估算太陽能裝置的短路電流的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】在此描述了一種用于在太陽能模擬器中測試太陽能裝置之前確定太陽能裝置的短路電流的方法和系統(tǒng)。太陽能裝置包括基板層、前接觸層、窗口/發(fā)射層、吸收層和后接觸層。確定窗口/發(fā)射層的厚度和吸收層的吸收波長。將窗口/發(fā)射層的厚度和吸收層的吸收波長以及與基板和第一接觸層的透射特性相對應(yīng)的擬合參數(shù)一起使用，以確定太陽能裝置的短路電流。
【專利說明】估算太陽能裝置的短路電流的系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]所公開的實施例涉及諸如PV電池和PV模塊的光伏(PV)裝置及其測試方法。

【背景技術(shù)】
[0002]PV裝置通過被稱作“光伏效應(yīng)”的物理過程將太陽光轉(zhuǎn)換為電力。具體地，太陽光由光子或者能量“包”組成。光子包含與不同波長的光對應(yīng)的不同量的能量。當(dāng)作用于PV裝置時，光子可被反射、吸收或者直接穿過該裝置。在PV裝置中，當(dāng)光子被吸收時，該光子的能量被轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體的原子中的電子。利用電子的新獲得的能量，該電子能夠從其與所述原子關(guān)聯(lián)的正常的位置逃逸。通過離開該位置，該電子使得空穴形成。電子和由此產(chǎn)生的空穴分別被兩個獨立的電極中的一個收集。因此，該PV裝置能夠用于給使用這兩個電極的外部電力裝置提供電力。
[0003]不同的參數(shù)可被用于評價PV裝置的效率。在這些參數(shù)之中，有所述裝置的短路電導(dǎo)Gsc。Gsc用于評價由裝置的分流電阻而導(dǎo)致的電損耗的量。Gsc越大，則裝置被分流的越多，裝置能夠產(chǎn)生的電力越少。
[0004]如以下所述，PV裝置的Gsc與裝置的短路電流Isc有關(guān)，Isc是指當(dāng)通過裝置的電壓為零時通過裝置的電流。因此，知道PV裝置的Isc，便可容易地確定其Gsc。
[0005]通常地，使用模擬器來確定PV裝置的Isc。這通常發(fā)生在裝置被制造完成之后且處于模擬階段。然而，由于模擬器的局限性，所確定的PV裝置的Isc以及由所述Isc確定的Gsc并不總是準(zhǔn)確。因此，期望有更準(zhǔn)確地確定PV裝置的Isc和Gsc的方法以及系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1A是太陽能裝置的1-V曲線。
[0007]圖1B是有上限的太陽能裝置的1-V曲線。
[0008]圖2是具有多個層的太陽能裝置的截面圖。
[0009]圖3示出了根據(jù)本公開的確定太陽能裝置的擬合參數(shù)的過程。
[0010]圖4示出了根據(jù)本公開的確定太陽能裝置的窗口 /發(fā)射層的厚度和吸收層的吸收波長的過程。
[0011]圖5示出了根據(jù)本公開的確定太陽能裝置的短路電流的過程。
[0012]圖6A和圖6B示出了根據(jù)本公開的用于確定太陽能裝置的短路電流的系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0013]在以下的詳細(xì)描述中，參照附圖來進(jìn)行說明，附圖形成說明的一部分，通過圖解可被實施的具體實施例的方式示出了附圖。應(yīng)該理解的是，相同的標(biāo)號始終表示相同的元件。非常詳細(xì)地描述實施例以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┻@些實施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以采用其它的實施例，并且可以對各種結(jié)構(gòu)、邏輯以及電力進(jìn)行改變。
[0014]如上所述，PV裝置，不管是電池還是模塊(注:模塊是由多個電池以串聯(lián)、并聯(lián)、或者串并聯(lián)組合的方式相互連接而構(gòu)成)，均具有Gsc和Isc兩者。一般地，Gsc和Isc兩者均由裝置的電流-電壓或ι-v曲線來確定，所述電流-電壓或者1-V曲線本身通常是在裝置被裝配或制造完成之后，通過裝置的模擬而獲得的。例如，為了獲得1-V曲線，太陽能模擬器被用于(利用光脈沖)將PV裝置偏置在不同的電壓并測量在偏置電壓下所得的電流。在圖1A中示出PV裝置的示例性的1-V曲線。應(yīng)該注意到由于PV模塊由多個PV電池構(gòu)成，所以太陽能電池的ι-v曲線可通過線性關(guān)系而關(guān)聯(lián)到太陽能模塊的1-V曲線。因此，太陽能電池的1-V曲線和太陽能模塊的1-V曲線在刻度、上限電壓以及電流限制方面不相同。
[0015]一旦1-V曲線被構(gòu)建，Isc就可被容易地確定為1-V曲線上偏置電壓為零的點。Gsc是在1-V曲線上Isc點處的切線的斜率。
[0016]然而，大多數(shù)太陽能模擬器(包括應(yīng)用于模塊級別的模擬器)具有其負(fù)載調(diào)節(jié)在特定的極限內(nèi)的電流范圍。這被稱為電流依從范圍(compliance range)。如果在落在該范圍之外的特定電壓下測量電流，則模擬器將在被測量的電流高于該范圍的最高值的情況下僅僅報告該范圍的最高值，且模擬器將在被測量的電流低于該范圍的最低值的情況下報告該范圍的最低值。這將在圖1B中示出，其中，上限的(capped) Isc表示模擬器的電流依從范圍的最大電流值，而實際的Isc表示裝置的高于上限的Isc的真實Isc。在這種情況下，模擬器不準(zhǔn)確地將上限的Isc表示為裝置的Isc。1-V曲線的這種不準(zhǔn)確導(dǎo)致裝置的Isc和Gsc的確定的不準(zhǔn)確。為了解決這一問題，在此公開了用于在模擬器應(yīng)用于裝置之前確定裝置的Isc的以使模擬器的電流依從范圍可以即時地被調(diào)整且從而可以確定裝置的正確的ι-v曲線的方法和系統(tǒng)。
[0017]在實施例中，太陽能裝置的短路電流Isc可以在制造過程期間以及在太陽能裝置處于在太陽能模擬器中測試的狀況之前被確定。通過確定太陽能裝置的不同層的各種特性來部分地完成這一確定。
[0018]如圖2的示例所示，太陽能裝置20由許多不同層的材料組成。太陽能裝置20中示出的層代表在太陽能電池和太陽能模塊中均出現(xiàn)的層。盡管特定類型的太陽能裝置可包括附加的層和組件(例如，諸如太陽能模塊中的分劃線)，但是圖2中所示出的層在大多數(shù)PV裝置中通常出現(xiàn)。太陽能裝置20 —般包括前側(cè)基板200，在使用時前側(cè)基板200接收入射輻射?；?00可以是玻璃，例如堿石灰玻璃。前接觸層210被形成為靠近基板200。前接觸層210可以是透明導(dǎo)電氧化物(“TC0”)層，可以是例如氧化錫層或者摻氟的氧化錫層。前接觸層210為電接觸層，與后接觸層250 —起使用以提供半導(dǎo)體層(如下所描述)與外部電力負(fù)載之間的電連接。二氧化錫緩沖層220靠近前接觸層210形成，且用作前接觸層210和裝置的半導(dǎo)體層之間的中介物，從而提高裝置的結(jié)構(gòu)一體性和能量效率。窗口 /發(fā)射層230是半導(dǎo)體層，靠近緩沖層220形成。吸收層240 (也是半導(dǎo)體層)與窗口 /發(fā)射層230相鄰地形成。半導(dǎo)體窗口 /發(fā)射層230允許太陽輻射穿過至吸收層240，吸收層240將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。半導(dǎo)體窗口 /發(fā)射層230和吸收層240可包括例如二元半導(dǎo)體(諸如I1- VI族或II1- V族半導(dǎo)體(例如，諸如 Zn。、ZnS, ZnSe, ZnTe, Cd。、CdS, CdSe, CdTe, MgO,MgS, MgSe, MgTe, Hg。、HgS, HgSe, HgTe, AIN、A1P、AlAs, AlSb, GaN, GaP、GaAs, GaSb, InS,InN, InP、InAs, InSb, TIN、TIP、TIAs、TlSb 或其混合物))。半導(dǎo)體窗口 / 發(fā)射層 230 和吸收層240的示例可以分別是CdS層和CdTe層。半導(dǎo)體窗口 /發(fā)射層230比吸收層240薄。較薄的半導(dǎo)體窗口 /發(fā)射層230允許較短波長的入射光更多的穿透至吸收層240。如前所述的作為導(dǎo)體的后接觸層250靠近吸收層240形成。后接觸層250與前接觸層210 —起使用以架起半導(dǎo)體層和外部電力負(fù)載之間的電連接。后支撐層260與后接觸層250相鄰地形成，以用于提供結(jié)構(gòu)的一體性。
[0019]窗口 /發(fā)射層230的厚度和吸收層240的吸收波長均可用于確定太陽能裝置20的短路電流Isc。另外，確定用于說明基板200和前接觸層210的透射特性的擬合參數(shù)。說明如下，可以針對基板200/前接觸層210的各種組合確定擬合參數(shù)。然后，存儲各種擬合參數(shù)，并且每當(dāng)制造具有相應(yīng)的基板200/前接觸層210的組合的太陽能裝置時應(yīng)用所述擬合參數(shù)。窗口 /發(fā)射層230的厚度和吸收層240的吸收波長可以在太陽能裝置的制造期間確定、在吸收層240已經(jīng)退火(制造步驟，其中，為了形成更多的結(jié)晶結(jié)構(gòu)而對太陽能裝置中的一個或多個透明層進(jìn)行熱處理，從而提高裝置的導(dǎo)電性和透明性)之后確定以及在后接觸層250和后支撐層260形成之前確定。如果太陽能裝置20是太陽能模塊，則可在通過例如激光劃線將單獨的單元隔離之前或之后確定窗口 /發(fā)射層230的厚度和吸收層240的吸收波長。因此，可在太陽能裝置20準(zhǔn)備利用太陽能模擬器測試的數(shù)小時之前確定太陽能裝置的短路電流Isc。
[0020]太陽能模塊的短路電流Isc根據(jù)下面的等式I來確定，其中，BE是吸收層240的吸收波長，Tcds是窗口 /發(fā)射層230的厚度，d是用于描述偏移量的擬合參數(shù)，偏移量是說明基板200和前接觸層210中的透明度(transparency)和/或反射的變化的必要參數(shù),并且，a、b和c是單位分別為A/nm、A/nm和A/nm2的系數(shù)。一般來說,系數(shù)a遠(yuǎn)大于系數(shù)b,意味著在短路電流Isc的確定中吸收波長BE比窗口 /發(fā)射層230的厚度Tcds具有更大的權(quán)重。另外，系數(shù)c通常遠(yuǎn)小于1，意味著參數(shù)吸收波長BE和參數(shù)厚度Tcds之間幾乎沒有相互作用。如上所述，太陽能模塊內(nèi)的太陽能電池的短路電流Isc與由用于太陽能模塊的等式I所產(chǎn)生的結(jié)果線性相關(guān)。
[0021]Isc = aXBE+bXTcds+cXTcdsXBE+d(等式 I)
[0022]擬合參數(shù)d實質(zhì)上是用于說明基板200和前接觸層(TC0層)210的透射屬性的偏移量。基板200和前接觸層210的變化可引起較高的透明度或者降低的反射損耗。例如，將抗反射(AR)涂覆層應(yīng)用于基板200或者前接觸層210可引起降低的反射損耗。玻璃基板200的成分的改變可提高其透明度。因此，對于每一個基板200/前接觸層210的組合，可確定表示該組合的透射特性的影響的參數(shù)。以下描述用于確定用于已知的基板200和前接觸層210組合的擬合參數(shù)的方法。
[0023]擬合參數(shù)d通過測量以及等式I的應(yīng)用的結(jié)合來確定。為了確定用于基板200和前接觸層210的給定的組合的擬合參數(shù)d，制造并測試兩個具有相同基板200/前接觸層210組合的零CdS裝置。零CdS裝置是不具有任何窗口 /發(fā)射層230 (或CdS層)的太陽能裝置。為了有助于確定針對所采用的基板200和前接觸層210的組合的擬合參數(shù)d，零CdS裝置必須具備針對它們的各自的吸收層240和相同的基板200/前接觸層210組合的不同的吸收波長。由于零CdS裝置不具有窗口 /發(fā)射層230，零CdS裝置的窗口 /發(fā)射層230的厚度Tcds為零。因此，零CdS裝置的等式I可被改寫為如等式2所示。
[0024]Isc = aXBE+d(等式 2)
[0025]優(yōu)選地，兩個零CdS裝置具有顯著不同的吸收波長；一個零CdS裝置應(yīng)具有高吸收波長，另一個零CdS裝置應(yīng)該具有低吸收波長。兩個零CdS裝置可在其制造過程中使用例如如下所述的技術(shù)測試以確定其各自的吸收波長。另外，在制造完成之后，零CdS裝置可經(jīng)受太陽能模擬器來確定其各自的短路電流Isc。在所確定的短路電流Isc中的任何誤差都可以通過使用反饋環(huán)路來測量和再測量零CdS裝置而最小化。換句話說，可使用模擬器來確定零CdS裝置的第一短路電流Isc，然后可調(diào)整模擬器的依從度，并且可再次測試零CdS裝置以確定第二短路電流Isc。如果所確定的短路電流Isc相同，則所確定的短路電流Isc可能是準(zhǔn)確的。一旦確定了每個零CdS裝置的短路電流Isc和吸收波長BE，式2可被使用兩次(對每個BE使用一次)以同時求解系數(shù)a以及擬合參數(shù)d。
[0026]因為擬合參數(shù)d是具體針對在太陽能裝置20中使用的基板200/前接觸層210組合而言的，所以必須針對期望要制造的各個可能的基板200/前接觸層210組合來確定擬合參數(shù)d。所確定的擬合參數(shù)可被存儲在例如數(shù)據(jù)庫或者查詢表中，然后在制造包括相應(yīng)的基板200/前接觸層210組合的太陽能裝置期間，所述擬合參數(shù)被應(yīng)用于等式I。
[0027]在圖3中概述了用于確定太陽能裝置的擬合參數(shù)的過程300。在步驟310中，第一零CdS太陽能裝置被制造為具有已知的基板200/前接觸層210組合和吸收層240，所述吸收層240具有第一吸收波長BEl。在步驟320中，確定第一零CdS太陽能裝置的吸收波長BE1。吸收波長BEl可使用例如下面解釋的方法來確定。在步驟330中，對所完成的第一零CdS太陽能裝置使用太陽能模擬器，該太陽能模擬器用于確定第一零CdS太陽能裝置的短路電流Iscl。在步驟340中，將第二零CdS裝置制造為具有相同的已知的基板200/前接觸層210組合和具有第二吸收波長BE2的吸收層240。優(yōu)選地，第一吸收波長BEl和第二吸收波長BE2彼此明顯不同，一個吸收波長是高的吸收波長，另一個吸收波長是低的吸收波長。在步驟350中，使用與用于確定第一零CdS太陽能裝置的吸收波長BEl相同的方法來確定第二零CdS裝置的吸收波長BE2。在步驟360中，對所完成的第二零CdS裝置使用太陽能模擬器，該太陽能模擬器用于確定第二零CdS太陽能裝置的短路電流Isc2。在步驟370中，將第一吸收波長BEl和第二吸收波長BE2以及第一短路電流Iscl和第二短路電流Isc2與等式2 —起使用，以確定對應(yīng)于已知的基板200/前接觸層210組合的擬合參數(shù)d。對于不同的已知的基板200/前接觸層210組合，重復(fù)過程300。
[0028]除了確定太陽能裝置20的擬合參數(shù)，還必須確定各太陽能裝置的窗口 /發(fā)射層230的厚度Tcds和吸收層240的波長BE。在后接觸層250和后支撐層260形成之前通過分析穿過太陽能裝置的給定的波長的光的量來確定窗口 /發(fā)射層230的厚度Teds。使用的光的波長必須比窗口 /發(fā)射層230的帶隙小。例如，當(dāng)窗口 /發(fā)射層230由CdS制成時，可使用波長從450nm到550nm的藍(lán)光。因此，藍(lán)光照明器可被用來照射太陽能裝置20。在這些波長上，光主要在CdS層被吸收而不是在吸收層240被吸收。盡管一些藍(lán)光被窗口 /發(fā)射層230吸收，但是一些藍(lán)光仍將穿過窗口 /發(fā)射層230并被與照明器相對設(shè)置的探測器(太陽能裝置20位于照明器和探測器之間)探測到。在探測器處感測到的藍(lán)光的量與窗口 /發(fā)射層230的厚度Tcds密切相關(guān)。該關(guān)系可在例如通過測試測量而確定的查詢表中被量化。
[0029]類似地，可通過找到當(dāng)光穿過未完成的太陽能裝置20(不具有后接觸層250和后支撐層260)時被吸收最少的光的波長來確定吸收層240的吸收波長BE。這可通過使用照明器并對未完成的太陽能裝置照射不同頻率的光進(jìn)行確定。探測器可被用在照明器的相對偵牝以使未完成的太陽能裝置位于照明器和探測器之間。探測器用于探測相應(yīng)于每個照明頻率的透明度值。所探測到的透明度值針對其各自的波長被繪制于透明度與波長的曲線中。吸收波長BE被確定為在透明度-波長曲線的二階導(dǎo)數(shù)等于零的點處的透明度-波長曲線的切線在X軸上的截距(即，透明度-波長曲線上具有最大斜率的點)。
[0030]可使用用于確定厚度Tcds和吸收波長BE的其它方法。其他方法可包括為該目的而設(shè)計的設(shè)備、機(jī)械裝置或者工具的使用。
[0031]在圖4中概述了用于確定太陽能裝置的窗口 /發(fā)射層230的厚度Tcds和吸收層240的吸收波長BE的過程400。在步驟410中，部分地制造具有已知的基板200/前接觸層210的太陽能裝置，使其至少包括基板200、前接觸層210、窗口 /發(fā)射層230和吸收層240。重要地，被部分地制造的裝置還不包括后接觸層250或后支撐層260。通常地，在從前往后的制造過程中，這意味著部分地制造的裝置被進(jìn)行到形成吸收層240以及對吸收層240進(jìn)行退火為止。在步驟420中，使用諸如在450nm至550nm范圍內(nèi)的藍(lán)光的短波長光來照射所述部分地制造的太陽能裝置。一些照射的藍(lán)光被窗口 /發(fā)射(CdS)層230吸收，同時一些照射的藍(lán)光穿過所述部分地制造的裝置。在步驟430中，照明器探測穿過所述部分地制造的裝置的光，探測器放置于部分地制造的裝置的相對側(cè)。在步驟440中，所探測到的光量用來確定窗口 /發(fā)射層230的厚度。將所探測到的光量與用于照射裝置的光量相比較。確定表示所述裝置的窗口 /發(fā)射層230相對于照射光的波長的透射特性的比率或者百分比。使用CdS層的厚度與層的傳輸已知頻率的光的能力之間的已知關(guān)系(例如，通過查詢表或者數(shù)據(jù)庫)來確定窗口 /發(fā)射層230的厚度。
[0032]在步驟450中，部分制造的裝置再次被不同頻率或者波長的光照射。在一些實施例中，步驟450可以與步驟420結(jié)合。在步驟460中，位于部分制造的裝置的相對側(cè)的探測器探測穿過所述裝置的光。確定每個波長的比率或者百分比，所述比率或者百分比表示裝置的吸收層240相對于每種照射光的波長的透射特性。在一些實施例中，步驟460可與步驟430結(jié)合。在步驟470中，在透明度相對于波長的曲線中將所確定的比率或透明度值相對其各自的波長進(jìn)行繪制，通過該透明度相對于波長的曲線確定吸收層240的吸收波長BE。吸收波長BE被確定為在透明度-波長曲線的二階導(dǎo)數(shù)等于零的點處的透明度-波長曲線的切線在X軸上的截距(即，透明度-波長曲線具有最陡的斜率的點)。
[0033]因此，對于具有擬合參數(shù)d已知的基板200/前接觸層210組合的太陽能裝置20，在所述裝置的制造過程中，可以確定每一個裝置的短路電流Isc。在制造過程中測量窗口 /發(fā)射層230的厚度Teds。在制造過程中還測量吸收層240的吸收波長BE。從針對特定的基板200/前接觸層210組合預(yù)先確定的多個擬合參數(shù)中選擇擬合參數(shù)d。最后，通過實驗和曲線擬合算法可確定系數(shù)a、b和C。
[0034]圖5示出了在太陽能裝置在太陽能模擬器中測試之前，確定太陽能裝置的短路電流的過程500。過程500可被用于利用從前往后的工藝或者從后往前的工藝制造太陽能裝置。在步驟510中，部分地制造太陽能裝置，使其至少包括窗口 /發(fā)射層230和吸收層240。在從前往后的工藝中，部分制造的裝置至少包括基板200、前接觸層210、窗口 /發(fā)射層230和吸收層240，但是不包括后接觸層250或后支撐層260。通常地，在從前往后的制造工藝中，這意味著部分制造的裝置已經(jīng)被制造地達(dá)到吸收層240的形成以及退火。在從后往前的工藝中，部分制造的裝置至少包括后支撐層260、后接觸層250、吸收層240和窗口 /發(fā)射層230。在從后往前的制造工藝中，如果期望，也可包括前接觸層210和基板200，但是不需要在過程500的這一步驟(步驟510)中。
[0035]在步驟520中，確定所述裝置的窗口 /發(fā)射層230的厚度Teds。在從前往后的制造工藝中，使用例如上面解釋的方法確定所述裝置的窗口 /發(fā)射層230的厚度Teds。換言之，照射所述裝置的窗口 /發(fā)射層230并探測透射光的光量。在從后往前的制造工藝中，透射光不能被測量。因為后接觸層250通常不透光，被測量的光是穿透裝置的透明層然后被諸如后接觸層250的不透明層反射回來的光。因此，在從后往前的制造工藝中，使用在450nm至550nm之間的已知波長的光照射太陽能裝置，并且探測和測量反射回來的光。在考慮諸如每個反射界面的反射角和反射因子等的各種因素之后，所測量的光與窗口 /發(fā)射層230的厚度Tcds相關(guān)。
[0036]在步驟530中，使用例如上面解釋的方法(即，測量透射光的量)或者從后往前的工藝(即，測量反射光的量)來確定裝置的吸收層240的吸收波長BE。在步驟540中，確定與裝置的基板200/前接觸層210組合對應(yīng)的擬合參數(shù)d (通過例如參照包括預(yù)先所確定的擬合參數(shù)的查詢表)。步驟520、530、540可以以任意順序被執(zhí)行，并且不限于圖5所示的順序。在步驟550中，將裝置的窗口 /發(fā)射層230的厚度Teds、吸收層240的吸收波長BE以及擬合參數(shù)d應(yīng)用到等式I以確定裝置的短路電流Isc。
[0037]當(dāng)太陽能裝置制造完成時，太陽能裝置將在太陽能模擬器中接受測試。使用在太陽能裝置的制造過程中所確定的短路電流Isc，可根據(jù)需要調(diào)整模擬器的依從度，以考慮超過模擬器的依從度的短路電流。通過這種方式，由模擬器產(chǎn)生的ι-v曲線不受上限的限制并可確定準(zhǔn)確的短路電導(dǎo)Gsc。
[0038]圖6A和圖6B不出了根據(jù)本公開的測試系統(tǒng)600、601。測試系統(tǒng)600與從前往后的制造工藝一起使用，而測試系統(tǒng)601與從后往前的制造工藝一起使用。測試系統(tǒng)600、601均包括:第一太陽能裝置裝配設(shè)施610、測量室620、處理器640和太陽能模擬器650。第二太陽能裝置裝配設(shè)施630也被包括在測試系統(tǒng)600中，并且可被包括在測試系統(tǒng)601中。在第一太陽能裝置裝配設(shè)施610中部分制造要被制造和測試的太陽能裝置20。部分制造工藝包括制造至少具有窗口 /發(fā)射層和吸收層的太陽能裝置20。在系統(tǒng)600中，部分制造的裝置還另外包括基板和前接觸層。在系統(tǒng)601中，被部分制造的裝置還另外包括后支撐層和后接觸層，還可包括基板和前接觸層。
[0039]在系統(tǒng)600中，在任何不透明層形成在太陽能裝置20中之前，部分制造的太陽能裝置20被移送到確定所述裝置的窗口 /發(fā)射層的厚度和所述裝置的吸收層的吸收波長的測量室620。如上所解釋以及如圖4所示，使用照明器622和探測器624來確定窗口 /發(fā)射層的厚度和吸收層的吸收波長。一旦實行了用于確定太陽能裝置的窗口/發(fā)射層的厚度和吸收層的吸收波長的測量，太陽能裝置20返回其制造過程以形成后接觸層和后支撐層。該步驟在圖6A中以太陽能裝置20通過第二太陽能裝置裝配設(shè)施630的運動來表示。第一和第二太陽能裝置裝配設(shè)施610、630可以是單個設(shè)施，也可以是分開的設(shè)施。
[0040]在系統(tǒng)601中，在第一太陽能裝置裝配設(shè)施610中在太陽能裝置20中形成窗口 /發(fā)射層230之后(可選擇地，也可以是在已經(jīng)形成前接觸層210和基板200之后)，部分制造的太陽能裝置20被移送到確定裝置的窗口 /發(fā)射層的厚度和裝置的吸收層的吸收波長的測量室620。使用照明器623和探測器625來確定窗口 /發(fā)射層的厚度和吸收層的吸收波長。照明器623被配置為照射太陽能裝置20，探測器625被配置為探測從太陽能裝置20的多個層反射的光。一旦實行了用于確定太陽能裝置的窗口/發(fā)射層的厚度和吸收層的吸收波長的測量，如果需要，則太陽能裝置20返回其制造過程以形成前接觸層和基板。第一和第二太陽能裝置組裝裝配設(shè)施610、630可以是單個設(shè)施，也可以是分開的設(shè)施。
[0041]在系統(tǒng)600、601兩者中，在太陽能裝置20被制造之后，太陽能裝置20被引入到太陽能模擬器650中進(jìn)行測試。然而，在將太陽能裝置20引入到太陽能模擬器630之前，處理器640用于利用作為輸入的太陽能裝置的窗口 /發(fā)射層的厚度、太陽能裝置的吸收層的吸收波長和擬合參數(shù)來確定太陽能裝置的短路電流。擬合參數(shù)由擬合參數(shù)產(chǎn)生裝置660產(chǎn)生。擬合參數(shù)產(chǎn)生裝置660被配置為確定第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置中的每一個的吸收波長和短路電流，然后用上述參數(shù)根據(jù)上面的等式2來確定擬合參數(shù)。第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置均具備與太陽能裝置20的基板和前接觸層在材料上和結(jié)構(gòu)上相同的基板和前接觸層。然而，第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置均缺少窗口/發(fā)射層。另外，第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置均具備具有不同吸收波長的吸收層。優(yōu)選地，修改的太陽能裝置中的一個具備具有高吸收波長的吸收層，而另一個具備具有低吸收波長的吸收層。
[0042]一旦處理器640已確定了正在制造的太陽能裝置20的短路電流，將所確定的短路電流與太陽能模擬器650的電流依從范圍相比較。例如，如果所確定的的短路電流超過太陽能模擬器650的電流依從范圍的最高值，則調(diào)整太陽能模擬器650的依從度，從而使太陽能裝置20可以在不超出太陽能模擬器的依從度的情況下在太陽能模擬器650中進(jìn)行測試。作為示例，太陽能模擬器的依從度的調(diào)節(jié)可通過調(diào)節(jié)模擬器的負(fù)載電壓來實現(xiàn)，從而調(diào)節(jié)1-V掃描起始處的電流。
[0043]系統(tǒng)600、601還包括一個或多個數(shù)據(jù)存儲裝置670，以存儲產(chǎn)生的數(shù)據(jù)(諸如所確定的窗口 /發(fā)射層的厚度和吸收層的吸收波長，針對基板層和前接觸層的各種組合的擬合參數(shù)，以及查詢表或者其他將透射率和其他透射性能與被測量的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來的相關(guān)的數(shù)據(jù)庫)。所確定的短路電流還被存儲在一個或更多個數(shù)據(jù)存儲裝置670中，以與太陽能模擬器的依從度進(jìn)行比較。
[0044]以上的描述和附圖僅被認(rèn)為實現(xiàn)這里描述的特征和優(yōu)點的特定實施例的示例。可以對具體的工藝狀況進(jìn)行修改和替換。因此，本發(fā)明的實施例并不限于前面的描述和附圖，僅由權(quán)利要求的范圍限制。
【權(quán)利要求】
1.一種確定太陽能裝置的短路電流的方法，所述方法包括: 在所述裝置被完全裝配之前，確定太陽能裝置的窗口 /發(fā)射層的厚度； 在所述裝置被完全裝配之前，確定太陽能裝置的吸收層的吸收波長； 確定指示太陽能裝置的至少一層透明層的透射特性的擬合參數(shù)； 使用所確定的窗口 /發(fā)射層的厚度、所確定的吸收層的吸收波長和所確定的擬合參數(shù)來確定太陽能裝置的短路電流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在太陽能裝置被完全裝配之前，確定短路電流。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，在利用太陽能模擬器測試太陽能裝置之前，確定短路電流。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，在后接觸層形成在太陽能裝置上之前，確定短路電流。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定太陽能裝置的窗口/發(fā)射層的厚度還包括使用已知波長的光照射所述裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，確定太陽能裝置的窗口/發(fā)射層的厚度還包括使用波長為450nm至550nm的光照射所述裝置。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，確定太陽能裝置的窗口/發(fā)射層的厚度還包括使用探測器來探測透過所述裝置的照射光的量。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，所述方法還包括將所探測到的透射光的量與照射光的量相比較，以確定指示所述裝置的窗口/發(fā)射層在已知波長處的透射率的比率。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，所述方法還包括利用查詢表來確定所述裝置的與窗口/發(fā)射層在已知波長處的透射率對應(yīng)的窗口/發(fā)射層的厚度。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，確定太陽能裝置的窗口/發(fā)射層的厚度還包括用探測器來探測被所述裝置反射的照射光的量。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，所述方法還包括將探測到的反射光的量與照射光的量相比較，來確定指示所述裝置的窗口/發(fā)射層在已知波長處的透射率的比率。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定太陽能裝置的吸收層的吸收波長還包括用多個已知波長的光照射所述裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，確定太陽能裝置的吸收層的吸收波長還包括用探測器來探測穿過所述裝置的多種已知波長中的每一種波長的照射光的量。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括將每種波長的探測到的透射光的量與照射光的量進(jìn)行比較，以確定指示所述裝置的吸收層在所述多種波長中的每一種波長處的透射率的比率，并且通過相對于相應(yīng)的波長繪制所確定的透射率比率，來產(chǎn)生透明度-波長曲線。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，吸收層的吸收波長是在透明度-波長曲線的二階導(dǎo)數(shù)等于零的點處的透明度-波長曲線的切線在X軸上的截距。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，確定太陽能裝置的吸收層的吸收波長還包括使用探測器針對所述多種已知波長中的每一種波長來探測被所述裝置反射的照射光的量。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括將探測到的每種波長的反射光的量與照射光的量進(jìn)行比較，來確定指示裝置的吸收層在所述多種波長中的每一種波長處的透射率的比率。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定指示太陽能裝置的基板和前接觸層的透射特性的擬合參數(shù)還包括:針對第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置中的每一個來確定吸收波長和短路電流，第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置均具備與太陽能裝置的基板和前接觸層在材料上和結(jié)構(gòu)上相同的基板和前接觸層，第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置均缺少窗口 /發(fā)射層，第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置均具備具有不同吸收波長的吸收層。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括使用第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置吸收波長和短路電流來確定太陽能裝置的基板和前接觸層的擬合參數(shù)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，用等式Isc= aXBE+d來確定擬合參數(shù)d，其中，Isc是短路電流，BE是相應(yīng)的吸收波長，a是系數(shù)。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用等式Isc= aXBE+bXTcds+cXTcdsXBE+d來確定太陽能裝置的短路電流Isc，其中，BE是太陽能裝置的吸收層的吸收波長，Tcds是太陽能裝置的窗口 /發(fā)射層的厚度，d是太陽能裝置的基板和前接觸層的擬合參數(shù)，a、b和c是系數(shù)。
22.一種確定太陽能裝置的短路電導(dǎo)的方法，所述方法包括: 在太陽能裝置在太陽能模擬器中被測試之前，確定太陽能裝置的短路電流； 如果太陽能裝置的所確定的短路電流落在太陽能模擬器電流依從范圍之外，則在測試太陽能裝置之前將太陽能模擬器的電流依從范圍調(diào)整至新的范圍； 使用太陽能模擬器來測試太陽能裝置以產(chǎn)生電流-電壓曲線，由于新的范圍，電流-電壓曲線沒有限定； 使用所產(chǎn)生的電流-電壓曲線來確定太陽能裝置的短路電導(dǎo)。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，在太陽能裝置在太陽能模擬器中被測試之前，確定太陽能裝置的短路電流還包括: 通過使用已知波長的光照射所述裝置來確定太陽能裝置的窗口/發(fā)射層的厚度； 通過使用多個已知波長的光照射所述裝置來確定吸收層的吸收波長； 確定指示太陽能裝置的基板和前接觸層的透射特性的擬合參數(shù)；和 使用所確定的窗口 /發(fā)射層的厚度、所確定的吸收層的吸收波長和所確定的擬合參數(shù)來確定太陽能裝置的短路電流。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，在裝置中形成后接觸層之前，確定太陽能裝置的窗口 /發(fā)射層的厚度。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，在裝置中形成后接觸層之前，確定太陽能裝置的吸收層的吸收波長。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，確定太陽能裝置的窗口/發(fā)射層的厚度還包括使用波長在450nm與550nm之間的光來照射所述裝置。
27.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，確定太陽能裝置的窗口/發(fā)射層的厚度還包括使用探測器來探測穿過所述裝置的照射光的光量。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，還包括將所探測到的透射光的光量與照射光的光量相比，來確定表示裝置的窗口/發(fā)射層在已知波長處的透射率的比率。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，還包括利用查詢表，確定和窗口/發(fā)射層在已知波長處的透射率相對應(yīng)的所述裝置的窗口/發(fā)射層的厚度。
30.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，確定太陽能裝置的窗口/發(fā)射層的厚度還包括使用探測器來探測被所述裝置反射的照射光的光量。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，還包括將探測到的反射光的光量與照射光的光量相t匕，來確定指示裝置的窗口/發(fā)射層在已知波長處的透明度的比率。
32.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，確定太陽能裝置的吸收層的吸收波長還包括使用探測器來探測穿過裝置的多個已知波長中的每一個的照射光的光量。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，還包括針對每個波長，將探測到的透射光的光量與照射光的光量相比，來確定指示裝置的吸收層在多個中的每一個波長處的透射率，并且根據(jù)相應(yīng)波長來繪制所確定的透射率比率，以生成透明度-波長曲線。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，吸收層的吸收波長是在透明度-波長曲線上透明度-波長曲線的二階導(dǎo)數(shù)為零的點的切線在X軸的截距。
35.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，確定太陽能裝置的吸收層的吸收波長還包括使用探測器針對多個已知波長的每一個探測被所述裝置反射的照射光的光量。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括 針對每一個波長，將探測到的反射光的光量與照射光的光量相比，來確定表示所述裝置的吸收層在多個波長處的每一個波長處的透射率。
37.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，確定指示太陽能裝置的基板和前接觸層的透射特性的擬合參數(shù)還包括針對第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置的每一個確定吸收波長和短路電流，第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置均具備與太陽能裝置的基板和前接觸層在材料上和結(jié)構(gòu)上相同的基板和前接觸層，第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置均缺少窗口 /發(fā)射層，第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置均具備具有不同吸收波長的吸收層。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括使用第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置吸收波長和短路電流來確定太陽能裝置的基板和前接觸層的擬合參數(shù)。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中，使用等式Isc= aXBE+d來確定擬合參數(shù)d，其中，Isc是短路電流，BE是相應(yīng)的吸收波長，a是系數(shù)。
40.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，使用等式 Isc = aXBE+bXTcds+cXTcdsXBE+d來確定太陽能裝置的短路電流Isc，其中，BE是太陽能裝置的吸收層的吸收波長，Tcds是太陽能裝置的窗口 /發(fā)射層的厚度，d是太陽能裝置的基板和前接觸層的擬合參數(shù)，a、b和c是系數(shù)。
41.一種用于確定太陽能裝置的短路電導(dǎo)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 第一太陽能裝置裝配設(shè)施，被設(shè)置為用于部分制造太陽能裝置，使太陽能裝置至少具有第一接觸層、窗口 /發(fā)射層和吸收層； 測量室，被設(shè)置為用于確定太陽能裝置的窗口/發(fā)射層的厚度和吸收層的吸收波長； 第二太陽能裝置裝配設(shè)施，被設(shè)置為太陽能裝置在測試室中測試后，對太陽能裝置增加至少第二接觸層； 處理器，用于使用所確定的窗口 /發(fā)射層的厚度、所確定的吸收層的吸收波長以及與基板層和前接觸層的透射特性相對應(yīng)的所確定的擬合參數(shù)來確定太陽能裝置的短路電流； 太陽能模擬器，被設(shè)置為測試太陽能裝置并且生成電流-電壓曲線，從所述電流-電壓曲線確定太陽能裝置的短路電導(dǎo)，其中，如果所確定的短路電流超過了太陽能模擬器的依從度，則在測試太陽能裝置之前調(diào)整太陽能模擬器的依從度。
42.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中，第一太陽能裝置裝配設(shè)施和第二太陽能裝置裝配設(shè)施被設(shè)置為使用從前往后的工藝裝配太陽能裝置，以使第一接觸層成為前接觸層，第二接觸層成為后接觸層。
43.如權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中，測量室包括被設(shè)置為使用多個波長的光照射太陽能裝置的照明器，和被設(shè)置為探測從照明器透過太陽能裝置的光的探測器。
44.如權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中，照明器被設(shè)置為使用具有波長在450nm與550nm之間的光照射太陽能裝置。
45.如權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，還包括處理器，被設(shè)置為將探測到的光的光量和照射光的光量相比較，并且基于所述比較來確定窗口 /發(fā)射層的厚度和吸收層的吸收波長。
46.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中，第一太陽能裝置裝配設(shè)施和第二太陽能裝置裝配設(shè)施被設(shè)置為用從后往前的工藝組裝太陽能裝置，以使第一接觸層成為后接觸層，第二接觸層成為前接觸層。
47.如權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其中，測量室包括被設(shè)置為使用多個波長的光照射太陽能裝置的照明器，和被設(shè)置為探測來自照明器并被太陽能裝置反射的光的探測器。
48.如權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其中，照明器被設(shè)置為使用具有波長在450nm至550nm之間的光照射太陽能裝置。
49.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，還包括處理器，被設(shè)置為將探測到的光的光量和照射光的光量相比較，并且基于所述比較來確定窗口 /發(fā)射層的厚度和吸收層的吸收波長。
50.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，還包括擬合參數(shù)生成裝置，被設(shè)置為針對太陽能裝置的基板層和第一接觸層的組合來確定擬合參數(shù)。
51.如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，擬合參數(shù)生成裝置被設(shè)置為針對第一修改的太陽能裝置和第二進(jìn)修改的太陽能裝置的每一個來確定吸收波長和短路電流，第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置均具備與太陽能裝置的基板和前接觸層在材料上和結(jié)構(gòu)上相同的基板和前接觸層，第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置均缺少窗口/發(fā)射層，第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置均具備具有不同吸收波長的吸收層。
52.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，還包括一個或更多個數(shù)據(jù)存儲裝置，用來存儲擬合參數(shù)、窗口 /發(fā)射層的厚度、吸收層的吸收波長以及太陽能裝置的短路電流。
53.一種用于確定太陽能裝置的短路電導(dǎo)的處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 太陽能模擬器； 一個或更多個處理器，所述一個或更多個處理器被設(shè)置為: 在太陽能裝置在太陽能模擬器中被測試之前，確定太陽能裝置的短路電流； 如果太陽能裝置的所確定的短路電流超過太陽能模擬器的設(shè)定依從度，則在測試太陽能裝置之前調(diào)整太陽能模擬器的依從度； 用由太陽能模擬器測試太陽能裝置而產(chǎn)生的電流-電壓曲線，來確定太陽能裝置的短路電導(dǎo)。
54.如權(quán)利要求53所述的處理系統(tǒng)，其中，確定太陽能裝置的短路電流還包括將一個或更多個處理器設(shè)置為: 確定太陽能裝置的窗口/發(fā)射層的厚度； 確定太陽能裝置的吸收層的吸收波長； 確定表示太陽能裝置的基板和前接觸層的透射特性的擬合參數(shù)；和 用所確定的窗口 /發(fā)射層的厚度、所確定的吸收層的吸收波長和所確定的擬合參數(shù)來確定太陽能裝置的短路電流。
55.如權(quán)利要求54所述的處理系統(tǒng)，其中，處理器被設(shè)置為在所述裝置中形成后接觸層之前，確定太陽能裝置的窗口/發(fā)射層的厚度。
56.如權(quán)利要求54所述的處理系統(tǒng)，其中，處理器被設(shè)置為在所述裝置中形成后接觸層之前，確定太陽能裝置的吸收層的吸收波長。
57.如權(quán)利要求54所述的處理系統(tǒng)，還包括照明器，被設(shè)置為使用多個波長的光照射所述裝置。
58.如權(quán)利要求57所述的處理系統(tǒng)，還包括探測器，被設(shè)置為探測從照明器透過所述裝置的光。
59.如權(quán)利要求58所述的處理系統(tǒng)，其中，處理器被設(shè)置為將所探測到的透射光的光量與照射光的光量相比，來確定表示裝置的窗口 /發(fā)射層在已知波長處的透射率的比率。
60.如權(quán)利要求59所述的處理系統(tǒng),其中，處理器被設(shè)置為利用查詢表,確定與窗口/發(fā)射層在已知波長處的透射率相對應(yīng)的裝置的窗口/發(fā)射層的厚度。
61.如權(quán)利要求57所述的處理系統(tǒng)，還包括探測器，用于探測被所述裝置反射的照射光的光量。
62.如權(quán)利要求61所述的處理系統(tǒng)，其中，處理器被設(shè)置為將所探測到的反射光的光量與照射光的光量相比，來確定表示裝置的窗口 /發(fā)射層在已知波長處的透射率的比率。
63.如權(quán)利要求54所述的處理系統(tǒng)，還包括照明器，被設(shè)置為使用具有多個已知波長的光來照射所述裝置。
64.如權(quán)利要求63所述的處理系統(tǒng)，還包括探測器，用于探測穿過裝置的多個已知波長的每一個的照射光的光量。
65.如權(quán)利要求64所述的處理系統(tǒng)，其中，處理器被設(shè)置為針對每個波長，將探測到的透射光的光量與照射光的光量相比，來確定表示裝置的吸收層在多個波長中的每一個波長處的透射率，并且根據(jù)相應(yīng)波長來繪制確定了的透射率比率以生成透明度-波長曲線。
66.如權(quán)利要求65所述的處理系統(tǒng)，其中，處理器被設(shè)置為識別吸收層的吸收波長是在透明度-波長曲線上透明度-波長曲線的二階導(dǎo)數(shù)為零的點的切線在X軸的截距。
67.如權(quán)利要求63所述的處理系統(tǒng)，還包括探測器，用于針對多個已知波長中的每一個來探測被所述裝置反射的照射光的光量。
68.如權(quán)利要求67所述的處理系統(tǒng)，其中，處理器被設(shè)置為針對每一個波長，將探測到的反射光的光量與照射光的光量相比，來確定表不裝置的吸收層在多個波長中的每一個波長處的透射率。
69.如權(quán)利要求54所述的處理系統(tǒng)，其中，處理器被設(shè)置為通過針對第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置中的每一個來確定吸收波長和短路電流，從而確定擬合參數(shù)，第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置均具備與太陽能裝置的基板和前接觸層在材料上和結(jié)構(gòu)上相同的基板和前接觸層，第一和第二進(jìn)行了修正的太陽能裝置均缺少窗口 /發(fā)射層，第一修改的太陽能裝置和第二修改的太陽能裝置均具備具有不同吸收波長的吸收層。
70.如權(quán)利要求69所述的處理系統(tǒng)，其中，處理器被設(shè)置為使用等式Isc= aXBE+d來確定擬合參數(shù)山其中，Isc是短路電流，BE是相應(yīng)的吸收波長，a是系數(shù)。
71.如權(quán)利要求54所述的處理系統(tǒng)，其中，處理器被設(shè)置為使用等式Isc=a X BE+b X Tcds+c XTcdsX BE+d來確定太陽能裝置的短路電流I sc，其中，BE是太陽能裝置的吸收層的吸收波長，Tcds是太陽能裝置的窗口 /發(fā)射層的厚度，d是太陽能裝置的基板和前接觸層的擬合參數(shù)，a、b和c是系數(shù)。
【文檔編號】H02S50/10GK104170246SQ201280058070
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月26日
【發(fā)明者】阿諾德·艾蘭尼克, 歐勒·彼得·卡佩恩科 申請人:第一太陽能有限公司, 阿諾德·艾蘭尼克, 歐勒·彼得·卡佩恩科