CN103868444B - 用于薄膜太阳能电池的缓冲层厚度的快速分析 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于测量太阳能电池中的膜厚度的方法和装置，用于将发出多种辐射波长的光引导至太阳能电池的表面。每一种辐射都导致响应于光的电流的生成。通过电流计来指示感光电流，该装置具有与太阳能电池的表面连接的一个接触件和与另一表面连接的另一个接触件。确定与不同光辐射中的每一种相关联的电流，并且基于两个电流或者相关的量子效率和相关的吸收系数来计算太阳能电池中的膜的厚度。在一个实施例中，膜厚度是薄膜太阳能电池中的CdS或者其他缓冲膜的厚度。本发明还提供了用于薄膜太阳能电池的缓冲层厚度的快速分析。

Description

用于薄膜太阳能电池的缓冲层厚度的快速分析

技术领域

本发明涉及太阳能电池和用于监测太阳能电池的膜厚度的方法和系统。

背景技术

优选地，利用诸如CdS的缓冲层以在薄膜太阳能电池中制造可再生和高效的异质结。CdS缓冲层还应用在其他类型的太阳能电池中。太阳能电池是用于通过太阳光直接生成电流的光伏组件。由于对清洁能源的需求增长，近年来太阳能电池的制造已经急剧扩大。目前存在各种太阳能收集模块。一种这样的模块包括接收太阳能并且将太阳能直接转换为电能的光伏电池板。另一种这样的模块包括利用太阳能提供热量的太阳能热收集板。太阳能收集模块可以具有不同的几何尺寸并且可以由不同的材料形成，但是通常由很大的扁平太阳能电池板构成并且包括吸收层。

优选地，在太阳能电池中采用CdS层作为缓冲层。CIGS型太阳能电池利用设置在ZnO窗口层和CIGS(Cu(In，Ga)Se₂)吸收层之间的CdS缓冲层。由于CdS(n_r≈2.4)的折射率处于ZnO(n_r≈1.9)的折射率和CIGS(n_r≈2.9)的折射率之间，所以将CdS层集成到ZnO/CIGS系统中增强了太阳能电池的光谱吸收。因此，将ZnO和CIGS(n_r≈2.9)的折射率之间的大差距(step)划分为两个较小的差距，从而导致太阳能电池的整体上降低的反射率。由于CdS层所起的作用，所以形成具有期望的质量和厚度的CdS层很重要。作为推论，分析和精确测量或者监测CdS缓冲层的厚度也很重要。这同样适用于其他的薄膜太阳能电池实施例中的其他缓冲层。

目前用于监测太阳能电池中的诸如CdS的缓冲层的厚度的方法包括用SEM(扫描式电子显微镜)和TEM(透射电子显微镜)计算厚度。这些技术中的每一种都具有破坏性、成本昂贵并且耗费时间。测量EQE(外量子效率)的许多其他的系统也成本昂贵并且涉及耗时的工艺和专用的设备。

期望提供用于以非破坏性的方式计算CdS和其他薄膜的厚度的精确的方法和系统。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种用于测量太阳能电池膜的厚度的方法，所述方法包括：提供包括缓冲层的太阳能电池，所述缓冲层具有依赖波长的吸收系数；生成具有多种辐射波长的光；将所述太阳能电池暴露于至少两种波长的光；响应于暴露于每一种波长的光，测量所述太阳能电池中所生成的光伏电流；基于测量的光伏电流来数学地计算所述缓冲层的厚度；以及将所测量的厚度的输出信号传输至其他器件。

在该方法中，所述缓冲层包括CdS。

在该方法中，数学计算包括使用所述测量的光伏电流的比值以及将所述比值除以与所述至少两种波长的光的每一种相关联的吸收系数的差值来获得所述厚度。

在该方法中，所述其他器件包括显示计算的厚度并且与缓冲层沉积系统通信的控制器。

在该方法中，生成所述光包括使用多个光源，每一个光源都具有相关的辐射波长，并且将太阳能电池结构暴露于所述至少两种波长的光包括将所述太阳能电池结构暴露于所述多个光源中的至少两个光源。

在该方法中，将所述太阳能电池结构暴露于所述至少两种波长的光包括将所述太阳能电池结构顺序暴露于所述多个光源中的至少两个光源。

在该方法中，生成所述光包括使用能够发出多种辐射波长的光的一个光源，并且暴露包括将信号引导至所述一个光源以顺序发出具有所述至少两种波长的光中的每一种的光。

在该方法中，所述信号的第一信号使所述一个光源发出包括第一波长的光的第一波长范围的光，并且所述信号的第二信号使所述一个光源发出包括第二波长的光的第二波长范围的光，并且所述方法进一步包括通过时间和频率中的一个来对所述第一信号和所述第二信号进行去耦。

在该方法中，提供太阳能电池结构包括设置在上导电层和相邻吸收层之间的所述缓冲层，并且所述缓冲层包括CulnSe₂(CIS)、CuGaSe₂(CGS)、Cu(In，Ga)Se₂(CIGS)、Cu(In，Ga)(Se，S)₂(CIGSS)和CdTe中的一种。

在该方法中，测量所述光伏电流包括提供电流计，将所述电流计的一个电极设置为与所述太阳能电池的顶面接触以及将所述电流计的另一电极设置为与所述太阳能电池的底层接触，以及其中，所述至少两种波长的光的第一波长在约250nm至500nm的范围内且所述至少两种波长的光的第二波长在约350nm至600nm的范围内。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于测量太阳能电池模块上的多个位置的厚度的方法，所述方法包括：提供包括多个太阳能电池的所述太阳能电池模块，每一个太阳能电池都包括缓冲层；对于每一个所述太阳能电池，通过以下步骤来确定所述缓冲层的厚度：提供多个光源并将所述太阳能电池暴露于来自所述多个光源的第一光源的第一辐射波长的光和暴露于来自所述多个光源的第二光源的第二辐射波长的光；响应于暴露于所述第一辐射波长的光和响应于暴露于所述第二辐射波长的光，测量所述太阳能电池中所生成的光伏电流；以及基于测量的所述光伏电流和与每一波长的光相关联的吸收系数来数学计算所述缓冲层的厚度。

在该方法中，所述缓冲层包括CdS，提供所述多个光源包括提供位于不透明壳体内的两个光源，并且测量所述光伏电流包括使用限定所述壳体的开口并且与所述太阳能电池接触的环形的第一接触件，并且所述方法进一步包括基于相应的CdS层的厚度来映射所述太阳能电池模块的厚度。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于测量太阳能电池膜的厚度的装置，包括：至少一个光源，能够将光引导至包括缓冲层的太阳能电池的表面，所述至少一个光源能够发出具有多种辐射波长的光；第一接触件，与所述表面接触；第二接触件，与所述太阳能电池的层的导电表面接触，所述导电表面设置在所述表面下方；电流计，连接在所述第一接触件和所述第二接触件之间并且能够读取通过第一辐射波长的光在所述第一接触件和所述第二接触件之间生成的第一电流和通过第二辐射波长的光在所述第一接触件和所述第二接触件之间生成的第二电流；以及处理器，能够基于所述第一电流和所述第二电流以及与所述第一辐射波长和所述第二辐射波长的每一个相对应的吸收系数来计算所述缓冲层的厚度。

在该装置中，所述至少一个光源包括两个光源，所述两个光源包括发出所述第一辐射波长的光的第一LED或者激光器的第一光源和发出所述第二辐射波长的光的第二LED或者激光器的第二光源。

该装置进一步包括：其中包含所述至少一个光源的壳体，所述壳体是不透明的并且包括通过所述第一接触件限定的开口。

在该装置中，所述壳体沿至少一个维度通常是对称的，并且所述第一接触件通常是环形的。

在该装置中，所述壳体由选自由导电橡胶、金属、铜纳米管和其他导电材料所组成的组的材料形成。

在该装置中，所述至少一个光源包括能够发出具有所述多种辐射波长的光的一个LED和与所述LED连接的电源。

在该装置中，所述电源将至少两个信号引导至所述一个LED或者激光器，所述至少两个信号包括指示所述一个LED或者所述激光器发出所述第一辐射波长的光的第一信号和指示所述一个LED或者所述激光器发出所述第二辐射波长的光的第二信号；以及所述装置进一步包括对所述第一信号和所述第二信号进行去耦的处理器。

在该装置中，所述一个LED或者所述激光器基本上同时发出所述第一辐射波长的光和所述第二辐射波长的光，所述电源使用转换器和滤波器中的至少一种来引导所述至少两个信号，并且所述第一信号和所述第二信号具有不同的频率。

附图说明

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是，根据通常实践，各种部件没有按比例绘制。相反，各种部件的尺寸可以被任意增大或缩小。在整个说明书和附图中相同的参考标号指定相同的部件。

图1示出用于测量膜厚度的系统的一个实施例；

图2示出用于测量膜厚度的系统的另一个实施例；

图3示出用于测量膜厚度的系统的又一个实施例；

图4示出根据本发明的膜厚度监测系统的另一个实施例；以及

图5是示出根据本发明用于测量太阳能模块的多个区域上的膜厚度的系统的一个实施例的俯视图。

具体实施方式

太阳能电池还可选地被称为光伏电池或者光电池，该太阳能电池是通过光伏效应将光能直接转换为电能的固态电气元件。

在基板上设置许多太阳能电池，该基板还可以被称为太阳能电池基板、太阳能电池板或者太阳能电池模块。太阳能电池基板用于采集来自太阳光的能量。由太阳能电池所生成的电能被称为太阳能，其是太阳能源的一个实例。太阳光中的光子照射太阳能电池并且被诸如硅、CIGS(Cu((In，Ga，)Se₂))或者其他吸收材料的半导体材料吸收。光子不规则地撞击来自原子的带负电荷的电子，从而导致电势差。电流开始流经太阳能电池材料以消除电势差进而获得电力。利用由太阳能电池基板上的大量太阳能电池所产生的电力并且将该电力连接至电缆。

通常独立的太阳能电池是形成在玻璃或者其他合适的材料上的半导体器件。每一个太阳能电池都包括至少一个吸收层。在一些实施例中，通常在太阳能电池的吸收层上方施加抗反射涂层。抗反射涂层增加了耦合到单独的太阳能电池中并且被吸收层吸收的光的数量。CIGS型太阳能电池利用设置在ZnO窗口层和CIGS(Cu((In，Ga，)Se₂))吸收层之间的CdS缓冲层。优选地，CdS缓冲层在(CIGS)太阳能电池中产生可再生和高效的ZnO/CdS/Cu(In，Ga，)Se₂的pn结并且通过减少反射来提高太阳能电池的效率。CdS缓冲层还应用在其他类型的太阳能电池中。

本发明提供了用于确定太阳能电池中缓冲层的厚度的方法。用于确定缓冲层的厚度的非破坏性的方法包括用多个辐射波长的光照射太阳能电池，测量响应于每一种辐射而生成的电流并且使用各种方法计算厚度。在一个实施例中，确定两种不同波长下电流比值并且该电流比值除以用于两种波长的吸收系数的差值以测量膜厚度。在一些实施例中，获得在各种波长下用于缓冲层的吸收系数α，并且在其他实施例中，通过实验方法获得吸收系数。在一个实施例中，缓冲层是CdS缓冲层。在其他实施例中，确定具有依赖于波长的吸收系数的其他缓冲层(诸如ZnS和ZnMgO或者其他合适的缓冲层材料)的厚度。

在一个实施例中，缓冲层的厚度通过以下公式得到：

$t=\frac{\ln ({\mathrm{QE}}_{\mathrm{\λ}1}/{\mathrm{QE}}_{\mathrm{\λ}2})}{(a_{\mathrm{\λ}2}-a_{\mathrm{\λ}1})}$ (公式1)

其中，t是膜厚度，α是吸收系数，λ1和λ2是所使用的光的两种波长。QE是在所使用的光的相应波长下的量子效率。量子效率QE与所生成的电流相关。量子效率是经由太阳能电池收集的电荷载流子的数目与照射，即，入射到太阳能电池上的给定能量的光子的数目的比值(参见以下的公式2)。因此，QE与太阳能对到达太阳能电池的各种辐射波长的光的响应有关。由于已知的或者可以计算照射到用于特定辐射波长的太阳能电池上的光子的数目，所以也可以通过测量电流来确定QE。

在一些实施例中，将表示计算厚度的信号传输至诸如输出设备的另一器件。在一些实施例中，该另一器件包括显示电流和厚度的显示器。在一些实施例中，该另一器件是控制器，并且在一些实施例中，该另一器件是具有直观显示器的控制器。在一些实施例中，控制器与诸如但不限于缓冲层沉积系统的其他系统通信。在各种实施例中，控制器发送通知技术人员的提示或者主动调节缓冲层沉积系统的参数。在一些实施例中，如果原始厚度太薄，则可以将太阳能电池恢复至用于附加沉积的缓冲层沉积系统。在其他实施例中，控制器可以与其他处理工具通信，其他处理工具对沉积的缓冲层或者根据计算的缓冲层厚度对后续工艺操作进行调节。

图1示出根据本发明用于测量膜厚度的系统的一个实施例。该系统包括至少一个光源，该光源或源能够生成多种辐射波长的光。该系统包括至少两个接触件。接触件用于光生载流子(photo carrier)提取。至少一个电源与光源或者源连接以驱动光源，并且至少一个电流计，即，安培计连接在两个接触件之间并且读取响应于通过太阳能电池所吸收的多种辐射光的每一种所生成的光电流。通过入射到太阳能电池上的光的和所测量的电流来确定量子效率。在一些实施例中，提供控制器以控制提供给光源或源的信号，并且在一些实施例中，提供处理器以基于对于电流或者QE所获得的测量结果实施膜厚度计算。

图1示出设置在底部接触层4上的太阳能电池2。在图1的实施例中，膜厚度监测系统6包括设置在壳体16内的两个光源10。其他实施例中使用其他布置。在一些实施例中，不使用壳体。壳体16包括向下延伸至第一接触件14的侧壁12。第一接触件14与太阳能电池2的表面22接触，因此与形成太阳能电池的膜叠层的顶部接触。在一些实施例中，太阳能电池是CIGS太阳能电池，而在其他实施例中是其他类型的太阳能电池。在各种实施例中，太阳能电池包括诸如CulnSe₂(CIS)、CuGaSe₂(CGS)、Cu(In，Ga)Se₂(CIGS)、Cu(In，Ga)(Se，S)₂(CIGSS)和CdTe的吸收层，但在其他实施例中仍然使用其他吸收层。在一些实施例中，太阳能电池包括CdS层。在其他实施例中，太阳能电池包括具有波长依赖性的吸收系数的诸如ZnS和ZnMgO的其他缓冲层或者其他合适的吸收材料。在所示的实施例中，为便于描述，示出的侧壁12和壳体16是透明的并且为了示出光源10。在其他实施例中，侧壁12和壳体16是不透明的而且包括被第一接触件14限定的底部开口。当第一接触件14和壳体16置于太阳能电池2的表面22上时，在被第一接触件14限定的开口中暴露太阳能电池2的部分18。根据其中侧壁12和壳体16是不透明的实施例，光被聚焦在暴露在壳体16的底部开口中的太阳能电池2的部分18上。根据本实施例，辐射光被限制在不透明的壳体16内，从而减少了光学背景噪音并且提高了信噪(S/N)比，从而将来自光源10的光更有效地投射到太阳能电池2的部分18。在一个实施例中，壳体16是由诸如导电橡胶的导电材料形成，而在其他实施例中，壳体16由诸如金属、铜纳米管或其他合适的导电材料的其他合适的材料形成。在一些实施例中，导电橡胶可以包含悬浮的碳或银球(suspended carbon or silver sphere)。

在所示的实施例中，第二接触件8与底部接触层4直接接触并且形成背部接触件，也就是说，第二接触件8与形成太阳能电池2的膜叠层的底部接触。在一些实施例中，底部接触层4由钼形成。电流计26连接在第一接触件14和第二接触件8之间。在壳体16不是由导电材料形成的实施例中，也可能使用各种电连接(未示出)将电流计26与第一接触件14连接。

光源10发出至少照射太阳能电池2的表面22的部分18的光子。在一个实施例中，光源10是LED，但在其他实施例中，使用诸如激光器或者其他合适的光源的其他光源。根据一个实施例，一个光源10通电以发出第一辐射波长的光，并且另一光源10通电以发出第二辐射波长的光。使用各种辐射波长。在一个实施例中，电源(未示出)分别连接至每一个光源10，在另一个实施例中，电源同时连接两个光源10。在各种实施例中，可以供应和使用各种电源。

根据各种实施例，单个光源或者多个光源10中的每一个都发出具有多种辐射波长的光，并且在所有实施例中，具有至少两种辐射波长。在所示的实施例中，壳体16基本上为圆柱形并且第一接触件14是环形的，但是在其他实施例中使用其他结构。在各种其他实施例中，使用壳体16沿至少一个维度是对称的各种设计。当光子照射太阳能电池2的表面22的部分18时，如上所述生成电流并且该电流从第一接触件14传输至第二接触件8，反之亦然。使用通过电流计26连接第一接触件14和第二接触件8而建立的闭合环路以测量电流。在一个实施例中，光源10在不同的时间点处通电，并且一个光源10发出第一辐射波长的光，从而生成通过电流计26所测量的电流。另一光源10通电以发出不同辐射波长的光，从而生成也通过电流计26所测量的电流。在一个实施例中，两个光源顺序通电，并且在一个实施例中，以交替的方式向生成不同辐射波长的光的两个光源供电。在另一个实施例中，两个光源10同时通电以发出具有至少两种辐射波长的光。将为光源供电的两个信号和与由每一对应的辐射所生成的电流相关的两个电流信号在频域内去耦并且转换为时域，从而将与每一有关的不同辐射波长相关联的不同电流隔离。

在一个实施例中，两种波长是450nm和520nm，但在其他实施例中使用其他波长。在一些实施例中，每一辐射都包括光的波长范围。根据两种波长是450nm和520nm的上述实施例，第一辐射可以包括含有450nm波长的光的波长范围，并且光的第二辐射可以包括含有520nm波长的光的波长范围。在一些实施例中，两种波长都处于250nm至600nm的范围内，但在其他实施例中使用其他波长。在一些实施例中，电流计26包括读取所测量的电流的读数器。

然后使用上述方法中的任何一种来确定缓冲层的厚度t。各种波长下用于诸如CdS的缓冲层的吸收系数可用或者可以通过实验来确定该吸收系数。根据使用公式1的实施例，QE还可以被确定为用于各种波长的CdS的电流的函数。当用特定波长的光子照射时，太阳能电池的量子效率值(QE)表示电池生成的电流的量，并且QE可以被表示为以下公式：

$(\mathrm{QE}=\frac{\mathrm{electrons}/\sec }{\mathrm{photons}/\sec }=\frac{\mathrm{current}/\left(\mathrm{ch}\arg \mathrm{eof}1\mathrm{electron}\right)}{\left(\mathrm{totalpowerofphotons}\right)/\left(\mathrm{energyofonephoton}\right)})$ (公式2)

在一个实施例中，基于传输的电流、传递至太阳能电池的表面的光子的量(即，光)以及缓冲材料的固有特性来确定量子效率QE。在其他实施例中，使用用于确定厚度t的其他方法。

在一些实施例中，电流计26连接至诸如输出设备28的其他器件。在一些实施例中，输出设备28包括显示所测量的厚度t的显示器。在一些实施例中，输出设备28读取、分析和存储所测量的电流和厚度的值。在一些实施例中，输出设备28是控制器，该控制器与诸如用于形成缓冲层的沉积系统的其他制造工具通信。在其他实施例中，当所测量的厚度并不是期望的厚度时，输出设备28与太阳能电池制造工艺中可以补偿厚度t的其他工具通信。

图2示出膜厚度监测系统的另一个实施例。注意，除了第二接触件8与邻近的太阳能电池34的表面32接触之外，膜厚度监测系统30与图1所示的膜厚度监测系统6基本上相同。根据图2所示的实施例，表面32和底部接触层4之间的连接件用作相邻的太阳能电池2和34之间的互连件，从而能够获得用于使电流在第一接触件14和第二接触件8之间流动的闭合环路。

图3示出了膜厚度监测系统的另一个实施例。图3和图4示出膜厚度监测系统的部分，在图1和图2所示的其他部分。膜厚度监测系统40包括单个光源42。与在一些实施例中所使用的一样，用虚线示出壳体56。在其他实施例中，使用其他机械装置将光源42保持在相对于太阳能电池44的表面46的适当位置处。根据使用一个光源42的实施例，光源42能够发出具有多种辐射波长的光。根据本发明，图3还示出另一方面。辐射光50引导至表面46。根据该实施例，光源42生成了多种辐射波长的辐射光50。当辐射光50照射表面46时，光生载流子52沿方向54生成载流子漂移，通过环形第一接触件14监测该载流子漂移。例如，图1和图2示出了膜厚度测量系统的其他方面。

发电机(未示出)与转换器或者滤波器一起使用以将信号引导至光源42，从而使光源42发出具有多种辐射波长的光。在一些实施例中，辐射包括具有不同波长的光的顺序辐射。在一个实施例中，将具有不同频率的多个信号传送给光源42，每一个信号都会导致相关的和不同的波长的光辐射。在一个实施例中，响应于使用转换器或者滤波器输送到光源42的可调频率的信号，生成具有多个辐射波长的辐射光。诸如图1和图2所示的通过电流计所监测的电流可能在时域中去耦，以将每一个所测得的电流与相应的一种辐射波长相关联，因此与输入信号中的相关的一个相关联。

在另一个实施例中，功能发电机(function generator)将两个信号传输给光源42。每一个信号都对应于由光源42所生成的并且作为光50传递给太阳能电池44的辐射波长的光，并且每一个信号都会引起通过电流计(诸如，图1和图2的电流计26)读取的相关电流的生成。

图4示出根据本发明的另一膜厚度监测系统的部分。单个光源42发出引导至太阳能电池44的表面46的光50。根据另一个实施例，所吸收的光子导致沿方向54漂移或者扩散并且通过接触件60监测到的载流子52的生成。在其他实施例中，接触件60具有其他形状并且包括与太阳能电池44的表面46更大的接触面积。

图5示出包括许多个单独的太阳能电池的太阳能电池模块64。图5示出本发明的膜厚度监测系统如何用于监测太阳能电池模块中的多个太阳能电池的厚度。在图5的实施例中，每一个电池70都包括与电源/控制器连接的两个光源66并且包括两个接触件，电流计76通过该接触件可以读取电流。

通过控制器/电源68为光源66供电。在各种实施例中，控制器/电源68包括转换器并且能够将多个信号或者具有可调频率的单个信号引导至光源66，可调频率的单个信号使得一个或者两个光源66发出多种辐射波长。根据诸如先前所描述的各种实施例，在同一时间或者不同时间为光源66供电而且可以以交替的方式供电。光源66是LED、激光器或者其他合适的光源。尽管在示出的实施例中示出了用于每一个电池70的两个光源66，但是应该理解，在其他实施例中，可以仅使用一个光源，并且仍在其他实施例中，使用两个以上的光源66。对于每一个电池70，设置相对的接触件以能够使电流流经导线72和74并且流经电流计76。在一个实施例中，接触件中的一个是与太阳能电池模块64的表面接触的环形的第一接触件80，而第二接触件与太阳能电池的背面膜或者目前尚未通电的相邻的或者其他的太阳能电池的表面连接。

每一个电池70都与太阳能电池模块64的一部分相关，并且在一些实施例中，每一部分表示不同的(即，分别制造的)太阳能电池。在其他实施例中，每一个电池70都与集成的太阳能电池模块64的不同部分相关联。在任一个实施例中，优选地，使用图5所示的模块布置以监测处于各个位置的缓冲层膜的厚度，因此确定处于各个空间位置的缓冲层膜的均匀性。处理器84适用于将与响应于引导至太阳能电池模块64的不同辐射波长的光所生成的电流相关联的不同电流信号进行去耦。根据一个实施例，绘制出太阳能电池模块64上各个位置处的膜厚度。诸如可以通过处理器或者使用其他方法来自动确定每一厚度。在一个实施例中，公式1用于计算厚度。在一些实施例中，处理器84实施上述计算。

根据一个方面，提供了用于测量太阳能电池膜的厚度的方法。该方法包括：提供太阳能电池，该太阳能电池包括具有依赖于波长的吸收系数的缓冲层；生成具有多个辐射波长的光；将太阳能电池暴露于至少两种波长光；响应于暴露在每一波长的光下，测量太阳能电池中所生成的光伏电流；以及使用所测量的光伏电流和与每一波长的光相关联的吸收系数来数学地计算缓冲层的厚度。

根据另一方面，提供了用于测量太阳能电池模块上的多个位置处的厚度的方法。该方法包括：提供了包括多个太阳能电池的太阳能电池模块，每一个太阳能电池都包括缓冲层；对于每一个太阳能电池，通过提供多个光源并且将太阳能电池暴露于来自多个光源的第一光源的第一辐射波长的光和来自多个光源的第二光源的第二辐射波长的光，来确定缓冲层的厚度；响应于暴露在第一辐射波长的光下和响应于暴露在第二辐射波长的光下，测量太阳能电池中所生成的光伏电流；提供了与每一波长的光相关联的吸收系数；以及使用所测量的光伏电流和相关的吸收系数来数学地计算缓冲层的厚度。

根据又一方面，提供了用于测量太阳电池膜的厚度的系统。该系统包括：至少一个光源，能够将光引导至包括缓冲层的太阳能电池的表面，该至少一个光源能够发出具有多个辐射波长的光；与太阳能电池的表面接触的第一接触件；与太阳能电池的层的导电表面接触的第二接触件，该导电表面设置在太阳能电池的表面下方；连接在第一接触件和第二接触件之间的电流计，并且该电流计能够在第一接触件和第二接触件之间读取由第一辐射波长的光生成的第一电流和由第二辐射波长的光生成的在第一接触件和第二接触件之间的第二电流；以及基于第一电流和第二电流和与第一辐射波长和第二辐射波长的每一个相对应的吸收系数能够计算缓冲层的厚度的处理器。

上文仅示出本发明的原理。因此，应该认识到，本领域普通技术人员将能够设想出各种布置，虽然本文中没有明确描述或者示出各种布置，但是体现包括在本发明的构思和范围内的本发明原理的各种布置。而且，本文所引用的所有实例和条件语言主要是用于清楚教导的目的，而且用于帮助读者理解本发明的原理和发明人作出贡献的构思以推动本领域的发展，并且不被解释为限制于这些具体引用的实例和条件。再者，本文中引用本发明的原理、方面和实施例以及它们的具体实例的所有陈述意图涵盖它们结构和功能的等同物。此外，这些等同物意图包括目前已知的和将来发展的等同物，也就是说，不管任何结构只要执行相同功能的已开发的任何组成部分都包括在本发明的等同物范围内。

结合附图阅读示例性实施例的描述，附图也被认为是整个说明书的一部分。在说明书中，相对术语诸如“较低的”、“较高的”、“水平的”、“垂直的”、“在......之上”、“在......之下”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”以及它们的派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应该被解释为说明书所描述或讨论的附图所示的定向。这些相对术语是为了方便描述起见，并不需要以特定的定向来构造或者操作该装置。除非另有说明，否则诸如“连接”和“互连”等附接、连接的术语是指结构相互直接固定或附接或者通过中间结构间接固定或附接的关系，以及可移动连接或者刚性连接(或者关系)。

虽然本发明已经就示例性实施例进行了描述，但是本发明不限于此。而且，所附权利要求应该作宽泛的解释以涵盖本领域技术人员在不背离本发明的等同物的范围内可以作出的本发明的其他变型例和实施例。

Claims (20)

1.一种用于测量太阳能电池膜的厚度的方法，所述方法包括：

提供包括缓冲层的太阳能电池，所述缓冲层具有依赖波长的吸收系数；

生成具有多种辐射波长的光；

将所述太阳能电池暴露于至少两种波长的光；

响应于暴露于每一种波长的光，测量所述太阳能电池中所生成的光伏电流；

基于测量的光伏电流来数学地计算所述缓冲层的厚度；以及

将所测量的厚度的输出信号传输至其他器件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述缓冲层包括CdS。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，数学计算包括使用所述测量的光伏电流的比值以及将所述比值除以与所述至少两种波长的光的每一种相关联的吸收系数的差值来获得所述厚度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述其他器件包括显示计算的厚度并且与缓冲层沉积系统通信的控制器。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述光包括使用多个光源，每一个光源都具有相关的辐射波长，并且将太阳能电池结构暴露于所述至少两种波长的光包括将所述太阳能电池结构暴露于所述多个光源中的至少两个光源。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述太阳能电池结构暴露于所述至少两种波长的光包括将所述太阳能电池结构顺序暴露于所述多个光源中的至少两个光源。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述光包括使用能够发出多种辐射波长的光的一个光源，并且暴露包括将信号引导至所述一个光源以顺序发出具有所述至少两种波长的光中的每一种的光。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述信号的第一信号使所述一个光源发出包括第一波长的光的第一波长范围的光，并且所述信号的第二信号使所述一个光源发出包括第二波长的光的第二波长范围的光，并且所述方法进一步包括通过时间和频率中的一个来对所述第一信号和所述第二信号进行去耦。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，提供太阳能电池结构包括设置在上导电层和相邻吸收层之间的所述缓冲层，并且所述缓冲层包括CulnSe₂(CIS)、CuGaSe₂(CGS)、Cu(In,Ga)Se₂(CIGS)、Cu(In,Ga)(Se,S)₂(CIGSS)和CdTe中的一种。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述光伏电流包括提供电流计，将所述电流计的一个电极设置为与所述太阳能电池的顶面接触以及将所述电流计的另一电极设置为与所述太阳能电池的底层接触，以及

其中，所述至少两种波长的光的第一波长在250nm至500nm的范围内且所述至少两种波长的光的第二波长在350nm至600nm的范围内。

11.一种用于测量太阳能电池模块上的多个位置的厚度的方法，所述方法包括：

提供包括多个太阳能电池的所述太阳能电池模块，每一个太阳能电池都包括缓冲层；

对于每一个所述太阳能电池，通过以下步骤来确定所述缓冲层的厚度：

提供多个光源并将所述太阳能电池暴露于来自所述多个光源的第一光源的第一辐射波长的光和暴露于来自所述多个光源的第二光源的第二辐射波长的光；

响应于暴露于所述第一辐射波长的光和响应于暴露于所述第二辐射波长的光，测量所述太阳能电池中所生成的光伏电流；以及

基于测量的所述光伏电流和与每一波长的光相关联的吸收系数来数学计算所述缓冲层的厚度。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述缓冲层包括CdS，提供所述多个光源包括提供位于不透明壳体内的两个光源，并且测量所述光伏电流包括使用限定所述壳体的开口并且与所述太阳能电池接触的环形的第一接触件，并且所述方法进一步包括基于相应的CdS层的厚度来映射所述太阳能电池模块的厚度。

13.一种用于测量太阳能电池膜的厚度的装置，包括：

至少一个光源，能够将光引导至包括缓冲层的太阳能电池的表面，所述至少一个光源能够发出具有多种辐射波长的光；

第一接触件，与所述表面接触；

第二接触件，与所述太阳能电池的层的导电表面接触，所述导电表面设置在所述表面下方；

电流计，连接在所述第一接触件和所述第二接触件之间并且能够读取通过第一辐射波长的光在所述第一接触件和所述第二接触件之间生成的第一电流和通过第二辐射波长的光在所述第一接触件和所述第二接触件之间生成的第二电流；以及

处理器，能够基于所述第一电流和所述第二电流以及与所述第一辐射波长和所述第二辐射波长的每一个相对应的吸收系数来计算所述缓冲层的厚度。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述至少一个光源包括两个光源，所述两个光源包括发出所述第一辐射波长的光的第一LED或者激光器的第一光源和发出所述第二辐射波长的光的第二LED或者激光器的第二光源。

15.根据权利要求13所述的装置，进一步包括：其中包含所述至少一个光源的壳体，所述壳体是不透明的并且包括通过所述第一接触件限定的开口。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述壳体沿至少一个维度通常是对称的，并且所述第一接触件通常是环形的。

17.根据权利要求15所述的装置，其中，所述壳体由选自由导电橡胶、金属、铜纳米管和其他导电材料所组成的组的材料形成。

18.根据权利要求13所述的装置，其中，所述至少一个光源包括能够发出具有所述多种辐射波长的光的一个LED和与所述LED连接的电源。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述电源将至少两个信号引导至所述一个LED或者激光器，所述至少两个信号包括指示所述一个LED或者所述激光器发出所述第一辐射波长的光的第一信号和指示所述一个LED或者所述激光器发出所述第二辐射波长的光的第二信号；以及

所述装置进一步包括对所述第一信号和所述第二信号进行去耦的处理器。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述一个LED或者所述激光器同时发出所述第一辐射波长的光和所述第二辐射波长的光，所述电源使用转换器和滤波器中的至少一种来引导所述至少两个信号，并且所述第一信号和所述第二信号具有不同的频率。