CN102197311A - 用于对光伏元件中的缺陷进行定位和钝化的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行定位的系统和方法、用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行钝化的系统和方法及用于对卷到卷光伏元件中的旁路进行钝化的系统和方法，其包括以下步骤：照射光伏元件的具有至少最小尺寸的区域；测量光伏元件的电极中的一个上的被照射区域内的至少一个特定测量位置处的光伏元件的电极之间的电势的至少一个电值；以及基于所测量的至少一个光致电值和所述至少一个特定测量位置来确定缺陷的位置。

Description

用于对光伏元件中的缺陷进行定位和钝化的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行定位的系统和方法、用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行钝化的系统和方法及用于对卷到卷光伏元件中的旁路进行钝化的系统和方法。
背景技术
太阳能发电对于全世界的功率产生而言将扮演重要角色。这种年轻的技术必须在市场上显示出其相对于其它能量转换技术的优越性。决定性问题将是太阳能面板的单价以占有相当一部分的市场份额。另外，在多个市场细分中的份额将限定太阳能面板的特殊适应性质。对于建筑应用美学而言，每平方米的低价及形状和尺寸上的灵活性可能是重要的问题，对于太阳能家庭系统，需要每Ah最低价的重量轻且顶棚易碎的太阳能面板。此外，制造商正在寻求稳健的过程和生产大面积面板的可能性。他们需要高生产率和少量维护以及高自动化和适度投资的优点。因此，必须有可使用的未来技术，其保证高科学定位、充分开发的设备、具有低材料消耗的高成本降低潜力和增加效率的前景。
当前，结晶硅技术获得了满足上述需求的最好折衷，因此，用于光伏太阳能电池和面板的市场仍由结晶硅产品来主导。在这些技术中，在0.03m2的小面积上制造具有约0.3mm的厚度的太阳能电池。单独过程中的这些电池的电学接合导致大表面的产生。遗憾的是，由于硅的高消耗和复杂的制造过程，这些产品是昂贵的。新技术、尤其是低成本的薄膜技术近年来能够获得增加的市场份额。这些概念使用另一程序来以低得多的成本生产太阳能模块。其设法直接向主要是玻璃的大表面上沉积厚度仅为几μm的太阳能电池，并随后通过在线激光切割过程将其一部分串联地互连。各金属和半导体层在整个表面上的均匀沉积是用于均质光电性质的决定性前提。当前的发展显示需要很长的时间来在约10cm2至更大的模块区域上修改在实验室中开发的工艺。较大的表面需要新的参数组且异质性的数目增加，这导致较低的效率。真空涂覆设备的尺寸限定太阳能面板的尺寸，并且尺寸的任何增加要求新的生产设备和所有工艺参数的新的优化。
薄膜CISCuT技术、即Cu带上CIS，提供了以远远低于来自结晶硅的那些的成本生产太阳能模块并克服普通薄膜概念的特定困难的能力，所述特定困难诸如为大面积均质性和用于规模扩大的长期和高投资。CISCuT是一种卷到卷技术，在一系列的主要非真空过程中工作，在宽度为1cm的金属箔上进行处理，产生类似无边的（quasi endless）太阳能电池带。通过将重叠的带条互连，将产生机械上柔性的、均匀的无烟煤状彩色太阳能层压件并将其嵌入功能性箔中。在此薄膜概念中，用于太阳能电池生产的设备是完全独立于太阳能模块的形状和尺寸的，并且模块尺寸的变化不需要生产设备的任何变化或规模扩大。
图1示出了用于在连续的卷到卷过程中制造类似无边的太阳能电池并随后由这些电池来组装模块的装备，例如在Güldner, R., Penndorf, J., Winkler, M., Tober, O., 2000 Flexible, Polymer Encapsulated Solar Modules – A New Concept for Cu-In-S Solar Devices Produced by the CISCuT Technology Proc. 16th EPSEC, Glasgow, UK, pp. 2289 – 2292中对其进行了描述。例如在M. Winkler, J., Griesche, J., Konovalov, I.; Penndorf J., Wienke, J., Tober, O., “CISCuT – solar cells and modules on the basis of CuInS2 on Cu-tape”, Solar Energy 77, 2004, pp. 705 -716和M. Winkler, J., Griesche, J., Konovalov, I.; Penndorf J., Tober, O., “Design, Actual Performance, and Electrical Stability of CISCuT-Based Quasi-Endless Solar Cell Tapes”, Mat. Res. Soc. Symp. Proc 2001, pp. 668中描述了生产太阳能电池的基本步骤。
其由下述构成：
（a）带净化和In沉积：在第一卷到卷过程中，对在宽度上为1cm的Cu带进行化学净化，后面是一些漂洗过程。然后，以电化学方式仅在带的正面上沉积铟。In层的厚度在0.7μm的范围内。对于局部固定起始条件和前体性质、尤其是均质Cu浓度而言，±5%的In层厚度的均质性是适当的。
（b）吸收体层形成（硫化）： 当带被暴露于硫化反应器内部的反应性气态硫时，通过In-Cu前体到CISCuT吸收体的部分转换来形成固体Cu-In-S层。通过诸如带速度、加热器温度、压力和氮流量的基本必需技术参数的计算机辅助控制来将带衬底上的卷到卷过程的动力与整个反应器的每个位置处的固定热和化学条件相连（Winkler等人，2001年）。
（c）KCN蚀刻： 通常，必须用KCN溶液来处理吸收体层表面以从该表面去除Cu2-xS。
（d）退火： 将在适度温度下在真空中的线轴上对带进行退火30分钟。
（e）缓冲层沉积：通过在约80℃的温度下向吸收体表面上喷洒溶解在乙腈中的CuI（80 ml中0.4g）来获得具有约50nm的厚度的宽带隙p型CuI缓冲层。
（f）边缘绝缘： 由纳米溶液的绝缘玻璃层来覆盖带的边缘以在最后的模块组装期间使屋顶瓦面式互连成为可能。
（g）TCO沉积：通过DC溅射来沉积TCO堆叠作为透明正面接触。首先，沉积100nm厚度的本征层，后面是具有1μm的厚度的高传导层的沉积。已经在溅射过程期间借助于氧压力的变化改变了传导性。靶是2% Al掺杂的ZnO，带的温度是165摄氏度，由此实现约90%的透射率。结果是准备好用于模块组装的基于类似无边的柔性带状CISCuT的太阳能电池。
（h）模块组装：在自动化组装线中，可以将定义数目的成条的类似无边的柔性带嵌入到正面箔中并通过重叠来“像屋顶瓦面一样”串联地电连接。重叠区域可以在1mm的范围内。作为接触材料，可以使用金属填充胶。透明正面接触处的集流网可能是不必要的。如先前作为概念所述的（Güldner等人，2000年），太阳能电池条到限定电流的（条的长度）、限定电压（条的数目）的串的屋顶瓦面式互连和通过使用具有输出功率定义的汇流条进行的并联的条的互连起作用。获得被封装到功能箔、柔性模块中的正面和背面，其在输出功率、形状和尺寸方面是可修改的。
如上所述，与所产生的电功率有关的太阳能面板的单价对相应光伏技术具有重要影响。这意味着一方面必须确立太阳能电池的高效批量生产，另一方面，必须谨慎地控制生产的太阳能电池的效率。最大可获得效率根据太阳能电池技术而变。一旦已经针对生产过程限定了特定的太阳能电池技术，则批量生产的太阳能电池的效率在很大程度上取决于生产过程的质量。
太阳能电池的效率降低的一个原因可能是太阳能电池中的缺陷，其引起漏电流。此类效应也称为旁路。因此，低旁路电阻引起太阳能电池中的功率损耗，因为其为光产生的电流提供交流路径。此类转向（diversion）减少了从太阳能电池结流动的电流的量并减少了来自太阳能电池的电压。
因此，生产没有旁路的太阳能电池将是期望的。然而，这将大大地增加生产成本。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行定位的系统和方法。一旦该缺陷被定位，则可以将其钝化，因此消除由已定位旁路产生的漏电流。以这种方式，增加了旁路电阻，并减少了光伏元件中的功率损耗。
由本发明且特别地由独立权利要求的主题来达到此目的，优选实施例是从属权利要求的主题。
为此，依照本发明的方面，提供了一种用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行定位的方法，包括照射光伏元件的具有至少最小尺寸的区域，通过优选地独立地在光伏元件的电极中的一个上的被照射区域上的至少一个特定测量位置处的被照射区域的尺寸上接触被照射光伏元件的两个电极来测量至少一个光致电值，并基于所测量的至少一个光致电值和至少一个特定测量位置来确定光伏元件的缺陷的位置。优选地，所测量的电极之间的电势的电值是光致电值，其是通过光伏元件的电极中的一个上的至少一个测量接触所测量的。另外，光伏元件在另一电极上被电接触以便测量光致电值。光伏元件相对于所述至少一个测量接触移动以便测量不同测量位置处的多个光致电值，其中，以与测量接触的位置的固定关系照射具有至少最小尺寸的区域。
另外，优选地以高达15m/min的速度移动光伏元件，并至少每50μm确定光致电值。
可替换地，优选地将所述至少一个测量接触相对于光伏元件移动至电极上的用于测量光致电值的所述至少一个特定测量位置。
另外，根据本发明的方法优选地包括与所述至少一个特定测量位置相关地存储所测量的至少一个光致电值。
另外，根据本发明的方法优选地还包括基于所测量的至少一个光致电值和相应的至少一个特定测量位置来确定针对电势的位置相关电压分布（profile），并确定该位置相关电压分布的最小值或最大值且提供所确定的最小值或最大值的位置作为缺陷的位置，其中，位于一个电极上的被相互间隔开的两个测量接触和位于另一电极上的另一接触被用于测量光致电值。单独地与用于每个测量接触的特定测量位置相关地存储所测量的光致电值，单独地基于多个测量的光致电值和用于每个测量接触的相应特定测量位置来确定位置相关电压分布，并单独地基于所测量的光致电值的计算的差分值和用于每个测量接触的相应特定测量位置来确定每个位置相关电压分布的最小值。
优选地，通过确定第一测量光致电值和在第一测量光致电值前面的第二测量光致电值之间的差来单独地针对每个测量接触来计算所测量的光致电值的此类差分值。
此外，根据本发明的方法优选地还包括将所确定的最小值作为缺陷的位置存储在关于光伏元件的存储介质中。
另外，根据本发明的方法优选地还包括对已被确定位置的缺陷进行电钝化，其中，在所确定的缺陷位置处的区域中去除一个电极的至少一部分。优选地，电极中的一个是TCO层，并且通过局部地移动TCO层来执行所确定的缺陷的钝化。优选地，TCO层是被通过化学蚀刻或通过激光蚀刻去除的ZnO:Al层。在激光蚀刻的情况下，优选地通过激光蚀刻在每个所确定的缺陷周围画具有特定宽度的线，其中，沿着该线，去除TCO层，从而保证在钝化步骤之后，与已被确定位置的缺陷电接触的TCO层不具有至被用作电极的其余TCO层的电接触。另外，可以将已被确定了位置且所述位置相互紧邻的两个或更多缺陷看作缺陷簇。然后，优选地通过激光蚀刻在该缺陷簇周围画具有特定宽度的线。
优选地，将根据本发明的方法应用于卷到卷薄膜太阳能电池和被照射区域，其具有至少1×1 cm2的最小尺寸。
此外，依照本发明的另一方面，提供了一种用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行钝化的方法，该方法包括照射光伏元件的具有至少最小尺寸的区域，基于光伏元件的电极之间的电势的至少一个光致电值和光伏元件的电极中的一个上的被照射区域内的相应测量位置来确定缺陷的位置，并通过蚀刻来去除所确定的缺陷位置处的区域中的电极中的至少一个。优选地，通过激光蚀刻来执行该蚀刻。可替换地，通过化学蚀刻、移印和/或喷印来执行该蚀刻。在所确定的位置处的区域中用激光器沿着具有预定宽度的线去除电极中的所述至少一个，从而将缺陷电隔离。
依照本发明的另一方面，提供了一种用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行定位的方法，该方法包括以下步骤：照射光伏元件的区域，测量光伏元件的电极中的一个上的被照射区域内的至少一个特定测量位置处的光伏元件的电极之间的电势的至少一个值；以及基于所测量的至少一个电压值和至少一个特定测量位置来确定缺陷的位置。
此外，依照本发明的另一方面，提供了一种用于对包括TCO层作为正面电极的卷到卷光伏元件中的旁路进行钝化的方法。这种方法包括确定光伏元件中的旁路的位置，将光伏元件定位于所确定的位置处并通过蚀刻来去除所确定的旁路位置处的区域中的TCO层，从而保证在去除TCO层之后旁路不具有至正面电极的电接触。优选地，仅仅部分地去除在旁路周围的TCO层。此外，通过激光蚀刻来执行该蚀刻，并用激光器沿着具有预定宽度的线去除所确定的旁路位置周围的TCO层，从而将旁路电隔离。可替换地，通过化学蚀刻来执行该蚀刻。
另外，依照本发明的另一方面，提供了一种用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行定位的系统，其包括用于照射光伏元件的具有至少最小尺寸的区域的装置、用于测量光伏元件的电极中的一个上的被照射区域内的至少一个特定测量位置处的光伏元件的电极之间的电势的至少一个光致电值的测量装置，以及用于基于所测量的至少一个光致电值和所述至少一个特定测量位置来确定缺陷的位置的确定装置。
优选地，所述测量装置包括用于测量光伏元件的电极中的一个上的所述至少一个光致电值的至少一个测量接触。另外，在本实施例的优选型式中，所述测量装置还适合于例如以高达15m/min的速度相对于用于测量不同测量位置处的多个光致电值的至少一个测量接触移动光伏元件并至少每50μm确定光致电值。
可替换地，所述测量装置还适合于将所述至少一个测量接触相对于光伏元件移动至电极上的用于测量光致电值的所述至少一个特定测量位置。
此外，所述测量装置还适合于与所述至少一个特定测量位置相关地存储所测量的至少一个光致电值。
另外，所述确定装置还包括电压分布确定装置和最小值确定装置，所述电压分布确定装置用于基于所测量的至少一个光致电值和相应的至少一个特定测量位置来确定针对电势的位置相关电压分布，所述最小值确定装置用于确定位置相关电压分布的最小值或最大值并提供所确定的最小值或最大值的位置作为缺陷的位置。优选地，所述最小值确定装置还适合于通过确定第一测量光致电值和在第一测量光致电值前面的第二测量光致电值之间的差来计算所测量的光致电值的差分值。所述测量装置包括被用于测量光致电值的被相互间隔开的两个测量接触，该测量装置适合于与用于每个测量接触的特定测量位置相关地单独地存储所测量的光致电值，所述电压分布确定装置还适合于基于多个所测量的光致电值和用于每个测量接触的相应特定测量位置来单独地确定位置相关电压分布，并且所述最小值确定装置还适合于基于所测量的光致电值的计算的差分值和用于每个测量接触的相应特定测量位置来单独地确定每个位置相关电压分布的最小值或最大值。此外，所述最小值确定装置还适合于通过确定第一测量光致电值和在第一测量光致电值前面的第二测量光致电值之间的差来单独地计算用于每个测量接触的测量光致电值的差分值。
优选地，所述系统还包括用于对已被确定位置的缺陷进行钝化的钝化装置，其中，所述钝化装置包括用于在所确定的缺陷位置处的区域中去除一个电极的至少一部分的去除装置。所述去除装置适合于通过化学蚀刻或激光蚀刻来局部地去除被用作电极的TCO层，其中，所述确定装置还适合于将已被确定位置且所述位置相互紧邻的两个或更多缺陷看作缺陷簇，其中，所述去除装置还适合于通过激光蚀刻来在缺陷簇周围画具有特定宽度的线。所述去除装置还适合于执行激光蚀刻并通过激光蚀刻在每个确定的缺陷周围画具有特定宽度的线，并沿着该线去除TCO层，从而保证在钝化步骤之后，与已被确定位置的缺陷电接触的TCO层不具有与被用作电极的其余TCO层的电接触。
优选地，所述光伏元件是卷到卷薄膜太阳能电池，其中，所述照明装置适合于照射至少1×1 cm2的具有至少最小尺寸的区域处的光伏元件。
另外，依照本发明的另一方面，提供了一种用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行定位的系统。该系统包括被布置为照射光伏元件的具有至少最小尺寸的区域的光源、被布置为测量光伏元件的电极之间的电势的光致电值和光伏元件的电极中的一个上的被照射区域内的特定测量位置的电压检测单元，和被布置为基于所测量的光致电值和特定测量位置来确定缺陷的位置的位置确定单元。
此外，依照本发明的另一方面，提供了一种用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行钝化的系统。所述系统包括用于照射光伏元件的具有至少最小尺寸的区域的照明装置，用于基于电极之间的电势的至少一个光致电值和光伏元件的电极中的一个上的被照射区域内的相应测量位置来确定缺陷的位置的确定装置，以及用于通过蚀刻来去除所确定的缺陷位置处的区域中的电极中的至少一个的去除装置。
优选地，所述去除装置是激光蚀刻装置。所述激光蚀刻装置适合于用激光器沿着具有预定宽度的线去除所确定的缺陷位置处的区域中的电极中的至少一个，从而将缺陷电隔离。
可替换地，通过化学蚀刻来执行该蚀刻，其中，通过移印和/或通过喷印来执行该化学蚀刻。
此外，依照本发明的另一方面，提供了一种用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行钝化的系统。所述系统包括被布置为照射光伏元件的具有至少最小尺寸的区域的光源，被布置为基于电极之间的电势的至少一个光致电值和光伏元件的电极中的一个上的具有至少最小尺寸的被照射区域内的相应测量位置来确定缺陷位置的位置确定单元，和被布置为去除所确定的缺陷位置周围的电极的蚀刻单元。
此外，依照本发明的另一方面，提供了一种用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行定位的方法，所述方法包括照射光伏元件的特定区域，测量光伏元件的电极中的一个上的被照射特定区域内的至少一个特定测量位置处的光伏元件的电极之间的电势的至少一个电值，并基于所测量的至少一个电压值和至少一个特定测量位置来确定缺陷的位置。
另外，依照本发明的另一方面，提供了一种用于对包括TCO层作为正面电极的卷到卷光伏元件中的旁路进行钝化的系统。该系统包括用于确定光伏元件中的旁路的位置的确定装置，用于将光伏元件定位于所确定的位置处的定位装置，和用于通过蚀刻来去除所确定的旁路位置处的区域中的TCO层、从而保证在去除TCO层之后旁路不具有至正面电极的电接触的去除装置。
优选地，所述去除装置还适合于仅部分地去除旁路周围的TCO层。
附图说明
图1示出用于CISCuT带电池生产的标准流程的示意图。
图2示出本发明的优选实施例的框图。
图3示出本发明的优选实施例的J/V曲线。
图4示意性地示出根据本发明的优选实施例的用于对光伏元件中的缺陷进行定位和钝化的系统。
图5是示出根据本发明的优选实施例的用两个测量接触测量的紧挨着旁路的所测量电势的示意图。
图6是示出根据本发明的优选实施例的用两个测量接触测量的图5的测量电势及其导数的另一示意图。
图7示出其中已经依照本发明的优选实施例标记了旁路位置的图5的测量电势的另一示意图。
图8是示出根据本发明的优选实施例的具有其未滤波导数的图5的测量电势的另一示意图。
图9示出根据本发明的优选实施例的非旁路结构的区域内的测量电势的示意图。
图10示出根据本发明的优选实施例的双旁路的区域中的测量电势以及其导数的示意图。
图11a是根据本发明的优选实施例的具有已确定旁路位置的光伏元件的示意性横截面图。
图11b是根据本发明的优选实施例的其中旁路已被钝化的图11a所示的光伏元件的示意性横截面图。
图11c是图11b所示的光伏元件的示意性顶视图。
图12a示出根据本发明的优选实施例的另一替换实施方式的固定参考系中的激光光斑的移动。
图12b示意性地示出由如图12a所示的移动引起的光伏元件的顶部电极上的激光光斑的所得到的轨迹。
图13是依照本发明的优选实施例的另一替换实施方式的具有已钝化旁路的光伏元件的示意图。
图14a示出图13所示的光伏元件的示意性横截面。
图14b示出依照本发明的优选实施例的另一替换实施方式的如图14a所示的两个连接光伏元件的示意性横截面。
图15a示出如图13所示的光伏元件的示意性横截面，其中，横截面在钝化旁路的区域中。
图15b示出依照本发明的优选实施例的另一替换实施方式的如图15a所示的两个连接光伏元件的示意性横截面。
图16示出依照本发明的优选实施例的另一替换实施方式的由光伏元件的电池构成的两个串。
图17是用于解释依照本发明的优选实施例的用于对光伏元件中的缺陷进行定位的方法的流程图。
图18是用于解释依照本发明的另一优选实施例的用于对光伏元件中的缺陷进行钝化的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中将参考附图来描述本发明的优选实施例及其替换方式。在以下说明中，未详细描述众所周知的功能或构造，因为其可能会在不必要的细节上使本发明含糊难懂。
1. 旁路检测
图2是示出依照本发明的优选实施例的光伏元件和用于对光伏元件中的旁路进行定位的设备的等效电路图。
图2示出在附图标记100处指定的太阳能电池，其中，该太阳能电池由诸如电流源110、二极管120和旁路电阻Rsh的等效部件构成。二极管120和旁路电阻Rsh被并联地连接到电流源110。另外，负载电阻RL被连接到太阳能电池的电极。电压检测单元150被与负载电阻RL并联地连接。此外，电流检测单元151被与负载电阻RL串联地连接。
电流源110表示太阳能电池被照射时所产生的电流Jphoto。旁路电阻Rsh表示引起电极之间或光伏元件内的漏电流的光伏元件中的缺陷。这些缺陷也称为旁路。
当光伏元件100被光源130照射时，由电流源110产生也称为电流密度的单位面积比电流Jphoto。在旁路电阻Rsh无穷大的情况下，电流Jphoto能够流过二极管120和负载电阻RL。由电压检测单元150通过太阳能电池的电极来测量输出电压Vout。通过电流检测单元151来测量流过负载电阻RL的负载电流JL。
在典型负载电阻RL的情况下，负载电流JL始终小于所产生的光电流Jphoto。
在负载电阻RL是零（短路）的情况下，输出电压Vout也是零。独立于旁路电阻Rsh>0，负载电流JL等于所产生的光电流Jphoto（JL＝Jphoto）。此电流被称为短路电流Jsc。
在负载电阻RL和旁路电阻Rsh无穷大的情况下，输出电压Vout受限于二级管电压VD。此电压被称为开路电压VOC。
在负载电阻RL无穷大且旁路电阻Rsh具有典型值的情况下，所产生的光电流Jphoto的一部分流过旁路电阻Rsh。二级管电压VD获得其最大值。也就是说，输出电压Vout取决于旁路电阻Rsh的值（Vout < VOC）。
图3示出具有上述指定情况Rsh和RL的本发明的优选实施例的太阳能电池的J/V曲线。
通常，太阳能电池具有特定尺寸且电极140和145中的一个或两者都由显示出特定导电性的材料制成。此外，引起漏电流的缺陷局限于光伏元件的特定小区域。因此，在负载电阻RL处测量的输出电压Vout取决于距离旁路多近地执行测量。越接近于旁路执行测量，输出电压Vout越低。这意味着光伏元件的恒定照明，输出电压Vout在存在旁路的情况下依照与旁路位置有关的测量位置而改变。
此效果被用来对光伏元件中的旁路位置进行定位。此效果可以应用于基于厚膜或薄膜硅的太阳能电池、基于III-V的太阳能电池、基于II-VI或I-III-VI的太阳能电池或上述CISCuT太阳能电池。优选地，此效果可以用于卷到卷光伏元件的定位和随后的钝化，特别是用于卷到卷CISCuT太阳能电池。这些卷到卷光伏元件是通过卷到卷工艺获得的。下面对此进行更详细的描述：
图4示出根据本发明的优选实施例的用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行定位的部件。图4示出用于照射光伏元件的具有至少最小尺寸的区域的光源130。图4另外示出用于测量电值且特别是电极140和145之间的电势的光致电值的测量接触230和另一接触270。优选地，测量接触230被用于测量例如正面电极上的电压值的相应光致电值且另一电极270被用于接触背面电极上的光伏元件。
优选地，另一接触270是用于导电的光伏元件的支撑体。在特定优选实施例中，光伏元件是CISCuT卷到卷太阳能电池且支撑体270是接触CISCuT卷到卷太阳能电池的由铜制成的背面电极的石墨块。可替换地，CISCuT卷到卷太阳能电池未被通过另一接触270电接触，而是例如在CISCuT卷到卷太阳能电池的铜带的末端处被电接触。此替换方法对于可靠地接触CISCuT卷到卷太阳能电池的背面电极而言也是可能的，因为铜带提供良好的导电性。
附图标记指示在其上面安装另一接触270的平台。
测量接触230和另一接触270被连接到优选地包括负载电阻RL的电压检测单元150。优选地，负载电阻尽可能地高，以便测量光伏元件的开路电压。然而，也可以使用低负载电阻RL。
根据本发明，在优选地为1×1 cm2的具有至少最小尺寸的区域处照射光伏元件。但是对于特定的详细测量而言，可能的是要照射的区域将依照要实现的测量分辨率被减小或增大。通常，应当照射光伏元件的特定最小区域。光伏元件的正面电极的导电性越高，光伏元件的被照射区域应越大。被照射区域必须足够大，以便测量位置的区域被恒定地照射。这将是被照射区域的最小值，任何更大的被照射区域不影响本发明的测量。换言之，直至最小的被照射区域，旁路确定与将被照射的区域无关。
因此，本发明的替换实施例包括光伏元件的被照射区域依照光伏元件的正面电极的导电性的变化。
可以检测由光伏元件的照明引起的光伏元件的电极140和145之间的电势。所检测的电压不仅随着光的强度和照明的频率或色谱而变，而且根据与旁路位置有关的测量位置而变。在太阳能电池的照明被保持恒定的情况下，正面电极140与背面电极145之间的测量电压取决于在太阳能电池中是否存在旁路和有多接近旁路位置地执行正面电极140与背面电极145之间的电势的测量。通过相对于旁路位置来移动测量接触230，由电压测量单元150测量的电压改变。在至少一个测量接触被移动的情况下，光源130也被与测量接触相结合地移动，以便提供测量区域的照明。
优选地，以一种方式来布置光伏元件，使得光伏元件的顶面面朝上且背面电极或背面接触相对于光源130面朝下。因此，因此对测量接触230进行定位，以便适当地接触光伏元件的顶面。可替换地，光伏元件的顶面被向侧面或向下定向以进行测量。在该情况下，相应地布置光源130、测量接触230和另一接触270。
可替换地且优选地，测量接触230、另一接触270和光源130是固定的，并且光伏元件被相对于接触230和270及光源130移动。如果光伏元件是卷到卷光伏元件，则这是特别有利的。
特别是对于CISCuT卷到卷太阳能电池而言，优选地由石墨或铜制成的接触270提供到由铜制成的CISCuT太阳能电池的背面电极的良好电接触。这提供容易地在接触270上移动卷到卷太阳能电池的可能性。另外，此类石墨接触提供与电压测量单元150的可靠电接触。
以一种方式来支撑测量接触230，使得在正面电极处提供可靠的电接触且仍能够在测量接触230下面容易地移动光伏元件。为此，测量接触可以是弹簧安装的，而弹簧力被以使得光伏元件的正面电极不被测量接触230损坏的方式调整。测量接触230的适当支撑提供的是测量接触230到光伏元件100的电和机械接触由于光伏元件100的移动而丢失。
测量接触230的尖端250优选地是小针，其提供到正面电极的良好电接触，但是不在电气上损坏正面电极。可替换地，也可以使用圆形尖端。
优选地，卷到卷太阳能电池具有10mm的宽度且几千米长。可以以固定或可变速度移动光伏元件。可选地，太阳能电池以高达每分钟15米的速度移动。在这种情况下，当相对于接触230和270来移动光伏元件时，优选地至少每100μm由电压检测单元150来测量光致电值。
此外，使用检测单元（其在图4中未示出），其检测测量接触230的相对于光伏元件的电极中的至少一个上的特定位置的测量位置。优选地，此特定位置、即所谓的参考点，是卷到卷太阳能电池的起点。这样，可以相对于所检测的测量位置在光伏元件的整个长度内测量光致电值。通过相对于所检测的测量位置来存储光致电值，可以基于所测量的光致电值和特定的检测测量位置来确定旁路的位置。
在优选替换实施方式中，用与被移动的光伏元件接触的轮来测量所述测量位置。该轮被连接到优选地轮的每转产生2,500脉冲的增量编码器。在该轮具有100mm的直径的情况下，这意味着每125μm执行一个测量周期。在优选实施例的替换型式中，在100μm以下增加测量分辨率，并且使用具有不同直径的轮。可以基于用来移动光伏元件的已知和恒定速度以时间为单位将所检测的测量位置作为测量周期记录或存储。可替换地，可以以微米或米为单位来记录或存储所检测的测量位置。
图4仅示出一个测量接触。特别地，此测量接触优选地位于光伏元件的宽度的中间。如果光伏元件是具有例如10mm的宽度的卷到卷光伏元件，则测量接触230位于卷到卷光伏元件的正中间以便可靠地检测旁路的位置。可替换地，可以使用两个或更多接触来检测旁路。在使用两个或更多测量接触230来检测旁路位置的情况下，并排地布置测量接触以便相对于卷到卷光伏元件的参考点在相同的测量位置处进行测量。可替换地，两个或更多测量接触230可以具有相互之间和与参考点明确限定的已知位置，所述已知位置在确定旁路位置时被考虑在内。在测量具有10mm的宽度的卷到卷光伏元件的情况下，优选地使用间隔开约3mm的两个测量接触230。
由于所测量的光致电值的效果还依照照明的强度而变，所以照明的强度被调整至旁路检测最高效的水平。因此，在本发明的替换优选实施例中，以特定的强度和/或特定的波长来照射光伏元件。可以依照要测量的光伏元件以固定的方式或自动地调整此强度和波长。可替换地，与测量位置和所测量的光致电值相关地测量照明的强度。根据本发明的替换优选实施例，当确定旁路的位置时将这些测量的照明值考虑在内。
优选地，提供测量区域的均匀照明以进行测量。可替换地，可以选择可以随着空间和/或时间而变的测量区域的照明。根据本发明的替换优选实施例，还可以在测量期间测量并记录照明的变化并确定旁路的位置时将其考虑在内。
图5是示出根据本发明的优选实施例的紧挨着旁路的所测量的电势的示意图。水平轴示出所检测的测量位置且竖轴示出任意单位的检测电压。该图示出两个曲线图。一个曲线图示出用第一测量接触230测量的电压分布且另一曲线图示出用第二测量接触230测量的电压分布。对于每个测量位置而言，已经通过两个测量接触中的一个由电压检测单元150来测量相应光致电值。
图5所示的曲线图是由如图4所示的优选实施例得到的。为了测量曲线图所示的光致电值分布，已经在1×1cm2的具有至少最小尺寸的区域处照射光伏元件，并且已通过两个测量接触230和另一接触270来测量光致电值。两个测量接触230相对于光伏元件的参考点具有相同的测量位置，但是已经例如与光伏元件的边缘间隔开2.5mm。相对于测量接触230和270及光源130以特定的恒定速度移动光伏元件。随着旁路在大约位置1.570m处通过测量接触，两个接触处的测量电压下降至用于每个测量接触的特定最小值。
优选地，通过相对于使用测量接触230和270及用于检测测量位置的检测单元记录的测量位置来分析电压分布而检测旁路位置。用于分析电压分布的优选可能性是最小值检测。可替换地，可以将最大值检测用于分析电压分布。这可以取决于所测量的电压分布的极性。
在典型卷到卷光伏元件的正面电极上，可以应用相对于背面电极进行电隔离或被电隔离的附加结构。在光致电值的测量期间，这些附加结构可能引起所测量的光致电值是零或对应于未限定电势的效果。此外，在光致电值的测量期间，还可能的是在正面电极140与测量接触230之间不存在物理接触。因此，没有明确限定的光致电值能够被电压检测单元150作为测量接触230检测到。
然而，仅旁路应被钝化。因此，当分析所记录的电压分布时，必须清楚可靠地将上述效果与由旁路引起的效果区别开。
分析所确定的电压分布的一种可能性是确定此类分布的导数。另一可能性是基于模式识别来分析所确定的电压分布。对于此类模式识别而言，分析分布的形状，或者将特定的函数拟合到所检测的电压分布中。
图6是图5所示的测量电势的另一示意图，另外示出其相应导数。图6所示的图在横轴上指示相应测量位置。竖轴是任意单位的测量电压。关于图5，已经在测量位置1.570m周围扩展图6的横轴。上面的两个曲线图表示在两个测量接触230处测量的光致电值。
下面两个曲线图表示上述电压分布的导数。优选地，通过用后续光致电值减去先前的光致电值来确定所述导数。可以用也可能包括加权因数的滑动平均函数来对这样产生的差分值求平均值。
已经用滑动平均函数对用于图6所示的导数的曲线图求平均值。
一旦已经确定了用于各测量接触的每个电压分布的导数，则可以分析每个导数以便确定旁路的精确位置。为此，可以独立于由另一测量接触测量的另一电压分布来分析针对一个测量接触230测量的每个电压分布。可以依照所实现的结果对单独分析的结果求平均值或加权。可替换地，在组合分析中分析针对测量接触230获得的电压分布，其中，同时地将针对不同的测量接触获得的结果组合。
图7示出图5所示的测量电势的另一示意图，其中，旁路位置已依照本发明的优选实施例被标记。已经使用已相对于图6解释的测量电压分布的导数以便确定旁路位置。对于每个确定的导数而言，已经计算了相应旁路位置。由位置1.573周围的垂直线来标记相应旁路位置。
图8示出根据本发明的优选实施例的替换的图5所示的测量电势以及其相应导数的另一示意图。与图6和图7所示的导数相反，未对导数的差分值应用求平均。因此，导数包括显著的噪声。然而，可以看到甚至未平均的值也可以用于确定由电压检测单元150相对于每个测量接触测量的电压分布的最小值位置。
1.  图9示出根据本发明的优选实施例的非旁路结构的区域内的测量电势的示意图。如在图5至8中，横轴示出测量位置。竖轴示出任意单位的测量光致电值。在位置3.820和3.847周围，两个测量接触在电压分布中显示出最小值。然而，电压分布的形状完全不同于图5至8所示的形状。另外，在位置3.827周围示出了附加效果。下面两个曲线图表示用于图9所示的电压分布的导数。这些导数还明显不同于针对旁路所确定的导数。基于这些显著差异，可以通过应用上述最小值/最大值检测或模式识别来区别旁路或非旁路。
图10示出根据本发明的优选实施例的双旁路的区域中的测量电势以及其导数的示意图。关于图5-9，由电压检测单元150测量的用于两个测量接触230的电压分布被显示在图10的上面的曲线图中。如可以看到的，检测了相互接近地定位的两个旁路。在下面的两个曲线图中，示出了相应电压分布的导数。对于位于20.588周围的旁路而言，已经标记了旁路位置。可替换地，还可以基于所确定的导数依照本发明的优选实施例来标记接近地定位的第二旁路的旁路位置。
优选地，在已经针对光伏元件测量了所有所需光致电值之后，执行测量电压分布的分析。对于卷到卷光伏元件而言，这意味着测量并记录光致电值以及用于整个卷到卷光伏元件的相应测量位置。为此，将用于每个测量接触230的测量光致电值连同相应的测量位置一起存储在存储单元中。然后，在后续步骤中，分析测量数据并如上所解释地确定旁路位置。存储所确定的旁路位置。
可替换地，同时地执行电压分布的测量和电压分布的分析。在这种情况下，优选地仅将所检测的旁路位置存储在存储单元中。
如图10所示，两个或甚至更多旁路可以在一起紧密地间隔开。因此，必须以一种方式来提供关于所检测的旁路的信息，使得甚至多个紧密地位于一起的旁路能够被可靠地钝化。
在本发明的优选实施例中，所确定的旁路位置被存储在不同的通道中。优选地，提供十个管线，即多达十个紧密地定位的旁路能够被可靠地钝化。为此，优选地，计算机如上所述地对电压分布执行分析。计算机在相应的通道中存储关于到参考点的距离的信息，该信息预先告知旁路将在特定距离内到达。如果存在关于到达检测旁路的信息，则此信息将被放置在通道1中。然而，在多个紧密定位的旁路的情况下，通道1将被关于紧挨着实际位置的旁路的信息占用。因此，关于其它旁路的信息将被存储在后续的通道中。这样，通过分析所有通道，能够容易地检测是只有一个还是有几个紧密地定位的旁路“在途中”。在没有紧密定位的旁路“在途中”的情况下，仅通道1被相应信息占用。
图17示出用于解释依照本发明的优选实施例的用于对光伏元件中的缺陷进行定位的方法的流程图。这种方法包括照射光伏元件的具有至少最小尺寸的区域的步骤1720。其还包括用于测量光伏元件的电极中的一个上的具有至少最小尺寸的被照射区域内的至少一个特定测量位置处的光伏元件的电极之间的电势的至少一个电值的步骤1740。此外，其包括用于基于所测量的至少一个光致电值和所述至少一个特定测量位置来确定缺陷的位置的步骤1760。
2. 旁路钝化
图11a是根据本发明的优选实施例的具有所确定的旁路位置的光伏元件的示意性横截面图。在附图标记1100处指定光伏元件。优选地，光伏元件1100是由铜带1160、CIS吸收体层1140和TCO层1120构成的CISCuT太阳能电池。优选地，铜带1160形成背面电极且TCO层1120形成正面电极，CIS吸收体层1140具有高电阻率，并形成包括p/n结的光活二极管。此吸收体层1140还可以由具有不同导电性的两个层构成以形成二极管，优选地为n型CIS层和p型CuI或CuS层。然而，还可以有其它组合，例如由CdS、ZnS、ZnO或ZnO:Al构成的n型层和p型CIS层。此外，应理解的是CIS层1140由这些替换中的一个构成。
图11a所示的尺寸不是按比例的。与光伏元件1100的宽度相比，光伏元件的高度被放大地示出。优选地，CISCuT太阳能电池具有8至13mm的宽度和0.05至0.3mm的高度。然而，用于宽度或高度的更小或更大尺寸是可以的。
如上所述，在铜带的上侧上形成CIS吸收体层1140。在此CIS吸收体层1140上，形成还延伸至光伏元件的两侧的TCO层1120。
在图11a未示出的本发明的替换实施例中，隔离层位于光伏元件的任一个侧面或两个侧面上，使得其将在光伏元件的侧面上的TCO层1120与铜带和CIS吸收体层电隔离。这样，防止了铜带通过在侧面处的TCO层具有到正面电极的电接触。因此，避免了从TCO层1120到铜带1160的短路。
如图11a所示，指示了所确定的旁路位置1110。为了将在正面电极1120与背面电极1160之间引起漏电流的此类点状缺陷钝化，必须以一种方式来将已定位缺陷1110钝化，使得由缺陷1110引起的漏电流最小化，或甚至消除。为此，部分地或完全地在已定位旁路1110周围去除由TCO层1120形成的正面电极。
图11b示出图11a所示的光伏元件的示意性横截面图，其中，在已定位旁路1110周围部分地去除了TCO层1120。图11b示出了其中TCO层被完全去除的TCO层1120中的凹槽1180。因此，凹槽之间的TCO层1120的其余部分不具有到TCO层的其它部分的电接触。凹槽1180的宽度取决于层1140的导电性。凹槽1180的优选宽度在15μm至100μm之间的范围内。层1140的导电性越低，凹槽1180的宽度可以越低。这样，所检测的旁路1120被与其余光伏元件电隔离。以这种方式，消除了由已定位旁路1110引起的漏电流对其余正面电极的影响。
图11c是根据本发明的优选实施例的一个替换的图11b所示的光伏元件的示意性顶视图，其中，所检测的旁路1110已被钝化。如在图11c中可以看到的，已经在已定位缺陷1110周围画出了具有矩形形状的线。由于此线是由其中TCO层1120被完全去除的凹槽1180形成，所以被凹槽围绕的其余TCO层被与矩形形状的区域外面的TCO层电隔离。可替换地，被凹槽围绕的具有至少最小尺寸的区域可以具有任何的任意形状。此外，可替换地，不仅去除了TCO层的一小部分，而且去除了具有至少最小尺寸的区域内的整个TCO层。
优选地，TCO层1120由可以通过化学蚀刻或通过激光蚀刻去除的ZnO:Al或掺杂ZnO层形成。优选地可以通过移印或喷印来执行该化学蚀刻。在两种情况下，如图11c所示，仅去除了TCO层1120的一部分，或者在被定位的旁路1110周围去除整个TCO层。
可替换地，TCO层1120由氧化铟锡（ITO）层（例如In2O3:SnO2）或SnO2:F层形成。
优选地，被凹槽1180围绕的矩形的尺寸约为10mm×3 mm。然而，根据光伏元件的尺寸或具有至少最小尺寸的区域中的所检测的旁路的数目，可以将更小或更大的结构用于将已定位缺陷1110钝化。
可替换地，在已定位旁路1110周围去除的TCO层的尺寸依照通过确定旁路的位置来实现的准确度而变。这意味着如果用于所确定的旁路位置的准确度是高的，则在所检测的旁路1110的周围去除较少的TCO层。在用于所确定的旁路1110的位置的准确度较低的情况下，矩形的面积和因此被去除的TCO层的面积较大。
如上所述，可以通过诸如化学蚀刻或激光蚀刻的过程来去除TCO层。特别地，相对于改变将被与TCO层1120的其它部分电隔离的区域的尺寸的形状以便将缺陷钝化而言，激光蚀刻看起来是适当的。
优选地，通过用具有特定强度的激光照射TCO层来执行激光蚀刻。此类过程也称为激光划线。优选地，可以使用具有1064nm的波长的Nd:YAG激光器。然而，还可以使用诸如Nd:YLF或Ti:Sa的任何其它适当激光器。优选地，将Nd:YAG激光器的波长增至三倍，使得所得到的波长是355nm。可替换地，可以使用在诸如266nm的UV范围内的其它波长。通常，根据必须要处理的电极材料，宽的波长范围看起来是适用的。对于特定TCO而言，此范围可以在200nm与380nm之间，然而根据所使用的TCO，还可以使用在红外线和可见光范围内的波长。根据所需的波长，还可以将受激准分子激光器或二极管激光器用于激光划线。
此外，所使用的激光器可以是连续波激光器或脉冲激光器。
调整TCO层和激光能量上的激光光斑以便完全去除TCO层并避免熔化CIS吸收体层。优选地，TCO层上的激光光斑具有在15μm与100μm之间的尺寸或在其之间改变。还向必须要处理的电极材料调整施加于TCO层的激光脉冲的脉冲能量。对于ZnO:Al层而言，脉冲能量优选地大于50μJ且低于200μJ。
在光伏元件在钝化过程中固定不同的情况下，化学蚀刻和激光蚀刻优选地也是固定不动的。可替换地，在使用卷到卷光伏元件的情况下，在钝化过程期间停止光伏元件的运动。
在另一替换实施方式中，卷到卷光伏元件在钝化过程期间也移动。然而，这意味着用于化学或激光蚀刻的钝化装置必须在钝化过程期间用与光伏元件相同的速度来移动。对于例如通过移印或喷印执行的化学蚀刻而言，这将意味着蚀刻单元的运动与卷到卷光伏元件的运动相关。
对于激光蚀刻而言，其中激光光斑在卷到卷光伏元件上划出凹槽，这将意味着激光光斑的运动也必须与卷到卷光伏元件的移动相协调。这在图12a中示出，图12a示出在卷到卷光伏元件的一侧或两侧已在先前的边缘钝化步骤中被钝化的情况下的激光头或激光光斑在固定参考系中的移动。在这种情况下，激光光斑将在光伏元件的边缘钝化侧处开始，并随着卷光伏元件的行进方向从光伏元件的一侧移动至另一光伏元件。在下一步骤中，激光光斑将沿着卷到卷光伏元件的行进方向的相对方向移动。为了使矩形闭合，激光光斑将通过另外遵循卷到卷光伏元件的行进方向来返回至边缘钝化侧。
图12b示意性地示出光伏元件的顶部电极上的激光光斑的所得到的轨迹。
从光伏元件的一侧上的已被钝化的边缘开始，将通过再次在光伏元件的已被钝化的边缘上结束来完成该矩形。这产生在被与其余正面电极电隔离的已确定的旁路位置周围的区域。因此，旁路被钝化。
在未通过边缘钝化来处理卷到卷光伏元件的一个或两个边缘的情况下，旁路的钝化将以激光光斑沿行进方向移动、以便使由激光光斑所画的矩形闭合而结束。
可替换地，可以沿着相反的方向来执行激光光斑的上述移动。
对于技术人员而言很清楚的是可以选择用于被钝化区域的任何形状，只要旁路周围的区域被与其余正面电极电气地断开连接即可。
图18是用于解释依照本发明的替换实施例的用于对光伏元件中的缺陷进行钝化的方法的流程图。该方法包括确定光伏元件中的旁路的位置的步骤1820和将光伏元件定位在所确定的位置的步骤1840。此外，其包括通过蚀刻来去除所确定的旁路位置处的区域中的TCO层、从而保证在去除TCO层之后旁路不具有到正面电极的电接触的步骤1860。
3. 隔离和组装
图13是依照本发明的一个实施例的具有已钝化旁路的光伏元件的示意图。优选地，光伏元件1100是从顶视图示出的卷到卷光伏元件。因此，可以看到正面电极1120以及沿着光伏元件的侧边缘延伸的凹槽1390。通过激光蚀刻或通过化学蚀刻来制作光伏元件的侧边缘处的凹槽1390。例如，如图11a和b所示，这些凹槽将光伏元件的上侧上的TCO层与光伏元件的侧面处的TCO层分离。这些凹槽防止从顶部电极到背面电极的短路。此外，在图13中示出了将所检测的旁路钝化的附加凹槽1370。如在图13中可以看到的，作为相对于图12a和图12b所述的钝化的替换，已经通过激光蚀刻或化学蚀刻在所确定的旁路位置周围形成完整的矩形。
另外，沿着光伏元件的一个边缘，提供一窄条的电隔离材料。优选地，此条从光伏元件的一个边缘延伸而遍布紧挨着该边缘放置的凹槽。此条电隔离材料的宽度可以在几百μm和2 mm之间变化。该条可以具有均匀的宽度，或者该宽度可以根据其在卷到卷光伏元件上的位置而变。优选地，电隔离材料是树脂，然而，可以使用其它电隔离材料，诸如纳米的绝缘玻璃层。条的厚度取决于所使用的材料，但是优选地在500nm至几十μm范围内变化。优选地通过移印或喷印来施加这些材料。然而，可以在光伏元件上以其它方式来施加这些材料。
条1330是用于为光伏元件被机械连接到另一光伏元件的情况提供电隔离。
此外，图13示出由电隔离材料制成的另一结构1310，其位于鉴于所检测的旁路被电气地钝化的区域的一侧上。
图14a示出图13所示的光伏元件的示意性横截面图。如可以看到的，光伏元件另外提供用于至少部分地将光伏元件的下部电隔离的另一结构1430。因此，背面电极的一部分被电隔离。
图14b在横截面图中示出图14a所示的两个相连的光伏元件。两个光伏元件被组装成光伏模块。鉴于隔离结构1490和1430，防止了上和下光伏元件之间的未限定电接触。通过优选地是导电胶的导电结构1450来提供限定电接触。这样，确立了上光伏元件的背面电极被以限定的方式与下光伏元件的顶部电极相连。
用于机械地和电气地连接两个光伏元件的上述方式不仅被用于连接两个、而且用于连接任意数目的光伏元件。
图15a示出如图13所示的光伏元件的示意性横截面，其中，横截面在已钝化旁路的区域中。其示出将由TCO层制成的正面电极与光伏元件的边缘处的其余TCO层电隔离的凹槽1390。此外，示出了背面电极1160和用于将正面电极的一部分与背面电极电隔离的结构1490和1430。如图13所示，在至少在已钝化区域的一部分上的光伏元件的顶侧上施加附加隔离1410。此附加隔离结构在图15a中用附图标记1530示出。作为附加隔离结构1530的替换，隔离结构1330具有至少覆盖在已钝化区域的一部分上的较宽宽度。
如图15b所示，两个光伏元件被以已在图14b中解释的方式连接。图15b和14b之间的差别是图15b示出已钝化旁路的区域中的两个相连光伏元件的横截面图。如从图15b可以看到的，用胶1450将两个光伏元件连接，以便将上光伏元件的背面电极机械地与下光伏元件的正面电极相连。然而，为了避免与已钝化旁路区域的电接触，在已钝化旁路的区域中提供的附加隔离结构1530防止胶1450还将钝化旁路区域电连接到另一光伏元件的背面电极。这样，避免了通过组装两个光伏元件将在所检测的旁路的区域中断开连接的正面电极重新连接。
图16示出均由依照本发明的实施例的六个光伏元件构成的两个所谓的串。对于两个串而言，第一光伏元件和最后一个光伏元件比其它四个光伏元件长。第一光伏元件在串的一侧上延伸且最后一个光伏元件在串的另一侧上延伸。第一光伏元件在一侧上延伸以便被正面电极上的汇流条与另一串的第一光伏元件互连。此串的最后一个光伏元件在另一侧上延伸以便被背面电极上的另一汇流条与另一串的最后一个光伏元件互连。
可替换地，串不仅由六个光伏元件构成，而且由期望的任何数目的光伏元件构成。此外，最后一个电极被可替换地在正面电极上互连且第一电极被可替换地在背面电极上互连。另外，不仅可以将两个串互连，而且可以将任何期望数目的串互连。
由于六个光伏元件中的第一个或最后一个仅被用于连接正面或背面电极，所以只有五个光伏元件是有功的，即对所产生的电流有贡献。在连接了N个光伏元件的情况下，只有N-1个光伏元件是有功的。
在这种情况下，第一光伏元件在一侧上延伸以便被背面电极上的汇流条与另一串的第一光伏元件的背面电极互连。此串的最后一个光伏元件在另一侧上延伸以便被背面电极上的另一汇流条与另一串的最后一个光伏元件的背面电极互连。
可替换地，第一光伏元件在一侧上延伸以便被正面电极上的汇流条与另一串的第一光伏元件的正面电极互连。此串的最后一个光伏元件在另一侧上延伸以便被正面电极上的另一汇流条与另一串的最后一个光伏元件的正面电极互连。
此外，图16示出特定标记1620、1640、1660、1680和1690。这些标记是由切割卷到卷光伏元件并将各片光伏元件分离而得到的。为了在产生串所需的期望位置处切割卷到卷光伏元件，在卷到卷光伏元件的电极中的一个上产生所谓的切割标记。优选地，在优选地为TCO层的光伏元件的正面电极上产生切割标记。
将卷到卷光伏元件切割成单独的光伏元件引起光伏元件的结构、即TCO层、CIS吸收体和背面电极被以一种方式损坏，使得在TCO层与背面电极之间可能产生短路。
根据本发明的一个实施例的切割标记被以一种方式应用于TCO层，使得其不仅示出并标记用于切割卷到卷光伏元件的位置，而且将光伏元件的切割侧与正面电极的其余部分电气地断开连接。这以与边缘钝化和/或旁路钝化相同的方式来执行。
优选地，用于指示必须在哪里切割卷到卷光伏元件的切割标记具有与用于钝化所检测的旁路的结构类似的形状。优选地，用于钝化所检测的旁路和用于切割卷到卷光伏元件的标记/结构在其宽度方面不同。这意味着例如矩形形式是用于钝化所检测的旁路并用于指示必须在哪里切割卷到卷光伏元件。然而，所使用的矩形形式的宽度依照要使用的其它功能而不同。例如，用于钝化所检测的旁路的矩形具有第一指定宽度且用于指示切割标记的矩形具有与用于钝化旁路的矩形不同的第二指定宽度。
此外，由于串的第一和最后一个光伏元件优选地长于串中的其它光伏元件，所以用于串中的第一和最后一个光伏元件的切割标记可以在宽度方面与用于串中的第二及其它光伏元件的切割标记不同。
这样，可以自动地检测是否存在钝化旁路的区域、用于串的第一、第二、随后的和最后一个光伏元件的切割标记。
可以通过用于检测旁路的上述方法来执行相应标记的检测。如例如图9所示，可以用分析正面电极与背面电极之间的电势的上述方式来检测光伏元件的正面电极上的不同结构。由于这种方法提供空间分辨率，所以其可以在用于已钝化旁路的结构的不同宽度或用于切割光伏元件的相应标记之间进行区别。
因此，用于检测旁路的上述方法也可以用于检测用于切割光伏元件的电池标记或用于切割串的第一或最后一个光伏元件的串标记。电池标记和串标记可以在可由用于检测旁路的上述方法检测的宽度或形状方面相互不同。举例来说，可以将电池标记和串标记形成为具有不同宽度的矩形。其还可以用具有相互不同的距离的双线或三线来表示。
还可以使用另外的光学方法来检测电池标记。这些方法可以测量标记的线的距离和/或数目。光学传感器或照相机系统将可用于检测电池标记。
在图16中示出了上述切割标记。附图标记1620示出用于串的第一光伏元件的切割标记的第二半。附图标记1640示出用于后续光伏元件的切割标记的第一半且附图标记1660示出用于后续光伏元件的切割标记的第二半。附图标记1680示出用于最后一个光伏元件的切割标记的第一半，该切割标记在图16所示的实施例中也是下一个串的第一元件的切割标记。附图标记1690是前一串的最后一个光伏元件的切割标记的第二半。
为了避免串中的两个后续光伏元件的电极之间的短路，向用于已钝化旁路区域的如图13所示的光伏元件的正面施加类似的隔离结构。通过使用与图13的1310或图15a和b中的1530类似的结构，避免了光伏元件的切割侧处的正面电极与背面电极之间的短路也使后续光伏元件短路。因此，被电隔离的切割标记示出用于已钝化旁路的如图15a和15b所示的类似结构。
用于检测并钝化光伏元件上的旁路的上述方式和用于连接这些光伏元件的方式为制造和组装这些光伏元件提供了高度的自动化。此外，制造光伏模块的上述方式提供了用于选择性地钝化所检测的旁路、以便增加所制造的光伏模块的效率的可能性。将光伏元件中所检测的旁路钝化并将光伏元件彼此互连的方式提供以几乎所有期望尺寸来制造光伏模块的可能性。这导致每平米很低的价格及形状和尺寸方面的灵活性。此外，这提供具有低材料消耗的高成本降低潜力和光伏模块的增加的效率。
虽然已参考本发明的某些优选实施例示出并描述了本发明，但本领域的技术人员应理解的是在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以对其进行形式和细节方面的各种修改。

Claims (18)

1.一种用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行定位的方法，包括以下步骤： 
(i) 照射光伏元件的具有至少最小尺寸的区域； 
(ii) 通过接触光伏元件的电极中的一个上的被照射区域内的至少一个特定测量位置处的被照射光伏元件的两个电极来测量至少一个光致电值；以及 
(iii) 基于所测量的至少一个光致电值和所述至少一个特定测量位置来确定光伏元件的缺陷的位置。
2.权利要求1的方法，其中，在步骤（ii）中，所述至少一个电值是通过光伏元件的电极中的一个上的至少一个测量接触测量的光致电值。
3.权利要求1或2的方法，其中，在步骤（ii）中，相对于所述至少一个测量接触移动光伏元件以便在不同的测量位置处测量多个光致电值。
4.权利要求1至3中的任一项的方法，其中，以高达15m/min的速度移动光伏元件，并至少每50μm确定光致电值。
5.权利要求1至4中的任一项的方法，其中，步骤（iii）还包括以下子步骤： 
(iiia) 基于所测量的至少一个光致电值和相应的至少一个特定测量位置来确定位置相关光致电值分布；以及 
(iiib) 确定所述位置相关光致电值分布的最小值或最大值，提供所确定的最小值或最大值的位置作为缺陷的位置。
6.权利要求5的方法，其中，通过确定第一测量光致电值和在第一测量光致电值前面的第二测量光致电值之间的差来计算所测量的光致电值的差分值。
7.权利要求6的方法，其中，相互间隔开的两个测量接触被用于测量光致电值，所测量的光致电值被与用于每个测量接触的特定测量位置相关地单独存储，基于多个测量的光致电值和用于每个测量接触的相应特定测量位置来单独地确定位置相关电压分布，并且基于所测量的光致电值的差分值和用于每个测量接触的相应特定测量位置来单独地确定每个位置相关电压分布的最小值或最大值。
8.权利要求7的方法，其中，通过确定第一测量光致电值和在第一测量光致电值前面的第二测量光致电值之间的差来针对每个测量接触单独地计算所测量的光致电值的差分值。
9.权利要求1至8中的任一项的方法，还包括以下步骤： 
(iv) 电气地钝化已被确定位置的缺陷。
10.权利要求9的方法，其中，步骤（iv）包括去除所确定的缺陷位置周围的区域中的电极中的至少一个。
11.权利要求9和10的方法，其中，电极中的一个是TCO层，并且其中，通过局部地通过化学蚀刻或通过激光蚀刻来去除TCO层来执行所确定的缺陷的钝化。
12.权利要求11的方法，通过激光蚀刻在每个所确定的缺陷周围画具有特定宽度的线，其中，沿着该线，去除TCO层，从而保证在钝化步骤之后，与已被确定位置的缺陷电接触的TCO层不具有至被用作电极的其余TCO层的电接触。
13.权利要求1至12中的任一项的方法，其中，所述光伏元件是卷到卷薄膜太阳能电池。
14. 一种用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行钝化的方法，包括以下步骤： 
(i) 照射光伏元件的具有至少最小尺寸的区域； 
(ii) 基于光伏元件的电极之间的至少一个光致电值和光伏元件的电极中的一个上的被照射区域内的相应测量位置来确定缺陷的位置；以及 
(iii) 通过蚀刻来去除所确定的缺陷位置处的区域中的电极中的至少一个。
15.权利要求14的方法，还包括以下步骤： 
(iia) 将光伏元件定位于所确定的位置处， 
其中，所述电极中的至少一个是TCO层，所述缺陷是旁路且步骤（iii）包括通过蚀刻来去除所确定的旁路位置处的区域中的TCO层，从而保证在去除TCO层之后旁路不具有到正面电极的电接触。
16.一种用于对光伏元件中的引起漏电流的缺陷进行定位的系统，包括：
照明装置，其用于照射光伏元件的具有至少最小尺寸的区域；
测量装置，其用于测量光伏元件的电极中的一个上的被照射区域内的至少一个特定测量位置处的光伏元件的电极之间的至少一个光致电值；以及 
确定装置，其用于基于所测量的至少一个光致电值和所述至少一个特定测量位置来确定缺陷的位置。
17.权利要求16的系统，其中，所述测量装置包括用于测量光伏元件的电极中的一个上的至少一个电值的至少一个测量接触，其中，所述电值是光致电值，并且其中，所述测量装置还适合于相对于所述至少一个测量接触来移动光伏元件以便在不同的测量位置处测量多个光致电值并与所述至少一个特定测量位置相关地存储所测量的至少一个光致电值。
18.权利要求16和17的系统，其中，所述确定装置还包括：
电压分布确定装置，其用于基于所测量的至少一个光致电值和相应的至少一个特定测量位置来确定针对电势的位置相关电压分布；以及
最小值确定装置，其用于确定所述位置相关电压分布的最小值或最大值并提供所确定的最小值或最大值的位置作为缺陷的位置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103545557A (zh) * 2012-07-16 2014-01-29 罗伯特·博世有限公司 用于制造储能器的方法和储能器
CN108198910A (zh) * 2018-01-16 2018-06-22 上海大族新能源科技有限公司 晶体硅太阳电池的漏电处理方法
CN108389966A (zh) * 2018-02-11 2018-08-10 苏州协鑫纳米科技有限公司 防止太阳能电池短路的方法和系统

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110220624A1 (en) * 2010-03-10 2011-09-15 Marketech International Corp. Method for use of a device for cutting the peripheral isolation lines of solar panels
EP2598900A1 (en) * 2010-07-30 2013-06-05 Dow Global Technologies LLC Thin film solar cell processing and testing method and equipment
JP5692750B2 (ja) * 2011-06-02 2015-04-01 株式会社明電舎 薄膜組成比検査方法及び製膜装置
US9698284B2 (en) * 2011-08-31 2017-07-04 Alta Devices, Inc. Individual finger isolation through spot application of a dielectric in an optoelectronic device
CN102832154B (zh) * 2012-09-21 2014-11-26 蚌埠玻璃工业设计研究院 一种检测和修复薄膜太阳能电池漏电缺陷的方法
US20140139249A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-22 Primestar Solar, Inc. Apparatus and a method for detecting defects within photovoltaic modules
US9018020B2 (en) * 2013-05-24 2015-04-28 The Boeing Company Shunt treatment in inverted and wafer bonded solar cells
JP5871141B2 (ja) * 2013-10-11 2016-03-01 横河電機株式会社 光電変換素子評価装置
FR3057113B1 (fr) * 2016-09-30 2018-12-07 Safran Aircraft Engines Procede de test d'une bougie d'allumage a semi-conducteur

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4640002A (en) * 1982-02-25 1987-02-03 The University Of Delaware Method and apparatus for increasing the durability and yield of thin film photovoltaic devices
WO2001026163A1 (en) * 1999-10-04 2001-04-12 Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland Apparatus for localizing production errors in a photovoltaic element
JP2004241449A (ja) * 2003-02-04 2004-08-26 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 太陽電池の性能評価装置および性能評価方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58158977A (ja) * 1982-02-25 1983-09-21 ユニバ−シテイ・オブ・デラウエア 薄膜太陽電池を製造する方法及び装置
US4729970A (en) * 1986-09-15 1988-03-08 Energy Conversion Devices, Inc. Conversion process for passivating short circuit current paths in semiconductor devices
WO2005101510A2 (en) * 2004-04-16 2005-10-27 The University Of Toledo Light-assisted electrochemical shunt passivation for photovoltaic devices
US20070227586A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-04 Kla-Tencor Technologies Corporation Detection and ablation of localized shunting defects in photovoltaics

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4640002A (en) * 1982-02-25 1987-02-03 The University Of Delaware Method and apparatus for increasing the durability and yield of thin film photovoltaic devices
WO2001026163A1 (en) * 1999-10-04 2001-04-12 Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland Apparatus for localizing production errors in a photovoltaic element
JP2004241449A (ja) * 2003-02-04 2004-08-26 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 太陽電池の性能評価装置および性能評価方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103545557A (zh) * 2012-07-16 2014-01-29 罗伯特·博世有限公司 用于制造储能器的方法和储能器
CN103545557B (zh) * 2012-07-16 2018-03-02 罗伯特·博世有限公司 用于制造储能器的方法和储能器
CN108198910A (zh) * 2018-01-16 2018-06-22 上海大族新能源科技有限公司 晶体硅太阳电池的漏电处理方法
CN108389966A (zh) * 2018-02-11 2018-08-10 苏州协鑫纳米科技有限公司 防止太阳能电池短路的方法和系统

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