CN106452362B - 一种用于太阳能电池的qe测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于太阳能电池的QE测试装置，主要由光源、聚光镜、积分球、探针和QE测试平台组成；所述积分球具有积分球出光口；所述探针为圆弧形探针排，该圆弧所对应的圆心角小于360度；当探针排安装于积分球出光口时，积分球出光口出来的光围设于圆弧形探针排之内，所述圆弧形探针排所在的圆与积分球出光口所在的圆重合，或者，上述2个圆的直径差小于5mm且2个圆的圆心距小于5mm。采用本发明的测试装置可以一次上片后就可以全程完成反射率和QE/IQE测试，大大提高了测试效率和工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能电池的QE测试装置及测试方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。太阳能发电装置又称为太阳能电池或光伏电池，可以将太阳能直接转换成电能，其发电原理是基于半导体PN结的光生伏特效应。
综合分析太阳能电池的参数信息对于提升光伏发电系统的整体效率越来越重要，综合测量太阳能电池的量子效率（QE）是获得上述参数的一种重要途径。现有技术中，一般采用QE测试装置来进行量子效率测试。现有的QE测试装置是一种专业的失效分析设备，主要具有测试反射率（REF）、透射率和QE测试等功能。
现有的QE测试装置主要包括光源、聚光镜、积分球、探针、反射率测试平台和QE测试平台。现有的QE测试装置的测试过程如下：（1）在测试反射率时，先将待测电池片固定于反射率测试平台3上，将光源射出的光通过聚光镜聚集后射入积分球4内，将积分球出光口1抵于待测电池片2上，即可测得所述积分球出光口笼罩区域的电池片的反射率（将上述积分球出光口笼罩区域标记为A区域），参见附图1所示的示意图；（2）在待测电池片上标记上述A区域；（3）进行QE测试，先将上述待测电池片2转移至QE测试平台6上，安装探针5，然后将聚光镜聚集后的光线通过反光镜射入待测电池片上的A区域（反光镜设于积分球4的一侧），完成测试，参见附图2所示的示意图。
然而，在上述QE测试过程中，需要反复调整待测电池片位置，使光照射到A区域，以使得测试QE位置与REF位置对齐。显然，该调整过程非常费时费力，且极易出现测试不准的情况。此外，实际测试过程中还会存在如下问题：(1) 由于测试一般都是多次重复进行的，因此需要准备多片待测电池片，然而，由于上述现有测试方法中需要将待测硅片从一个测试平台转移到另一个测试平台，极易出现拿错待测电池片的情况，或者，极易出现一个测试项目未完成而被其他测试人员拿去做其他测试项目的情况，导致混乱；(2) 在进行QE测试时，由于需要使光照射到A区域，因此，光路的调整是非常限制的，然而，由于需要在待测电池片上压设探针，因此还要避免探针及其相应的支架等机构遮挡光线，这在光路调整困难的情况下是很难实现的，给测试工作带来了实际的困难。
因此，开发一种用于太阳能电池的QE测试装置及测试方法，以简化反射率和QE测试，提高测试效率，显然具有积极的现实意义。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种用于太阳能电池的QE测试装置及测试方法。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种用于太阳能电池的QE测试装置，主要由光源、聚光镜、积分球、探针和QE测试平台组成；所述积分球具有积分球出光口；
所述探针为圆弧形探针排，该圆弧所对应的圆心角小于360度；
当探针排安装于积分球出光口时，积分球出光口出来的光围设于圆弧形探针排之内；
当探针排安装于积分球出光口时，所述圆弧形探针排所在的圆与积分球出光口所在的圆重合，或者，上述2个圆的直径差小于5mm且2个圆的圆心距小于5mm。
本发明对探针进行了改进，将其设计成圆弧形探针排，并将其设于积分球出光口处，从而不仅简化了设备，更关键的是实现了QE测试工序可以在反射率测试工序的基础上直接进行，而不需要像现有技术中更换测试平台和测试光路，从而大大简化了测试过程，打破了现有技术中长期以来的测试程序和思维定式，大大提高了测试效率。
所述圆弧形探针排的圆弧缺口应当尽可能小，但不能形成封闭的圆形，因此圆弧所对应的圆心角小于360度；因为形成封闭圆形会干扰电流信号的收集，导致测试数据不准确；而缺口尽可能小是为了确保光通量的损失，确保测试的准确性。
优选的，所述圆弧形探针排的圆弧所对应的圆心角为250~359度。
进一步优选的，所述圆弧形探针排的圆弧所对应的圆心角为320~350度。
上述技术方案中，所述探针排包括探针支架和设于探针支架上的复数个探针，所述探针弹性连接于探针支架上，使得当探针排安装于积分球出光口时，探针相对于积分球出光口具有上下运动的自由度。此处，也可以将探针固定于探针支架上，而将探针排弹性连接于积分球出光口上，从而使得探针相对于积分球出光口具有上下运动的自由度。或者，将探针支架和积分球出光口设计为一体结构。
优选的，探针排上有尽可能多的探针，优选的，探针数目为20根以上，以保证有针扎到细栅线上搜集电流。探针表面为尖状，从而可以扎透栅线和氮化硅膜尽量减少接受光生电流的损失。
上述技术方案中，探针露出探针支架的部分要小一些，防止积分球出光口出来的光露出圆弧形探针排之外；并且要求探针扎入电池片内，确保探针和待测电池片能导通。
优选的，所述探针支架为EVA柔性支架。即探针外围由柔性材质（如EVA)包裹，该EVA柔性支架有两个功能，一是可以便于固定探针，二是可以遮挡积分球出光口出来的光。探针通过非透光材料环绕固定，且露出部分的探针尽可能小，只要能确保探针和待测电池片能导通即可。
进一步优选的，所述EVA柔性支架为导电支架，该导电支架与其上的探针电连接。优选的，导电支架的外部设有连接导线，该连接导线的尾端可以设置一根直径为2mm长为3cm的金属棒，测试时与QE负极的鳄鱼夹相连。当然，只要将导电支架与外部的电源实现电连接即可。此处的EVA柔性支架也可以不导电，此时，可以额外设置一导电层，将探针电连接起来，最后通过连接导线引出亦可。
优选的，所述探针排套接于或插接于积分球出光口上，构成可拆卸式连接结构。例如，可以在圆弧形探针排上连接一弹性件，使其构成一个弹性环，从而可以套接于积分球出光口上。当然，也可以在圆弧形探针排的外围再设置一个弹性环，将探针排绑在积分球出光口上。当时，也可以将探针排固定于积分球出光口上。
上述技术方案中，还包括具有真空吸片作用的辅助测试平台。辅助测试平台可以设置真空吸孔，以此来吸附固定待测电池片。辅助测试平台是在QE测试平台无法应用于测试反射率工序的情况下出现的。因为，现有的QE测试平台非常笨重，可能无法竖立起来，此时需要额外设置辅助测试平台。但此时，在进行QE测试工序时，仍然需要将其与QE测试平台电连接，因为QE测试平台具有信号整合的作用。这一点是发明人通过大量实验进行验证的。
本发明同时请求保护一种由上述用于太阳能电池的QE测试装置的使用方法，包括如下步骤：
(1) 将待测电池片固定于QE测试平台上，然后将积分球出光口抵于待测电池片上，并使探针排的探针接触待测电池片，然后调节光路，将光源射出的光通过聚光镜聚集后射入积分球内，进行反射率测试；
(2) 反射率测试结束之后，直接进行QE测试。
本发明可以在反射率测试的基础上直接进行QE测试，采用的都是积分球出光口笼罩区域，因此可以避免现有技术中反复调整光路以获得同一测试区域的问题。
优选的，所述步骤(1)中，将待测电池片固定于辅助测试平台上，进行反射率测试；在进行步骤(2)的QE测试时，先将辅助测试平台与QE测试平台进行电连接。其中，将辅助测试平台与QE测试平台进行电连接也可以放在步骤(1)中进行，即事先将QE测试需要的电路都连接好。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明开发了一种新的用于太阳能电池的QE测试装置及测试方法，采用本发明的测试装置可以一次上片后就可以全程完成反射率和QE/IQE测试，反射率和QE/IQE测试可以在相同光路中进行，而不用像现有技术中来回调整光路，避免了现有技术中反射率测试位置和QE测试位置实际难对应的缺点，从而大大提高了测试效率和工作效率，取得了显著的效果；
2、本发明的测试方法简单易行，与现有的测试方法相比，本发明的测试方法无需调整光路、无需更换测试平台、无需对准两次的测试位置，而实验证明：本发明的方法测得的测试数据与现有技术的方法测得的测试数据非常吻合，说明本发明的方法可以得到准确可靠的测试数据；
3、本发明的测试装置的结构简单，操作工艺简单，可以快速移植到工业化生产中，适于推广应用。
附图说明
图1是本发明对比例一中反射率测试的结构示意图。
图2是本发明对比例一中QE测试的结构示意图。
图3是本发明实施例一的结构示意图。
图4是本发明实施例一中探针排的俯视图。
图5是本发明实施例一中探针排的剖视图。
图6是本发明实施例和对比例的数据对比图。
其中：1、积分球出光口；2、待测电池片；3、反射率测试平台；4、积分球；5、探针；6、QE测试平台；7、探针排；8、辅助测试平台；9、金属棒；10、探针支架；11、光源；12、聚光镜。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步描述。
实施例一：
参见图3~6所示，一种用于太阳能电池的QE测试装置，主要由光源11、聚光镜12、积分球4、探针和QE测试平台6组成；所述积分球具有积分球出光口；
所述探针为圆弧形探针排7，该圆弧所对应的圆心角为350度；
所述探针排与所述积分球出光口构成可拆卸式连接结构，且当探针排安装于积分球出光口时，该圆弧形探针排所在的圆与积分球出光口所在的圆重合，
所述探针排包括探针支架10和设于探针支架上的复数个探针，且当探针排安装于积分球出光口时，所述探针相对于积分球出光口具有上下运动的自由度。
所述探针弹性连接于探针支架上，使得当探针排安装于积分球出光口时，探针相对于积分球出光口具有上下运动的自由度。所述探针支架为EVA柔性支架。所述EVA柔性支架为导电支架，该导电支架与其上的探针电连接，导电支架的外部设有连接导线。该连接导线的尾端可以设置一根直径为2mm长为3cm的金属棒9，测试时与QE负极的鳄鱼夹相连。
所述探针排套接于积分球出光口上，构成所述可拆卸式连接结构。
还包括辅助测试平台8。辅助测试平台还可以设置真空吸孔，以此来吸附固定待测电池片。辅助测试平台是在QE测试平台无法应用于测试反射率工序的情况下出现的。因为，现有的QE测试平台非常笨重，可能无法竖立起来，此时需要额外设置辅助测试平台。但此时，在进行QE测试工序时，仍然需要将其与QE测试平台电连接，因为QE测试平台具有信号整合的作用。
上述QE测试装置的使用方法，包括如下步骤：
(1) 将待测电池片固定于辅助测试平台上，然后将探针组安装于积分球出光口上，将积分球出光口抵于待测电池片上，并使探针组的探针接触待测电池片，然后将辅助测试平台与QE测试平台进行电连接；
然后调节光路，将光源射出的光通过聚光镜聚集后射入积分球内，进行反射率测试；
(2) 反射率测试结束之后，直接进行QE测试。
对比例一：
采用现有的QE测试装置进行测试，现有的测试装置的工作原理图可以参见附图1和2所示。现有的QE测试装置的测试过程如下：
（1）在测试反射率时，先将待测电池片固定于反射率测试平台3上，将光源射出的光通过聚光镜聚集后射入积分球4内，将积分球出光口1抵于待测电池片2上，即可测得所述积分球出光口笼罩区域的电池片的反射率（将上述积分球出光口笼罩区域标记为A区域），参见附图1所示的示意图；
（2）在待测电池片上标记上述A区域；
（3）进行QE测试，先将上述待测电池片2转移至QE测试平台6上，安装探针5，然后将聚光镜聚集后的光线通过反光镜射入待测电池片上的A区域（反光镜设于积分球4的一侧），进行QE测试，参见附图2所示的示意图。
将实施例和对比例得到的数据进行对比，参见图6所示，实验测得两条曲线比较接近，除了在短波一小段差别，QE测试本身有2%的偏差，短波段的偏差在可接受的误差范围之内，因此两次测试的数据基本吻合，说明采用本发明的方法测试的数据是准确和可靠的。
Claims (10)
1.一种用于太阳能电池的QE测试装置，其特征在于：主要由光源、聚光镜、积分球(4)、探针和QE测试平台(6)组成；所述积分球具有积分球出光口；
所述探针为圆弧形探针排(7)，该圆弧所对应的圆心角小于360度；
当探针排安装于积分球出光口时，积分球出光口出来的光围设于圆弧形探针排之内；
当探针排安装于积分球出光口时，所述圆弧形探针排所在的圆与积分球出光口所在的圆重合，或者，上述2个圆的直径差小于5mm且2个圆的圆心距小于5mm。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能电池的QE测试装置，其特征在于：所述圆弧形探针排的圆弧所对应的圆心角为250~359度。
3.根据权利要求2所述的用于太阳能电池的QE测试装置，其特征在于：所述圆弧形探针排的圆弧所对应的圆心角为320~350度。
4.根据权利要求1所述的用于太阳能电池的QE测试装置，其特征在于：所述探针排包括探针支架和设于探针支架上的复数个探针，所述探针弹性连接于探针支架(10)上，使得当探针排安装于积分球出光口时，探针相对于积分球出光口具有上下运动的自由度。
5.根据权利要求4所述的用于太阳能电池的QE测试装置，其特征在于：所述探针支架为EVA柔性支架。
6.根据权利要求5所述的用于太阳能电池的QE测试装置，其特征在于：所述EVA柔性支架为导电支架，该导电支架与其上的探针电连接。
7.根据权利要求1所述的用于太阳能电池的QE测试装置，其特征在于：所述探针排套接于或插接于积分球出光口上，构成可拆卸式连接结构。
8.根据权利要求1所述的用于太阳能电池的QE测试装置，其特征在于：还包括具有真空吸片作用的辅助测试平台(8)。
9.一种由权利要求1至8中任一所述的用于太阳能电池的QE测试装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 将待测电池片固定于QE测试平台上，然后将积分球出光口抵于待测电池片上，并使探针排的探针接触待测电池片，然后调节光路，将光源射出的光通过聚光镜聚集后射入积分球内，进行反射率测试；
(2) 反射率测试结束之后，直接进行QE测试。
10.根据权利要求9所述的用于太阳能电池的QE测试装置，其特征在于：所述步骤(1)中，将待测电池片固定于辅助测试平台上，进行反射率测试；在进行步骤(2)的QE测试时，先将辅助测试平台与QE测试平台进行电连接。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
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