CN101655511A - 用于临时电触点接通太阳能电池的探针 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于出于检测目的临时电触点接通太阳能电池(1)的探针(30)，该探针(30)具有至少一个弹性的、能导电的用来产生电接触的接触元件(31)，具有至少一个参考传感器(32)，用以借助于参考传感器(32)的电信号来指示接触元件(31)到外部参考面的距离以及具有装配平面(6)，接触元件(31)的尖端相对于装配平面(6)对齐。这样的探针(30)允许太阳能电池(1)在检测台上在机械应力最小的情况下可靠的电接触，其中，探针(30)也适合应用于在工业上的连续式处理程序。

Description

用于临时电触点接通太阳能电池的探针

技术领域

本发明涉及一种用于出于检测目的临时电触点接通太阳能电池的探针。

背景技术

在制造太阳能电池和由太阳能电池组成太阳能模块的过程中，必不可少的是，对太阳能电池的正侧的和/或背侧的电极接头进行电触点接通，以对其进行功能检测。在这里，不仅要顾及到可靠的电接触而且要顾及到太阳能电池的机械敏感性。一方面，机械敏感性要求力的最小化，凭借该力通过探针产生机械的接触进而还有电接触。此外，限定的力是必不可少的，以便可靠地产生接触和在测试的过程中保证接触。尤其是在对太阳能电池的多个电极接头同时进行触点接通时，出现如此大的力，此力由于机械负荷或应力能够导致太阳能电池的损坏，尤其是当太阳能电池在检测期间为了最小遮蔽或为了在双侧触点接通的可能性被保持件仅点式承载时。

这样，例如在US 2007/0068567 A1中描述了用于临时电触点接通的现有技术，其中，太阳能电池由晶态的硅制成，它的被称为“指状件”的导体电路直接地或者经由那些对导体电路触点接通的汇流排，即所谓的母线，通过呈接触头形式的多个探针进行触点接通，所述探针分别具有几毫米的直径，并且各个探针借助于弹簧挤压到太阳能电池上。为了避免由接触头导致的损坏，在US 2007/0068567 A1中，将探针在一侧或在两侧挤压到太阳能电池的触点上，探针被构造为柔性的、被纵向拉伸的导体。在太阳能电池的此种触点接通中，相对大的并且有时也在局部差别很大的力被带到太阳能电池上，以便即使在不平整的情况下或者在太阳能电池歪斜或者探针非平行地伸展时在所有的指状件上和在整个母线上可靠地产生电接触。

此外，为了转移到检测台或者在US 2007/0068567 A1中为了在两个对置的探针之间定位以及为了在检测后移除而对薄而脆的太阳能电池进行的操作，也引起应力负荷，该应力负荷可能导致太阳能电池的损坏。后者尤其对太阳能电池在连续式设备中的生产意义重大，这是因为在那里操作通常借助于机器人实现，并且出于时间和成本的原因，对所记下的运动过程(例如太阳能电池的偏差、形状和位置)的修正，只是有条件地可行。

借助于探针对太阳能电池的临时电触点接通的另一可能性在美国专利文献5,418,680中有所描述。为了触点接通板状的太阳能电池，探头借助于适当的定位装置扫描太阳能电池。当呈带状的太阳能电池布置被触点接通时，大量探针这样彼此在可连续运动的带上方如此地布置，即通过带传送实现扫描。即使利用这种设备也不能消除所描述的问题。

发明内容

因此，本发明以如下任务为基础，即说明一种探针，太阳能电池可以利用此探针在机械应力最小和保证可靠的电接触的情况下在检测台上被触点接通，其中，该探针也应适合应用于工业上的连续式处理程序。

任务提案通过如下的探针得以解决，结合从探针到参考面的距离测量对该探针向太阳能电池的进给运动(Zustellbewegung)进行控制，此参考面不是探针的部分，并且以下应被称为外部参考面。因而，以探针引入到太阳能电池上的力能被精准地配量，并且配合于各自的实际情况。通常地，这个参考面是待触点接通的太阳能电池的平面，但可选地也可以利用其它参考面，这些参考面与太阳能电池具有几何相关性。借助于探针的参考传感器来实现控制，方法是：参考传感器与探针的一个或者也可以多个接触元件之间已知的几何关系借助于由参考传感器的距离测量能够与太阳能电池建立相关性。对探针的进给运动的控制通过电信号、由参考传感器产生的参考信号来实现。

参考传感器与接触元件之间的已知的几何关系既可以通过二者的直接邻近的布置来产生，又可以用侧向的和/或高度偏差彼此相对地产生。通过参考传感器是探针的组成部分时，则任何情况下参考传感器随同探针共同运动，从而在几何方面不发生变化。探针相对于触点接通装置的几何相关性，以及特别是相对于其定位系统和运动系统的几何相关性，通常通过探针的装配来产生，从而一个或多个接触元件以及尤其是接触元件的尖端相对于装配平面对齐(ausgerichtet)。将平面用作参照物，使得多个接触元件相对于这个平面对齐，例如，因此接触元件的尖端处于平行于装配平面的一个平面上。

在这里探针的运动应被理解为进给运动，即：通过探针在产生探针与太阳能电池之间的相对位置之后，在一个方向上实施该进给运动直至最终产生接触。因此，该进给运动包括：直至到达由参考传感器以信号表达的参考位置的进给运动、该运动在同一方向上紧随进给运动之后直至由接触元件触及电极接头的继续运动和此外该进给运动的一般被称为超行程的用以产生可靠的不依赖于例如机械负荷或热负荷的接触的继续运动。接触元件的易曲的实施方案允许超行程，可以基于借助参考传感器的可行的控制而精准地实施超行程。

超行程是一个变量，此变量主要依赖于互相发生接触的组件所使用的材料、接头面的大小、运动所实施的机械制造技术和所述参数的公差。该变量在大多数情况下通过实验测定，以便确保：在超行程期间探针不会塑性地变形，待触点接通的平面不被探针刺穿或者受到其它损坏，并且探针例如通过组件彼此相对的滑移而不离开这些平面。利用由在各个应用的触点接通装置上系列试验获得的关于超行程的认识，可以对直至产生可靠的接触的进给运动进行控制。

超行程的实施实现：利用进给运动所谓的“刮擦”得以实现。在此，接触尖端由于其在超行程期间推移而在电极接头上进行刮削，并由此清除了可能的杂质或者钝化层。通过这种方式可行的是，接触可靠性仅通过进给运动的实施而得以提高。尤其作为弯曲弹簧的接触元件的构造方案已经能够实现刮擦。在相对于接触平面成锐角的弯曲弹簧的布置中，很小的超行程已经产生足够的刮擦。此外，通过接触元件在太阳能电池电极接头上的推移，在弯曲弹簧的这种布置中使得引入到太阳能电池中的负荷最小化。

只要在探针的构造方案中使用可弹性变形的、能导电的合成材料体代替弯曲弹簧作为接触元件，就可以通过对合成材料体表面的结构化和探针侧向运动同样实施刮擦。

只要迄今及在下面仅描述探针的一个接触元件，就同样涉及多个接触元件的情况，这是因为同样在这种情况下，由于接触元件彼此相对的已知的布置，在每个接触元件、探针的参考面以及参考传感器之间精确的几何配属关系始终是可行的。通过这种方式可行的是，对不同的电极接头进行触点接通。于是，在单个接触岛上的安置同样可行，如同时触点接通单晶或多晶的太阳能电池的复杂的连接结构或者被称为“母线”的汇流排。太阳能电池平行分布的所谓的指状件也可以利用所描述的探针来触点接通。

可以使用不同的结构元件作为参考传感器，所述结构元件影响到参考传感器相对于接触元件的位置，进而影响到距离测量。在应用探测传感器的情况下，探测传感器的探测尖端与一个或多个接触元件的尖端处于一个平面内，该平面在后面被称为接触平面，从而当参考信号产生时，探针的接触元件已经靠置在电极接头上，并且紧随其后的最终的进给运动仅用于超行程。对于测量距离的传感器(例如光学传感器)，最终的进给运动如上所述地组成。

可选地，多个参考传感器也可以用于距离测量并进而用来控制进给运动。例如，在二维伸展的、带有线性或面状分布的接触元件的探针中，通过参考传感器适当的数量和位置来阻止在进给运动过程中探针的倾斜，方法是：将利用各个参考传感器产生的参考信号用于探针的在局部相区别的运动。这在当探针的适当的保持件在一个或两个轴线上实现倾斜时，是得到支持的。出于此目的，沿着伸展方向或者在平面上延伸的探针具有带有两个或多个铰链的保持件，从而系统被静态地确定，也就是说，这些支承件中的反力(Reaktionen)的数目与探针自由度的数目相等。通过这种方式阻止，即，接触期间既不在探针中也不在太阳能电池中出现应力，所述应力可能对其中之一或两者引起损坏。

在一构造方案中，探针具有三指式结构，三个指状件如此紧密地并排而置，它们甚至可以并排安装在小于一毫米的电极接头上。这种结构的中间的指状件是接触元件，而两个外部的指状件是参考元件，参考元件为了产生参考信号而被施以限定的、不妨碍测量的参考电位，例如地电位。所有的三个指状件被弹簧弹性地和悬臂式地如此装配在角撑架上，即：指状件的尖端在进给运动的短时性的继续运动时在其触及电极接头之后，即在超行程之后，获得偏转，这种偏转具有进给运动上的方向分量和与该方向分量成直角的方向分量。通过这种方式，伴随着所述进给运动可以进行上面描述的“刮擦”，这是因为接触元件尖端的偏转的方向分量(该方向分量垂直于进给运动走向)引起了尖端在电极接头上的刮削。

由于在安置参考元件或探测传感器的情况下大多会出现的在接触信号与进给运动实际结束之间时间上的延迟，足够的超行程经常由于该测量技术上引起的延迟而已经进行。

在可对比的方式中，可以将接触元件的序列并排布置，将这些接触元件并联以便共同安置到高阻的电极接头上，如印刷的母线。为了避免在探针这样的线性或面状的伸展中探针相对于电极接头面的倾斜并进而避免检测的失真，可以如上所述地，在探针上布置有两个或多个参考传感器，这些参考传感器可以将探针的不同的点到外部参考面的均匀间距进而还有到太阳能电池的均匀间距以信号表达。这里参考传感器之间的最大可能的距离会实现探针最佳的水平化。在此，参考传感器可以是两个被施以参考电位以产生作为参考信号的接触信号的指状件或者是其它合适的探测传感器或者间距传感器。

附图说明

下面应结合实施例对本发明进行详细阐述。在附图中：

图1A、1B示出用于对太阳能电池进行电的功能检测的、带多个接触元件的探针的构造方案，

图2示出根据图1B的探针的俯视图，

图3示出带多个弯曲弹簧的探针的构造方案，

图4A、4B示出带多个弯曲弹簧和至少区段式呈梯形的探针横截面的探针的两种构造方案，

图5、6、7示出探针的接触元件及参考传感器的不同的电路布置方案。

具体实施方式

利用下面描述的探针，能在不同的生产阶段出于检测目的对太阳能电池的不同构造进行电触点接通，只要接触元件31的布置与太阳能电池1的电极接头2的位置和大小相配合。为了检测太阳能电池1，可以将该太阳能电池1通过探针临时地触点接通，也就是说，只在检测的限定的时间段内并且是可松开地通过探针进行触点接通，并且经受指向正侧的并且几乎完全落在太阳能电池上的闪光。通过光效应产生的电流以及电压作为测试信号通过探针30来量取，并且输送给评估装置。该触点接通仅通过将探针30安置到太阳能电池1的电极接头2上来实现，接触的断开通过探针30的抬离而实现。通过这种方式，太阳能电池1的序列连续一个接一个地临时被触点接通、被检测并且进一步被传送。

下面描述的探针应该能用于触点接通多晶的太阳能电池，该太阳能电池在其指向上方的正侧上具有大量收集电流的指状件，这些指状件通过两个母线互相连接。探针的构造方案既允许触点接通各个指状件，又允许触点接通电极接头，方法是：在所有指状件上放置共同的接触元件31或者在每个指状件上安置单独的接触元件31。由于各个接触元件非常精准进而紧密的布置方案，以及此外通过探针直至50μm的定位精度，对单晶或者多晶的太阳能电池的各个指状件的触点接通是可行的。该高分辨率也允许，例如以彼此具有这样的数量级的栅格间距的栅格布置的接触岛能够通过单个接触元件单个地触点接通。

根据图1A和图1B的探针30分别由在横截面具有矩形形状的汇流排34组成，汇流排的较狭长的侧平行于接触平面5放置。由于这种竖放的布置，探针30具有对于垂直于接触平面5进给运动8的较高的稳定性。此外，该横截面保证了在俯视图中狭长的基面，以便在进给运动的方向上对太阳能电池1曝光时，实现对太阳能电池的光学有效面无遮蔽或者仅最小遮蔽(图2)。图1A和图1B的两个探针均具有多个接触元件31，所述接触元件31的下部的、待放到太阳能电池1的电极接头2上的末端(在后面不依赖于实际形状地被称为尖端)置于一平面，即接触平面5内。

在图1A中实施为弯曲弹簧的接触元件31如此呈梳状地并排布置在汇流排34上，即，接触元件31突出于汇流排34的下边缘，并与接触平面5围成锐角。接触平面5通常地相应于那些太阳能电池1的表面，在这些表面上放置有待触点接通的电极接头2(未示出)。当由进给运动8的箭头所示出的垂直的安置在电极接头2上之后，进给运动短时性地继续时，探针的接触元件31的角度布置使其变形(以虚线示出)成为可能。就如上面所详细描述的那样，通过这种方式确保：所有的接触元件31紧贴在电极接头2上。

同时，接触元件31在其安置后由于角度的布置和由于垂直于太阳能电池1表面所执行的进给运动8，在进给运动8继续运动时，得到这样的偏转9，该偏转9几乎平行于太阳能电池1的表面地走向。由于此偏转9，接触元件31的尖端在电极接头2上刮过一小段，由此电极接头的最上层(大多是钝化层)被刮削掉，并且，就如上面以“刮擦”来详细描述的那样，产生良好的电接触。

图1A中两个外部的弯曲弹簧是参考传感器的参考元件32。参考元件32和接触元件31一起同时安置在母线上，母线在所有的弯曲弹簧下延伸，并且参考元件32这样通过母线的高阻连接产生参考信号，参考信号指示，参考传感器位于距参考面即母线距离为零的地方。用参考信号触发的超行程以同样尺度使所有的弯曲弹簧偏转，并且，就如上面描述的那样，在接触元件31和母线之间产生可靠的接触。

可选地，代替参考元件32，也可以将单独的参考传感器31布置在探针30的端部或者布置在探针30的其它部位。这些参考传感器提供单独的参考信号，用来显示探针30的各个端部到外部的参考面(未示出)的距离。

探针30的汇流排34在平面内(即装配平面6内)具有两个孔，此孔用于将探针30装配在触点接通装置中。通过此非常精确生产的孔(一个圆孔和一个长孔)来特别确定其中点的装配平面6适合于，将接触元件31尖端相对于装配平面的几何上所限定的关系整合到触点接通装置中，从而借此可以产生相对于触点接通装置的运动机构和定位机构的限定的几何关系，探针30向太阳能电池1的进给运动基于该限定的几何关系。根据探针34不同的可行的构造方案的装配，可以将不同的平面用作装配平面，只要这些平面不仅可以作为探针的相关平面而且可以作为触点接通装置的相关平面。

例如，根据图1B的探针以其上末端面装配到触点接通装置的面上，从而该上末端面作为装配平面6起作用。被实施为密封唇的接触元件31的下末端是接触平面。

所述探针30是用于纵向延伸地触点接通例如太阳能电池1的母线3或者一系列平行布置的指状件4的另一可行的构造方案。接触元件31和同样还有布置在探针边缘的两个参考元件32在此通过由合成材料制成的弹性可变形的唇部39来实现，该唇部39的表面区段式地通过镀层而能导电。每个区段为元件31、32。通过参考元件32在探针30的两个端部的布置，可以避免纵向延伸的探针30由于其在纵向伸展上的倾斜而仅一侧的触点接通，这是因为该接触信号只有当两个端部紧贴在母线3上时才产生。通过探针30的适当的柔性的保持件或者可供选择地通过两个分开的驱动装置(未示出)(每个探针30的端部各一个驱动装置)，太阳能电池1的单侧机械负荷可以通过探针30的倾斜得以避免。

对于能导电的平面可选的是，合成材料也可以本身是能导电的，例如，通过能导电的颗粒。在这种情况下，将唇部39划分为单个元件31、32的过程可以通过唇部39本身重复地中断或者其导电性重复地中断来实现。与太阳能电池1的电极接头2的触点接通通过在唇部39的整个长度上对唇部39进行平面式推压来实现。关于一个或多个参考传感器的构造和布置，参阅图1A的图示。

在图2中示出俯视图中根据图1A的探针30。这里看到的是，探针30在与视线方向相重合的曝光方向上非常狭长，以此使得遮蔽最小化。此外，探针保持件11如此远地向外挪动，即该探针保持件11没有将阴影投到太阳能电池上。探针30的电接头33(在这里为插接连接器)也相对于太阳能电池在侧向上布置。

在另一构造方案(图3)中，接触元件31均匀地分布在汇流排34的两侧，并且以反向的方式布置，以便对由于接触元件31的偏转9作用于汇流排34的力矩进行补偿。用来对力矩或者通过超行程引入太阳能电池1的应力进行补偿的其它布置方案是可行的。于是，接触元件31可以布置在汇流排34的一侧，但还是在两个方向上成角度地布置。这例如凭借要么朝向汇流排中心的接触元件31实现，要么背离汇流排中心的接触元件31实现。通过这种方式避免在侧视图中接触元件可辨识的看似的交叉。此外，探针单侧的加工简化其生产。

图4A和图4B示出在具有等腰梯形横截面的汇流排34上的接触元件31的另外可行的布置方案。梯形横截面可以实现接触元件31尖端的非常紧密地放置的双列的或者也可能是单列的布置。接触元件31可以要么是通过焊接、粘贴或者夹持或者其它合适的装配手段固定在梯形的侧面上，就是被沉入到切缝中，该切缝被加工到汇流排34中并且限定接触元件31的位置。在此，汇流排34仅在切缝区域内具有梯形横截面。

图1A和图1B中的接触元件31的和参考元件32的电连接(未示出)通过沿着汇流排34或者汇流排34内部的接触导体和参考导体来进行。接触元件31以及在需要时还有参考元件32通过焊点与导体电路电地和机械地相连，但也可以通过其它方式，例如通过夹持或者插接来连接。接触元件31和一个或两个参考传感器32或者这些参考传感器32各参考元件32的其它可能的电连接在图5至图7中示出。

图5示意地以电路图示出用于电连接接触元件31的两个接触导体35(激励线路和测量线路(Force und Sense))和用于电连接两个布置在探针30的每个端部上的、带有未示出的测量仪器或者控制单元的参考元件32上的两个参考导体。

图6中的探针30在两个端部各具有一个参考传感器，参考传感器由各两个参考元件32组成，参考元件32的尖端和接触元件31的尖端布置在一个平面上，即接触平面5上。基于借助于两个参考传感器将探针30水平化，探针包括可枢转的保持件7，用来将探针30装配在触点接通装置(未示出)中。接触元件31与参考元件32的电连接如在图5中描述的那样来实现。

根据图7的探针30代替由参考元件32构成的参考传感器地具有两个光学参考传感器32，该光学参考传感器32指示到接触平面5的间距。为了产生参考传感器32和接触元件31之间的、上面详细描述的几何关系，图7中的参考传感器32具有几何参照物37(以示意图示出)。对于电连接则再次参阅上面的说明。

附图标记列表：

1     太阳能电池

2     电极接头

3     母线

4     指状件

5     接触平面

6     装配平面

7     可枢转的保持件

8     进给运动

9     偏转

11    探针保持件

30    探针

31    接触元件

32    参考传感器、参考元件

33    电接头

34    汇流排

35    接触导体

36    参考导体

37    参考传感器的几何参照物

b     探针在曝光方向上的宽度

Claims (11)

1.探针，用于出于检测目的临时电触点接通太阳能电池(1)，所述探针包括

-至少一个弹性的、能导电的接触元件(31)，用来产生电接触，

-至少一个参考传感器(32)，用以借助于所述参考传感器(32)的电信号来指示所述接触元件(31)到外部参考面的距离，以及

-装配平面(6)，所述接触元件(31)的尖端相对于所述装配平面对齐。

2.根据权利要求1所述的探针，其中，多个接触元件(31)并排地如此布置，即，所述接触元件(31)的尖端处于接触平面(5)上，其中，将所述接触元件(31)并联，并且其中，布置有至少一个参考传感器(32)，用来指示所述接触平面(5)相对于所述太阳能电池(1)的面的倾斜度，以下称所述太阳能电池的所述面为外部平面。

3.根据权利要求2所述的探针，其中，两个参考传感器(32)相互以一定间距布置，用来指示所述接触平面(5)相对于外部平面的倾斜度。

4.根据权利要求1所述的探针，其中，所述探针(30)包括保持件(7)，用来能枢转地与触点接通装置连接。

5.根据权利要求4所述的探针，其中，所述保持件(7)具有如下类型和数目的支承件，即，所述探针(30)能静态确定地与触点接通装置连接，从而在所述支承件中的所述探针的反力的数目与所述探针的自由度的数目相等。

6.根据权利要求1所述的探针，其中，至少一个接触元件(31)是能导电的弯曲弹簧，所述弯曲弹簧相对于所述接触平面(5)成锐角地布置。

7.根据权利要求6所述的探针，其中，布置有多个相同类型的接触元件(31)，在所述接触元件(31)中，一些所述接触元件以相对于剩余的所述接触元件(31)并关于垂直地置于所述接触平面(5)上的虚拟直线相反取向的方式布置。

8.根据权利要求2所述的探针，其中，将两个接触元件(31)布置在汇流排(34)的两个对置的侧面上。

9.根据权利要求8所述的探针，其中，所述汇流排(34)至少区段式地具有梯形的横截面。

10.根据权利要求1、2或3所述的探针，其中，至少一个接触元件(31)是能弹性变形的、能导电的合成材料体。

11.根据权利要求1、2或3所述的探针，其中，参考传感器(32)包括两个弹性的、能导电的参考元件(32)，所述参考元件(32)相对于所述接触元件(31)电绝缘，并且所述参考元件(32)如此毗邻于所述接触元件(31)地布置，即，所述参考元件和接触元件(32、31)能并排地安置在太阳能电池(1)的电极接头(2)上。

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