CN103033517A - 太阳能电池的缺陷检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种考虑到从测定对象单元的电阻部分迂回流过的偏置电流、从而能够高精度地检测缺陷的太阳能电池的检测装置及检测方法。所述检测装置包括：对测定对象单元进行光照射的主光源(3)；对其他单元进行光照射的副光源(4)；将太阳能电池S的输出电流转换为电压的分流电阻(7)；对电压进行放大的放大器(8)；提取包含在该输出中的偏置电流的偏置电流提取电路(9)；从放大器的输出中减去偏置电流的偏置电流消除电路(10)；转换为数字数据的A/D转换器(12)；进行图像处理的图像处理装置(13)；以及进行图像显示的显示器(14)；其中，基于考虑了偏置电流的由测定对象单元产生的感生电流部分进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测太阳能电池缺陷的装置及方法。
背景技术
近年来，随着环境意识的提高，越来越多的太阳能电池流通到市场上。在此过程中，对太阳能电池本身性能的检测及在制造工序中确定并去除存在缺陷的太阳能电池显得尤为重要。
在如下所述的专利文件1公开了一种采用主光源部和副光源部两个光源的太阳能电池输出测定装置。在太阳能电池中，在串联连接有多个太阳能电池单元的情况下，整个装置的输出电流值变成与发电量最少的太阳能电池单元产生的电流值相同。因此，主光源部将光照射至太阳能电池的一部分测定对象单元的受光面，而副光源部以更高的照度将光照射至非测定对象单元的受光面，以在非测定对象单元中产生更高的电流值，从而可以对测定对象单元中的受光面的面内分布进行测定。
另外，在专利文件2中公开了一种采用电致发光法(Electroluminescence，以下称为EL)的检测装置。这是一种基于向太阳能电池施加正向电流会发光的特性来检测裂纹和缺口等缺陷的装置。
专利文件1：日本特开2010-238906号
专利文件2：日本特表2006-59615号
然而，在串联连接有太阳能电池单元的组件串及模块的测定中，在采用主光源部和副光源部两个光源进行输出测定的情况下，对由来自主光源部的光所照射的测定对象单元的发电电流和从测定对象单元的电阻部分(成分)迂回流过的非测定对象单元的发电电流进行合计测定。即，太阳能电池单元可以用均衡电路来表示，所述均衡电路具有串联连接的电流源和二极管、并联连接至所述电流源和二极管的电阻、以及进一步与所述电流源和二极管串联连接的电阻。因此，在如此串联连接有多个太阳能电池单元的情况下，在各个单元中，迂回的电流流入并联连接至电流源及二极管的电阻。例如，测定第一个太阳能电池单元时，所测定的电流值除了第一个单元的发电电流外，还加入了作为非测定对象的第二个及之后的单元产生的电流流过第一个单元中并联连接的电阻的值。以下，将所述迂回的电流称为偏置电流。
构成组件串和模块的每个单元由于在单元制造时的品质不同因而其内部的电阻值也各不相同。因此，通过副光源部的光的照射，流过每个太阳能电池单元的偏置电流各不相同，从而无法得到正确的检测结果。
尤其，在偏置电流很大时，检测结果的显示图像中缺陷单元的图像由于超过测定系统的输入范围，因此图像超过图像数据的处理上限且亮度过高，且发白闪烁。
偏置电流比主光源部的发电电流大，如果将其直接形成图像，则会输出以下错误的结果：在多个单元中，例如在测定电阻部分小的第一个单元的情况下，测出仅该第一个单元的发电量非常大。
另外，根据组件串和模块内的太阳能电池的电阻部分的不同状况，可能将不良部分判断为良好部分，或将良好部分判断为不良部分。因此，在采用两个光源的缺陷检测装置中，必须检测偏置电流并从合计的电流值减去该偏置电流的值。但对比文件1中完全没有记载这一点。
此外，在EL法中，存在以下问题：在用于检查多晶型太阳能电池单元的情况下，在正向电流流过时，会受到多晶型太阳能电池中存在的发电的晶界部和不发电的晶界部的影响，从而难以根据多晶型太阳能电池单元的晶界图案和缺陷之间的图像进行判别。
发明内容
鉴于以上情况，本发明的目的在于提供一种可高精度判定缺陷的太阳能电池的缺陷检测装置及检测方法。
本发明提供一种太阳能电池的缺陷检测装置，用于检测串联连接有多个单元的太阳能电池的缺陷，所述装置包括：
主光源，对所述单元中的测定对象单元进行光照射；
副光源，对所述单元中的非测定对象单元进行光照射；
光源控制电路，分别控制所述主光源及所述副光源的照度，以使得所述副光源的照度高于所述主光源的照度；
电流电压转换器，被供以所述太阳能电池输出的电流，将所述电流转换为电压并输出；
放大器，被供以所述电流电压转换器输出的电压，将所述电压放大并输出；
偏置电流提取电路，提取所述放大器的输出中所包含的偏置电流，并输出；
偏置电流消除电路，从所述放大器的所述输出中减去由所述偏置电流提取电路提取的所述偏置电流，并输出；
A/D转换器，将所述偏置电流消除电路的输出转换为数字数据，并输出；
图像处理装置，对所述A/D转换器输出的数字数据进行图像处理，并输出图像数据；
显示器，被供以所述图像处理装置所输出的所述图像数据，进行图像显示；
其中，基于考虑了所述偏置电流的由测定对象单元产生的感生电流(起電流)成分进行检测。
本发明进一步提供一种太阳能电池的缺陷检测方法，用于检测串联连接有多个单元的太阳能电池的缺陷，所述方法包括：
由主光源以第一照度对所述单元中的测定对象单元进行光照射；
由副光源以高于所述第一照度的第二照度对所述单元中的非测定对象单元进行光照射；
由偏置电流提取电路提取所述太阳能电池所输出的电流中所包含的偏置电流；
由偏置电流消除电路从所述太阳能电池所输出的电流中消除所述偏置电流；
使用所述偏置电流消除电路的输出来进行图像处理并在显示器上显示；
由此，基于考虑了所述偏置电流的由测定对象单元产生的感生电流成分进行检测。
根据本发明太阳能电池的缺陷检测装置及检测方法，采用主光源部及副光源部两个光源，可对去除了偏置电流的正确的发电电流进行测定，其结果是也可适当地对缺陷的图像进行图像显示。另外，根据本发明，即使在采用多晶型太阳能电池作为太阳能电池的情况下，由于不受晶界的影响，图像化时不会出现晶界图案，可以仅对裂纹等的缺陷部位进行定位。
附图说明
图1是表示根据本发明实施方式的太阳能电池的缺陷检测装置的整体结构的立体图；
图2是表示同一缺陷检测装置中偏置电流提取电路的结构的一个例子的电路图；
图3是表示具有如图2所示的结构的偏置电流提取电路中各个部分的电压波形的图表；
图4是表示同一缺陷检测装置中偏置电流提取电路的结构的其他例子的电路图；
图5是表示在同一偏置电流提取电路中提取偏置电流的时间的时序图；
图6是表示在同一缺陷装置中采用发电电流的测定值进行图像化的方法的说明图；
图7是表示在同一缺陷检测装置中消除偏置电流前的检出电流的图表；
图8是表示在同一缺陷检测装置中消除偏置电流前的检测图像的说明图；
图9是表示在同一缺陷检测装置中消除偏置电流后的检出电流的图表；
图10是表示在同一缺陷检测装置中消除偏置电流后的检测图像的说明图。
附图标记说明
1 载置台
2 检测探针
3 主光源
4 副光源
5 光源控制电路
6 移动装置
7 分流电阻
8 放大器
9 偏置电流提取电路
10 偏置电流消除电路
11 静音电路
12、31 A/D转换器
13 图像处理装置
14 显示器
21 低通滤波器
22 减法电路
23 包络线检波电路
24 加法电路
25 采样保持电路
26、33 定时信号产生电路
32 微型计算机
34 D/A转换器
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1表示根据本发明实施方式的太阳能电池的缺陷检测装置的整体结构。
该缺陷检测装置具备载置台1、检测探针2、主光源3、副光源4、光源控制电路5、移动装置6、分流电阻7、放大器8、偏置电流提取电路9、偏置电流消除电路10、静音电路11、模数(以下称为“A/D”)转换器12、图像处理装置13及显示器14。
载置台1载置有太阳能电池S，且载置台1设于缺陷检测装置的上部，这里作为测定对象的太阳能电池S朝下载置有受光面。值得注意的是，这里的太阳能电池是指串联连接有多个太阳能电池单元的组件串及连接组件串的模块。载置台1优选为由玻璃等具有透明性的材料组成。
对应于所载置的太阳能电池S的两端突出的每一个引脚，连接设于载置台1的两个端部的检测探针2。在这个状态下，配置于载置台1的下面的主光源3对作为测定对象的太阳能电池单元进行光照射。其中，主光源3通过移动装置6可以在太阳能电池S的长度方向上移动。主光源3的初始位置是作为第一个检测对象的太阳能电池S的第一个单元的正下方。值得注意的是，在本实施方式中，主光源3采用激光光源。
多个副光源4对太阳能电池S中的剩余的所有单元，即所有非测定对象单元进行光照射。此时，由光源控制电路5进行控制，以使得副光源4的光的辐射照度高于主光源3的光的辐射照度。
从检测探针处提取测定对象单元产生的电流，并由放大器8将分流电阻7两端产生的电压放大，从而将检测出的电流转换为电压。值得注意的是，对分流电阻7不作限定，只要是将电流转化为电压的电流电压转换器即可。
放大的电压值Va+Vb被提供给偏置电流提取电路9，从而将偏置电压值Vb提取出来。所述偏置电压值Vb对应于通过副光源4的光的照射所产生的偏置电流成分。值得注意的是，Va设为通过测定对象单元中光电动势所产生的电压。
偏置电流消除电路10由差动放大器构成，被供以由放大器8所输出的电压Va+Vb和由偏置电流提取电路9提取的偏置电压Vb，将从电压Va+Vb减去偏置电压Vb所得到的值放大并输出。偏置电流消除电路10的输出被提供给静音电路11。
静音电路11对偏置电流消除电路10在消除偏置电流成分时产生的暂态信号的干扰进行消音，以使得不会在后文的显示器14的图像中显示。虽然该静音电路11期望被设计为使得图像不受暂态信号的干扰的影响，但是只要根据所期望的图像品质等进行设计即可，该静音电路11并非必不可少的部件。
静音电路11的输出由A/D转换器12转换为数字数据，并在图像处理装置13中进行图像处理，并显示在显示器14中。
由此，从测定对象的第一个太阳能电池单元的输出中消除偏置电流并仅提取发电电流，并显示在显示器14中。
在完成对测定对象的第一个太阳能电池单元的测定之后，测定对象单元向第二个太阳能电池单元移动。因此，主光源3通过移动装置5向第二个太阳能电池单元的下部移动，并对第二个太阳能电池单元进行光照射。此时，副光源4的照射对象由光源控制电路5向除作为新的测定对象单元的第二个太阳能电池单元以外的所有非测定对象单元进行切换。在之后的工序中，与测定的第一个单元的程序相同。
经过这样的程序，在太阳能电池S的所有单元的测定都完成之前，重复上述太阳能电池单元的输出电流的测定、偏置电流的消除和图像化处理，并测定各个单元的每一个发电电流从而用作图像数据进行显示。
图2是表示偏置电流提取电路9的电路结构的一个例子。在该结构中，采用模拟电路方式，并且该结构具有低通滤波器21、减法电路22、包络线检波电路23、加法电路24、采样保持电路25、定时信号产生电路26。
用图3来说明该偏置电流提取电路9的操作，其中图3示出了该图2中各个电路要素输出的电压V1-V6的波形。
由如图1所示的放大器8放大并输出的电压V1(＝Va+Vb)，具有包含如图3(a)所示的高频成分的波形。
该电压V1输入至低通滤波器21并进行积分，去除高频成分，作为如图3(a)所示的电压V2而被输出。
该电压V2和放大器8所输出的电压V1被输入至减法电路22，从电压V1中减去电压V2。由此，可以提取含有包含在电压V1中的高频成分的电压V3，所述高频成分具有发电电流所对应的图3(b)所示的波形。其中，该电压V3中含有波纹(Ripple)。
该电压V3被提供给电压包络检波电路23，通过对电压V3的底部进行检波，从而得到具有如图3(b)所示的波形的电压V4。
该电压V4和低通滤波器21所输出的电压V2被输入至加法电路24并进行相加，得到如图3(c)所示的对应于偏置电流成分的电压V5。
然而，该电压V5中残留有在包络线检波电路23中产生的波纹。因此，在采用保持电路25中，使用采样信号(所述采样信号表示由定时信号产生电路26产生的规定时间(タイミング))，来进行采样并保持以使得偏置电流形成为固定值。由此，可以得到图3(d)所示的对应于偏置电流的电压V6。值得注意的是，减法电路22及加法电路24可以由运算放大器或晶体管等构成。
图4表示偏置电流提取电路9的电路结构的其他例子。在该结构中，在使用微型计算机并采用数字电路方式的例子中，相应地具有A/D转换器31、微型计算机32、定时信号产生电路33、D/A转换器34。
在使用该偏置电流提取电路9的情况下，在开始检测使用了主光源3的太阳能电池S之前，预先仅以副光源4的光对测定对象单元以外的太阳能电池S的整体进行照射。即，成为不仅只对测定对象的第一个单元进行照射、还可以对第一个单元以外的太阳能电池S的整体进行照射的状态，并在这种状态下测定偏置电流值。
然后，以副光源4对测定对象的第二个单元以外的太阳能电池S的整体进行光照射，并测定偏置电流值。按照这个程序，对副光源4的非照射对象进行切换，在完成所有单元的偏置电流值的测定的同时，通过A/D转换器31将测定的模拟形态的偏置电流值转换为数字数据，并将定时信号产生电路33所产生的时间中的数据预先保存在微型计算机32中。当从微型计算机32中读取时，由D/A转换器34将该数据转换为模拟形态的偏置电流值后被输出。
之后，开始检测太阳能电池S。伴随用于照射测定对象单元的主光源3的移动，切换副光源4的照射对象。每切换一次，读取微型计算机32中保存的数据，并由偏置电流消除电路10从测定值中减去偏置电流值，从而可以仅求取测定对象单元的发电电流。
图5表示提取偏置电流成分的时间。这里采用LED1～LED5用作副光源4。
当测定对象单元为第一个单元时，熄灭位于第一个单元正下方的LED1，并点亮对应于其他所有单元的LED2-LED5。
然后，在开始测量作为测定对象单元的第二个单元之前点亮LED1，但熄灭LED2，并保持其他的LED3-LED5处于点亮状态。该点亮、熄灭的切换时间例如可以是以下任意一种：可以基于相邻单元的边界线确定，或与主光源3向下一个测定对象单元移动的时间同步等。
基于相邻单元的边界线，在对LED1-LED5进行点亮、熄灭切换的情况下，使用红外线传感器、激光传感器等来检测所述单元的边界线。值得注意的是，在输出来自激光传感器等或传感器的光的情况下，期望该输出相比于检测用主光源3的输出要足够小。
同样，在开始测量作为测定对象的第三个单元之前点亮LED2，但熄灭LED3，并保持其他LED1、LED4-LED5处于点亮状态。在开始测量作为测定对象的第四个单元之前点亮LED3，但熄灭LED4，并保持其他LED1-LED2、LED5处于点亮状态。在开始测量作为测定对象的第五个单元之前点亮LED4，但熄灭LED5，并保持其他LED1-LED3、LED5处于点亮状态。
通过经过这样的程序，输出第一至第五个单元各自的偏置电流Ib1-Ib5，获得对应于规定时间的偏置电流值。
参照图6对用太阳能电池S产生的光伏电流进行图像显示的方法进行说明。
如图6(a)所示，在垂直于两端突出的引脚的方向上用主光源3的激光，如图所示从左向右对表面存在缺陷(裂纹)的太阳能电池单元进行扫描。由此得到的发电电流I1、I2...、In(n是大于等于2的整数)包含各自扫描线上的缺陷位置所对应的电流成分。
通过以时间顺序连接该发电电流I1、I2、...、In的电流值，从而可以由示波器等显示如图6(b)所示的波形。并且，通过对该发电电流I1、I2、...、In施行图像处理，从而可以如图6(c)所示对图像进行显示并对缺陷进行定位。
图7表示对应于消除偏置电流之前的测定电流值的图像。该测定电流值对应于在如图1所示的分流电阻7的两端所产生的电压，这是将测定对象单元产生的感生电流与偏置电流进行合计的电流。
这里，太阳能电池单元是串联连接有三个单元的组件串。由此可知由于各个单元具有不同的电阻，因此偏置电流也各不相同。
图8表示消除偏置电流之前的组件串的检测图像。在图中，设左侧的太阳能电池单元为单元1，中央的单元为单元2，右侧的单元为单元3，则单元2、单元3超过了测定系统的输入范围，由于超过图像数据的处理上限而无法进行图像化处理，因此得不到图像数据。
图9表示对应于消除偏置电流之后的测定电流值的图像。由此可知从位于左侧的第一个单元1中可以得到以0V为基准的发电电流的测定值。
图10表示在消除偏置电流之后的组件串的检测图像。由此可知在所有单元1-3中，不会受到偏置电流的影响，得到可由检查人员目测的、显示缺陷(裂纹)的图像数据。
在检测太阳能电池产生的光伏电流并检测缺陷部位的方式中，由于基于测定对象单元的发电电流对缺陷部位正确地进行图像化，因此，需要检测并消除包含在测定电流中的偏置电流。根据本实施方式，如上所述，通过仅对感生电流进行测定，从而可以避免由于EL法等的结晶图形被显示为阴影部而难以对缺陷部位进行定位的现象。
上述实施方式是一个任意例子，可以在本发明的技术范围内进行各种变形。
Claims (4)
1.一种太阳能电池的缺陷检测装置，用于检测串联连接有多个单元的太阳能电池的缺陷，其特征在于，所述装置包括：
主光源，对所述单元中的测定对象单元进行光照射；
副光源，对所述单元中的非测定对象单元进行光照射；
光源控制电路，分别控制所述主光源及所述副光源的照度，以使得所述副光源的照度高于所述主光源的照度；
电流电压转换器，被供以所述太阳能电池输出的电流，将所述电流转换为电压并输出；
放大器，被供以所述电流电压转换器输出的电压，将所述电压放大并输出；
偏置电流提取电路，提取所述放大器的输出中所包含的偏置电流，并输出；
偏置电流消除电路，从所述放大器的所述输出中减去由所述偏置电流提取电路提取的所述偏置电流，并输出；
A/D转换器，将所述偏置电流消除电路的输出转换为数字数据，并输出；
图像处理装置，对所述A/D转换器输出的数字数据进行图像处理，并输出图像数据；
显示器，被供以所述图像处理装置所输出的所述图像数据，进行图像显示，
基于考虑了所述偏置电流的由测定对象单元产生的感生电流成分进行检测。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的缺陷检测装置，其特征在于，所述偏置电流提取电路包括：
低通滤波器，被供以作为第一电压的所述放大器的输出，输出去除了高频成分的第二电压；
减法电路，被供以所述第一电压和所述第二电压，输出第三电压，所述第三电压为所述第一电压减去所述第二电压的差并且所述第三电压包含所述高频成分；
电压包络线检波电路，被供以所述第三电压，输出对所述第三电压的底部进行检波的第四电压；
加法电路，被供以所述第二电压和所述第四电压，输出将所述第二电压和所述第四电压相加的第五电压；
采样保持电路，被供以所述第五电压，将在规定的时间采样保持的第六电压作为所述偏置电流进行输出；
移动装置，使所述主光源在所述太阳能电池的长度方向上移动，
在所述主光源通过所述移动装置向测定对象单元移动的时刻所对应的时间、或者在串联连接的单元的接缝所对应的时间，求出流入所述测定对象单元的所述偏置电流。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的缺陷检测装置，其特征在于，所述偏置电流提取电路包括：
A/D转换器，被供以所述放大器的输出，将所述放大器的输出转化为数字信号，并输出；
微型计算机，在规定的时间将所述A/D转换器的输出作为偏置电流测定数据进行保存；
D/A转换器，将保存在所述微型计算机中的所述偏置电流测定数据转换为模拟信号并作为所述偏置电流进行输出；
移动装置，使所述主光源在所述太阳能电池的长度方向上移动，
在开始检测之前，测定各个单元的各个偏置电流，并作为所述偏置电流测定数据保存在所述微型计算机中；
在所述主光源通过所述移动装置向测定对象单元移动的时刻所对应的时间、或者在串联连接的单元的接缝所对应的时间，输出所述微型计算机保存的所述偏置电流测定数据，所述D/A转换器输出所述偏置电流。
4.一种太阳能电池的缺陷检测方法，用于检测串联连接有所述多个单元的太阳能电池的缺陷，其特征在于，所述方法包括：
由主光源以第一照度对所述单元中的测定对象单元进行光照射；
由副光源以高于所述第一照度的第二照度对所述单元中的非测定对象单元进行光照射；
由偏置电流提取电路提取所述太阳能电池所输出的电流中所包含的偏置电流；
由偏置电流消除电路从所述太阳能电池所输出的电流中消除所述偏置电流；
使用所述偏置电流消除电路的输出来进行图像处理并在显示器上显示；
由此，基于考虑了所述偏置电流的由测定对象单元产生的感生电流成分进行检测。
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