[发明专利]一种基于机器视觉的钙钛矿薄膜质量检测装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于机器视觉的钙钛矿薄膜质量检测装置，包括带灯罩的无影光源、工业相机、集成支架以及控制中心，灯罩和工业相机分别可调地固定在集成支架上，工业相机与控制中心数据连接，在控制中心内设置了用于处理工业相机拍摄图像的图像处理单元；在灯罩的底部设置载样板，含有钙钛矿薄膜的待检测的样件正面朝上地放置在载样板上，工业相机透过灯罩的顶部的观察窗口对样件进行拍摄。控制中心将工业相机拍摄的图像与已保存在控制中心数据库中的标准图像进行比对和判断。本发明还公开使用该基于机器视觉的钙钛矿薄膜质量检测装置的方法。本发明能够实现钙钛矿薄膜快速、有效、无损的检测和筛选，大大提高了检测效率和检测的准确性。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池制造技术领域，特别涉及一种基于机器视觉的钙钛矿薄膜质量检测装置及方法。

背景技术

在钙钛矿太阳能电池的生产过程中，钙钛矿薄膜质量的好坏直接影响钙钛矿电池性能的优劣。目前对钙钛矿薄膜质量的检测手段主要有两种，一种是微观检测手段，如利用X射线衍射仪（XRD）表征钙钛矿薄膜的结晶程度；利用扫描电子显微镜（SEM）观察钙钛矿薄膜的微观形貌；利用原子力显微镜（AFM）测试钙钛矿薄膜表面平整度等，这些微观检测手段不仅测试费用昂贵、制样繁琐、测试时间长，而且很难整合到实际的生产线中，无法满足后续钙钛矿电池组件的批量化生产要求。而另一种检测手段是使用常规光谱检测，如紫外可见漫反射谱（UV-vis）、荧光光谱（PL）等，也因价格昂贵，光路精度要求高，测试耗时等因素，限制了其在生产线中的大规模应用。

另一方面，钙钛矿薄膜的反应程度也会直接影响钙钛矿薄膜的质量，而目前对钙钛矿薄膜反应程度的判断尚未见到有效的方法。无论是溶液法还是气相法制备钙钛矿薄膜，只有当几种前驱体的摩尔量符合化学计量数之比时，钙钛矿薄膜才能充分反应，当其中一种前驱体的量不足时，钙钛矿就会出现反应不充分的情况。以最常见的MAPbI₃钙钛矿材料为例，它是由MAI和PbI₂两种前驱体通过化学反应转化而成，当MAI前驱体的量不足时，钙钛矿的转化不充分，此时薄膜中会残留较多的PbI₂前驱体，使得钙钛矿薄膜在光照下，从正面（入光面为正面，即导电玻璃基底这一面）看去会呈现淡黄色，说明钙钛矿薄膜对可见光的吸收尚不充分。当MAI的量逐渐符合化学计量数之比时，MAPbI₃的反应程度逐渐达到充分状态。在这一过程中，从正面观察钙钛矿薄膜所呈现出来的颜色变化会从淡黄色逐渐变为青绿色，再到淡蓝色，最后到紫色，这也从侧面印证了钙钛矿薄膜对光的吸收逐渐扩展至整个可见光范围。钙钛矿薄膜的这种颜色变化过程恰好为我们提供了一种判断其反应程度的指标。

机器视觉是一种使用机器代替人眼进行检测和判断的工业系统，其通过图像拍摄装置摄取待检测样品的图像信息，并传输至专用的图像处理系统。图像处理系统会将检测样品的颜色、亮度、均匀性等信息转换成数字信号，并与数据库中的标准样品进行比对，从而做出判断和筛选，并将结果反馈给现场工作的设备和检测人员。相比于人工检测与筛选，机器视觉大大提高了样品检测的准确性和生产效率，并在一些不适合人工作业的危险环境中发挥着重要作用。机器视觉的应用越来越广泛。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于机器视觉的，快速、高效、无损的钙钛矿薄膜质量检测装置及方法，解决了现有微观检测和常规光谱检测钙钛矿薄膜所带来的测试昂贵、耗时长、不利于工业化生产的问题，同时，能够在不损伤钙钛矿薄膜的前提下，对其反应程度进行判断，大大提高了检测效率和检测的准确性。