CN103597341A - 太阳能电池单元测试装置和方法 - Google Patents
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Abstract
太阳能电池单元测试装置(200)包含用于将光能引导至待测太阳能电池单元(204)上的照明器(202)。该太阳能电池单元测试装置还包含用于将多个滤光器中的不同滤光器选择性地放置在照明器和待测太阳能电池单元之间的光路中从而进行测量性能和检测太阳能电池单元中的任何缺陷中的至少一项的器件(214)。多个滤光器包括第一组滤光器(216a)和第二组滤光器(216b)。第一组滤光器中的每个滤光器适于将来自照明器的预定百分比的光能强度传送至待测太阳能电池单元上。第二组滤光器适于在不同的光谱下测试太阳能电池单元。
Description
技术领域
本发明涉及用于将光能转化为电力的太阳能电池单元,并且特别涉及太阳能电池单元测试装置和测试方法。
背景技术
目前,存在很多开发替换形式的产生能量或可再生能量源的倡议。用于发电的可再生能量或能量源的一种形式是光伏或者利用光源(例如太阳)来发电。太阳能电池单元是光伏器件,其将光能或光子转化为电力。各太阳能电池单元或聚光太阳能电池模块的量产需要光学测试来检测太阳能电池单元或聚光太阳能电池模块中的缺陷并测量太阳能电池单元的性能。光学测试一般需要利用高强度光源照明太阳能电池单元。然而,现有的测试一般是在各种分离的测试台上以及在低能量水平下进行的。此外,目前的测试装置和程序效率很低,使得其很难测试100%的太阳能电池单元或聚光太阳能电池模块。
因此,需要更有效和可靠的装置和方法来测试太阳能电池单元。
发明内容
根据一个实施例,太阳能电池单元测试装置可以包含用于将光能引导至待测太阳能电池单元上的照明器。太阳能电池单元测试装置还可以包含用于选择性地将多个滤光器的不同滤光器放置在照明器和待测太阳能电池单元之间的光路中从而进行测量性能和检测太阳能电池单元中的任何缺陷中的至少一项的器件。多个滤光器可以包括第一组滤光器和第二组滤光器。第一组滤光器中的每个滤光器适于将来自照明器的预定百分比的光能强度传送至待测太阳能电池单元上。第二组滤光器中的每个滤光器适于在不同的光谱下测试太阳能电池单元。
根据另一实施例,太阳能电池单元测试装置可以包含照明器和用于选择性地将多个滤光器中的不同滤光器放置在照明器和待测太阳能电池单元之间的光路中的器件。太阳能电池单元测试装置还可以包含分束器。分束器可以将来自多个滤光器中的选定滤光器的预定的一部分光引导至太阳能电池单元上,从而进行测量性能和检测太阳能电池单元中的任何缺陷中的至少一项。分束器还可以将预定的另一部分光能引导至一装置,用于测试来自多个滤光器中被放置在照明器和太阳能电池单元之间的光路中的选定滤光器的光的特性。
根据另一实施例,用于测试太阳能电池单元的方法可以包括用多个滤光器中的每个滤光器过滤引导至太阳能电池单元上的光,从而进行测量性能和检测太阳能电池单元中的任何缺陷中的至少一项。该方法还可以包括对光进行分离,从而将预定的一部分过滤后的光引导至太阳能电池单元上,并且将预定的另一部分光引导至用于测量来自多个滤光器的每个滤光器的光的特性的装置上。
对本发明的普通技术人员来说,在结合附图阅读下列本发明的非限制性的详细描述后,本发明的其它方面和特征(如由权利要求唯一限定的)将变得明显。
附图说明
以下实施例的详细描述引用附图,其示出本发明的具体实施例。具有不同结构和操作的其它实施例不脱离本发明的范围。
图1是用于将光能转化为电能或电力的现有技术多结太阳能电池单元或光伏电池单元的示例。
图2是根据本发明的实施例的太阳能电池单元测试装置的示例的示意图。
图3是根据本发明的实施例的太阳能电池测试装置的多滤光器机构的示例。
图4A和图4B(统称为图4)是根据本发明的实施例的用于测试太阳能电池单元的方法的示例的流程图。
图5是根据本发明的实施例的太阳能电池单元的电流-电压(I-V)曲线的示例。
图6是根据本发明的实施例的用于测试太阳能电池单元的多滤光器机构的不同位置的表格的示例。
具体实施方式
下列实施例的详细描述引用附图,其说明本发明的具体实施例。具有不同结构和操作的其它实施例不脱离本发明的范围。相同的参考数字可以指代不同附图中的同一元件或组件。
如这里所用的,太阳能电池单元可以是单结太阳能电池单元或多结太阳能电池单元。将对太阳能电池单元进行简要的描述以帮助理解本发明。太阳能电池单元是被设计来在其被暴露于电磁辐射(例如光,特别是太阳产生的光)时产生电力的半导体器件。太阳能电池单元可以包括形成p-n结的p型半导体材料层和n型半导体材料层。太阳能电池单元也可以是包含形成多个p-n结的多个p和n型半导体材料层的多结太阳能电池单元。图1示出多结太阳能电池单元100的示例。
光进入半导体材料,通过n层或n区,并由于光电效应而在材料中产生电子-空穴对(EHP)。可以将n区设计得很薄,而与n区相比,形成在n区和p区之间的耗尽区或区域可以很厚。如果在耗尽区产生EHP,则其形成的电场使电子和空穴漂移开。结果得到流过该器件的电流,其被称为光电流。如果在n区或p区中产生EHP,则电子和空穴会沿随机方向漂移,并且可能成为或不成为光电流的一部分。
在单层太阳能电池单元中,入射光的许多能量可能不会被转化为电。如果入射光子的能量低于半导体材料的带隙或低于将电子从材料的导带激发至材料的价带所需的能量,则该光子不能被吸收,因为没有足够的能量将电子从导带激发至价带。因此,太阳能电池单元不能将能量低于带隙的光转化为电能。如果入射光子的能量高于半导体材料的带隙,则多余的能量将被转化为热量,因为电子只能吸收移动到价带所需的精确量的能量。
多结太阳能电池单元可以更好地利用太阳光谱,因为其具有不同带隙的多个半导体层,不同带隙适于吸收光谱的不同部分或吸收具有不同光子能级的光的不同波长。多结太阳能电池单元的每一层均可以由吸收光谱的不同部分或光的波长的不同范围的不同类型的半导体材料或半导体材料掺杂构成。图1示出多结太阳能电池单元100的示例。多结太阳能电池单元的一种形式是图1中所示的3层太阳能电池单元或三结太阳能电池单元。半导体材料的顶层102可以包括n型半导体材料部分102a和p型半导体材料部分102b,并且顶层102将具有最大的带隙,使得只有最大能量的光子才能在该层中被吸收并转化为电。由于较少能量的光子没有足够的能量在顶层材料102中产生EPH,因此这些光子将穿过顶层102并且可以被具有比顶层部分102小的带隙的中间半导体材料层104吸收。隧道结103被设置于顶层102和中间层104之间。中间层104可以包括n型半导体材料部分104a和p型半导体材料部分104b。类似地,底层106将具有比中间层104小的带隙,从而吸收没有足够的能量在顶层102或中间层104中产生EHP的任何光子。另一隧道结1OS可以被设置于中间层104和底层106之间。底层106也可以包括n型半导体材料部分106a和p型半导体材料部分106b。从顶层102到底层106的每一层102-106都将具有比前一层小的带隙,从而吸收不同能量的光子来转化为电力。每一层102-106吸收能量比该层的带隙高但比更高层的带隙低的光子。乔治亚理工大学电子与计算机工程学院的Steven Lanse I于2005年4月21日在其著作“Technology and Future III-V Multi-junction Solar Cell”中更详细地描述了太阳能电池单元和多结太阳能电池单元。
图2是根据本发明的实施例的太阳能电池单元测试装置200的示例的示意图。太阳能电池单元测试装置200可以包含用于将光能或光子引导至待测太阳能电池单元上的照明器202。照明器202可以是高强度光源,例如弧光灯或能够执行这里所描述的测试和评估的其它光源。太阳能电池单元204可以被安装在活动夹具206中,活动夹具206允许轻易地将太阳能电池单元204移动至太阳能电池单元测试装置200中的测试位置或方位,以及允许移除太阳能电池204并且用待测的另一太阳能电池单元替换。太阳能电池单元测试可以是自动化过程的一部分。夹具206也可以允许连接到设备,例如电流-电压计208或用于测量待测太阳能电池单元204的特性的其它测量设备。如这里更详细描述地,夹具206还允许将来自电流源或电压源256的预定安培数的电流施加到太阳能电池单元204,从而执行太阳能电池单元204的电致发光测试。电致发光测试检测来自太阳能电池单元204的可能指示太阳能电池单元204中的缺陷的任何光发射。
照明器202可以耦合至均化器(homogenizer)210,其用来调节来自照明器202的要被引导到太阳能电池单元204上的光。遮光板212和/或照明器202组件中的挡光板可以被用来控制光从照明器202或均化器210到太阳能电池单元的传输。
太阳能电池单元测试装置200也可以包含如下器件214,其用来选择性地将多个滤光器216中的不同滤光器放置在照明器202和太阳能电池单元204之间的光路218上,从而基于每个滤光器216产生的光特性进行测量太阳能电池单元204的性能和检测太阳能电池单元204中的任何缺陷中的至少一项。用于选择性地放置多个滤光器216中的不同滤光器的器件214可以包含将多个滤光器216中的每个放置在照明器202和太阳能电池单元204之间的机构220。可以由在这里所描述的每个不同滤光器216所引起的入射到太阳能电池单元上的每个不同的光条件或特性以及光密度或能量水平下测量太阳能电池单元204的性能特性以及进行测试。器件214可以包括可旋转滤光器轮222,多个滤光器216安装在其中。参考图3描述了可以用于旋转轮222的在其上安装有多个不同滤光器的多滤光器机构或可旋转滤光器轮的示例。可以使用能够将不同的滤光器移动到位以便执行这里所描述的不同测量和测试的任何机构。
用于选择性地将多个滤光器216中的不同滤光器放置在照明器202和太阳能电池单元204之间的光路218上的器件214可以包括第一组滤光器216a和第二组滤光器216b。第一组滤光器216a中的每个滤光器可以适于将来自照明器202的预定百分比强度的光能传送至待测太阳能电池单元204上。第二组滤光器216b中的每个滤光器可以滤除来自照明器202的选定波长或选定光谱,以将未过滤的波长或光谱引导至太阳能电池单元204上,从而在不同光谱或波长范围下测试太阳能电池单元,从而测量太阳能电池的性能或检测多结太阳能电池的不同层中的任意缺陷。与之前所描述的类似,多结太阳能电池单元的不同层可以包含不同的半导体材料来对不同的光谱起反应或吸收不同的光谱,从而产生电力。
可旋转滤光器轮222可以由电机224旋转。电机224可以包含用于确定可旋转滤光器轮222以及安装在轮222上的每个滤光器216的精确位置或方位的编码器226。电机224和编码器226可以将多个滤光器216中的每个准确地放置在照明器202的太阳能电池单元204之间的光路218上,以便在每个滤光器216产生的不同的光特性下测试太阳能电池单元204。电机224可以被安装在第一安装板228上。可旋转滤光器轮222可以被布置在第一安装板228的与电机224相对的另一侧。传动轴230可以延伸通过第一安装板228,并且其可以耦合至滤光器轮222的毂。传送轴230的另一端可以旋转耦合至第二安装板232,其位于滤光器轮222的与第一安装板228相对的另一侧。因此,可以将滤光器轮222布置在第一安装板228和第二安装板232之间。可以在第一安装板228和第二安装板232中的每个安装板中形成与滤光器轮222的当前选定的滤光器216对齐的孔,从而允许照明器202的光穿过当前放置在照明器202和在测太阳能电池单元204之间的光路218上的选定滤光器216。
太阳能电池单元测试装置200也可以包括分束器234,其用来将来自照明器202和多个滤光器中的选定滤光器216的预定的一部分光能引导至太阳能电池单元204上,从而测试太阳能电池单元204。分束器也可以将预定的另一部分光能引导至装置236,装置236用于测量来自多个滤光器中的当前布置在照明器202和太阳能电池单元204之间的光路218上的选定滤光器216的光的特性。可以将成像透镜238布置在分束器234和在测太阳能电池单元204之间,从而将光聚焦在太阳能电池单元204上。如这里更详细描述地,当执行太阳能电池单元204的电致发光测试时,成像透镜238也可以有助于照相机240捕捉太阳能电池单元204的图像。可以通过将安装在滤光器轮222中的遮光滤光器放置在照明器202和太阳能电池单元204之间来执行电致发光测试。可以将照相机240安装在第二安装板230的与可旋转滤光器轮222相对的另一侧242。
用于测量来自选定的滤光器216的光的特性的装置236也可以包含积分球244。积分球244可以安装在第二安装板232的与滤光器轮222相对的另一侧242。积分球244允许对与光的入射角无关的光特性进行测量。可以将另一或第二成像透镜246布置在分束器234和成像球244之间并靠近分束器234。第二成像透镜246可以将来自分束器234的光聚焦在成像球244上。
用于测量来自选定的滤光器216的光的特性的装置236也可以包含用于频谱分析仪250的端口248。频谱分析仪250可以测量当前布置在照明器202和太阳能电池单元204之间的滤光器216所传输的光的频谱。
用于测量来自当前滤光器216的光的特性的装置236也可以包含用于同位素(isotopes)252的端口。也可以提供能够同时记录其它信号如各种同位型(Isotype)(顶层、中间层和底层)信号和全能量信号的额外的端口。
用于测量来自当前滤光器216的光的特性的装置236也可以包含光强度检测器254,以检测或测量可旋转滤光器轮222的当前滤光器216传送的光的强度或烛光功率。强度检测器254可以是硅(Si)检测器或其它光强检测器。
太阳能电池单元测试装置200也可以包含电流电压源256,当将可旋转滤光器轮222中的遮光滤光器放置在光路218中时,电流电压源256将预定安培数的电流施加到太阳能电池单元204上,从而执行太阳能电池单元的电致发光测试。
太阳能电池单元测试装置200也可以包含冷却风扇或风扇258,其将装置200从由于照明器202的操作而产生的热量中冷却下来。
计算机系统或处理器260可以控制太阳能电池单元测试装置200的操作。处理器260可以耦合至照明器202和电机224,以及编码器226。处理器260可以控制照明器202的操作和滤光器轮222的旋转,以将选定的滤光器216放置在光路218中,从而在滤光器轮222的不同滤光器216提供的不同的光特性下测试太阳能电池单元204。
处理器260也可以耦合至光强度检测器254,以记录来自滤光器216的光的强度。处理器260可以额外地连接至电流-电压计或用于记录太阳能电池单元204的电流-电压曲线和其它参数的其它测量设备。处理器260也可以连接至电流/电压源256,从而在太阳能电池单元204的电致发光测试期间控制电流/电压源256的操作。处理器260可以进一步连接至照相机240,并且处理器260可以对电致发光测试期间照相机240捕获的太阳能电池单元204的图像进行存储和处理。
图3是根据本发明的实施例的在其中安装有多个不同的滤光器302-316以便与太阳能电池单元测试装置一起使用的多滤光器机构或滤光器轮300的示例。滤光器轮300可以用于图2的滤光器轮222。可以将多个滤光器302-316中的每个放置在轮304的毂318的周围,从而当电机224使轮300围绕毂318旋转时,滤光器302-316中的每个滤光器被放置在照明器202和太阳能电池单元204之间的光路218(图2)中。
滤光器轮300上的第一方位或位置中的滤光器轮300的第一滤光器或孔302可以将来自照明器的100%或所有的光强度传输或传送至太阳能电池单元。第一滤光器302也可以被称为100%滤光器。滤光器轮300上的第二方位或位置中的第二滤光器或孔304可以将来自照明器的大约66%的光强度传输或传送至太阳能电池单元。第二滤光器304也可以被称为66%滤光器。滤光器轮300上的第三方位或位置中的第三滤光器或孔306可以将来自照明器的大约33%的光强度传输或传送至太阳能电池单元。第三滤光器306也可以被称为33%滤光器。滤光器轮300上的第四方位或位置中的第四滤光器308或孔可以将来自照明器的大约10%的光强度传输或传送至太阳能电池单元。第四滤光器308也可以被称为10%滤光器。滤光器302-308可以定义第一组滤光器,其各自适于将来自照明器的预定百分比的光强度传送至待测太阳能电池单元。
在滤光器轮300上的第五方位或位置中的第五滤光器310或孔可以是蓝色滤光器,其将来自照明器的无蓝色光谱(blue starved spectrum)的光传送至太阳能电池单元上以便进行测试。无蓝色光谱的光可以是基本上所有或大部分蓝色光谱被移除的光,或者光的频率范围或带宽的蓝色部分被滤除或移除的光。在滤光器轮300上的第六方位或位置中的第六滤光器312或孔可以是红色滤光器,其将来自照明器的无红色光谱的光传送至待测太阳能电池单元。无红色光谱的光可以是基本上所有或大部分红色光谱或光的频率范围或带宽的红色部分被滤除或移除的光。在滤光器轮300上的第七方位或位置中的第七滤光器314或孔可以是红外滤光器,其将来自照明器的无红外光谱的光传送至太阳能电池单元上。红外光谱的光可以是光中的基本上所有或大部分红外频率范围或带宽被移除或滤除的光。滤光器310-314可以定义第二组滤光器组,从而在光的不同光谱下测试太阳能电池单元。如之前在多结太阳能电池单元中所讨论的,太阳能电池单元的不同层将对不同的光谱起反应或吸收不同的光谱,从而产生电力。当不同的滤光器310-314将不同光谱的光传输至太阳能电池单元上时所执行的测量允许确定每个不同光谱的光入射到太阳能电池单元上时待测太阳能电池单元能够产生的电力的量或水平。
滤光器轮300也可以包含遮光滤光器316,其阻止光从照明器入射至太阳能电池单元上。遮光滤光器316可以用来执行太阳能电池单元的电致发光测试,从而响应于电流源(例如图2中的电流源256)施加预定安培数的电流到太阳能电池单元而检测来自太阳能电池单元的光发射。如之前所讨论的,照相机(例如图2的照相机240)可以响应于电流施加到太阳能电池单元而捕获太阳能电池单元的一幅或多幅图像,从而检测来自太阳能电池单元的表明太阳能电池单元可能存在缺陷的光发射。可以将太阳能电池单元的图像分离成对应于多结太阳能电池单元的不同层的光能的不同波长的波束。可以用分束器或类似器件将太阳能电池单元的图像分离成不同波长的波束。
图4A和图4B(统称为图4)是根据本发明的实施例的用于测试太阳能电池单元的方法400的示例的流程图。方法400可以在图2的装置200中体现和/或由其执行。在方框402中,照明器件(例如图2中的照明器件202)可以被激活。在方框404中,可以允许照明器件热稳定。
在方框406中,可以将太阳能电池单元插入测试夹具中并将其移动到测试位置中。在方框408中,可以移动或操作滤光器器件,从而将多个滤光器中的第一滤光器或选定滤光器放置在照明器和太阳能电池单元之间的光路中的位置上。滤光器器件可以类似于图2中的器件214或图3中的滤光器轮300。
在方框410中,可以将遮光板或遮光罩打开,从而允许多个滤光器中的选定滤光器对来自照明器的光进行过滤,并将其从滤光器引导至太阳能电池单元上。如之前所讨论的,分束器可以对光进行分离,从而将预定的一部分过滤后的光引导至太阳能电池单元上,并将预定的另一部分光引导至用于测量来自多个滤光器中的每个滤光器的光的特性的装置上。
在方框412中,可以对太阳能电池单元进行测试和测量,从而进行测量太阳能电池单元的性能或检测任何缺陷中的至少一项。可以进行的测量可以包括:记录光能的强度或功率;测量太阳能电池单元产生的总电力;执行电流与电压(I-V)曲线测量。可以对I-V曲线测量进行归一化,从而与其它I-V测量进行比较。图5说明I-V曲线的示例500。
在方框414中,可以存储测量和测试结果,以便与来自其它滤光器的结果一起分析,从而测量性能或检测太阳能电池单元中的任意缺陷。在方框416中,确定当前的滤光器是否是最后一个滤光器或滤光器轮的最后一个滤光器位置,或者确定当前的轮是否是遮光滤光器。如果当前的滤光器是多个滤光器中的最后一个滤光器或滤光器位置,或者是遮光滤光器,则方法400可以前移到方框420,并且可以执行太阳能电池单元的电致发光测试。如果当前的滤光器不是最后一个滤光器或遮光滤光器,则方法400可以前移到方框418,并且可以将滤光器器件或滤光器轮移动至下一位置,从而将下一滤光器放置在照明器件和太阳能电池单元之间的光路中。然后,方法400可以循环经过每个滤光器或滤光器位置,从而在各种光特性下测试太阳能电池单元,如在这里描述的。
方框412-418涉及用多个滤光器中的每个滤光器过滤引导至太阳能电池单元上的光以及存储测量和测试结果以便分析,从而测量性能和/或检测太阳能电池中的任何缺陷。对光进行过滤可以包括将第一组滤光器中的每个滤光器放置在照明器和太阳能电池单元之间的光路中。第一组滤光器中的每个滤光器可以适于传送预定百分比的光强度或光能,从而在不同水平的光强度或能量下测试太阳能电池单元。对光进行过滤还包括将第二组滤光器中的每个放置在光路中。第二组滤光器中的每个滤光器可以适于在不同光谱下测试太阳能电池单元,从而测试多层太阳能电池单元的不同层。对光进行过滤还包括将遮光滤光器放置在光路中,以执行太阳能电池的电致发光测试,从而检测来自太阳能电池单元的光发射。
在方框420中,在遮光滤光器位于光路中的情况下,可以将预定安培数的电流施加到太阳能电池单元。在方框422中,从至少一个照相机或其它成像器件捕获太阳能电池单元的一幅或多幅图像。在方框424中,可以存储太阳能电池单元的一幅或多幅视觉图像。可以关闭遮光罩并可以移除测试过的太阳能电池单元。可以将滤光器轮移动至第一位置,准备测试要插入到测试装置中的下一个太阳能电池单元。
在方框426中,可以对测量和测试结果进行分析以确定太阳能电池单元是存在任何缺陷还是可接受的。可以将测量与基准测量进行比较,以确定电池单元是否有缺陷。可以将电致发光测试中所存储的图像与已知的良好的太阳能电池单元的图像进行比较,从而确定电池单元是否有缺陷。从测量和测试数据中可以确定以评估待测太阳能电池单元性能的参数的示例可以包括:短路电流(Jsc)、开路电压(Voc)、功率点、填充因子(FF)、量子效率和总效率。短路电流(Jsc)是当用短路连接顶部和底部(负极和正极引线)时太阳能电池单元的电流。短路电流是图5中的I-V曲线的横截距502。
开路电压(Voc)是太阳能电池单元的顶部和底部之间的电压。开路电压是图5中的I-V曲线的纵截距504。
功率点是太阳能电池单元的I-V曲线上(JPP,VPP)处为器件生成最大量功率的点。功率点围绕第一象限中从功率点绘出竖直线和水平线的大部分区域。该区域表示功率,因为该区域等同于电池单元的电流乘以电压。在图5中,功率点由参考数字506示出。
填充因子(FF)是由公式1给出的百分数,其描述太阳能电池单元的I-V曲线与完美矩形接近的程度,完美矩形表示理想的太阳能电池单元。
公式1:
量子效率是所产生和收集的EHP的数目除以入射光子的数目。量子效率是百分数,因为每个光子至多产生一个EHP。
总效率是被转化为电力的入射电磁辐射的百分比。对于给定的太阳能电池单元,通常总效率取决于包括温度和入射辐射量在内的许多因素。
图6是根据本发明的实施例的用于测试太阳能电池单元的多滤光器机构的不同位置的表格600的示例。每个滤光器或滤光器位置可以对应于当将相应的滤光器放置在照明器和太阳能电池单元之间的光路中时可以对太阳能电池单元进行的不同测试。例如,滤光器1或滤光器位置1可以对应于预定的第一功率百分比,或者在该示例中其对应于100%滤光器或将所有功率传输至太阳能电池单元的滤光器。
滤光器2或滤光器位置2可以对应于预定第二功率百分比,或者在该示例中其对应于50%滤光器或适于将50%的功率或光强度传输至太阳能电池单元的滤光器。滤光器3或滤光器位置3可以对应于预定的另一功率百分比,或者其可以对应于将10%的功率传输至太阳能电池单元的滤光器。
滤光器4或滤光器位置4可以对应于无顶层测试(top starved test),在其中滤光器包含如下特性,即通过滤除对应于太阳能电池单元的顶层半导体材料对其反应的光谱,或者换言之,滤除含有原本将被太阳能电池单元的顶层吸收的光子的光谱,以此测试太阳能电池单元。
滤光器5或滤光器位置5可以对应于无中间层测试,在其中滤光器包含如下光过滤特性,即通过滤除对应于太阳能电池单元的中间层对其反应的光谱,以此测试太阳能电池单元。
滤光器6或滤光器位置6可以对应于无底层测试,在其中滤光器包含如下特性,即通过滤除对应于太阳能电池单元的底层对其反应的光谱,以此测试太阳能电池单元。
滤光器7或滤光器位置7可以对应于暗I-V曲线测试,在其中滤光器包含如下特性,即通过滤除来自照明器的所有光来测量暗电流-电压特性曲线,以此测试太阳能电池单元。
滤光器8或滤光器位置8可以对应于电致发光测试,在其中滤光器包含如下光过滤特性,即对太阳能电池单元执行类似于之前描述的电致发光测试。
这里所使用的术语仅为了描述特定实施例的目的,而无意限制本发明。如这里所使用的,除非上下文明确表明,否则单数形式“一”、“一个”和“该/所述”旨在同样包括复数形式。应进一步理解,当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时,其指明所阐述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在,但并不排除一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。
虽然这里示出和描述了具体的实施例,然而本领域技术人员应理解,被认为达到相同目的的任何布置均可以由替代所示的具体实施例,并且这里的实施例在其它环境中有其它应用。本申请旨在覆盖本发明的任何调整或变化。下列权利要求决不旨在将本发明的范围限于这里所描述的具体实施例。
Claims (20)
1.一种太阳能电池单元测试装置,其包含:
照明器,其用来将光能引导至待测太阳能电池单元上;以及
用来选择性地将多个滤光器中的不同滤光器放置在所述照明器和所述待测太阳能电池单元之间的光路中从而进行测量性能和检测所述太阳能电池单元中的任何缺陷中的至少一项的器件,所述多个滤光器包含第一组滤光器和第二组滤光器,所述第一组滤光器中的每个滤光器适于将来自所述照明器的预定百分比的光能强度传送至所述待测太阳能电池单元上,所述第二组滤光器用于在不同的光谱下测试所述太阳能电池单元。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池单元测试装置,其中所述多个滤光器进一步包含遮光滤光器,所述遮光滤光器执行所述太阳能电池单元的电致发光测试,从而响应于预定安培数的电流被施加到所述太阳能电池单元上而检测来自所述太阳能电池单元的光发射。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池单元测试装置,其进一步包含:
电流源,当所述遮光板滤光器被布置在所述照明器和所述太阳能电池单元之间时,所述电流源将所述电流施加到所述太阳能电池单元;
照相机,其响应于所述电流被施加到所述太阳能电池单元而捕获所述太阳能电池单元的图像,从而检测来自所述太阳能电池单元的光发射;以及
分束器,其将所述太阳能电池单元的图像分离成对应于所述太阳能电池单元的不同层的光能的不同波长的波束,其中所述太阳能电池单元是多结太阳能电池单元。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池单元测试装置,其中所述第一组滤光器包含:
100%滤光器,其将来自所述照明器的所有光强度传送至所述太阳能电池单元;
66%滤光器,其将来自所述照明器的66%的光强度传送至所述太阳能电池单元;
33%滤光器,其将来自所述照明器的33%的光强度传送至所述太阳能电池单元;以及
10%滤光器,其将来自所述照明器的10%的光强度传送至所述太阳能电池单元。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池单元测试装置,其中所述第二组滤光器包含:
红色滤光器,其将来自所述照明器的无红色光谱的光传送至所述太阳能电池单元上;
蓝色滤光器,其将来自所述照明器的无蓝色光谱的光传送至所述太阳能电池单元上;以及
红外滤光器,其将来自所述照明器的无红外光谱的光传送至所述太阳能电池单元上。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池单元测试装置,其进一步包含:
分束器,其用来接收来自所述照明器的被所述多个滤光器中当前位于所述照明器和所述太阳能电池单元之间的位置上的一个滤光器过滤的光能;
积分球,其中所述分束器将来自所述照明器的一部分光能引导至所述积分球并且将另一部分光能引导至所述太阳能电池单元;以及
光谱分析器,其耦合至所述积分球,以便分析所接收的该部分光能。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池单元测试装置,其进一步包含:
光检测器,其用来测量来自所述照明器的光的强度水平;以及
用来在每个滤光器下测量所述太阳能电池单元的电流-电压曲线即I-V曲线的器件。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池单元测试装置,其中用于选择性地放置所述多个滤光器中的不同滤光器的器件包含将所述多个滤光器中的每个滤光器放置在所述照明器和所述太阳能电池单元之间以便针对所述多个滤光器中的每个滤光器测量所述太阳能电池单元的性能特性的机构。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池单元测试装置,其中用于选择性地放置不同滤光器的器件包含:
可旋转轮,围绕所述轮的毂圆周地放置所述多个滤光器中的每个滤光器,以便当所述轮围绕所述毂旋转时,将所述滤光器中的每个滤光器放置在所述照明器和所述太阳能电池单元之间;以及
包含编码器和传动轴的电机,所述电机的传动轴耦合至所述轮的毂,从而旋转所述轮,以便将所述滤光器中的每个滤光器顺序放置在所述照明器和所述太阳能电池单元之间。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池单元测试装置,其进一步包含控制光从所述照明器到所述太阳能电池单元的传输的遮光罩。
11.一种太阳能电池单元测试装置,其包含:
照明器;
用于选择性地将多个滤光器中的不同滤光器放置在所述照明器和待测太阳能电池单元之间的光路中的器件;以及
分束器,其用于将来自所述多个滤光器中的选定滤光器的预定的一部分光引导至所述太阳能电池单元上,从而进行测量性能和检测所述太阳能电池中的任何缺陷中的至少一项,并且用于将预定的另一部分光能引导至用于测试来自所述多个滤光器中被放置在所述照明器和所述太阳能电池单元之间的光路中的选定滤光器的光的特性的装置。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池单元测试装置,其进一步包含用于进行测量所述太阳能电池单元的性能特性和检测所述太阳能电池单元中的任何缺陷中的至少一项的器件。
13.根据权利要求11所述的太阳能电池单元测试装置,其中所述太阳能电池单元包含对第一光谱做出反应的顶部半导体材料层、对第二光谱做出反应的中间半导体材料层以及对第三光谱做出反应的底部半导体材料层,并且其中用于选择性地放置所述多个滤光器中的不同滤光器的器件包含:
第一滤光器位置,其对应于第一滤光器,所述第一滤光器传送100%的光能,以在全功率下测试所述太阳能电池单元;
第二滤光器位置,其包含第二滤光器,以在对应于所述第二滤光器传送的预定百分比的光能的预定百分比的功率下测试所述太阳能电池单元;
第三滤光器位置,其包含第三滤光器,以通过滤除对应于所述太阳能电池单元的所述顶部半导体材料层对之做出反应的所述第一光谱的光谱,以此测试所述太阳能电池单元;
第四滤光器位置,其包含第四滤光器,以通过滤除对应于所述太阳能电池单元的所述中间半导体材料层对之做出反应的所述第二光谱的光谱,以此测试所述太阳能电池单元;
第五滤光器位置,其包含第五滤光器,以通过滤除对应于所述太阳能电池单元的所述底部半导体材料层对之做出反应的所述第三光谱的光谱,以此测试所述太阳能电池单元;
第六滤光器位置,其包含第六滤光器,以通过滤除来自所述照明器的光,从而在暗条件下或没有光被所述太阳能电池单元接收的情况下测量所述太阳能电池单元的电流-电压特性曲线,以此测试太阳能电池单元;以及
第七滤光器位置,其包含第七滤光器,以将光遮挡从而对所述太阳能电池单元执行电致发光测试。
14.根据权利要求11所述的太阳能电池单元测试装置,其中所述多个滤光器包含:
第一组滤光器,每个滤光器适于传送来自所述照明器的预定百分比的光能强度;
第二组滤光器,其用于在不同的光谱下测试所述太阳能电池单元;以及
遮光滤光器,其执行所述太阳能电池单元的电致发光测试,从而响应于预定安培数的电流被施加到所述太阳能电池单元而检测来自所述太阳能电池单元的光发射。
15.根据权利要求14所述的太阳能电池单元测试装置,其中所述第一组滤光器包含:
100%滤光器,其将来自所述照明器的所有光强度传送至所述太阳能电池单元;
66%滤光器,其将来自所述照明器的大约66%的光强度传送至所述太阳能电池单元;
33%滤光器,其将来自所述照明器的大约33%的光强度传送至所述太阳能电池单元;以及
10%滤光器,其将来自所述照明器的大约10%的光强度传送至所述太阳能电池单元。
16.根据权利要求14所述的太阳能电池单元测试装置,其中所述第二组滤光器包含:
红色滤光器,其将来自所述照明器的无红色光谱的光传送至所述太阳能电池单元上;
蓝色滤光器,其将来自所述照明器的无蓝色光谱的光传送至所述太阳能电池单元上;以及
红外滤光器,其将来自所述照明器的无红外光谱的光传送至所述太阳能电池单元上。
17.根据权利要求11所述的太阳能电池单元测试装置,其中用于选择性地放置不同滤光器的器件包含:
可旋转轮,围绕所述轮的毂圆周地放置所述多个滤光器中的每个滤光器,以便当所述轮围绕所述毂旋转时,将所述滤光器中的每个滤光器放置在所述照明器和所述太阳能电池单元之间;以及
包含编码器和传动轴的电机,所述电机的传动轴耦合至所述轮的毂,以便旋转所述轮,从而将所述滤光器中的每个滤光器顺序放置在所述照明器和所述太阳能电池单元之间。
18.一种用于测试太阳能电池单元的方法,其包括:
用多个滤光器中的每个滤光器过滤引导至所述太阳能电池单元上的光,从而进行测量性能和检测所述太阳能电池单元中的任何缺陷中的至少一项;以及
对所述光进行分离,从而将预定的一部分过滤后的光引导至所述太阳能电池单元上,并将预定的另一部分光引导至用于测量来自所述多个滤光器中的每个滤光器的光的特性的装置。
19.根据权利要求18所述的方法,其中过滤所述光包括:
将第一组滤光器中的每个滤光器放置在照明器和所述太阳能电池单元之间的光路中,每个滤光器适于传送预定百分比的光能强度,从而在不同水平的光强度下测试所述太阳能电池单元;
将第二组滤光器中的每个滤光器放置在所述照明器和所述太阳能电池单元之间的所述光路中,每个滤光器适于在不同的光谱下测试所述太阳能电池单元;以及
将遮光滤光器放置在所述光路中,以执行所述太阳能电池单元的电致发光测试,从而响应于预定安培数的电流被施加到所述太阳能电池单元而检测来自所述太阳能电池单元的光发射。
20.根据权利要求18所述的方法,其中所述太阳能电池单元包含对第一光谱做出反应的顶部半导体材料层、对第二光谱做出反应的中间半导体材料层以及对第三光谱做出反应的底部半导体材料层,并且其中过滤所述光包括:
放置适于传送100%的光能的第一滤光器,从而在全功率下测试所述太阳能电池单元;
放置包含光过滤特性的第二滤光器,从而在对应于所述第二滤光器传送的预定百分比的光能的预定百分比的功率下测试所述太阳能电池单元;
放置包含光过滤特性的第三滤光器,从而通过滤除对应于所述太阳能电池单元的所述顶部半导体材料层对之做出反应的所述第一光谱的光谱来测试所述太阳能电池单元;
放置包含光过滤特性的第四滤光器,从而通过滤除对应于所述太阳能电池单元的所述中间半导体材料层对之做出反应的所述第二光谱的光谱来测试所述太阳能电池单元;
放置包含光过滤特性的第五滤光器位置,从而通过滤除对应于所述太阳能电池单元的所述底部半导体材料层对之做出反应的所述第三光谱的光谱来测试所述太阳能电池单元;
放置包含光过滤特性的第六滤光器,从而通过滤除来自所述照明器的光来测量暗电流-电压特性曲线,以此测试所述太阳能电池单元;以及
放置包含光过滤特性的第七滤光器位置,从而对所述太阳能电池单元执行电致发光测试。
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