專利名稱：用于對光伏元件中的缺陷進行定位和鈍化的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行定位的系統(tǒng)和方法、 用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行鈍化的系統(tǒng)和方法及用于對卷到卷光伏元件中的旁路進行鈍化的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
太陽能發(fā)電對于全世界的功率產(chǎn)生而言將扮演重要角色。這種年輕的技術(shù)必須在市場上顯示出其相對于其它能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的優(yōu)越性。決定性問題將是太陽能面板的單價以占有相當一部分的市場份額。另外，在多個市場細分中的份額將限定太陽能面板的特殊適應(yīng)性質(zhì)。對于建筑應(yīng)用美學而言，每平方米的低價及形狀和尺寸上的靈活性可能是重要的問題，對于太陽能家庭系統(tǒng)，需要每Ah最低價的重量輕且頂棚易碎的太陽能面板。此外，制造商正在尋求穩(wěn)健的過程和生產(chǎn)大面積面板的可能性。他們需要高生產(chǎn)率和少量維護以及高自動化和適度投資的優(yōu)點。因此，必須有可使用的未來技術(shù)，其保證高科學定位、充分開發(fā)的設(shè)備、具有低材料消耗的高成本降低潛力和增加效率的前景。當前，結(jié)晶硅技術(shù)獲得了滿足上述需求的最好折衷，因此，用于光伏太陽能電池和面板的市場仍由結(jié)晶硅產(chǎn)品來主導。在這些技術(shù)中，在0.03m2的小面積上制造具有約 0.3mm的厚度的太陽能電池。單獨過程中的這些電池的電學接合導致大表面的產(chǎn)生。遺憾的是，由于硅的高消耗和復(fù)雜的制造過程，這些產(chǎn)品是昂貴的。新技術(shù)、尤其是低成本的薄膜技術(shù)近年來能夠獲得增加的市場份額。這些概念使用另一程序來以低得多的成本生產(chǎn)太陽能模塊。其設(shè)法直接向主要是玻璃的大表面上沉積厚度僅為幾Mm的太陽能電池，并隨后通過在線激光切割過程將其一部分串聯(lián)地互連。各金屬和半導體層在整個表面上的均勻沉積是用于均質(zhì)光電性質(zhì)的決定性前提。當前的發(fā)展顯示需要很長的時間來在約IOcm2至更大的模塊區(qū)域上修改在實驗室中開發(fā)的工藝。較大的表面需要新的參數(shù)組且異質(zhì)性的數(shù)目增加，這導致較低的效率。真空涂覆設(shè)備的尺寸限定太陽能面板的尺寸，并且尺寸的任何增加要求新的生產(chǎn)設(shè)備和所有工藝參數(shù)的新的優(yōu)化。薄膜CISCuT技術(shù)、即Cu帶上CIS，提供了以遠遠低于來自結(jié)晶硅的那些的成本生產(chǎn)太陽能模塊并克服普通薄膜概念的特定困難的能力，所述特定困難諸如為大面積均質(zhì)性和用于規(guī)模擴大的長期和高投資。CISCuT是一種卷到卷技術(shù)，在一系列的主要非真空過程中工作，在寬度為Icm的金屬箔上進行處理，產(chǎn)生類似無邊的(quasi endless)太陽能電池帶。通過將重疊的帶條互連，將產(chǎn)生機械上柔性的、均勻的無煙煤狀彩色太陽能層壓件并將其嵌入功能性箔中。在此薄膜概念中，用于太陽能電池生產(chǎn)的設(shè)備是完全獨立于太陽能模塊的形狀和尺寸的，并且模塊尺寸的變化不需要生產(chǎn)設(shè)備的任何變化或規(guī)模擴大。圖1示出了用于在連續(xù)的卷到卷過程中制造類似無邊的太陽能電池并隨后由這些電池來組裝模塊的裝備，例如在GUldner，R.，Penndorf, J.，Winkler, Μ.，Tober, 0. , 2000 Flexible, Polymer Encapsulated Solar Modules - A New Concept for Cu-In-S Solar Devices Produced by the CISCuT Technology Proc. 16th EPSEC,Glasgow, UKj pp. 2289 - 2292 中對其進行了描述。例如在Μ· Winkler, J.，Grieschej J.，Konovalovj I. ； Penndorf J.，Wienkej J.，Toberj 0.，"ClSCuT - solar cells and modules on the basis of CuInS2 on Cu-tape", Solar Energy 77, 2004, pp. 705 -716 禾口 Μ· Winkler, J.，Grieschej J.，Konovalovj I. ； Penndorf J.，Toberj 0.，"Design, Actual Performance, and Electrical Stability of CISCuT-Based Quasi-Endless Solar Cell Tapes，，，Mat. Res. Soc. Symp. Proc 2001，pp. 668 中描述了生產(chǎn)太陽能電池的基本步驟。其由下述構(gòu)成
(a)帶凈化和沉積在第一卷到卷過程中，對在寬度上為Icm的Cu帶進行化學凈化， 后面是一些漂洗過程。然后，以電化學方式僅在帶的正面上沉積銦。^層的厚度在0.7Mm 的范圍內(nèi)。對于局部固定起始條件和前體性質(zhì)、尤其是均質(zhì)Cu濃度而言，士5%的層厚度的均質(zhì)性是適當?shù)摹?b)吸收體層形成(硫化)當帶被暴露于硫化反應(yīng)器內(nèi)部的反應(yīng)性氣態(tài)硫時，通過In-Cu前體到CISCuT吸收體的部分轉(zhuǎn)換來形成固體Cu-In-S層。通過諸如帶速度、加熱器溫度、壓力和氮流量的基本必需技術(shù)參數(shù)的計算機輔助控制來將帶襯底上的卷到卷過程的動力與整個反應(yīng)器的每個位置處的固定熱和化學條件相連(Winkler等人，2001年)。(c)KCN蝕刻通常，必須用KCN溶液來處理吸收體層表面以從該表面去除Cu2_xS。(d)退火將在適度溫度下在真空中的線軸上對帶進行退火30分鐘。(e)緩沖層沉積通過在約80°C的溫度下向吸收體表面上噴灑溶解在乙腈中的 CuI (80 ml中0. 4g)來獲得具有約50nm的厚度的寬帶隙ρ型CuI緩沖層。(f)邊緣絕緣由納米溶液的絕緣玻璃層來覆蓋帶的邊緣以在最后的模塊組裝期間使屋頂瓦面式互連成為可能。(g)TC0沉積通過DC濺射來沉積TCO堆疊作為透明正面接觸。首先，沉積IOOnm 厚度的本征層，后面是具有IMffl的厚度的高傳導層的沉積。已經(jīng)在濺射過程期間借助于氧壓力的變化改變了傳導性。靶是1 Al摻雜的&10，帶的溫度是165攝氏度，由此實現(xiàn)約90% 的透射率。結(jié)果是準備好用于模塊組裝的基于類似無邊的柔性帶狀CISCuT的太陽能電池。(h)模塊組裝在自動化組裝線中，可以將定義數(shù)目的成條的類似無邊的柔性帶嵌入到正面箔中并通過重疊來“像屋頂瓦面一樣”串聯(lián)地電連接。重疊區(qū)域可以在Imm的范圍內(nèi)。作為接觸材料，可以使用金屬填充膠。透明正面接觸處的集流網(wǎng)可能是不必要的。如先前作為概念所述的(GUldner等人，2000年)，太陽能電池條到限定電流的(條的長度)、限定電壓(條的數(shù)目)的串的屋頂瓦面式互連和通過使用具有輸出功率定義的匯流條進行的并聯(lián)的條的互連起作用。獲得被封裝到功能箔、柔性模塊中的正面和背面，其在輸出功率、 形狀和尺寸方面是可修改的。如上所述，與所產(chǎn)生的電功率有關(guān)的太陽能面板的單價對相應(yīng)光伏技術(shù)具有重要影響。這意味著一方面必須確立太陽能電池的高效批量生產(chǎn)，另一方面，必須謹慎地控制生產(chǎn)的太陽能電池的效率。最大可獲得效率根據(jù)太陽能電池技術(shù)而變。一旦已經(jīng)針對生產(chǎn)過程限定了特定的太陽能電池技術(shù)，則批量生產(chǎn)的太陽能電池的效率在很大程度上取決于生產(chǎn)過程的質(zhì)量。太陽能電池的效率降低的一個原因可能是太陽能電池中的缺陷，其引起漏電流。此類效應(yīng)也稱為旁路。因此，低旁路電阻引起太陽能電池中的功率損耗，因為其為光產(chǎn)生的電流提供交流路徑。此類轉(zhuǎn)向(diversion)減少了從太陽能電池結(jié)流動的電流的量并減少了來自太陽能電池的電壓。因此，生產(chǎn)沒有旁路的太陽能電池將是期望的。然而，這將大大地增加生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行定位的系統(tǒng)和方法。一旦該缺陷被定位，則可以將其鈍化，因此消除由已定位旁路產(chǎn)生的漏電流。以這種方式，增加了旁路電阻，并減少了光伏元件中的功率損耗。由本發(fā)明且特別地由獨立權(quán)利要求的主題來達到此目的，優(yōu)選實施例是從屬權(quán)利要求的主題。為此，依照本發(fā)明的方面，提供了一種用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行定位的方法，包括照射光伏元件的具有至少最小尺寸的區(qū)域，通過優(yōu)選地獨立地在光伏元件的電極中的一個上的被照射區(qū)域上的至少一個特定測量位置處的被照射區(qū)域的尺寸上接觸被照射光伏元件的兩個電極來測量至少一個光致電值，并基于所測量的至少一個光致電值和至少一個特定測量位置來確定光伏元件的缺陷的位置。優(yōu)選地，所測量的電極之間的電勢的電值是光致電值，其是通過光伏元件的電極中的一個上的至少一個測量接觸所測量的。另外，光伏元件在另一電極上被電接觸以便測量光致電值。光伏元件相對于所述至少一個測量接觸移動以便測量不同測量位置處的多個光致電值，其中，以與測量接觸的位置的固定關(guān)系照射具有至少最小尺寸的區(qū)域。另外，優(yōu)選地以高達15m/min的速度移動光伏元件，并至少每50Mm確定光致電值。可替換地，優(yōu)選地將所述至少一個測量接觸相對于光伏元件移動至電極上的用于測量光致電值的所述至少一個特定測量位置。另外，根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選地包括與所述至少一個特定測量位置相關(guān)地存儲所測量的至少一個光致電值。另外，根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選地還包括基于所測量的至少一個光致電值和相應(yīng)的至少一個特定測量位置來確定針對電勢的位置相關(guān)電壓分布(profile)，并確定該位置相關(guān)電壓分布的最小值或最大值且提供所確定的最小值或最大值的位置作為缺陷的位置，其中，位于一個電極上的被相互間隔開的兩個測量接觸和位于另一電極上的另一接觸被用于測量光致電值。單獨地與用于每個測量接觸的特定測量位置相關(guān)地存儲所測量的光致電值，單獨地基于多個測量的光致電值和用于每個測量接觸的相應(yīng)特定測量位置來確定位置相關(guān)電壓分布，并單獨地基于所測量的光致電值的計算的差分值和用于每個測量接觸的相應(yīng)特定測量位置來確定每個位置相關(guān)電壓分布的最小值。優(yōu)選地，通過確定第一測量光致電值和在第一測量光致電值前面的第二測量光致電值之間的差來單獨地針對每個測量接觸來計算所測量的光致電值的此類差分值。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選地還包括將所確定的最小值作為缺陷的位置存儲在關(guān)于光伏元件的存儲介質(zhì)中。另外，根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選地還包括對已被確定位置的缺陷進行電鈍化，其中， 在所確定的缺陷位置處的區(qū)域中去除一個電極的至少一部分。優(yōu)選地，電極中的一個是TCO層，并且通過局部地移動TCO層來執(zhí)行所確定的缺陷的鈍化。優(yōu)選地，TCO層是被通過化學蝕刻或通過激光蝕刻去除的SiO Al層。在激光蝕刻的情況下，優(yōu)選地通過激光蝕刻在每個所確定的缺陷周圍畫具有特定寬度的線，其中，沿著該線，去除TCO層，從而保證在鈍化步驟之后，與已被確定位置的缺陷電接觸的TCO層不具有至被用作電極的其余TCO層的電接觸。另外，可以將已被確定了位置且所述位置相互緊鄰的兩個或更多缺陷看作缺陷簇。然后，優(yōu)選地通過激光蝕刻在該缺陷簇周圍畫具有特定寬度的線。優(yōu)選地，將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用于卷到卷薄膜太陽能電池和被照射區(qū)域，其具有至少1X1 cm2的最小尺寸。此外，依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行鈍化的方法，該方法包括照射光伏元件的具有至少最小尺寸的區(qū)域，基于光伏元件的電極之間的電勢的至少一個光致電值和光伏元件的電極中的一個上的被照射區(qū)域內(nèi)的相應(yīng)測量位置來確定缺陷的位置，并通過蝕刻來去除所確定的缺陷位置處的區(qū)域中的電極中的至少一個。優(yōu)選地，通過激光蝕刻來執(zhí)行該蝕刻?？商鎿Q地，通過化學蝕刻、移印和/ 或噴印來執(zhí)行該蝕刻。在所確定的位置處的區(qū)域中用激光器沿著具有預(yù)定寬度的線去除電極中的所述至少一個，從而將缺陷電隔離。依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行定位的方法，該方法包括以下步驟照射光伏元件的區(qū)域，測量光伏元件的電極中的一個上的被照射區(qū)域內(nèi)的至少一個特定測量位置處的光伏元件的電極之間的電勢的至少一個值; 以及基于所測量的至少一個電壓值和至少一個特定測量位置來確定缺陷的位置。此外，依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對包括TCO層作為正面電極的卷到卷光伏元件中的旁路進行鈍化的方法。這種方法包括確定光伏元件中的旁路的位置，將光伏元件定位于所確定的位置處并通過蝕刻來去除所確定的旁路位置處的區(qū)域中的TCO 層，從而保證在去除TCO層之后旁路不具有至正面電極的電接觸。優(yōu)選地，僅僅部分地去除在旁路周圍的TCO層。此外，通過激光蝕刻來執(zhí)行該蝕刻，并用激光器沿著具有預(yù)定寬度的線去除所確定的旁路位置周圍的TCO層，從而將旁路電隔離?？商鎿Q地，通過化學蝕刻來執(zhí)行該蝕刻。另外，依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行定位的系統(tǒng)，其包括用于照射光伏元件的具有至少最小尺寸的區(qū)域的裝置、用于測量光伏元件的電極中的一個上的被照射區(qū)域內(nèi)的至少一個特定測量位置處的光伏元件的電極之間的電勢的至少一個光致電值的測量裝置，以及用于基于所測量的至少一個光致電值和所述至少一個特定測量位置來確定缺陷的位置的確定裝置。優(yōu)選地，所述測量裝置包括用于測量光伏元件的電極中的一個上的所述至少一個光致電值的至少一個測量接觸。另外，在本實施例的優(yōu)選型式中，所述測量裝置還適合于例如以高達15m/min的速度相對于用于測量不同測量位置處的多個光致電值的至少一個測量接觸移動光伏元件并至少每50Mm確定光致電值。可替換地，所述測量裝置還適合于將所述至少一個測量接觸相對于光伏元件移動至電極上的用于測量光致電值的所述至少一個特定測量位置。此外，所述測量裝置還適合于與所述至少一個特定測量位置相關(guān)地存儲所測量的至少一個光致電值。
另外，所述確定裝置還包括電壓分布確定裝置和最小值確定裝置，所述電壓分布確定裝置用于基于所測量的至少一個光致電值和相應(yīng)的至少一個特定測量位置來確定針對電勢的位置相關(guān)電壓分布，所述最小值確定裝置用于確定位置相關(guān)電壓分布的最小值或最大值并提供所確定的最小值或最大值的位置作為缺陷的位置。優(yōu)選地，所述最小值確定裝置還適合于通過確定第一測量光致電值和在第一測量光致電值前面的第二測量光致電值之間的差來計算所測量的光致電值的差分值。所述測量裝置包括被用于測量光致電值的被相互間隔開的兩個測量接觸，該測量裝置適合于與用于每個測量接觸的特定測量位置相關(guān)地單獨地存儲所測量的光致電值，所述電壓分布確定裝置還適合于基于多個所測量的光致電值和用于每個測量接觸的相應(yīng)特定測量位置來單獨地確定位置相關(guān)電壓分布，并且所述最小值確定裝置還適合于基于所測量的光致電值的計算的差分值和用于每個測量接觸的相應(yīng)特定測量位置來單獨地確定每個位置相關(guān)電壓分布的最小值或最大值。此外，所述最小值確定裝置還適合于通過確定第一測量光致電值和在第一測量光致電值前面的第二測量光致電值之間的差來單獨地計算用于每個測量接觸的測量光致電值的差分值。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括用于對已被確定位置的缺陷進行鈍化的鈍化裝置，其中， 所述鈍化裝置包括用于在所確定的缺陷位置處的區(qū)域中去除一個電極的至少一部分的去除裝置。所述去除裝置適合于通過化學蝕刻或激光蝕刻來局部地去除被用作電極的TCO 層，其中，所述確定裝置還適合于將已被確定位置且所述位置相互緊鄰的兩個或更多缺陷看作缺陷簇，其中，所述去除裝置還適合于通過激光蝕刻來在缺陷簇周圍畫具有特定寬度的線。所述去除裝置還適合于執(zhí)行激光蝕刻并通過激光蝕刻在每個確定的缺陷周圍畫具有特定寬度的線，并沿著該線去除TCO層，從而保證在鈍化步驟之后，與已被確定位置的缺陷電接觸的TCO層不具有與被用作電極的其余TCO層的電接觸。優(yōu)選地，所述光伏元件是卷到卷薄膜太陽能電池，其中，所述照明裝置適合于照射至少1X1 cm2的具有至少最小尺寸的區(qū)域處的光伏元件。另外，依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行定位的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括被布置為照射光伏元件的具有至少最小尺寸的區(qū)域的光源、被布置為測量光伏元件的電極之間的電勢的光致電值和光伏元件的電極中的一個上的被照射區(qū)域內(nèi)的特定測量位置的電壓檢測單元，和被布置為基于所測量的光致電值和特定測量位置來確定缺陷的位置的位置確定單元。此外，依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行鈍化的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括用于照射光伏元件的具有至少最小尺寸的區(qū)域的照明裝置，用于基于電極之間的電勢的至少一個光致電值和光伏元件的電極中的一個上的被照射區(qū)域內(nèi)的相應(yīng)測量位置來確定缺陷的位置的確定裝置，以及用于通過蝕刻來去除所確定的缺陷位置處的區(qū)域中的電極中的至少一個的去除裝置。優(yōu)選地，所述去除裝置是激光蝕刻裝置。所述激光蝕刻裝置適合于用激光器沿著具有預(yù)定寬度的線去除所確定的缺陷位置處的區(qū)域中的電極中的至少一個，從而將缺陷電隔1 °可替換地，通過化學蝕刻來執(zhí)行該蝕刻，其中，通過移印和/或通過噴印來執(zhí)行該化學蝕刻。此外，依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行鈍化的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括被布置為照射光伏元件的具有至少最小尺寸的區(qū)域的光源，被布置為基于電極之間的電勢的至少一個光致電值和光伏元件的電極中的一個上的具有至少最小尺寸的被照射區(qū)域內(nèi)的相應(yīng)測量位置來確定缺陷位置的位置確定單元，和被布置為去除所確定的缺陷位置周圍的電極的蝕刻單元。此外，依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行定位的方法，所述方法包括照射光伏元件的特定區(qū)域，測量光伏元件的電極中的一個上的被照射特定區(qū)域內(nèi)的至少一個特定測量位置處的光伏元件的電極之間的電勢的至少一個電值，并基于所測量的至少一個電壓值和至少一個特定測量位置來確定缺陷的位置。另外，依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對包括TCO層作為正面電極的卷到卷光伏元件中的旁路進行鈍化的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于確定光伏元件中的旁路的位置的確定裝置，用于將光伏元件定位于所確定的位置處的定位裝置，和用于通過蝕刻來去除所確定的旁路位置處的區(qū)域中的TCO層、從而保證在去除TCO層之后旁路不具有至正面電極的電接觸的去除裝置。優(yōu)選地，所述去除裝置還適合于僅部分地去除旁路周圍的TCO層。


圖1示出用于CISCuT帶電池生產(chǎn)的標準流程的示意圖。圖2示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的框圖。圖3示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的J/V曲線。圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用于對光伏元件中的缺陷進行定位和鈍化的系統(tǒng)。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用兩個測量接觸測量的緊挨著旁路的所測量電勢的示意圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用兩個測量接觸測量的圖5的測量電勢及其導數(shù)的另一示意圖。圖7示出其中已經(jīng)依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例標記了旁路位置的圖5的測量電勢的
另一示意圖。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的具有其未濾波導數(shù)的圖5的測量電勢的另
一示意圖。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的非旁路結(jié)構(gòu)的區(qū)域內(nèi)的測量電勢的示意圖。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的雙旁路的區(qū)域中的測量電勢以及其導數(shù)的示意圖。圖Ila是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的具有已確定旁路位置的光伏元件的示意性橫截面圖。圖lib是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的其中旁路已被鈍化的圖Ila所示的光伏元件的示意性橫截面圖。圖Ilc是圖lib所示的光伏元件的示意性頂視圖。圖1 示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的另一替換實施方式的固定參考系中的激光光斑的移動。圖12b示意性地示出由如圖1 所示的移動引起的光伏元件的頂部電極上的激光光斑的所得到的軌跡。圖13是依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的另一替換實施方式的具有已鈍化旁路的光伏元件的示意圖。圖14a示出圖13所示的光伏元件的示意性橫截面。圖14b示出依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的另一替換實施方式的如圖1 所示的兩個連接光伏元件的示意性橫截面。圖1 示出如圖13所示的光伏元件的示意性橫截面，其中，橫截面在鈍化旁路的區(qū)域中。圖1 示出依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的另一替換實施方式的如圖1 所示的兩個連接光伏元件的示意性橫截面。圖16示出依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的另一替換實施方式的由光伏元件的電池構(gòu)成的兩個串。圖17是用于解釋依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用于對光伏元件中的缺陷進行定位的方法的流程圖。圖18是用于解釋依照本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例的用于對光伏元件中的缺陷進行鈍化的方法的流程圖。
具體實施例方式在下文中將參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例及其替換方式。在以下說明中， 未詳細描述眾所周知的功能或構(gòu)造，因為其可能會在不必要的細節(jié)上使本發(fā)明含糊難懂。1.旁路檢測
圖2是示出依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的光伏元件和用于對光伏元件中的旁路進行定位的設(shè)備的等效電路圖。圖2示出在附圖標記100處指定的太陽能電池，其中，該太陽能電池由諸如電流源 110、二極管120和旁路電阻Rsh的等效部件構(gòu)成。二極管120和旁路電阻Rsh被并聯(lián)地連接到電流源110。另外，負載電阻&被連接到太陽能電池的電極。電壓檢測單元150被與負載電阻&并聯(lián)地連接。此外，電流檢測單元151被與負載電阻&串聯(lián)地連接。電流源110表示太陽能電池被照射時所產(chǎn)生的電流Jph。t。。旁路電阻Rsh表示引起電極之間或光伏元件內(nèi)的漏電流的光伏元件中的缺陷。這些缺陷也稱為旁路。當光伏元件100被光源130照射時，由電流源110產(chǎn)生也稱為電流密度的單位面積比電流Jph。t。。在旁路電阻Rsh無窮大的情況下，電流Jph。t。能夠流過二極管120和負載電阻&。由電壓檢測單元150通過太陽能電池的電極來測量輸出電壓V。ut。通過電流檢測單元151來測量流過負載電阻&的負載電流叉。在典型負載電阻&的情況下，負載電流叉始終小于所產(chǎn)生的光電流Jph。t。。在負載電阻&是零(短路)的情況下，輸出電壓V。ut也是零。獨立于旁路電阻Rsh>0， 負載電流叉等于所產(chǎn)生的光電流Jph。t。(JL = Jph0t0)o此電流被稱為短路電流Js。。在負載電阻&和旁路電阻Rsh無窮大的情況下，輸出電壓V。ut受限于二級管電壓VD。此電壓被稱為開路電壓Vre。在負載電阻&無窮大且旁路電阻Rsh具有典型值的情況下，所產(chǎn)生的光電流Jph。t。 的一部分流過旁路電阻！^。二級管電壓Vd獲得其最大值。也就是說，輸出電壓V。ut取決于旁路電阻Rsh的值(V。ut < Voc)0圖3示出具有上述指定情況Rsh和&的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的太陽能電池的J/V 曲線。通常，太陽能電池具有特定尺寸且電極140和145中的一個或兩者都由顯示出特定導電性的材料制成。此外，引起漏電流的缺陷局限于光伏元件的特定小區(qū)域。因此，在負載電阻&處測量的輸出電壓Vout取決于距離旁路多近地執(zhí)行測量。越接近于旁路執(zhí)行測量，輸出電壓Vout越低。這意味著光伏元件的恒定照明，輸出電壓Vout在存在旁路的情況下依照與旁路位置有關(guān)的測量位置而改變。此效果被用來對光伏元件中的旁路位置進行定位。此效果可以應(yīng)用于基于厚膜或薄膜硅的太陽能電池、基于III-V的太陽能電池、基于II-VI或I-III-VI的太陽能電池或上述CISCuT太陽能電池。優(yōu)選地，此效果可以用于卷到卷光伏元件的定位和隨后的鈍化， 特別是用于卷到卷CISCuT太陽能電池。這些卷到卷光伏元件是通過卷到卷工藝獲得的。下面對此進行更詳細的描述
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行定位的部件。圖4示出用于照射光伏元件的具有至少最小尺寸的區(qū)域的光源130。圖4另外示出用于測量電值且特別是電極140和145之間的電勢的光致電值的測量接觸230和另一接觸270。優(yōu)選地，測量接觸230被用于測量例如正面電極上的電壓值的相應(yīng)光致電值且另一電極270被用于接觸背面電極上的光伏元件。優(yōu)選地，另一接觸270是用于導電的光伏元件的支撐體。在特定優(yōu)選實施例中，光伏元件是CISCuT卷到卷太陽能電池且支撐體270是接觸CISCuT卷到卷太陽能電池的由銅制成的背面電極的石墨塊?？商鎿Q地，CISCuT卷到卷太陽能電池未被通過另一接觸270電接觸，而是例如在CISCuT卷到卷太陽能電池的銅帶的末端處被電接觸。此替換方法對于可靠地接觸CISCuT卷到卷太陽能電池的背面電極而言也是可能的，因為銅帶提供良好的導電性。附圖標記指示在其上面安裝另一接觸270的平臺。測量接觸230和另一接觸270被連接到優(yōu)選地包括負載電阻RL的電壓檢測單元 150。優(yōu)選地，負載電阻盡可能地高，以便測量光伏元件的開路電壓。然而，也可以使用低負載電阻RL。根據(jù)本發(fā)明，在優(yōu)選地為1X1 cm2的具有至少最小尺寸的區(qū)域處照射光伏元件。 但是對于特定的詳細測量而言，可能的是要照射的區(qū)域?qū)⒁勒找獙崿F(xiàn)的測量分辨率被減小或增大。通常，應(yīng)當照射光伏元件的特定最小區(qū)域。光伏元件的正面電極的導電性越高，光伏元件的被照射區(qū)域應(yīng)越大。被照射區(qū)域必須足夠大，以便測量位置的區(qū)域被恒定地照射。 這將是被照射區(qū)域的最小值，任何更大的被照射區(qū)域不影響本發(fā)明的測量。換言之，直至最小的被照射區(qū)域，旁路確定與將被照射的區(qū)域無關(guān)。因此，本發(fā)明的替換實施例包括光伏元件的被照射區(qū)域依照光伏元件的正面電極的導電性的變化。
可以檢測由光伏元件的照明引起的光伏元件的電極140和145之間的電勢。所檢測的電壓不僅隨著光的強度和照明的頻率或色譜而變，而且根據(jù)與旁路位置有關(guān)的測量位置而變。在太陽能電池的照明被保持恒定的情況下，正面電極140與背面電極145之間的測量電壓取決于在太陽能電池中是否存在旁路和有多接近旁路位置地執(zhí)行正面電極140 與背面電極145之間的電勢的測量。通過相對于旁路位置來移動測量接觸230，由電壓測量單元150測量的電壓改變。在至少一個測量接觸被移動的情況下，光源130也被與測量接觸相結(jié)合地移動，以便提供測量區(qū)域的照明。優(yōu)選地，以一種方式來布置光伏元件，使得光伏元件的頂面面朝上且背面電極或背面接觸相對于光源130面朝下。因此，因此對測量接觸230進行定位，以便適當?shù)亟佑|光伏元件的頂面?？商鎿Q地，光伏元件的頂面被向側(cè)面或向下定向以進行測量。在該情況下， 相應(yīng)地布置光源130、測量接觸230和另一接觸270?？商鎿Q地且優(yōu)選地，測量接觸230、另一接觸270和光源130是固定的，并且光伏元件被相對于接觸230和270及光源130移動。如果光伏元件是卷到卷光伏元件，則這是特別有利的。特別是對于CISCuT卷到卷太陽能電池而言，優(yōu)選地由石墨或銅制成的接觸270提供到由銅制成的CISCuT太陽能電池的背面電極的良好電接觸。這提供容易地在接觸270 上移動卷到卷太陽能電池的可能性。另外，此類石墨接觸提供與電壓測量單元150的可靠電接觸。以一種方式來支撐測量接觸230，使得在正面電極處提供可靠的電接觸且仍能夠在測量接觸230下面容易地移動光伏元件。為此，測量接觸可以是彈簧安裝的，而彈簧力被以使得光伏元件的正面電極不被測量接觸230損壞的方式調(diào)整。測量接觸230的適當支撐提供的是測量接觸230到光伏元件100的電和機械接觸由于光伏元件100的移動而丟失。測量接觸230的尖端250優(yōu)選地是小針，其提供到正面電極的良好電接觸，但是不在電氣上損壞正面電極。可替換地，也可以使用圓形尖端。優(yōu)選地，卷到卷太陽能電池具有IOmm的寬度且?guī)浊组L?？梢砸怨潭ɑ蚩勺兯俣纫苿庸夥？蛇x地，太陽能電池以高達每分鐘15米的速度移動。在這種情況下，當相對于接觸230和270來移動光伏元件時，優(yōu)選地至少每IOOMm由電壓檢測單元150來測量光致電值。此外，使用檢測單元(其在圖4中未示出)，其檢測測量接觸230的相對于光伏元件的電極中的至少一個上的特定位置的測量位置。優(yōu)選地，此特定位置、即所謂的參考點，是卷到卷太陽能電池的起點。這樣，可以相對于所檢測的測量位置在光伏元件的整個長度內(nèi)測量光致電值。通過相對于所檢測的測量位置來存儲光致電值，可以基于所測量的光致電值和特定的檢測測量位置來確定旁路的位置。在優(yōu)選替換實施方式中，用與被移動的光伏元件接觸的輪來測量所述測量位置。 該輪被連接到優(yōu)選地輪的每轉(zhuǎn)產(chǎn)生2，500脈沖的增量編碼器。在該輪具有IOOmm的直徑的情況下，這意味著每125ΜΠ1執(zhí)行一個測量周期。在優(yōu)選實施例的替換型式中，在IOOMffl以下增加測量分辨率，并且使用具有不同直徑的輪?？梢曰谟脕硪苿庸夥囊阎秃愣ㄋ俣纫詴r間為單位將所檢測的測量位置作為測量周期記錄或存儲?？商鎿Q地，可以以微米或米為單位來記錄或存儲所檢測的測量位置。
圖4僅示出一個測量接觸。特別地，此測量接觸優(yōu)選地位于光伏元件的寬度的中間。如果光伏元件是具有例如IOmm的寬度的卷到卷光伏元件，則測量接觸230位于卷到卷光伏元件的正中間以便可靠地檢測旁路的位置?？商鎿Q地，可以使用兩個或更多接觸來檢測旁路。在使用兩個或更多測量接觸230來檢測旁路位置的情況下，并排地布置測量接觸以便相對于卷到卷光伏元件的參考點在相同的測量位置處進行測量。可替換地，兩個或更多測量接觸230可以具有相互之間和與參考點明確限定的已知位置，所述已知位置在確定旁路位置時被考慮在內(nèi)。在測量具有IOmm的寬度的卷到卷光伏元件的情況下，優(yōu)選地使用間隔開約3mm的兩個測量接觸230。由于所測量的光致電值的效果還依照照明的強度而變，所以照明的強度被調(diào)整至旁路檢測最高效的水平。因此，在本發(fā)明的替換優(yōu)選實施例中，以特定的強度和/或特定的波長來照射光伏元件?？梢砸勒找獪y量的光伏元件以固定的方式或自動地調(diào)整此強度和波長。可替換地，與測量位置和所測量的光致電值相關(guān)地測量照明的強度。根據(jù)本發(fā)明的替換優(yōu)選實施例，當確定旁路的位置時將這些測量的照明值考慮在內(nèi)。優(yōu)選地，提供測量區(qū)域的均勻照明以進行測量。可替換地，可以選擇可以隨著空間和/或時間而變的測量區(qū)域的照明。根據(jù)本發(fā)明的替換優(yōu)選實施例，還可以在測量期間測量并記錄照明的變化并確定旁路的位置時將其考慮在內(nèi)。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的緊挨著旁路的所測量的電勢的示意圖。水平軸示出所檢測的測量位置且豎軸示出任意單位的檢測電壓。該圖示出兩個曲線圖。一個曲線圖示出用第一測量接觸230測量的電壓分布且另一曲線圖示出用第二測量接觸230測量的電壓分布。對于每個測量位置而言，已經(jīng)通過兩個測量接觸中的一個由電壓檢測單元 150來測量相應(yīng)光致電值。圖5所示的曲線圖是由如圖4所示的優(yōu)選實施例得到的。為了測量曲線圖所示的光致電值分布，已經(jīng)在IXlcm2的具有至少最小尺寸的區(qū)域處照射光伏元件，并且已通過兩個測量接觸230和另一接觸270來測量光致電值。兩個測量接觸230相對于光伏元件的參考點具有相同的測量位置，但是已經(jīng)例如與光伏元件的邊緣間隔開2. 5mm。相對于測量接觸230和270及光源130以特定的恒定速度移動光伏元件。隨著旁路在大約位置1. 570m 處通過測量接觸，兩個接觸處的測量電壓下降至用于每個測量接觸的特定最小值。優(yōu)選地，通過相對于使用測量接觸230和270及用于檢測測量位置的檢測單元記錄的測量位置來分析電壓分布而檢測旁路位置。用于分析電壓分布的優(yōu)選可能性是最小值檢測?？商鎿Q地，可以將最大值檢測用于分析電壓分布。這可以取決于所測量的電壓分布的極性。在典型卷到卷光伏元件的正面電極上，可以應(yīng)用相對于背面電極進行電隔離或被電隔離的附加結(jié)構(gòu)。在光致電值的測量期間，這些附加結(jié)構(gòu)可能引起所測量的光致電值是零或?qū)?yīng)于未限定電勢的效果。此外，在光致電值的測量期間，還可能的是在正面電極140 與測量接觸230之間不存在物理接觸。因此，沒有明確限定的光致電值能夠被電壓檢測單元150作為測量接觸230檢測到。然而，僅旁路應(yīng)被鈍化。因此，當分析所記錄的電壓分布時，必須清楚可靠地將上述效果與由旁路引起的效果區(qū)別開。分析所確定的電壓分布的一種可能性是確定此類分布的導數(shù)。另一可能性是基于模式識別來分析所確定的電壓分布。對于此類模式識別而言，分析分布的形狀，或者將特定的函數(shù)擬合到所檢測的電壓分布中。圖6是圖5所示的測量電勢的另一示意圖，另外示出其相應(yīng)導數(shù)。圖6所示的圖在橫軸上指示相應(yīng)測量位置。豎軸是任意單位的測量電壓。關(guān)于圖5，已經(jīng)在測量位置1. 570m 周圍擴展圖6的橫軸。上面的兩個曲線圖表示在兩個測量接觸230處測量的光致電值。下面兩個曲線圖表示上述電壓分布的導數(shù)。優(yōu)選地，通過用后續(xù)光致電值減去先前的光致電值來確定所述導數(shù)。可以用也可能包括加權(quán)因數(shù)的滑動平均函數(shù)來對這樣產(chǎn)生的差分值求平均值。已經(jīng)用滑動平均函數(shù)對用于圖6所示的導數(shù)的曲線圖求平均值。一旦已經(jīng)確定了用于各測量接觸的每個電壓分布的導數(shù)，則可以分析每個導數(shù)以便確定旁路的精確位置。為此，可以獨立于由另一測量接觸測量的另一電壓分布來分析針對一個測量接觸230測量的每個電壓分布?？梢砸勒账鶎崿F(xiàn)的結(jié)果對單獨分析的結(jié)果求平均值或加權(quán)。可替換地，在組合分析中分析針對測量接觸230獲得的電壓分布，其中，同時地將針對不同的測量接觸獲得的結(jié)果組合。圖7示出圖5所示的測量電勢的另一示意圖，其中，旁路位置已依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例被標記。已經(jīng)使用已相對于圖6解釋的測量電壓分布的導數(shù)以便確定旁路位置。對于每個確定的導數(shù)而言，已經(jīng)計算了相應(yīng)旁路位置。由位置1. 573周圍的垂直線來標記相應(yīng)旁路位置。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的替換的圖5所示的測量電勢以及其相應(yīng)導數(shù)的另一示意圖。與圖6和圖7所示的導數(shù)相反，未對導數(shù)的差分值應(yīng)用求平均。因此，導數(shù)包括顯著的噪聲。然而，可以看到甚至未平均的值也可以用于確定由電壓檢測單元150相對于每個測量接觸測量的電壓分布的最小值位置。1. 圖9示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的非旁路結(jié)構(gòu)的區(qū)域內(nèi)的測量電勢的示意圖。如在圖5至8中，橫軸示出測量位置。豎軸示出任意單位的測量光致電值。在位置 3. 820和3. 847周圍，兩個測量接觸在電壓分布中顯示出最小值。然而，電壓分布的形狀完全不同于圖5至8所示的形狀。另外，在位置3. 827周圍示出了附加效果。下面兩個曲線圖表示用于圖9所示的電壓分布的導數(shù)。這些導數(shù)還明顯不同于針對旁路所確定的導數(shù)。 基于這些顯著差異，可以通過應(yīng)用上述最小值/最大值檢測或模式識別來區(qū)別旁路或非旁路。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的雙旁路的區(qū)域中的測量電勢以及其導數(shù)的示意圖。關(guān)于圖5-9，由電壓檢測單元150測量的用于兩個測量接觸230的電壓分布被顯示在圖10的上面的曲線圖中。如可以看到的，檢測了相互接近地定位的兩個旁路。在下面的兩個曲線圖中，示出了相應(yīng)電壓分布的導數(shù)。對于位于20. 588周圍的旁路而言，已經(jīng)標記了旁路位置?？商鎿Q地，還可以基于所確定的導數(shù)依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例來標記接近地定位的第二旁路的旁路位置。優(yōu)選地，在已經(jīng)針對光伏元件測量了所有所需光致電值之后，執(zhí)行測量電壓分布的分析。對于卷到卷光伏元件而言，這意味著測量并記錄光致電值以及用于整個卷到卷光伏元件的相應(yīng)測量位置。為此，將用于每個測量接觸230的測量光致電值連同相應(yīng)的測量位置一起存儲在存儲單元中。然后，在后續(xù)步驟中，分析測量數(shù)據(jù)并如上所解釋地確定旁路位置。存儲所確定的旁路位置?？商鎿Q地，同時地執(zhí)行電壓分布的測量和電壓分布的分析。在這種情況下，優(yōu)選地僅將所檢測的旁路位置存儲在存儲單元中。如圖10所示，兩個或甚至更多旁路可以在一起緊密地間隔開。因此，必須以一種方式來提供關(guān)于所檢測的旁路的信息，使得甚至多個緊密地位于一起的旁路能夠被可靠地鈍化。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所確定的旁路位置被存儲在不同的通道中。優(yōu)選地，提供十個管線，即多達十個緊密地定位的旁路能夠被可靠地鈍化。為此，優(yōu)選地，計算機如上所述地對電壓分布執(zhí)行分析。計算機在相應(yīng)的通道中存儲關(guān)于到參考點的距離的信息，該信息預(yù)先告知旁路將在特定距離內(nèi)到達。如果存在關(guān)于到達檢測旁路的信息，則此信息將被放置在通道1中。然而，在多個緊密定位的旁路的情況下，通道1將被關(guān)于緊挨著實際位置的旁路的信息占用。因此，關(guān)于其它旁路的信息將被存儲在后續(xù)的通道中。這樣，通過分析所有通道，能夠容易地檢測是只有一個還是有幾個緊密地定位的旁路“在途中”。在沒有緊密定位的旁路“在途中”的情況下，僅通道1被相應(yīng)信息占用。圖17示出用于解釋依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用于對光伏元件中的缺陷進行定位的方法的流程圖。這種方法包括照射光伏元件的具有至少最小尺寸的區(qū)域的步驟1720。 其還包括用于測量光伏元件的電極中的一個上的具有至少最小尺寸的被照射區(qū)域內(nèi)的至少一個特定測量位置處的光伏元件的電極之間的電勢的至少一個電值的步驟1740。此外， 其包括用于基于所測量的至少一個光致電值和所述至少一個特定測量位置來確定缺陷的位置的步驟1760。2.旁路鈍化
圖Ila是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的具有所確定的旁路位置的光伏元件的示意性橫截面圖。在附圖標記1100處指定光伏元件。優(yōu)選地，光伏元件1100是由銅帶1160、CIS吸收體層1140和TCO層1120構(gòu)成的CISCuT太陽能電池。優(yōu)選地，銅帶1160形成背面電極且TCO層1120形成正面電極，CIS吸收體層1140具有高電阻率，并形成包括ρ/η結(jié)的光活二極管。此吸收體層1140還可以由具有不同導電性的兩個層構(gòu)成以形成二極管，優(yōu)選地為 η型CIS層和ρ型CuI或CuS層。然而，還可以有其它組合，例如由CdS,ZnS,ZnO或ZnOiAl 構(gòu)成的η型層和ρ型CIS層。此外，應(yīng)理解的是CIS層1140由這些替換中的一個構(gòu)成。圖Ila所示的尺寸不是按比例的。與光伏元件1100的寬度相比，光伏元件的高度被放大地示出。優(yōu)選地，CISCuT太陽能電池具有8至13mm的寬度和0. 05至0. 3mm的高度。 然而，用于寬度或高度的更小或更大尺寸是可以的。如上所述，在銅帶的上側(cè)上形成CIS吸收體層1140。在此CIS吸收體層1140上， 形成還延伸至光伏元件的兩側(cè)的TCO層1120。在圖Ila未示出的本發(fā)明的替換實施例中，隔離層位于光伏元件的任一個側(cè)面或兩個側(cè)面上，使得其將在光伏元件的側(cè)面上的TCO層1120與銅帶和CIS吸收體層電隔離。 這樣，防止了銅帶通過在側(cè)面處的TCO層具有到正面電極的電接觸。因此，避免了從TCO層 1120到銅帶1160的短路。如圖Ila所示，指示了所確定的旁路位置1110。為了將在正面電極1120與背面電極1160之間引起漏電流的此類點狀缺陷鈍化，必須以一種方式來將已定位缺陷1110鈍化，使得由缺陷1110引起的漏電流最小化，或甚至消除。為此，部分地或完全地在已定位旁路 1110周圍去除由TCO層1120形成的正面電極。圖lib示出圖Ila所示的光伏元件的示意性橫截面圖，其中，在已定位旁路1110 周圍部分地去除了 TCO層1120。圖lib示出了其中TCO層被完全去除的TCO層1120中的凹槽1180。因此，凹槽之間的TCO層1120的其余部分不具有到TCO層的其它部分的電接觸。凹槽1180的寬度取決于層1140的導電性。凹槽1180的優(yōu)選寬度在15Mm至IOOMm之間的范圍內(nèi)。層1140的導電性越低，凹槽1180的寬度可以越低。這樣，所檢測的旁路1120 被與其余光伏元件電隔離。以這種方式，消除了由已定位旁路1110引起的漏電流對其余正面電極的影響。圖Ilc是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的一個替換的圖lib所示的光伏元件的示意性頂視圖，其中，所檢測的旁路1110已被鈍化。如在圖Ilc中可以看到的，已經(jīng)在已定位缺陷1110周圍畫出了具有矩形形狀的線。由于此線是由其中TCO層1120被完全去除的凹槽 1180形成，所以被凹槽圍繞的其余TCO層被與矩形形狀的區(qū)域外面的TCO層電隔離?？商鎿Q地，被凹槽圍繞的具有至少最小尺寸的區(qū)域可以具有任何的任意形狀。此外，可替換地， 不僅去除了 TCO層的一小部分，而且去除了具有至少最小尺寸的區(qū)域內(nèi)的整個TCO層。優(yōu)選地，TCO層1120由可以通過化學蝕刻或通過激光蝕刻去除的&ι0:Α1或摻雜 ZnO層形成。優(yōu)選地可以通過移印或噴印來執(zhí)行該化學蝕刻。在兩種情況下，如圖Ilc所示，僅去除了 TCO層1120的一部分，或者在被定位的旁路1110周圍去除整個TCO層?？商鎿Q地，TCO層1120由氧化銦錫(ITO)層(例如In2O3:SnO2)或SnO2 = F層形成。優(yōu)選地，被凹槽1180圍繞的矩形的尺寸約為IOmmX3 mm。然而，根據(jù)光伏元件的尺寸或具有至少最小尺寸的區(qū)域中的所檢測的旁路的數(shù)目，可以將更小或更大的結(jié)構(gòu)用于將已定位缺陷1110鈍化?？商鎿Q地，在已定位旁路1110周圍去除的TCO層的尺寸依照通過確定旁路的位置來實現(xiàn)的準確度而變。這意味著如果用于所確定的旁路位置的準確度是高的，則在所檢測的旁路1110的周圍去除較少的TCO層。在用于所確定的旁路1110的位置的準確度較低的情況下，矩形的面積和因此被去除的TCO層的面積較大。如上所述，可以通過諸如化學蝕刻或激光蝕刻的過程來去除TCO層。特別地，相對于改變將被與TCO層1120的其它部分電隔離的區(qū)域的尺寸的形狀以便將缺陷鈍化而言，激光蝕刻看起來是適當?shù)摹?yōu)選地，通過用具有特定強度的激光照射TCO層來執(zhí)行激光蝕刻。此類過程也稱為激光劃線。優(yōu)選地，可以使用具有1064nm的波長的Nd:YAG激光器。然而，還可以使用諸如Nd:YLF或Tija的任何其它適當激光器。優(yōu)選地，將Nd:YAG激光器的波長增至三倍，使得所得到的波長是355nm?？商鎿Q地，可以使用在諸如的UV范圍內(nèi)的其它波長。通常，根據(jù)必須要處理的電極材料，寬的波長范圍看起來是適用的。對于特定TCO而言，此范圍可以在200nm與380nm之間，然而根據(jù)所使用的TC0，還可以使用在紅外線和可見光范圍內(nèi)的波長。根據(jù)所需的波長，還可以將受激準分子激光器或二極管激光器用于激光劃線。此外，所使用的激光器可以是連續(xù)波激光器或脈沖激光器。調(diào)整TCO層和激光能量上的激光光斑以便完全去除TCO層并避免熔化CIS吸收體層。優(yōu)選地，TCO層上的激光光斑具有在15ΜΠ1與IOOMffl之間的尺寸或在其之間改變。還向必須要處理的電極材料調(diào)整施加于TCO層的激光脈沖的脈沖能量。對于aiO:Ai層而言，脈沖能量優(yōu)選地大于50μ且低于200μ。在光伏元件在鈍化過程中固定不同的情況下，化學蝕刻和激光蝕刻優(yōu)選地也是固定不動的。可替換地，在使用卷到卷光伏元件的情況下，在鈍化過程期間停止光伏元件的運動。在另一替換實施方式中，卷到卷光伏元件在鈍化過程期間也移動。然而，這意味著用于化學或激光蝕刻的鈍化裝置必須在鈍化過程期間用與光伏元件相同的速度來移動。對于例如通過移印或噴印執(zhí)行的化學蝕刻而言，這將意味著蝕刻單元的運動與卷到卷光伏元件的運動相關(guān)。對于激光蝕刻而言，其中激光光斑在卷到卷光伏元件上劃出凹槽，這將意味著激光光斑的運動也必須與卷到卷光伏元件的移動相協(xié)調(diào)。這在圖12a中示出，圖1 示出在卷到卷光伏元件的一側(cè)或兩側(cè)已在先前的邊緣鈍化步驟中被鈍化的情況下的激光頭或激光光斑在固定參考系中的移動。在這種情況下，激光光斑將在光伏元件的邊緣鈍化側(cè)處開始，并隨著卷光伏元件的行進方向從光伏元件的一側(cè)移動至另一光伏元件。在下一步驟中， 激光光斑將沿著卷到卷光伏元件的行進方向的相對方向移動。為了使矩形閉合，激光光斑將通過另外遵循卷到卷光伏元件的行進方向來返回至邊緣鈍化側(cè)。圖12b示意性地示出光伏元件的頂部電極上的激光光斑的所得到的軌跡。從光伏元件的一側(cè)上的已被鈍化的邊緣開始，將通過再次在光伏元件的已被鈍化的邊緣上結(jié)束來完成該矩形。這產(chǎn)生在被與其余正面電極電隔離的已確定的旁路位置周圍的區(qū)域。因此，旁路被鈍化。在未通過邊緣鈍化來處理卷到卷光伏元件的一個或兩個邊緣的情況下，旁路的鈍化將以激光光斑沿行進方向移動、以便使由激光光斑所畫的矩形閉合而結(jié)束?？商鎿Q地，可以沿著相反的方向來執(zhí)行激光光斑的上述移動。對于技術(shù)人員而言很清楚的是可以選擇用于被鈍化區(qū)域的任何形狀，只要旁路周圍的區(qū)域被與其余正面電極電氣地斷開連接即可。圖18是用于解釋依照本發(fā)明的替換實施例的用于對光伏元件中的缺陷進行鈍化的方法的流程圖。該方法包括確定光伏元件中的旁路的位置的步驟1820和將光伏元件定位在所確定的位置的步驟1840。此外，其包括通過蝕刻來去除所確定的旁路位置處的區(qū)域中的TCO層、從而保證在去除TCO層之后旁路不具有到正面電極的電接觸的步驟1860。3.隔離和組裝
圖13是依照本發(fā)明的一個實施例的具有已鈍化旁路的光伏元件的示意圖。優(yōu)選地，光伏元件1100是從頂視圖示出的卷到卷光伏元件。因此，可以看到正面電極1120以及沿著光伏元件的側(cè)邊緣延伸的凹槽1390。通過激光蝕刻或通過化學蝕刻來制作光伏元件的側(cè)邊緣處的凹槽1390。例如，如圖Ila和b所示，這些凹槽將光伏元件的上側(cè)上的T⑶層與光伏元件的側(cè)面處的TCO層分離。這些凹槽防止從頂部電極到背面電極的短路。此外，在圖 13中示出了將所檢測的旁路鈍化的附加凹槽1370。如在圖13中可以看到的，作為相對于圖1 和圖12b所述的鈍化的替換，已經(jīng)通過激光蝕刻或化學蝕刻在所確定的旁路位置周圍形成完整的矩形。另外，沿著光伏元件的一個邊緣，提供一窄條的電隔離材料。優(yōu)選地，此條從光伏元件的一個邊緣延伸而遍布緊挨著該邊緣放置的凹槽。此條電隔離材料的寬度可以在幾百 Mm和2 mm之間變化。該條可以具有均勻的寬度，或者該寬度可以根據(jù)其在卷到卷光伏元件上的位置而變。優(yōu)選地，電隔離材料是樹脂，然而，可以使用其它電隔離材料，諸如納米的絕緣玻璃層。條的厚度取決于所使用的材料，但是優(yōu)選地在500nm至幾十Mm范圍內(nèi)變化。優(yōu)選地通過移印或噴印來施加這些材料。然而，可以在光伏元件上以其它方式來施加這些材料。條1330是用于為光伏元件被機械連接到另一光伏元件的情況提供電隔離。此外，圖13示出由電隔離材料制成的另一結(jié)構(gòu)1310，其位于鑒于所檢測的旁路被電氣地鈍化的區(qū)域的一側(cè)上。圖1 示出圖13所示的光伏元件的示意性橫截面圖。如可以看到的，光伏元件另外提供用于至少部分地將光伏元件的下部電隔離的另一結(jié)構(gòu)1430。因此，背面電極的一部分被電隔離。圖14b在橫截面圖中示出圖1 所示的兩個相連的光伏元件。兩個光伏元件被組裝成光伏模塊。鑒于隔離結(jié)構(gòu)1490和1430，防止了上和下光伏元件之間的未限定電接觸。 通過優(yōu)選地是導電膠的導電結(jié)構(gòu)1450來提供限定電接觸。這樣，確立了上光伏元件的背面電極被以限定的方式與下光伏元件的頂部電極相連。用于機械地和電氣地連接兩個光伏元件的上述方式不僅被用于連接兩個、而且用于連接任意數(shù)目的光伏元件。圖1 示出如圖13所示的光伏元件的示意性橫截面，其中，橫截面在已鈍化旁路的區(qū)域中。其示出將由TCO層制成的正面電極與光伏元件的邊緣處的其余TCO層電隔離的凹槽1390。此外，示出了背面電極1160和用于將正面電極的一部分與背面電極電隔離的結(jié)構(gòu)1490和1430。如圖13所示，在至少在已鈍化區(qū)域的一部分上的光伏元件的頂側(cè)上施加附加隔離1410。此附加隔離結(jié)構(gòu)在圖15a中用附圖標記1530示出。作為附加隔離結(jié)構(gòu) 1530的替換，隔離結(jié)構(gòu)1330具有至少覆蓋在已鈍化區(qū)域的一部分上的較寬寬度。如圖1 所示，兩個光伏元件被以已在圖14b中解釋的方式連接。圖1 和14b之間的差別是圖1 示出已鈍化旁路的區(qū)域中的兩個相連光伏元件的橫截面圖。如從圖1 可以看到的，用膠1450將兩個光伏元件連接，以便將上光伏元件的背面電極機械地與下光伏元件的正面電極相連。然而，為了避免與已鈍化旁路區(qū)域的電接觸，在已鈍化旁路的區(qū)域中提供的附加隔離結(jié)構(gòu)1530防止膠1450還將鈍化旁路區(qū)域電連接到另一光伏元件的背面電極。這樣，避免了通過組裝兩個光伏元件將在所檢測的旁路的區(qū)域中斷開連接的正面電極重新連接。圖16示出均由依照本發(fā)明的實施例的六個光伏元件構(gòu)成的兩個所謂的串。對于兩個串而言，第一光伏元件和最后一個光伏元件比其它四個光伏元件長。第一光伏元件在串的一側(cè)上延伸且最后一個光伏元件在串的另一側(cè)上延伸。第一光伏元件在一側(cè)上延伸以便被正面電極上的匯流條與另一串的第一光伏元件互連。此串的最后一個光伏元件在另一側(cè)上延伸以便被背面電極上的另一匯流條與另一串的最后一個光伏元件互連?？商鎿Q地，串不僅由六個光伏元件構(gòu)成，而且由期望的任何數(shù)目的光伏元件構(gòu)成。 此外，最后一個電極被可替換地在正面電極上互連且第一電極被可替換地在背面電極上互連。另外，不僅可以將兩個串互連，而且可以將任何期望數(shù)目的串互連。
由于六個光伏元件中的第一個或最后一個僅被用于連接正面或背面電極，所以只有五個光伏元件是有功的，即對所產(chǎn)生的電流有貢獻。在連接了 N個光伏元件的情況下，只有N-I個光伏元件是有功的。在這種情況下，第一光伏元件在一側(cè)上延伸以便被背面電極上的匯流條與另一串的第一光伏元件的背面電極互連。此串的最后一個光伏元件在另一側(cè)上延伸以便被背面電極上的另一匯流條與另一串的最后一個光伏元件的背面電極互連。可替換地，第一光伏元件在一側(cè)上延伸以便被正面電極上的匯流條與另一串的第一光伏元件的正面電極互連。此串的最后一個光伏元件在另一側(cè)上延伸以便被正面電極上的另一匯流條與另一串的最后一個光伏元件的正面電極互連。此外，圖16示出特定標記1620、1640、1660、1680和1690。這些標記是由切割卷到卷光伏元件并將各片光伏元件分離而得到的。為了在產(chǎn)生串所需的期望位置處切割卷到卷光伏元件，在卷到卷光伏元件的電極中的一個上產(chǎn)生所謂的切割標記。優(yōu)選地，在優(yōu)選地為 TCO層的光伏元件的正面電極上產(chǎn)生切割標記。將卷到卷光伏元件切割成單獨的光伏元件引起光伏元件的結(jié)構(gòu)、即TCO層、CIS吸收體和背面電極被以一種方式損壞，使得在TCO層與背面電極之間可能產(chǎn)生短路。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的切割標記被以一種方式應(yīng)用于TCO層，使得其不僅示出并標記用于切割卷到卷光伏元件的位置，而且將光伏元件的切割側(cè)與正面電極的其余部分電氣地斷開連接。這以與邊緣鈍化和/或旁路鈍化相同的方式來執(zhí)行。優(yōu)選地，用于指示必須在哪里切割卷到卷光伏元件的切割標記具有與用于鈍化所檢測的旁路的結(jié)構(gòu)類似的形狀。優(yōu)選地，用于鈍化所檢測的旁路和用于切割卷到卷光伏元件的標記/結(jié)構(gòu)在其寬度方面不同。這意味著例如矩形形式是用于鈍化所檢測的旁路并用于指示必須在哪里切割卷到卷光伏元件。然而，所使用的矩形形式的寬度依照要使用的其它功能而不同。例如，用于鈍化所檢測的旁路的矩形具有第一指定寬度且用于指示切割標記的矩形具有與用于鈍化旁路的矩形不同的第二指定寬度。此外，由于串的第一和最后一個光伏元件優(yōu)選地長于串中的其它光伏元件，所以用于串中的第一和最后一個光伏元件的切割標記可以在寬度方面與用于串中的第二及其它光伏元件的切割標記不同。這樣，可以自動地檢測是否存在鈍化旁路的區(qū)域、用于串的第一、第二、隨后的和最后一個光伏元件的切割標記?？梢酝ㄟ^用于檢測旁路的上述方法來執(zhí)行相應(yīng)標記的檢測。如例如圖9所示，可以用分析正面電極與背面電極之間的電勢的上述方式來檢測光伏元件的正面電極上的不同結(jié)構(gòu)。由于這種方法提供空間分辨率，所以其可以在用于已鈍化旁路的結(jié)構(gòu)的不同寬度或用于切割光伏元件的相應(yīng)標記之間進行區(qū)別。因此，用于檢測旁路的上述方法也可以用于檢測用于切割光伏元件的電池標記或用于切割串的第一或最后一個光伏元件的串標記。電池標記和串標記可以在可由用于檢測旁路的上述方法檢測的寬度或形狀方面相互不同。舉例來說，可以將電池標記和串標記形成為具有不同寬度的矩形。其還可以用具有相互不同的距離的雙線或三線來表示。還可以使用另外的光學方法來檢測電池標記。這些方法可以測量標記的線的距離和/或數(shù)目。光學傳感器或照相機系統(tǒng)將可用于檢測電池標記。
在圖16中示出了上述切割標記。附圖標記1620示出用于串的第一光伏元件的切割標記的第二半。附圖標記1640示出用于后續(xù)光伏元件的切割標記的第一半且附圖標記 1660示出用于后續(xù)光伏元件的切割標記的第二半。附圖標記1680示出用于最后一個光伏元件的切割標記的第一半，該切割標記在圖16所示的實施例中也是下一個串的第一元件的切割標記。附圖標記1690是前一串的最后一個光伏元件的切割標記的第二半。為了避免串中的兩個后續(xù)光伏元件的電極之間的短路，向用于已鈍化旁路區(qū)域的如圖13所示的光伏元件的正面施加類似的隔離結(jié)構(gòu)。通過使用與圖13的1310或圖1 和b中的1530類似的結(jié)構(gòu)，避免了光伏元件的切割側(cè)處的正面電極與背面電極之間的短路也使后續(xù)光伏元件短路。因此，被電隔離的切割標記示出用于已鈍化旁路的如圖1 和1 所示的類似結(jié)構(gòu)。用于檢測并鈍化光伏元件上的旁路的上述方式和用于連接這些光伏元件的方式為制造和組裝這些光伏元件提供了高度的自動化。此外，制造光伏模塊的上述方式提供了用于選擇性地鈍化所檢測的旁路、以便增加所制造的光伏模塊的效率的可能性。將光伏元件中所檢測的旁路鈍化并將光伏元件彼此互連的方式提供以幾乎所有期望尺寸來制造光伏模塊的可能性。這導致每平米很低的價格及形狀和尺寸方面的靈活性。此外，這提供具有低材料消耗的高成本降低潛力和光伏模塊的增加的效率。雖然已參考本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例示出并描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的是在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以對其進行形式和細節(jié)方面的各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行定位的方法，包括以下步驟(i)照射光伏元件的具有至少最小尺寸的區(qū)域；( )通過接觸光伏元件的電極中的一個上的被照射區(qū)域內(nèi)的至少一個特定測量位置處的被照射光伏元件的兩個電極來測量至少一個光致電值；以及(iii)基于所測量的至少一個光致電值和所述至少一個特定測量位置來確定光伏元件的缺陷的位置。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，在步驟(ii)中，所述至少一個電值是通過光伏元件的電極中的一個上的至少一個測量接觸測量的光致電值。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中，在步驟(ii)中，相對于所述至少一個測量接觸移動光伏元件以便在不同的測量位置處測量多個光致電值。
4.權(quán)利要求1至3中的任一項的方法，其中，以高達15m/min的速度移動光伏元件，并至少每50Mm確定光致電值。
5.權(quán)利要求1至4中的任一項的方法，其中，步驟(iii)還包括以下子步驟(iiia)基于所測量的至少一個光致電值和相應(yīng)的至少一個特定測量位置來確定位置相關(guān)光致電值分布；以及(iiib)確定所述位置相關(guān)光致電值分布的最小值或最大值，提供所確定的最小值或最大值的位置作為缺陷的位置。
6.權(quán)利要求5的方法，其中，通過確定第一測量光致電值和在第一測量光致電值前面的第二測量光致電值之間的差來計算所測量的光致電值的差分值。
7.權(quán)利要求6的方法，其中，相互間隔開的兩個測量接觸被用于測量光致電值，所測量的光致電值被與用于每個測量接觸的特定測量位置相關(guān)地單獨存儲，基于多個測量的光致電值和用于每個測量接觸的相應(yīng)特定測量位置來單獨地確定位置相關(guān)電壓分布，并且基于所測量的光致電值的差分值和用于每個測量接觸的相應(yīng)特定測量位置來單獨地確定每個位置相關(guān)電壓分布的最小值或最大值。
8.權(quán)利要求7的方法，其中，通過確定第一測量光致電值和在第一測量光致電值前面的第二測量光致電值之間的差來針對每個測量接觸單獨地計算所測量的光致電值的差分值。
9.權(quán)利要求1至8中的任一項的方法，還包括以下步驟(iv)電氣地鈍化已被確定位置的缺陷。
10.權(quán)利要求9的方法，其中，步驟(iv)包括去除所確定的缺陷位置周圍的區(qū)域中的電極中的至少一個。
11.權(quán)利要求9和10的方法，其中，電極中的一個是TCO層，并且其中，通過局部地通過化學蝕刻或通過激光蝕刻來去除TCO層來執(zhí)行所確定的缺陷的鈍化。
12.權(quán)利要求11的方法，通過激光蝕刻在每個所確定的缺陷周圍畫具有特定寬度的線，其中，沿著該線，去除TCO層，從而保證在鈍化步驟之后，與已被確定位置的缺陷電接觸的TCO層不具有至被用作電極的其余TCO層的電接觸。
13.權(quán)利要求1至12中的任一項的方法，其中，所述光伏元件是卷到卷薄膜太陽能電池。
14.一種用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行鈍化的方法，包括以下步驟(i)照射光伏元件的具有至少最小尺寸的區(qū)域；(ii)基于光伏元件的電極之間的至少一個光致電值和光伏元件的電極中的一個上的被照射區(qū)域內(nèi)的相應(yīng)測量位置來確定缺陷的位置；以及(iii)通過蝕刻來去除所確定的缺陷位置處的區(qū)域中的電極中的至少一個。
15.權(quán)利要求14的方法，還包括以下步驟(iia)將光伏元件定位于所確定的位置處，其中，所述電極中的至少一個是TCO層，所述缺陷是旁路且步驟(iii)包括通過蝕刻來去除所確定的旁路位置處的區(qū)域中的TCO層，從而保證在去除TCO層之后旁路不具有到正面電極的電接觸。
16.一種用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行定位的系統(tǒng)，包括照明裝置，其用于照射光伏元件的具有至少最小尺寸的區(qū)域；測量裝置，其用于測量光伏元件的電極中的一個上的被照射區(qū)域內(nèi)的至少一個特定測量位置處的光伏元件的電極之間的至少一個光致電值；以及確定裝置，其用于基于所測量的至少一個光致電值和所述至少一個特定測量位置來確定缺陷的位置。
17.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中，所述測量裝置包括用于測量光伏元件的電極中的一個上的至少一個電值的至少一個測量接觸，其中，所述電值是光致電值，并且其中，所述測量裝置還適合于相對于所述至少一個測量接觸來移動光伏元件以便在不同的測量位置處測量多個光致電值并與所述至少一個特定測量位置相關(guān)地存儲所測量的至少一個光致電值。
18.權(quán)利要求16和17的系統(tǒng)，其中，所述確定裝置還包括電壓分布確定裝置，其用于基于所測量的至少一個光致電值和相應(yīng)的至少一個特定測量位置來確定針對電勢的位置相關(guān)電壓分布；以及最小值確定裝置，其用于確定所述位置相關(guān)電壓分布的最小值或最大值并提供所確定的最小值或最大值的位置作為缺陷的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行定位的系統(tǒng)和方法、用于對光伏元件中的引起漏電流的缺陷進行鈍化的系統(tǒng)和方法及用于對卷到卷光伏元件中的旁路進行鈍化的系統(tǒng)和方法，其包括以下步驟照射光伏元件的具有至少最小尺寸的區(qū)域；測量光伏元件的電極中的一個上的被照射區(qū)域內(nèi)的至少一個特定測量位置處的光伏元件的電極之間的電勢的至少一個電值；以及基于所測量的至少一個光致電值和所述至少一個特定測量位置來確定缺陷的位置。
文檔編號G01R31/26GK102197311SQ200980143027
公開日2011年9月21日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者J·彭多夫, O·托貝爾, W·布勞爾 申請人:奧德森公司