專利名稱：用于檢測太陽能電池的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在權(quán)利要求1的前序部分描述的一般類型的設(shè)備。
這種類型的已知設(shè)備通常由緊密結(jié)合的組件單元(也稱作光模擬器)構(gòu)成，包括至少一個燈、可控能量供應(yīng)單元、冷卻單元、濾光器單元以及用于光強(qiáng)度監(jiān)測的檢測器單元等。上述燈內(nèi)充滿金屬鹵化物蒸汽或氙氣或它們的混合物，用作連續(xù)的發(fā)光器。通常來說，也采用多個燈與附加過濾器的組合。這些組件單元也稱作連續(xù)的光模擬器(US7394993，JP57179674，US5217285)。這些設(shè)備例如用于在科研實(shí)驗(yàn)室中或者在生產(chǎn)工廠質(zhì)檢中測量太陽能電池。
此外，人們還知道采用一個或多個氙閃光管的其它設(shè)備，其閃光時間能量可以調(diào)節(jié)。這些設(shè)備通常稱作閃光器或脈沖光模擬器(JP11317535，US3950862，JP314840)，用于在生產(chǎn)過程中測量太陽能電池。
盡管設(shè)計(jì)尺寸小，但所描述或提及的設(shè)備仍需要大的空間，并且由于所采用的氣體放電燈或存在短暫高脈沖能量而具有高能量需求。
為了用于太陽能電池的半連續(xù)生產(chǎn)過程，假設(shè)發(fā)出輻射的光譜范圍仍在所要求的范圍內(nèi)，那么利用高輻射能量工作的連續(xù)光或脈沖光模擬器分別具有以例如3秒循環(huán)的750和9小時的平均工作時間，因此，本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)在開頭指定的這種一般類型的設(shè)備，其設(shè)計(jì)方式使這種設(shè)備特別適用于在太陽能電池生產(chǎn)中的品質(zhì)監(jiān)測，能夠以構(gòu)造簡單方式進(jìn)行生產(chǎn)，并且體積小，節(jié)省能量。
根據(jù)本發(fā)明，如果光源是具有在待測量的太陽能電池的優(yōu)選光譜靈敏度范圍內(nèi)的基本為單色輻射的固態(tài)光源的矩陣，并且用于激勵光源的裝置具有電流調(diào)節(jié)器，那么就可以實(shí)現(xiàn)此目的。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備具有的優(yōu)點(diǎn)是，由大量具有低亮度、高效率的物理性質(zhì)相同的固態(tài)輻射源代替在光模擬器中采用的并以高亮度的氣體放電為基礎(chǔ)的大體為單獨(dú)的輻射源。這可以大幅度地減少所需的空間和能量，并將顯著提高壽命。在太陽能電池生產(chǎn)監(jiān)測或功能檢測過程中，已發(fā)現(xiàn)太陽能光譜的所需模擬(simulation)不是絕對必要的。這種測試可以利用由固態(tài)輻射源提供的有限光譜進(jìn)行。此外，在變換功率時(例如減低亮度)，這些固態(tài)光源不會改變它們的光譜分布。
為了檢測硅太陽能電池，該設(shè)備優(yōu)選地具有發(fā)出880nm范圍內(nèi)的輻射的固態(tài)光源。將此矩陣光源優(yōu)選地設(shè)計(jì)用于在25℃溫度下輸出1200W/m2的特定輻射功率。采用這些條件作為目前采用的設(shè)備中進(jìn)行太陽能電池之檢測的基礎(chǔ)，因此此市場份額可由本發(fā)明覆蓋。所采用固態(tài)光源的上述光譜靈敏度根據(jù)它們的設(shè)計(jì)進(jìn)行考慮，使得其僅對于硅電池為最佳。在對薄膜或薄層電池或其它以光電形式采用的化合物半導(dǎo)體的測試中，可能需要其它光譜。因此，根據(jù)目前所知的其它技術(shù)，對太陽能電池采用具有其它特定光譜光靈敏度的固態(tài)光源。
此外，利用該設(shè)備，還可以測試具有在700nm范圍中的輻射的CdTe(碲化鎘)太陽能電池、或是具有在600nm范圍中的輻射的CIS(銅銦硒薄膜)太陽能電池，其在25℃下有1000W/m2的矩陣光源特定輻射功率的輸出。同樣可以測試其它類型的太陽能電池。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，矩陣光源至少具有400個固態(tài)光源，用于10×10cm的太陽能電池的測試。借助于此數(shù)量的固態(tài)光源，為太陽能電池的檢測提供所需要的功率。
在優(yōu)選實(shí)施例中，這些固態(tài)光源是若干個LED，具有兩面凸起的輻射遮光板(lenticularradiation crifice)，它們的相隔4.3mm±10％距離的矩陣狀設(shè)置基本上形成了均勻的輻射區(qū)域。其優(yōu)點(diǎn)是有均勻的受照射區(qū)域，其中產(chǎn)生均勻的光場。
有利的是，用于控制光源的輸出光功率的裝置被集成在受計(jì)算機(jī)控制的評估單元中。在優(yōu)選實(shí)施例中，用于控制輸出光功率的裝置包括具有參考光源反饋網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)控制電流源。這補(bǔ)償了矩陣光源的老化現(xiàn)象和/或溫度偏差。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，矩陣光源是標(biāo)準(zhǔn)組件結(jié)構(gòu)，并且可以附加組件進(jìn)行擴(kuò)展。
優(yōu)選地，矩陣光源是采用XY矩陣的形式，可個別地控制固態(tài)光源的電流。為了獲得所需要的光譜分布，矩陣光源可由若干組不同光譜發(fā)光的固態(tài)光源構(gòu)成，通過對這些光源組的適當(dāng)激勵，可以產(chǎn)生所需要的混合光譜。具有不同光譜靈敏度的LED的采用允許進(jìn)行混合光生成的組合，根據(jù)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，還可以在整體上允許形成AM 1.5光譜，盡管為純測試目的、這尚未被證明是必須的。
還可以由矩形或曲線形、尤其是圓形的形式代替方形矩陣光源。
以下結(jié)合附圖根據(jù)實(shí)施例描述本發(fā)明。


圖1示意性地示出用于檢測太陽能電池的設(shè)備，該設(shè)備配置有矩陣光源；圖2示意性地示出具有LED和激勵網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際的矩陣光源、包括反饋網(wǎng)絡(luò)的參考測量裝置、以及電源；圖3示意性地示出具有參考LED、光適應(yīng)濾光器和評估傳感器的參考測量裝置；圖4示意性地示出以組件方式擴(kuò)展的雙矩陣光源，其用于檢測具有更大面積的樣品，例如光電組件；圖5示意性示出一種具有X-Y激勵的矩陣光源裝置，其用于檢測太陽能電池的均勻性。
圖1示出了用于測量太陽能電池的一種設(shè)備，該設(shè)備包括矩陣光源1，該光源1由多個固態(tài)光源構(gòu)成，這些固態(tài)光源通過可計(jì)算機(jī)控制的電流源5提供能量。根據(jù)固態(tài)光源的光譜發(fā)光將它們形成所需尺寸，其方式使得在太陽能電池2的最佳光譜靈敏度范圍內(nèi)、它們發(fā)出的光能量可以轉(zhuǎn)換為電流。所產(chǎn)生的測量電流與輻射能量成正比。模擬測量電流經(jīng)過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器3被轉(zhuǎn)換成數(shù)字測量信號，以便在評估單元/測試計(jì)算機(jī)4中進(jìn)一步進(jìn)行處理，。
根據(jù)本發(fā)明，在880nm的光譜范圍中的LED被用作固態(tài)光源，這是因?yàn)樵诖瞬ㄩL的輻射能量最容易被硅太陽能電池轉(zhuǎn)換。此處，首先在確定的時間單元中并以按確定方式增加的矩陣光源1的輻射能量、通過受計(jì)算機(jī)控制的電流源5的受控二極管電流、輸送給校準(zhǔn)用參考電池。直至1000W/m2的校準(zhǔn)值，經(jīng)過測試分流，記錄相關(guān)的產(chǎn)生電流或電壓。參考電池具有25℃(STC)的測試溫度。
在圖1所示的測量設(shè)備的這種校準(zhǔn)之后，任何所需的太陽能電池或相同電池材料的任何相應(yīng)的輻射傳感器可以被照射，可以確定與入射輻射相關(guān)的被測電流。通過校正因數(shù)或校準(zhǔn)曲線來考慮此被測電流與參考電池之電流的偏差。
圖2示出圖1所公開的矩陣光源1的細(xì)節(jié)。在本實(shí)施例中，各LED被配置在至少20個平行的串(若干列)中，并且它們又依次被配置在矩陣光源電路板8的區(qū)域上，作為至少20個LED的一個串聯(lián)電路(若干行)。從受計(jì)算機(jī)控制的電流源5經(jīng)過驅(qū)動組件6向各LED串提供確定的電流。為了監(jiān)測和控制串電流(strand current)，從每一串輸出LED的輻射，以便可以在參考光源反饋網(wǎng)絡(luò)7中評估所述串電流。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明詳細(xì)描述的這種參考光源反饋網(wǎng)絡(luò)7。其照射被輸出的參考LED 9同樣采用在本實(shí)施例中的矩陣狀光源的形式。通過適應(yīng)過濾器10照射太陽能電池或光傳感器芯片11。由于可以通過LED的電流調(diào)節(jié)矩陣光源1的光強(qiáng)度，因此參考光源反饋網(wǎng)絡(luò)7用作對于矩陣光源電路板8的老化現(xiàn)象或溫度偏差的補(bǔ)償裝置。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明已在圖2中描述的矩陣光源1，其以組件擴(kuò)展并作為大面積雙矩陣光源16。根據(jù)本實(shí)施例，正如在圖1所描述的那樣，可以執(zhí)行測量任務(wù)，在此用于光電組件12作為示例。
圖5示出了一個XY矩陣光源13的例子，其具有適當(dāng)修改的電路板、用于X行和Y列的解碼器組件14以及可編程電流源15。根據(jù)此實(shí)施例，在可編程電流源中進(jìn)行各電流監(jiān)測。根據(jù)本發(fā)明，選擇確定幅度和形狀的光脈沖，以便按順序測試太陽能電池的均勻性，盡可能地在發(fā)電過程中不引起任何故障，并能夠以簡單地方式對這些電池進(jìn)行評估。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測太陽能電池的設(shè)備，包括一個確定的矩陣光源(1)，用于照射這些太陽能電池(2)，激勵裝置，利用電流調(diào)節(jié)器激勵光源；以及評估單元(4)，電連接到所要檢測的太陽能電池(2)上，并用于測量由受照射的太陽能電池輸出的電能、以及如果需要則用于與校準(zhǔn)參考電池(11)的功率進(jìn)行比較；其特征在于，該矩陣光源由若干個固態(tài)光源構(gòu)成，這些固態(tài)光源的輻射發(fā)光基本為單色、并且在將被測量的太陽能電池(2)的優(yōu)選光譜靈敏度范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，用于檢測硅太陽能電池(2)，特別是其在25℃下具有1200W/m2的特定輻射功率，其特征在于，該矩陣光源具有若干個固態(tài)光源，這些固態(tài)光源發(fā)出的輻射具有紅外線范圍內(nèi)、優(yōu)選在880nm的最大值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，用于檢測CIS或CdTe太陽能電池(2)，特別是其在25℃下具有1200W/m2的特定輻射功率，其特征在于，該矩陣光源具有若干個固態(tài)光源，這些固態(tài)光源發(fā)出的輻射具有在紅色范圍內(nèi)、優(yōu)選在600nm或700nm的最大值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，用于檢測非晶硅太陽能電池(2)，特別是其在25℃下具有1200W/m2的特定輻射功率，其特征在于，該矩陣光源具有若干個固態(tài)光源，這些固態(tài)光源發(fā)出的輻射具有在藍(lán)色或藍(lán)-紫色范圍內(nèi)、優(yōu)選在450nm的最大值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2-4的設(shè)備，其特征在于，該矩陣光源至少具有400個固態(tài)光源，以便檢測10×10cm的太陽能電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之至少一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，這些固態(tài)光源是具有兩面凸起的輻射遮光板的LED，它們的相隔4.3mm±10％距離的矩陣狀配置形成了基本上均勻的輻射區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之至少一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，用于激勵光源的裝置被集成在受計(jì)算機(jī)控制的評估單元(4)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于，用于激勵光源的裝置是受計(jì)算機(jī)控制的電流源(5)，其具有參考光源反饋網(wǎng)絡(luò)(7)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之至少一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，該矩陣光源(1)是標(biāo)準(zhǔn)組件結(jié)構(gòu)，并可以由附加組件進(jìn)行擴(kuò)展。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之至少一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，該矩陣光源(13)是采用XY矩陣的形式，各固態(tài)光源的電流是可以個別控制的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，參考權(quán)利要求1和5-9之至少一項(xiàng)，其特征在于，該矩陣光源(1)包括若干組不同光譜發(fā)光的固態(tài)光源，通過適當(dāng)激勵這些光源組可產(chǎn)生所需要的混合光譜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于照射太陽能電池(2)的設(shè)備(1)。該設(shè)備(1)在平面矩陣狀配置中包含至少400個固態(tài)照射源，以便在880nm的光譜區(qū)域發(fā)出單色光，優(yōu)選用于硅電池。
文檔編號G01R31/26GK1469998SQ01817518
公開日2004年1月21日 申請日期2001年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月17日
發(fā)明者克勞斯·愛爾福特, 克里斯蒂安·本德爾, 卡拉·斯考特, 克勞斯 愛爾福特, 斯考特, 蒂安 本德爾 申請人:Acr潔凈室自動控制技術(shù)有限公司