專利名稱：用于檢測太陽能電池的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及在權利要求1的前序部分描述的一般類型的設備。
這種類型的已知設備通常由緊密結合的組件單元(也稱作光模擬器)構成，包括至少一個燈、可控能量供應單元、冷卻單元、濾光器單元以及用于光強度監測的檢測器單元等。上述燈內充滿金屬鹵化物蒸汽或氙氣或它們的混合物，用作連續的發光器。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的光模擬器(US7394993，JP57179674，US5217285)。這些設備例如用于在科研實驗室中或者在生產工廠質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備，其閃光時間能量可以調節。這些設備通常稱作閃光器或脈沖光模擬器(JP11317535，US3950862，JP314840)，用于在生產過程中測量太陽能電池。
盡管設計尺寸小，但所描述或提及的設備仍需要大的空間，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生產過程，假設發出輻射的光譜范圍仍在所要求的范圍內，那么利用高輻射能量工作的連續光或脈沖光模擬器分別具有以例如3秒循環的750和9小時的平均工作時間，因此，本發明的目的是設計在開頭指定的這種一般類型的設備，其設計方式使這種設備特別適用于在太陽能電池生產中的品質監測，能夠以構造簡單方式進行生產，并且體積小，節省能量。
根據本發明，如果光源是具有在待測量的太陽能電池的優選光譜靈敏度范圍內的基本為單色輻射的固態光源的矩陣，并且用于激勵光源的裝置具有電流調節器，那么就可以實現此目的。
根據本發明的設備具有的優點是，由大量具有低亮度、高效率的物理性質相同的固態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的大體為單獨的輻射源。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。在太陽能電池生產監測或功能檢測過程中，已發現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輻射源提供的有限光譜進行。此外，在變換功率時(例如減低亮度)，這些固態光源不會改變它們的光譜分布。
為了檢測硅太陽能電池，該設備優選地具有發出880nm范圍內的輻射的固態光源。將此矩陣光源優選地設計用于在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備中進行太陽能電池之檢測的基礎，因此此市場份額可由本發明覆蓋。所采用固態光源的上述光譜靈敏度根據它們的設計進行考慮，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體的測試中，可能需要其它光譜。因此，根據目前所知的其它技術，對太陽能電池采用具有其它特定光譜光靈敏度的固態光源。
此外，利用該設備，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。
在優選的實施例中，矩陣光源至少具有400個固態光源，用于10×10cm的太陽能電池的測試。借助于此數量的固態光源，為太陽能電池的檢測提供所需要的功率。
在優選實施例中，這些固態光源是若干個LED，具有兩面凸起的輻射遮光板(lenticularradiation crifice)，它們的相隔4.3mm±10％距離的矩陣狀設置基本上形成了均勻的輻射區域。其優點是有均勻的受照射區域，其中產生均勻的光場。
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算機控制的評估單元中。在優選實施例中，用于控制輸出光功率的裝置包括具有參考光源反饋網絡的計算機控制電流源。這補償了矩陣光源的老化現象和/或溫度偏差。
在一優選實施例中，矩陣光源是標準組件結構，并且可以附加組件進行擴展。
優選地，矩陣光源是采用XY矩陣的形式，可個別地控制固態光源的電流。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光的固態光源構成，通過對這些光源組的適當激勵，可以產生所需要的混合光譜。具有不同光譜靈敏度的LED的采用允許進行混合光生成的組合，根據適當的調節，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。
以下結合附圖根據實施例描述本發明。
圖1示意性地示出用于檢測太陽能電池的設備，該設備配置有矩陣光源；圖2示意性地示出具有LED和激勵網絡的實際的矩陣光源、包括反饋網絡的參考測量裝置、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備，該設備包括矩陣光源1，該光源1由多個固態光源構成，這些固態光源通過可計算機控制的電流源5提供能量。根據固態光源的光譜發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、它們發出的光能量可以轉換為電流。所產生的測量電流與輻射能量成正比。模擬測量電流經過模擬/數字轉換器3被轉換成數字測量信號，以便在評估單元/測試計算機4中進一步進行處理，。
根據本發明，在880nm的光譜范圍中的LED被用作固態光源，這是因為在此波長的輻射能量最容易被硅太陽能電池轉換。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、通過受計算機控制的電流源5的受控二極管電流、輸送給校準用參考電池。直至1000W/m2的校準值，經過測試分流，記錄相關的產生電流或電壓。參考電池具有25℃(STC)的測試溫度。
在圖1所示的測量設備的這種校準之后，任何所需的太陽能電池或相同電池材料的任何相應的輻射傳感器可以被照射，可以確定與入射輻射相關的被測電流。通過校正因數或校準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的細節。在本實施例中，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的區域上，作為至少20個LED的一個串聯電路(若干行)。從受計算機控制的電流源5經過驅動組件6向各LED串提供確定的電流。為了監測和控制串電流(strand current)，從每一串輸出LED的輻射，以便可以在參考光源反饋網絡7中評估所述串電流。
圖3示出根據本發明詳細描述的這種參考光源反饋網絡7。其照射被輸出的參考LED 9同樣采用在本實施例中的矩陣狀光源的形式。通過適應過濾器10照射太陽能電池或光傳感器芯片11。由于可以通過LED的電流調節矩陣光源1的光強度，因此參考光源反饋網絡7用作對于矩陣光源電路板8的老化現象或溫度偏差的補償裝置。
圖4示出了根據本發明已在圖2中描述的矩陣光源1，其以組件擴展并作為大面積雙矩陣光源16。根據本實施例，正如在圖1所描述的那樣，可以執行測量任務，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。根據此實施例，在可編程電流源中進行各電流監測。根據本發明，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行評估。
權利要求
1.一種用于檢測太陽能電池的設備，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，利用電流調節器激勵光源；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參考電池(11)的功率進行比較；其特征在于，該矩陣光源由若干個固態光源構成，這些固態光源的輻射發光基本為單色、并且在將被測量的太陽能電池(2)的優選光譜靈敏度范圍內。
2.根據權利要求1的設備，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光源，這些固態光源發出的輻射具有紅外線范圍內、優選在880nm的最大值。
3.根據權利要求1的設備，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光源，這些固態光源發出的輻射具有在紅色范圍內、優選在600nm或700nm的最大值。
4.根據權利要求1的設備，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光源，這些固態光源發出的輻射具有在藍色或藍-紫色范圍內、優選在450nm的最大值。
5.根據權利要求1或2-4的設備，其特征在于，該矩陣光源至少具有400個固態光源，以便檢測10×10cm的太陽能電池。
6.根據權利要求1-5之至少一項的設備，其特征在于，這些固態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域。
7.根據權利要求1-6之至少一項的設備，其特征在于，用于激勵光源的裝置被集成在受計算機控制的評估單元(4)中。
8.根據權利要求7的設備，其特征在于，用于激勵光源的裝置是受計算機控制的電流源(5)，其具有參考光源反饋網絡(7)。
9.根據權利要求1-8之至少一項的設備，其特征在于，該矩陣光源(1)是標準組件結構，并可以由附加組件進行擴展。
10.根據權利要求1-9之至少一項的設備，其特征在于，該矩陣光源(13)是采用XY矩陣的形式，各固態光源的電流是可以個別控制的。
11.根據權利要求10的設備，參考權利要求1和5-9之至少一項，其特征在于，該矩陣光源(1)包括若干組不同光譜發光的固態光源，通過適當激勵這些光源組可產生所需要的混合光譜。
全文摘要
本發明涉及一種用于照射太陽能電池(2)的設備(1)。該設備(1)在平面矩陣狀配置中包含至少400個固態照射源，以便在880nm的光譜區域發出單色光，優選用于硅電池。
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 優先權日2000年10月17日
發明者克勞斯·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有限公司