contents and steps are as follows. The first step was to construct a device to enable solar cells to irradiate. The second step was to set up an imaging device to capture weak near infrared light irradiated by solar cells. The last step was to develop an image analysis program capable of automatically detecting different types of defects by using the intensity difference in EL images.
The experimental results show that our imaging system is capable of capturing clear EL images of solar cells. After that, the inspection was carried out in two steps. The first step was to detect large dark areas caused by broken finger or defected bus bar. The second step was to locate spidery crack caused by impact forces. The inspection results show that the proposed inspection flows succeed in discovering various defects including stains, micro cracks, large cracks, broken grid fingers, and defected bus bars.
The overall flaw detection rate is about 90.43%.
Keywords: Electroluminescence, Micro Crack, Solar Cell, Flaw Detection, EL Inspection.
1. 前言前言前言前言
任何物體都會發光，太陽能電池內部的矽 晶片也不例外。EL 造影 (Electroluminescence Imaging) 的原理是使用電流讓材料發光，此現 象稱為電致發光或電激發光。EL 檢測法就是利 用電致發光的原理，將偏壓電流導入太陽能電 池提升矽晶片的能階，讓矽材料發出波長介於 800nm 至 1100nm 之微弱近紅外光。利用近紅 線攝影機取像即可獲得所謂的 EL 影像。透過 影像處理與分析即可判定太陽能電池是否具有 瑕疵。當太陽能電池出現局部缺陷時，會影響 太陽能電池該部份的發光亮度，因此發光亮度 的差異可凸顯瑕疵之所在。一般來說，EL 檢測 法主要是根據平均亮度的差異，判斷太陽能電 池是否具有破損、漏膠、斷線、裂痕、微隱裂、
及污跡等缺陷。圖 1 所示為太陽能電池之 EL
影像及各式瑕疵代表圖。
值得一提的是，儘管 EL 技術可用來檢查 太陽光電產品是否有瑕疵，惟多數機台仍處於 半自動化階段。更確切的說，目前之 EL 檢測 技術並未達全自動化的境界，而是在取得 EL 影像後交由人工進行判讀。為了不被淘汰，諸 多廠商正卯足全力積極朝全自動化目標邁進。
圖 1、太陽能電池 EL 影像所呈現之各式瑕疵代 表圖，其中白色箭頭所指處為瑕疵之所在。
2. 研究目的研究目的研究目的 研究目的
投入太陽能電池瑕疵檢測研究的學者很
多，惟大都是利用可見光進行檢測。可見光檢 測法是可以檢測出存在於太陽能電池表面，包 括汙跡、斷線、掉削、白點、刮傷、裂痕、及 破片等瑕疵。但是對於存在於電池內部的瑕 疵，例如隱裂及異物，則因為攝影機看不見而 無法將其檢測出來。如前所述，現今之 EL 檢 測設備幾乎都仍停留在半自動化的程度。有鑑 於此，發展專門用來檢查太陽能電池是否有隱 裂或異物之自動化 EL 檢測系統確有其必要性。
3. 文獻探討文獻探討文獻探討 文獻探討
在諸多 EL 文獻中，其中以 Takahashi 等人 [1]於 2006 所發表的文章最具代表性。該文提 出利用 EL 影像對太陽能電池裂痕及缺陷進行 隨 線 檢 測 的 技 術 。 該 研 究 使 用 能 夠 偵 測 到 300-1200 nm 波長光線的 CCD 進行取像，為了 避免 CCD 接收到其他來源的光線，取像是在暗 室內進行。為了解決 EL 影像內之瑕疵不夠明
顯的缺點，Fuyuki 與 Kitiyanan [2]於 2009 年提 出對太陽能電池加熱的構想。
在取得 EL 影像後，如何將瑕疵檢測出來 是一大挑戰，然而經過詳細的文獻回顧後發 現，目前國內學術界及研究機構從事與本研究 相關之學者相當少，已發表研究結果者，僅彭 成瑜等人[3]。該研究呼籲必須儘速建立缺陷影 像與失效關聯之判別法則。陳秋惠與劉定坤提 出自動缺陷檢測流程[4]，在取得太陽能電池 EL 影像後，透過框選太陽能電池範圍並計算範圍 內整體的亮度值的方式，當整體亮度值低於設 定之閥值時，即可判定微光電轉換效率過低。
Insidecrack Inspection System 是國內宏明 科技自行開發之系統，可用來檢查太陽能電池 晶片及模組是否有裂痕、缺損、及雜質等瑕疵，
其解析度為 350 µm/pixel。欽揚科技[5]所開發 之 EL-CT01A 內裂檢查機可用來檢查 5~6 吋多 晶矽太陽能電池或模組是否具有裂痕、缺損、
雜質、擴散深度及接觸或傳導不良區域等缺 陷。立曄科技[6]所販售之 EL 檢測機可讓使用 者判斷太陽能電池/模組是否具有亮度不足、指 狀斷路、暗區、微裂紋等缺陷。
國外相關研究較多[7, 8]。Köntges 等人[9]
是以 1376×1040 像素之 CCD 攝影機對由 60 片 電池 構 成之 太陽 能 模 組 取像 ， 並 採用 VIM (Voltage Imaging technique for PV Modules)技 術對太陽能模組之 EL 影像進行分析。使用 EL 檢查太陽能電池、陣列、模組、或面板之廠商 包 括 德 國 Basler 與 eatEyes 、 以 及 日 本 NISSHINBO 等。Basler 所開發之 VisionFit Cell inspection 檢測系統可以在 1.0 秒內完成太陽能 電池的檢測。檢測之瑕疵類型包括微裂紋與暗 區 兩 種 。 GreatEyes 所 開 發 之 Lumi Solar Professional System 使用 16 bits，1024×256 之 NIR 攝影機攫取太陽能電池或模組影像，可用 來檢查電池或模組是否有微裂紋、異物、分流 電阻、網印瑕疵、及錫膏等瑕疵。NISSHINBO 推出一序列 EL 檢測設備，從單一電池的檢測 到多個電池所構成的太陽能陣列都能檢測。例 如 PVE1200-C 可用來檢測 5 吋及 6 吋多晶矽太 陽能電池，最大檢測面積為 220 mm×470 mm，
主要是用來檢查微裂紋。PVE1116i-S（圖 2）
3 可用來檢測 10 × 6 太陽能模組內部之裂痕，檢 測速度為 60~70 sec/module，最大檢測面積為 1100 mm × 1650 mm，影像解析度為 1000×1000 pixels。
圖 2、NISSHINBO 公司之 EL 太陽能模組檢測 系統。
圖 3、多晶矽太陽能電池可見光影像（上圖）
與 EL 影像（下圖）的比較。
4. 研究方法與設備研究方法與設備研究方法與設備 研究方法與設備
電致發光造影是利用矽基太陽能電池在通 以偏壓電流後，會發出波長介於 800nm 至 1100nm 之近紅外線光的特性，搭配波長相近之 近紅外線攝影機即可取得 EL 影像。本研究針 對太陽能電池及模組進行檢測，目標是要找出 具有微裂紋、裂痕、斷線、玷污、及異物等缺 陷之太陽能電池/模組。一般來說，EL 檢測技 術成功與否取決於：是否能讓太陽能電池/模 組產生電致發光效應？是否能順利取得 EL 影像？是否有能力根據 EL 影像之灰階差 異，正確找出瑕疵？本研究的主要目標是發展 太陽能電池 EL 影像分析演算法。
4.1 檢測方法與原理檢測方法與原理檢測方法與原理檢測方法與原理
EL影像中各像素點的亮度與超額少數載 子密度（excess minority carrier density）的總數 成正比。當太陽能電池出現缺陷時，少數載子 密度會降低，導致瑕疵出現處之亮度相對較 暗。舉例來說，當太陽能電池有裂痕時（圖3(A1) 及圖3(B1)），電流將無法通過裂痕後面的區 域；沒有電流通過的區域就不會有電致發光，
因而形成EL影像中的暗區，如圖3(A2)及圖3(B2) 所示，此即為EL檢測技術的基本原理。圖3(C2) 所示暗區是電極缺陷所造成的，然而從圖3(C1) 所示之可見光影像卻是看不出異常，由此可見 EL檢測的重要性。
值得一提的是，單晶矽太陽能電池之EL影 像相對單純，透過灰階差異就可以很容易地判 斷有無瑕疵。然而對多晶矽太陽能電池而言，
複雜的晶格背景以及晶格發光不完全等因素，
經常導致EL影像內晶格像素的灰階與瑕疵的 灰階沒有太大的差異，大大提高EL影像判讀的 困難度。有鑑於目前之EL影像分析軟體，其瑕 疵之正判率仍不理想，本研究將根據電致發光 原理，開發EL影像瑕疵檢測軟體。
4.2 實驗設備實驗設備實驗設備實驗設備
圖 4 所示為本研究建構之 EL 檢測機，主 要設備包括導電座、電源供應器、NIR 取像裝 置及鏡頭如圖 5 所示。導電座連接至電源供應 器的正負極，NIR 取像裝置則連接至電腦主機。
圖 4、太陽能電池 EL 檢測設備示意圖。
圖 5、太陽能電池 EL 檢測設備各組件之實體圖。
太陽能電池所發出的螢光非常的微弱，任何外 來光線的亮度可能就已凌駕電致發光效應所產 生的光，導致錯誤的 EL 影像分析結果，因此 本研究將整個取像設備及太陽能電池置入暗 房，防止外來光線進入。
太陽能電池承載台 太陽能電池承載台 太陽能電池承載台
太陽能電池承載台：承載台上裝設有電源連接 機構，將太陽能電池放置其上即可形成電流迴 路。電池的電極線連接至電源連接機構的正、
負極接點，亦即將直流電源供應器之正極接到 太陽能電池的正極（背面的 Bus Bar），負極接 到太陽能電池的負極（正面的 Bus Bar），並施 以恆定電流。電流導通後電池內部矽晶片之電 荷開始移動，當帶負電的電子與帶正電的電洞 結合時會發出近紅外線光（800~1100 nm）。
電源供應器 電源供應器 電源供應器
電源供應器：此可調式電源供應器能夠提供 0~15V 之電壓以及 0~12A 之電流給太陽能電 池，使太陽能電池發出微弱的螢光。本研究使 用之電壓及電流分別為 4.0V 及 6.0A。如果電 致發光過於微弱，可提高電流增加太陽能電池 的發光強度。但是必須注意電流不可過高，否 則可能會燒壞太陽能電池。
NIR 取像裝置取像裝置取像裝置：電致發光檢測系統需要一台對取像裝置 800~1100 nm 波長敏感之高感度 NIR 攝影機。
此外必須選擇一個合適的鏡頭，讓置放於承載 台上的太陽能電池能夠完全納入攝影機的視野
（Field of View FOV）。再者，由於電子與電 洞重組時所發出之近紅外線光相當微弱，因此 攝影機之曝光時間必需夠長（1.00 至 10.0 秒為 常用值）。本研究採用德國 ProgRes progressive
圖 6、太陽能電池 EL 瑕疵偵測流程圖。
scan，36bit 之 1394 彩色攝影，搭配 Schneider XNP 1.4/17 IR 鏡頭，工作距離約為 392.5 mm，
取得之 EL 影像其解析度約為 0.15 mm/pixel。
4.3 檢測流程檢測流程檢測流程檢測流程
本研究針對多晶矽太陽能電池所發展之 EL 影像瑕疵偵測流程，請參考圖 6 所示之流程 圖。檢測的第一步是對太陽能電池通電並攫取 其 EL 影像。第二步是進行暗區檢測法，檢查 太陽能電池是否有大面積的暗區。檢查是否有 暗區的方式是根據暗區檢測法所輸出之斑點數 來判斷。斑點數不為零代表有瑕疵，則在螢幕 上標示瑕疵的位置並結束本片太陽能電池的檢 測，直接進入下一個循環的檢測。反之，斑點 數為零代表無暗區瑕疵，則進入蜘蛛絲檢測流 程。蜘蛛絲檢測法主要是用來檢查太陽能電池 是否有因為外力撞擊所產生之蜘蛛絲狀裂紋。
同樣的，是否具有蜘蛛絲狀裂紋，也是根據輸 出之斑點數來判斷。斑點數不等於零代表有蜘 蛛絲狀裂紋，在螢幕上標示裂紋位置並直接進 入下一個循環的檢測；反之，則在螢幕上顯示 GO，代表通過檢測並進入下一個循環的檢測。
4.3.1 暗區檢測方法與流程
針對暗區本研究所規劃之檢測流程如圖 7 所示，以下就流程中各個步驟做說明。
Step 1: 使用 5×5 X 字形中值濾波對圖 8(a)所示 之 EL 影像進行濾波，將振幅小於設定 值之雜訊移除。
Step 2: 使用 Entropy 二值化將影像中可能之瑕 疵分割出來。圖 8(b)所示為中值濾波及 Entropy 影像分割後之結果影像。
5 圖 7、暗區檢測流程圖。
圖8、暗區檢測流程及其結果：(a)具電極線缺陷 之原始EL影像；(b)中值濾波及影像分割後之結 果影像；(c)去除Busbar後之結果影像；(d)斷開 後之結果影像；(e)斑點分析後之結果影像；(f) 將暗區以紅色標示在原始影像上之結果影像。
Step 3: 使用垂直投影法找出 Bus Bar 的位置並 將其移除，結果如圖 8(c)所示。
Step 4: 使用斷開運算移除小面積的島嶼，結果 如圖 8(d)所示。
Step 5: 使用斑點分析法(Blob Analysis)取得影 像 內 之 斑 點 數 及 面 積 並 將 面 積 小 於 750 個像素之斑點移除，結果如圖 8(e) 所示，可見小面積之物體已被剃除。
Step 6: 以紅點標示瑕疵，結果如圖 8(f)所示。
4.3.2 蜘蛛絲檢測方法與流程
針對蜘蛛絲所規劃之檢測流程如圖 9 所 示，以下依流程之處理程序，逐步說明如下：
Step 1: 由於撞擊點之灰階值較小，本研究採用 Niblack 影像分割法將可能之撞擊點分 割出來，結果如圖 10(b)所示。
Step 2: 使用垂直投影找出 Bus Bar 的位置並將 其移除，結果如圖 10(c)所示。
圖9、蜘蛛絲檢測流程圖。
圖 10、蜘蛛絲檢測流程及其結果：(a)具裂痕之 原始 EL 影像；(b)中值濾波及影像分割後之影 像；(c)去除 Busbar 之影像；(d) 斑點分析後之 影像；(e)尋找種子點做為遮罩之中心點，對 41x41 之矩形區域進行二值化處理後之影像；(f) 將撞擊點以紅色標示在原始影像上。
Step 3: 使用斑點分析取得影像中之物體數及 其面積，並將面積大於 400 像素之斑點 移除，處理後之結果如圖 10(d)所示。
Step 4: 利用像素聚積成長法，找出局部灰階較 低之種子點。
Step 5: 根據裂紋之特性設計 41×41 之遮罩，讓 裂紋由種子點成長出去。
Step 6: 使用斑點分析法取得影像內物體之數 目及面積，並將面積小於門檻值之斑點 去除，結果如圖10(f)所示。
5. 結果結果結果結果與討論與討論與討論 與討論
多晶矽太陽能電池可能出現的瑕疵包括汙 跡、裂痕、電極缺陷、破片及微裂紋等。上述 瑕疵可分成表面瑕疵及內部瑕疵兩大類。表面 瑕疵是指出現在太陽能電池表面之瑕疵，例如 汙跡、裂痕、電極缺陷及破片。內部瑕疵是指 隱藏於太陽能電池內部之微裂紋及異物。使用
可見光檢測可以有效的偵測出表面瑕疵，但是 對於內部瑕疵則無用武之地。雖然本研究是以 檢測內部瑕疵為主，惟實驗結果顯示對於裂 痕、電極缺陷及破片等表面瑕疵一樣有效。檢 測時首先將電流及電壓調至預設值（4V, 6A），
接著將太陽能電池放在導電座上。開啟電源將 電流導入，電池受激發開始發光，10 秒後即可 取得清晰的 EL 影像。將 EL 影像傳送至影像處 理電腦進行分析，即可得知電池是否有瑕疵。
本研究共取得 115 張多晶矽太陽能電池影 像，其中具有瑕疵之影像有 39 張，無瑕疵影像 有 76 張，檢測結果如表 1 所示。由表中可見汙 跡、電極缺陷、破片及裂痕都可以正確地被找 到。微裂紋影像有 31 張，其中 27 張成功檢出，
4 張失敗。造成微裂紋誤判的主因是瑕疵與背 景的灰階對比過低，導致程式將其誤判為無瑕 疵。無瑕疵影像有 76 張，其中 69 張正確被判 定為無瑕疵影像，假警報則有 7 張。誤判的原 因是演算法將晶格發光不完全的小暗區也判定 為瑕疵。整體而言，本研究之瑕疵檢出率為 90.43％。以下將檢測結果分成表面瑕疵以及內 部瑕疵兩部份來說明。
5.1 表面檢測結果
施加電壓與電流激發太陽能電池發出螢 光，當瑕疵對電流之流動造成影響時，瑕疵所 在位置的發光會較微弱，因而灰階值較低。表 面檢測包含汙跡、破片、電極缺陷、及裂痕等。
汙跡：太陽能電池表面具有汙跡時，激發出之 螢光會較微弱，使得汙跡所在位置具有較低的 灰階值。透過此原理，可以很容易的將汙跡檢 測出來，檢測結果如圖 11 所示。
裂痕：此處之裂痕屬於肉眼不易看見的微觀裂 痕。裂痕將導致電流無法通過，造成大面積的 暗區。慶幸的是，暗區之灰階值比平均灰階值 低許多，因此根據灰階差異可以很容易的找出 裂痕所在位置。檢測結果如圖 12 所示
電極缺陷：電極為電流流動的主幹道，當電池 之電極具有缺陷時，EL 影像會出現大面積的暗 區。同樣地，暗區之灰階值較低，因此透過影 像亮區與暗區之差異，暗區可以很容易被偵測 出來，結果如圖 13 所示
破片：破片係指肉眼可見的巨觀瑕疵，破片會 減少太陽能電池發光的面積，影響發電效率。
破片一樣會造成大面積之暗區，因此也可以很 容易地被檢測出來，檢測結果如圖 14 所示。
表 1 檢測結果 瑕 疵
類別 汙跡 電 極
缺陷 破片 裂痕 微裂
紋
無瑕 疵 影 像
張數 1 3 2 2 31 76
正確 1 3 2 2 27 69
錯誤 0 0 0 0 4 7
圖 11、汙跡檢測結果：左圖為原始影像；右圖 為檢測結果。
圖 12、裂痕檢測結果：左圖為原始影像，右圖 為檢測結果。
圖 13、電極缺陷檢測結果：左圖為原始影像；
右圖為檢測結果。
7 圖 14、破片檢測結果：左圖為原始影像，右圖 為檢測結果。
圖15、微裂紋之檢測結果：上圖為原始影像；
下圖為檢測結果。
5.2. 內部檢測結果
內部瑕疵是指隱藏於太陽能電池內部的瑕 疵，包括隱裂及異物。內部瑕疵從外表是看不 見的，使用可見光檢測系統是檢測不出來的，
儘管如此，透過本研究所設計之 EL 檢測系統，
還是可以順利的將其檢測出來。請參考圖 15，
上圖為使用 EL 取像系統攫取所得之影像，下 圖為利用蜘蛛絲檢測法檢測之結果，其中紅色 標示處代表蜘蛛絲狀裂紋撞擊點所在位置。
5.3 討論
本研究應用電致發光技術設計一套 EL 系 統，可針對多晶矽太陽能電池之表面瑕疵及內 部的微裂紋進行檢測，由於用可見光系統對檢 測內部的微裂紋成效不彰，必須使用電致發光 技術激發矽基材料發出微弱螢光搭配近紅線攝 影機才能將隱藏於太陽能電池內部之微裂紋檢 測出來。本研究使用德國 ProgRes CCD 解析度 為 1360×1024 之近紅外線面掃瞄攝影機，搭配
SCHNEIDER 公司所生產的 XNP 1.4/17 定焦鏡 頭，視野範圍為 180mm(H)×170mm(V)與影像 解析度為 132.4um×166um。在取得瑕疵影像 後，如何將瑕疵檢測出來是一大難題，由於多 晶矽太陽能電池的晶格會導致材料發光不完全 產生許多暗區，大大的增加了檢測上的困難程 度。結果證明了本研究設計的電致發光檢測系 統，可以正確檢測出電池表面的汙跡、裂痕、
電極缺陷、破片與隱藏於內部之微裂紋。
6. 結論結論結論結論與建議與建議與建議 與建議
太陽能電池的檢測，從前段 Wafer 的生產 與中段太陽能電池製程都極為重要。至於後段 模組的檢測更為重要，因為太陽能模組是由多 片太陽能電池組裝而成，只要模組內有任何一 片太陽能電池具有瑕疵或焊接不良都會導致發 電效率的大幅下降。
本研究所建構之 EL 設備是以檢測單片太 陽能電池為主，未來可以延伸至模組的檢測。
然而欲檢測太陽能模組，以實驗室現有之設備 是不足的，除非提升攝影機的解析度以及電源 供應器之電壓和電流。此外，鏡頭亦必需更換 成廣角鏡頭才能看得到整個太陽能模組。另外 值得一提的是，EL 的應用雖然相當廣，卻無法 應用在太陽能晶片(Solar Wafer)的檢測上。這是 因為 EL 檢測時必需通電，而晶片並無電極。
7. 成果自評成果自評成果自評成果自評
德 國 Basler[12]所 推 出 的 VisionFit Cell Inspection 可檢查 5 吋及 6 吋多晶矽太陽能電池 是否有微裂紋、裂痕及暗區，曝光時間 0.55~1 秒、影像處理時間 0.8 秒。德國 graphikon[13]
所推出之 G/SOLAR ELI 檢測系統，可用來檢測 5 吋及 6 吋的太陽能電池，檢測項目包括電極 缺陷、裂痕及肉眼看不見的微裂紋等瑕疵，曝 光時間需 1.5 秒。
本研究檢測一片太陽能電池所花的時間也 是以 1.8 秒為目標。惟受限於經費，本研究採 用的是 1360×1024 解析度之近紅外線攝影機，
在性能上不僅對近紅外線光譜的靈敏度較差，
曝光時間也需 10 秒才能完成 6 吋多晶矽太陽能 電池之檢測。如欲滿足快速檢測的需求，攝影
機必須選擇對近紅外線光譜靈敏度較佳之「高 解析度 InGaAs 近紅外線攝影機」，但是一台都 需要百萬元，其價格非本研究負擔的起。
參考文獻 參考文獻 參考文獻 參考文獻
[1] Y. Takahashi, Y. Kaji, A. Ogane, Y. Uraoka and T. Fuyuki, “Luminoscopy- Novel Tool for the Diagnosis of Crystalline Silicon solar cells and Modules Utilizing Electroluminescence,”
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[2] T. Fuyuki and A. Kitiyanan, ‘Photographic Diagnosis of Crystalline Silicon Solar Cells Utilizing Electroluminescene,’ Applied Physics A: material Science & Processing, 96, pp.
189-196, 2009.
[3] 彭成瑜、林福明、黃振隆，”非破壞性檢測 技術用於矽基太陽電池與模組”，科儀新 知，第三十一卷第三期，98 年 12 月，p.
35-42。
[4] 陳秋惠、劉定坤，”太陽能電池之電致發光 缺陷檢測技術”，2010 第十屆全國 AOI 論 壇與展覽大會手冊，(2010)。
[5] http://www.chinup.com.tw/， 台 灣 欽 揚 科 技 。
[6] http://www.schmid-yaya.com/product_el_tes ter.asp，立曄科技股份有限公司。
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[8] D. Kiliani, A. Herguth, G.Hahn, V. Rutka, M. Junk “Fitting of Lateral Resistances in Silicon Solar Cells to Electroluminescence Images,” Preprint 24th EU PVSEC, 2009, Hamburg.
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表 Y04
行政院國家科學委員會補助國內專家學者出席國際學術會議報告 行政院國家科學委員會補助國內專家學者出席國際學術會議報告 行政院國家科學委員會補助國內專家學者出席國際學術會議報告 行政院國家科學委員會補助國內專家學者出席國際學術會議報告
101 年 4 月 2 日
報告人姓名 邱奕契 服務機構
及職稱 中華大學/機械工程學系/教授 時間會議
地點
March 27~29, 2012; ICMSE 2012; 中國\福建省\廈門市
本會核定 補助文號
會議 名稱
(中文) 2012 年製造科學與工程國際學術會議
(英文) The 3rd International Conference on Manufacturing Science and Engineering 發表
論文 題目
(中文)
(1) 微鑽頭之參數最佳化使用機器視覺技術並結合田口法.
(2) 以邊角點偵測法為基之微端銑刀磨耗自動檢測系統 (英文)
(1) Parametric Optimization of Micro Drilling using Machine Vision Technique Combined with Taguchi Method.
(2) Micro-end-milling Wear Automatic Inspection System Based on Effective Corner Detection Method
報告內容應包括下列各項：
一、參加會議經過
製造科學與工程國際學術會議（EI indexed）是提供全世界研究製造科學及工程之專 家與研究人員發表新技術以及研究成果的主要研討會之一。研究人員也可透過此一機會 交換心得或向各領域之專家學者請益。去年之會議（ICMSE’2011）是在吉林舉行，2009 年之會議（ICMSE’2009）是在珠海舉行。本人於台北時間三月二十七日從桃園中正國 際機場二航廈出發，不明原因起飛時間延誤了約一個小時，抵達福建廈門時已近午餐時 間。會議是在廈門國際會議展覽中心舉行。二十八日之開幕式是在四樓的國際會議廳舉 行，之後由大會邀請之兩位 Keynote Speeches 進行專題演說，第一位是 Harbin Institute of Technology 的 Zhou, Yu 教授。第二位是 Beijing University of Aeronautics &
Astronautics 的 Zhong, Qunpeng 教授。二十八日的其他時間也是安排 Keynote Speeches。
本屆 ICMSE 會議之分組討論集中在二十九日發表，上午分五個場地進行，下午分四個 場地進行。
附件三
與會心得
1. 製造科學與工程國際學術會議是製造領域中重要會議之一，可惜的是收錄的論文主 題相當雜，有些看上去不相干的論文也收錄，實為美中不足之處。
2. 與會專家所提之問題都相當深入，提供之意見也相當值得參考，對後續之研究有相 當大的幫助。
3. 由於事先已取得大會議程，對於有興趣之研究及其發表時間及場地可充分掌握，因 此可獲益良多。
4. 會中認識許多不同國家的學者，最重要的是這些學者之研究領域相當接近，對往後 之學術交流有莫大的幫助。
二、考察參觀活動(無是項活動者省略) 無
三、建議 無
四、攜回資料名稱及內容 1. 大會議程
2. The Proceeding of 2012 International Conference on Manufacturing Science and Engineering
五、其他 無
March 24-25 Xiamen, China
Manuscript Number V4241
Authors Yu-Teng Liang, Yih-Chih Chiou
Title Micro-end-milling Wear Automatic Inspection System Based on Effective Corner Detection Method
The Committee of ICMSE 2012 Hong Kong Industrial Technology Research Centre WWW.ICMSE.NET 2012-1-5 We are pleased to inform you that your paper as follow has now been accepted by the Scientific Committee of ICMSE 2012 and will be published in international journal
"Advanced Materials Research", and will be indexed by EI COMPENDEX,Thomson ISTP and Elsevier SCOPUS.
Any questions, please do not hesitate to contact us.
Manufacturing Science and Engineering
Notification of Paper Acceptance
Dear Authors,
The Scientific Committee has completed its review of your paper submitted for the 3rd International Conference on Manufacturing Science and Engineering (ICMSE 2012). The final decision is made base on the peer-review reports, the scientific merits and the
relevance.
Notes:
1. Please revise your manuscript according to the detailed comments and suggestions from the referees. And make sure that your paper is in strict accordance with the format of the journal.
2. Please read the attached registration form carefully and make sure that you pay the
registration fees in time.
March 24-25 Xiamen, China
Manuscript Number V4242
Authors Yu-Teng Liang, Yih-Chih Chiou
Title Parametric Optimization of Micro Drilling using Machine Vision Technique Combined with Taguchi Method
The Committee of ICMSE 2012 Hong Kong Industrial Technology Research Centre WWW.ICMSE.NET 2012-1-5 We are pleased to inform you that your paper as follow has now been accepted by the Scientific Committee of ICMSE 2012 and will be published in international journal
"Advanced Materials Research", and will be indexed by EI COMPENDEX,Thomson ISTP and Elsevier SCOPUS.
Any questions, please do not hesitate to contact us.
2012 International Conference on Manufacturing Science and Engineering
Notification of Paper Acceptance
Dear Authors,
The Scientific Committee has completed its review of your paper submitted for the 3rd International Conference on Manufacturing Science and Engineering (ICMSE 2012). The final decision is made base on the peer-review reports, the scientific merits and the
relevance.
Notes:
1. Please revise your manuscript according to the detailed comments and suggestions from the referees. And make sure that your paper is in strict accordance with the format of the journal.
2. Please read the attached registration form carefully and make sure that you pay the registration fees in time.
10.4028/www.scientific.net/AMR.468-471
10.4028/www.scientific.net/AMR.468-471.1916
10.4028/www.scientific.net/AMR.468-471
10.4028/www.scientific.net/AMR.468-471.2487
國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表
日期:2012/08/30
國科會補助計畫
計畫名稱: 多晶矽太陽能電池與模組電致發光影像之分析 計畫主持人: 邱奕契
計畫編號: 100-2221-E-216-003- 學門領域: 自動化檢測技術
無研發成果推廣資料
100 年度專題研究計畫研究成果彙整表
計畫主持人：邱奕契 計畫編號：100-2221-E-216-003- 計畫名稱：多晶矽太陽能電池與模組電致發光影像之分析
量化
成果項目
實際已達成數（被接受 或已發表）
預期總達成 數(含實際已
達成數)
本計畫實 際貢獻百
分比
單位
備 註
（ 質 化 說 明：如 數 個 計 畫 共 同 成 果、成 果 列 為 該 期 刊 之 封 面 故 事 ...等）
期刊論文 0 0 100%
研究報告/技術報告
0 0 100%
研討會論文 0 0 100%
論文著作 篇
專書 0 0 100%
申請中件數 0 0 100%
專利 已獲得件數 0 0 100% 件
件數 0 0 100% 件
技術移轉
權利金 0 0 100% 千元
碩士生 0 0 100%
博士生 0 0 100%
博士後研究員 0 0 100%
國內
參與計畫人力
（本國籍）
專任助理 0 0 100%
人次
期刊論文 2 1 200%
研究報告/技術報告
0 0 100%
研討會論文 0 0 100%
論文著作 篇
專書 0 0 100% 章/本
申請中件數 0 0 100%
專利 已獲得件數 0 0 100% 件
件數 0 0 100% 件
技術移轉
權利金 0 0 100% 千元
碩士生 0 0 100%
博士生 0 0 100%
博士後研究員 0 0 100%
國外
參與計畫人力
（外國籍）
專任助理 0 0 100%
人次
其他成果 ( 無法以量化表達之成 果如辦理學術活動、獲 得獎項、重要國際合 作、研究成果國際影響 力及其他協助產業技 術發展之具體效益事 項等，請以文字敘述填 列。)
無
成果項目 量化 名稱或內容性質簡述
測驗工具(含質性與量性)
0
課程/模組
0
電腦及網路系統或工具
0
教材
0
舉辦之活動/競賽
0
研討會/工作坊
0
電子報、網站
0
科 教 處 計 畫 加 填 項
目 計畫成果推廣之參與（閱聽）人數
