CN111989858A - 用于在太阳能电池的电特性的测量过程中电接触太阳能电池的装置以及用于测量太阳能电池的电特性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在测量太阳能电池的电特性过程中电接触太阳能电池的装置和方法，其中太阳能电池表面上具有多个副栅线电极，该装置包括：至少一个测量条(1)，测量条(1)具有至少一个用于电接触太阳能电池测试装置的接触端子并且在两个测量条端部之间沿着测量条延伸方向(E)延伸，测量条(1)具有与测量条一体形成的多个环形或钩状接触弹簧段(2)，沿测量条延伸方向(E)设置在测量条(1)上，并且当将测量条(1)放置在太阳能电池的表面上时，通过弹簧弹性的机械接触与至少一个副栅线电极接触；包括相对的框架边缘支杆(33)的测量框架(3)，框架边缘支杆(33)围绕大于或等于待测量的太阳能电池的区域接合，并且测量条(1)支撑在该区域中。

Description

用于在太阳能电池的电特性的测量过程中电接触太阳能电池 的装置以及用于测量太阳能电池的电特性的方法
本发明涉及一种用于在太阳能电池的电特性的测量过程中电接触太阳能电池的装置，以及一种用于测量太阳能电池的电特性的方法。特别地，本发明涉及一种用于测量太阳能电池的电特性的装置和方法，其中，太阳能电池在太阳能电池表面上具有多个副栅线电极，但是不具有主栅线。
US2007/0068567A1描述了一种用于在太阳能电池的电特性的测量过程中电接触太阳能电池的装置，该装置包括沿测量条延伸方向在两个测量条端部之间延伸的两个测量条，其中每个测量条具有至少一个接触端子，用于与太阳能电池测试装置进行电接触。所述装置还包括沿着所述测量条延伸方向布置在每个测量条上的多个接触弹簧部分，其中，当将测量条放置在太阳能电池表面上时，其中测量条延伸方向相对于副栅线电极横向定向，每个接触弹簧段被配置为通过弹簧弹性的机械接触而电接触至少一个副栅线电极。为了测量太阳能电池的电特性，将太阳能电池保持在装置中，其中，接触弹簧部分被压在太阳能电池的副栅线电极上。太阳能电池表面暴露在光下，结果产生的光电流流过太阳能电池的副栅线电极，并通过与副栅线电极和测量条电接触的接触弹簧段进行收集和测量。接触弹簧段构造为细长的弹性元件，例如构造为柔性的金属丝网材料或构造为金属的空心圆柱形元件。现有技术中已知的这种装置的一个问题是，当相对于测量条延伸方向横向观察时，测量条可在较宽的范围内遮盖太阳能电池表面。结果产生的测量条的阴影通常明显大于太阳能模块中的电池连接器所产生的阴影，结果是所进行的测量不是很实际。在接触弹簧段和测量条之间的过渡处，由于电化学上不同的材料，可能会产生额外的接触电阻和/或接触电势，这会影响测量结果。此外，仍然需要同时更具成本效益的解决方案，以用于改进的装置和由此执行的优化的测量方法。
本发明的目的是提供一种用于在太阳能电池的电特性的测量过程中电接触太阳能电池的装置以及一种用于测量太阳能电池的电特性的方法，其能够实现更实际的测量，同时可以更经济高效地进行测量。
本发明的目的通过具有权利要求1的特征的装置和具有权利要求8的特征的方法来实现。从属权利要求涉及有利的发展和修改。
本发明规定，测量条和接触弹簧段由相同的材料一体地构成，其中，每个接触弹簧段在相对于测量条延伸方向横向地观察时呈环形或钩状地构造，测量框架具有机械张力装置，其中，测量条在拉伸应力下被夹紧在彼此相对的框架边缘支杆之间。
测量条和接触弹簧段的整体实施例使得测量条和接触弹簧段机械稳定地彼此连接，并且在拉伸应力下将测量条固定在张紧装置中，可确保测量条的机械稳定性，特别是在将后者压在太阳能电池表面上时。测量框架优选地适合于常规晶片太阳能电池类型的形式、形状和尺寸。
此外，测量条和接触弹簧段的整体结构确保了测量条的这两个结构部分之间的低电阻过渡。同时，实质上根据所使用的材料，接触弹簧段能够以某种方式进行弹性变形。在这种构造中，将接触弹簧段固定在测量条上没有机械弱点，例如焊接、夹紧、粘接或焊接连接。结果，该装置较不易损坏和维修，因为由于频繁使用和/或不正确的处理，接触弹簧段从测量条上脱落的可能性较低。此外，由于仅需要一个构件而不是多个构件，因此可以经济地生产测量条和接触弹簧段。此外，相对于测量条延伸方向横向地观察，具有环形或钩状构造的接触弹簧段的测量条可以明显变窄。以此方式，减少了测量过程中的阴影，使得可以执行适合于太阳能模块中的太阳能电池线的实际尺寸的测量。
相对于测量条延伸方向横向地观察，每个接触弹簧段以环形或钩形的方式实施。接触弹簧段优选具有弹簧部件和接触部件。弹簧部件布置在测量条的下边缘处，该弹簧部件从测量条的下边缘开始垂直于或基本垂直于测量条延伸方向延伸。弹簧部件的几何结构构造确定了必要的弹簧力，以便在移动到接触位置时使与弹簧部件整体相邻的接触部件弹性变形，在该接触位置中，当将测量条放置在太阳能电池表面上时，接触弹簧段通过弹簧弹性的机械接触而电接触至少一个副栅线电极。接触弹簧段的接触部件的几何形状决定了电接触面积，并且同样影响了接触弹簧段的弹性变形所必需的弹力。接触部件被构造成使得当将测量条放置在太阳能电池表面上时，借助于所有接触弹簧段的电接触面积的总和，多个接触弹簧部电接触于太阳能电池的所有副栅线电极。接触弹簧段的可自由成形、环形或钩状的整体实施例使得所有副栅线电极能够以足够的弹力进行接触。
弹簧部件优选地以成角度的方式、以圆弧形的方式、以弯曲的方式或以成角度的弯曲的方式从测量条的下边缘延伸。接触部件优选主要平行于或基本平行于测量条延伸方向。如果接触部件布置在单个弹簧部件上，则接触弹簧段呈钩状地构造，因为接触部件的一端通过弹簧部件固定在测量条的下边缘上。接触部件的另一端悬空。接触部件也可以通过两个弹簧部件连接到测量条的下边缘。然后，接触弹簧段以环形方式构造，使得在接触部件和测量条的下边缘之间形成测量条材料中的开口，接触弹簧段形成可弹性变形的环，该环围绕测量条材料中的所述开口延伸。这种结构上对称的构造的优点是，通过接触部件将均匀的力输入到要接触的电极栅指上。
测量条和布置在其上的接触弹簧段的材料优选地是导电材料，优选地是金属或金属合金。金属或金属合金优选是耐腐蚀的并且具有良好的导电性。所述测量条优选地是金属板，与所述测量条一体地构成的所述接触弹簧段在所述金属板上被切割和/或冲压成线的形式。该材料优选地选自铜和铜合金，诸如Cu、CuBe2、CuZn37和CuSn6。材料的弹性模量优选在70000-210000N/mm2的范围内(根据DIN EN ISO 6892-1:2017-02测量)。此外，该材料优选具有根据DIN EN ISO 6892-1：2017-02测量的140-1500N/mm2的屈服点。弹性模量和屈服点决定接触弹簧段的弹力和最大弹簧行程。
在一个优选的实施例中，每个测量条被实施为厚度为0.2至1.5mm，优选为0.3至1.0mm，更优选为0.4至0.7mm的金属板。这导致在太阳能电池的电特性的测量过程中太阳能电池表面的光学阴影显着减少。
优选地，接触弹簧段沿着测量条延伸方向同时沿着测量条的下边缘周期性地布置为线状元件。此外，这确保了当接触弹簧段被放置在太阳能电池表面上时，接触弹簧段接触待读取的太阳能电池的所有副栅线电极。
此外，测量框架有利地具有调节装置，通过该调节装置可以在其高度和沿着框架边缘支杆的布置方面对测量条进行调节。框架边缘支杆和/或固定在其上的构件例如具有开槽的切口，在该切口中，该构件、另一构件和/或定位螺钉可移动地布置。
优选地，该装置包括至少两个测量条，其布置成测量条延伸方向彼此平行，其中，至少两个测量条作为组合测量条被夹紧在张力装置中。换句话说，至少两个测量条被组合以形成组合的测量条。在一个实施例中，两个测量条以彼此电绝缘的方式布置。电绝缘是通过例如电充分绝缘的膜或纸来实现的，该膜或纸分别以平面的方式布置在至少两个测量条之间。甚至更优选地，该装置包括至少三个测量条，所述测量条延伸方向彼此平行地布置并且彼此电绝缘，其中，三个测量条作为组合测量条被夹紧在张力装置中。由此，尤其可以实现用于读出太阳能电池的电特性的四导体测量技术，该技术是太阳能电池表征中常用的技术。
“四导体测量技术”应理解为是指四点接触。这种测量技术通常用于测量小电阻，以消除引线的电阻。因此可以分别测量电流(I)和电压(U)。为了测量目的，测量条彼此电绝缘并且作为组合测量条被夹紧在张力装置中。例如，在三个测量条的情况下，两个外部测量条可负责带走电流，所述测量条以偏移的方式被夹紧，使得相对于测量条延伸方向横向观察，接触弹簧段不是以对准的方式布置，而是以相对于彼此偏移的方式布置。结果，在太阳能电池表面上实现了冗余的电接触区域。位于两个外部电流测量条之间的内部测量条用于测量电压。因此，提供了一种IUI测量几何形状，可以减少四导体测量技术中的测量误差。除了提供IUI测量几何形状的这种示例性描绘之外，当使用至少三个测量条时，也可以类似地提供其他优选的测量几何形状，例如IIU、IUIU、IUIUI。此外，借助于所述测量几何形状还可以减小测量误差。
如上所述，平行地夹紧的两个测量条优选具有在垂直于测量条延伸方向观察时相对于彼此偏移布置的接触弹簧段。这确保了当接触弹簧段被放置在太阳能电池表面上时，接触弹簧段总体上与待读取的太阳能电池的所有副栅线电极良好地接触，并且防止了两个接触弹簧段之间的区域中的一些副栅线电极没有或没有充分电接触的情况。
在一种优选的实施方式中，接触弹簧段从测量条上被激光切割和/或冲压。换句话说，测量条与接触弹簧段一起可以直接由金属板制成。这导致测量条以及装置的成本有效的生产。此外，就弹簧部件和接触部件的结构几何形状以及所实现的弹性弹力而言，接触弹簧段的定制设计可以借助于激光切割简单且比较经济地制造。
本发明还涉及一种用于测量太阳能电池的电特性的方法，该方法包括以下步骤：
-提供根据上述实施例中的一个或多个的装置，该装置具有多个测量条，
-提供具有太阳能电池表面和布置在该太阳能电池表面上的副栅线电极的待测量太阳能电池，并提供太阳能电池测试装置，
-使太阳能电池表面上的副栅线电极与测量条的接触弹簧段机械接触，
-在太阳能电池表面发出闪光，
-通过一个测量条的接触弹簧段，分接由闪光产生的并流过副栅线电极的电流；和
-通过另一个测量条的接触弹簧段分接电压作为测量信号，以及
-借助于太阳能电池测试装置测量和评估分接的电流并测量分接的电压。
相对于该装置给出的说明和/或描述的优点在细节上作必要的修改后可适用于该方法，反之亦然。
优选地，以这样的方式选择测量条的数量及其在要测量的太阳能电池的太阳能电池表面上的位置，使得测量条的数量和位置对应于两个要相互连接以在太阳能模块中形成太阳能电池串的电池连接器的数量和位置。结果，测量条可以模拟电池连接器及其产生的阴影。结果，使得能够对太阳能电池的电特性进行测量和评估，这在很大程度上与太阳能模块中的安装情况相对应。
在另一优选实施例中，相对于测量条延伸方向横向地观察，选择测量条的厚度，以便对应于太阳能模块中使用的电池连接器的厚度，该太阳能电池模块旨在由多个待测量的太阳能电池构成，这些太阳能电池相互连接以在所述太阳能模块中形成太阳能电池串。结果，使得可以对太阳能电池的电特性进行更实际的测量和评估。
优选地，每个测量条被实施为组合测量条，其由至少三个彼此电绝缘并且彼此平行布置的测量条组成，其中至少两个测量条用于测量由闪光产生并流过副栅线电极的电流，并且至少一个测量条用于测量由闪光产生的电压。结果，实现了上述的四导体测量及其优点。
在附图中仅示意性地示出了本发明的各种实施例，并且在下面对其进行更详细的描述。在附图中，以示意性而非按比例绘制。
图1示出了根据本发明的装置的透视图；和
图2a至2e分别示出了测量条和组合测量条的不同实施例的平面图。
图1示出了根据本发明的装置的透视图，该装置用于在太阳能电池的电特性的测量过程中电接触太阳能电池(未示出)，该装置包括在太阳能电池表面上的多个副栅线电极。该装置包括测量条1。测量条1在两个测量条端部之间沿着测量条延伸方向E延伸。测量条1具有至少一个接触端子(未示出)，用于与太阳能电池测试装置(未示出)电接触。
该装置还包括具有彼此相对设置的框架边缘支杆33的测量框架3，该框架边缘支杆33围绕大于或等于待测量的太阳能电池(未示出)的区域接合。测量框架3具有机械张力装置31，其中，测量条1在拉伸应力下被夹紧在彼此相对的框架边缘支杆33之间。为此，机械张力装置31具有夹紧装置，测量条1被夹紧在该夹紧装置中。测量框架3还具有带有调节螺钉34的调节装置35，通过该调节装置尤其可以相对于测量框架3中的框架边缘支杆33调节测量条1的高度。为此目的，调节装置35和调节螺钉34可在开槽的细长孔32中移动。
多个接触弹簧段2沿着测量条延伸方向E布置在测量条1的下边缘上。这在图2a至图2e中详细示出。每个接触弹簧段2被构造成当将测量条1放置在太阳能电池表面上时通过弹簧弹性的机械接触而电接触至少一个副栅线电极，测量条延伸方向E相对于副栅线电极横向地定向。具有接触弹簧段2的测量条1由相同的材料构成，并且测量条1与布置在其下边缘的接触弹簧段2一体地构成。相对于测量条延伸方向E横向地观察，每个接触弹簧段2以环形或钩形的方式实施。
在该装置的操作期间，提供具有太阳能电池表面和布置在该太阳能电池表面上的副栅线电极的待测量的太阳能电池(未示出)，并且提供太阳能电池测试装置(未示出)，该太阳能电池测试装置连接至测量条1。太阳能电池表面上的副栅线电极与测量条1的接触弹簧段2接触。在太阳能电池表面上发出一道闪光。通过一个测量条1的接触弹簧段2，分接由闪光产生的并流过副栅线电极的电流，通过另一测量条(未示出)的接触弹簧段2将电压作为测量信号分接。借助于太阳能电池测试装置来测量和评估分接的电流和分接的电压。
图2a至图2e分别示出了可用于图1所示的装置中的测量条和组合测量条的不同实施例的平面图。
图2a示出了相对于测量条延伸方向E横向观察的测量条的平面图。测量条1具有两个固定开口11。借助于固定开口11，可以将测量条1固定在图1所示的机械张力装置31中。测量条1具有多个接触弹簧段2，其作为线状元件彼此相邻地布置为沿着测量条1的下边缘沿着测量条延伸方向E周期性地布置。每个接触弹簧段2具有两个弹簧部件22，其从测量条1的下边缘开始横向布置，并通过接触部件21相互连接。结果，每个接触弹簧段2以相对于测量条延伸方向E横向观察的环形方式构造。
图2b示出了由根据图2a的两个测量条1形成的组合测量条的平面图。两个相同的测量条1沿着其测量条延伸方向E彼此平行地布置，但是以这样的方式偏移，即，接触弹簧段2不是平齐地布置，而是相对于彼此偏移。两个测量条1可以以彼此电绝缘的方式安装。
图2c示出了相对于测量条延伸方向E横向地观察的测量条的另一实施例的平面图。图2c所示的测量条1对应于图2a所示的测量条，其不同之处在于：相对于测量条延伸方向E横向观察，每个接触弹簧段2以钩状而不是环形的方式构成。每个接触弹簧段2仅具有单个弹簧部件22，该单个弹簧部件22连接到从测量条的下边缘延伸的相应的接触部件21。
图2d示出了由根据图2a的两个测量条1形成的另一组合测量条的平面图。两个相同的测量条1沿着其测量条延伸方向E彼此平行地布置，但是以这样的方式偏移，即，接触弹簧段2不是平齐地布置，而是相对于彼此偏移。两个测量条1可以以彼此电绝缘的方式安装。
图2e示出了相对于测量条延伸方向E横向观察的测量条的另一实施例的平面图。图2e中所示的测量条1对应于图2a中所示的测量条，其不同之处在于：接触弹簧段2由布置在测量条的下边缘的长孔形成。结果，环形接触弹簧段2的环明显小于图2a所示的环。
附图标记列表：
E 测量条延伸方向
1 测量条
11 固定开口
2 接触弹簧段
21 接触部件
22 弹簧部件
3 测量框架
31 机械张力装置
32 细长孔
33 框架边缘支杆
34 调节螺钉
35 调节装置

Claims (11)

1.一种用于在太阳能电池的电特性的测量过程中电接触太阳能电池的装置，其中，所述太阳能电池在太阳能电池表面上具有多个副栅线电极，所述装置包括：
-至少一个测量条(1)，其在两个测量条端部之间沿测量条延伸方向(E)延伸，其中测量条(1)具有至少一个用于与太阳能电池测试装置电接触的接触端子；
-多个接触弹簧段(2)，其沿着所述测量条延伸方向(E)布置在所述测量条(1)上，其中，每个接触弹簧段(2)被配置为当测量条(1)放置在太阳能电池表面上时通过弹簧弹性的机械接触与至少一个副栅线电极电接触，所述测量条延伸方向(E)相对于副栅线电极横向地定向；以及
-测量框架(3)，其具有彼此相对设置的框架边缘支杆(33)，所述框架边缘支杆(33)围绕大于或等于要测量的太阳能电池的区域接合；
其特征在于，
所述测量条(1)和所述接触弹簧段(2)由相同的材料一体地构成，其中，每个接触弹簧段(2)在相对于所述测量条延伸方向(E)横向地观察时以环形或钩状的方式构造，并且测量框架(3)具有机械张力装置(31)，其中，测量条(1)在拉伸应力下被夹紧在彼此相对的框架边缘支杆(33)之间。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个测量条(1)被实施为厚度为0.2至1.5mm的金属板，优选为0.3至1.0mm的金属板，更优选为0.4至0.7mm的金属板。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述接触弹簧段(2)沿着所述测量条延伸方向(E)以及沿着所述测量条(1)的下边缘周期性地布置为线状元件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，至少两个测量条(1)以其测量条延伸方向(E)彼此平行的方式布置，并且其中所述至少两个测量条(1)作为组合测量条夹在机械张力装置(31)中。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述至少两个测量条(1)以彼此电绝缘的方式布置。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，当垂直于所述测量条延伸方向(E)观察时，平行夹紧的两个所述测量条(1)的接触弹簧段(2)彼此偏移设置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述接触弹簧段(2)是从所述测量条(1)上激光切割和/或冲压而成的。
8.一种测量太阳能电池的电特性的方法，包括以下步骤：
-提供根据前述权利要求1至7中任一项所述的装置，该装置具有多个测量条(1)；
-提供具有太阳能电池表面和布置在该太阳能电池表面上的副栅线电极的待测量太阳能电池；以及
-提供太阳能电池测试装置，
-使太阳能电池表面上的副栅线电极与测量条(1)的接触弹簧段(2)机械接触；
-在太阳能电池表面发出闪光；
-通过一个所述测量条(1)的接触弹簧段(2)分接由闪光产生并且流经所述副栅线电极的电流；并且
-通过另一个所述测量条(1)的接触弹簧段(2)分接电压作为测量信号；并且
-借助于太阳能电池测试装置测量和评估分接的电流并测量分接的电压。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，以这样的方式选择测量条(1)的数量及其在待测量的太阳能电池的太阳能电池表面上的位置，使得测量条(1)的数量和位置对应于两个待互连以形成太阳能电池串的太阳能电池之间的电池连接器的数量和位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，选择相对于测量条延伸方向(E)横向观察的测量条的厚度，以使其对应于太阳能模块使用的电池连接器的厚度，所述太阳能模块旨在由多个待测量的太阳能电池构成，所述多个待测量的太阳能电池相互连接以在所述太阳能模块中形成太阳能电池串。
11.根据权利要求9和10中任一项所述的方法，其特征在于，每个测量条(1)实施为组合测量条，该组合测量条由至少三个彼此电绝缘并且彼此平行布置的测量条(1)组成，其中至少两个测量条(1)用于测量由闪光产生的并且流过副栅线电极的电流，并且至少一个测量条(1)用于测量由闪光产生的电压。
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