DE102006028056A1

DE102006028056A1 - Solar cell module e.g. copper, indium, selenious thin layer solar cell module, testing method, involves deviating photo stream into illuminated solar cells, where photo stream is produced in solar cells

Info

Publication number: DE102006028056A1
Application number: DE102006028056A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr.-Ing. Powalla; Erwin Dr.-Ing. Lotter
Original assignee: Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg
Current assignee: Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2026-06-10
Also published as: DE102006028056B4

Abstract

The method involves illuminating a set of solar cells (S1-SN) with a light spot. Photo stream is deviated into the illuminated solar cells, where the photo stream is produced in the solar cells. The voltage dropping is simultaneously measured over a solar cell module (10) e.g. copper, indium, selenious thin layer solar cell module. The solar cell surface is scanned with the light spot for consecutively determining the voltage that drops over the solar cell module. The light of the light spot is modulated for charging the solar cells. An independent claim is also included for a testing device for testing solar cell modules.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Solarzellenmodulen mit mehreren, in Serie geschalteten Solarzellen mittels eines Messgeräts und dem Schritt des Beleuchtens einer der mehreren Solarzellen mit einem Lichtpunkt. Die Erfindung betrifft auch eine Prüfvorrichtung für Solarzellenmodule zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer, einen Lichtpunkt erzeugenden Lichtquelle und einem Messgerät.The The invention relates to a method for testing solar cell modules with a plurality of series connected solar cells by means of a measuring device and the Step of illuminating one of the multiple solar cells with a Point of light. The invention also relates to a test device for solar cell modules for Carry out the method according to the invention with a light source producing a light source and a measuring device.

Solarzellenmodule enthalten in der Regel mehrere, in Serie geschaltete Solarzellen und sind so verkapselt, dass lediglich die Anschlüsse des gesamten Moduls, nicht aber die einzelnen Solarzellen mehr zugänglich sind. Dies ist beispielsweise auch bei Dünnschichtsolarzellen der Fall, bei denen eine Serienschaltung nicht mehr über Leiterbahnen zwischen einzelnen Solarzellenwafern, sondern bereits während des Herstellungsprozesses durch geeignete Gestaltung der Vorderseitenkontakte und Rückseitenkontakte realisiert wird. Solche Dünnschichtsolarzellenmodule sind beispielsweise zwischen zwei Glasscheiben verkapselt und die einzelnen Solarzellen sind elektrisch nicht mehr zugänglich.solar cell modules usually contain several solar cells connected in series and are encapsulated so that only the connections of the whole module, but not the individual solar cells are more accessible. This is also the case, for example, with thin-film solar cells. where a series connection no longer has tracks between each Solar cell wafers, but already during the manufacturing process by suitable design of the front side contacts and rear side contacts is realized. Such thin film solar cell modules For example, are encapsulated between two panes of glass and the individual solar cells are no longer electrically accessible.

Bei bekannten Messverfahren für Solarzellen und Solarzellenmodule wird eine der Solarzellen in dem Modul mittels eines Lichtpunkts beaufschlagt und der durch den Lichtpunkt erzeugte Photostrom wird im Kurzschluss an den zugänglichen Anschlüssen des Moduls gemessen. Beispielsweise wird ein Laserstrahl verwendet, mit dem eine Solarzelle des Solarzellenmoduls abgerastert wird. Aus dem in Kurzschlusskonfiguration gemessenen Strom können beispielsweise die Generation und Rekombination/Sammlung der Solarzelle ortsaufgelöst bestimmt werden. Dieses Messverfahren wird mit LBIC (Light/Laser Beam Induced Current) bezeichnet.at known measuring method for Solar cells and solar cell modules will be one of the solar cells in the Module applied by means of a light point and by the light point generated photocurrent is shorted to the accessible connections measured by the module. For example, a laser beam is used with which a solar cell of the solar cell module is scanned. For example, from the current measured in short circuit configuration the generation and recombination / collection of the solar cell are determined spatially resolved. This measurement method is performed with LBIC (Light / Laser Beam Induced Current) designated.

Problematisch bei der Messung in der Kurzschlusskonfiguration ist, dass der in der zu messenden Solarzelle erzeugte Photostrom durch alle Solarzellen des Moduls nach außen geführt werden muss. Dadurch kann eine über die zu messende Solarzelle getroffene Aussage verfälscht werden. Beispielsweise reicht es nicht aus, in der Kurzschlusskonfiguration über alle Solarzellen des Moduls eine Spannung von 0V anzulegen, um an jeder einzelnen Solarzelle 0V anliegen zu haben. Beispielsweise kann an einer der Zellen eine kleine positive Spannung abfallen, die dann von einer negativen Spannung an einer anderen Solarzelle kompensiert wird.Problematic when measuring in the short circuit configuration is that the in The solar cell to be measured generated photocurrent through all solar cells of the module to the outside guided must become. This can be an over the measured solar cell to be measured statement are falsified. For example, it is not enough in the short circuit configuration over all Solar cells of the module to apply a voltage of 0V to each individual solar cell 0V to have applied. For example, on one of the cells drop a small positive voltage, which then compensated by a negative voltage on another solar cell becomes.

Nicht nur bei sogenannten CIS-Dünnschichtsolarzellen (Kupfer, Indium, Selenid) oder CIGS-Dünnschichtsolarzellen (Kupfer, Indium, Gallium, Selenid) ist die Messung von Eigenschaften einzelner Solarzellen in einem verkapselten Solarzellenmodul in der Kurzschlusskonfiguration problematisch.Not only in so-called CIS thin-film solar cells (Copper, indium, selenide) or CIGS thin-film solar cells (copper, Indium, gallium, selenide) is the measurement of individual properties Solar cells in an encapsulated solar cell module in the short circuit configuration problematic.

Mit der Erfindung sollen ein Prüfverfahren und eine Prüfvorrichtung für Solarzellenmodule bereitgestellt werden, mit denen zuverlässige Aussagen über einzelne Solarzellen auch dann getroffen werden können, wenn nicht mehr die elektrischen Anschlüsse einer einzelnen Solarzelle, son dern lediglich die Anschlüsse des gesamten Solarzellenmoduls zugänglich sind.With The invention is a test method and a test device for solar cell modules be provided with which reliable statements about individual Solar cells can be taken even if no longer the electrical connections of a single solar cell, son only the connections of the son entire solar cell module accessible are.

Erfindungsgemäß ist hierzu ein Verfahren zum Prüfen von Solarzellenmodulen mit mehreren, in Serie geschalteten Solarzellen mittels eines Messgeräts mit folgenden Schritten vorgesehen: Beleuchten einer der mehreren Solarzellen mit einem Lichtpunkt, Ableiten des in der mit dem Lichtpunkt belichteten Solarzelle erzeugten Photostroms in der belichteten Solarzelle selbst und gleichzeitiges Messen der über das Solarzellenmodul abfallenden Spannung.According to the invention is this a method of testing of solar cell modules with multiple solar cells connected in series by means of a measuring device with the following steps: Illuminate one of the several Solar cells with a point of light, deriving the light in the point exposed solar cell generated photocurrents in the exposed solar cell itself and simultaneous measurement of the falling over the solar cell module Tension.

Indem der in der zu prüfenden Solarzelle erzeugte Fotostrom in der belichteten Solarzelle selbst abgeleitet wird, fließt praktisch kein Strom über die übrigen Solarzellen des Moduls ab, so dass deren Eigenschaften die erfindungsgemäß vorgesehene Spannungsmessung auch nicht wesentlich beeinflussen können. Erreicht wird die interne Ableitung des erzeugten Photostroms dadurch, dass das an die Ausgangsanschlüsse des Solarzellenmoduls geschaltete Spannungsmessgerät einen gegenüber dem Innenwiderstand des Solarzellenmoduls ausreichend großen Innenwiderstand hat. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass der durch Beleuchten mit dem Lichtpunkt in der zu prüfenden Solarzelle des Moduls erzeugte Strom nicht über die übrigen Solarzellen des Moduls abfließt und dadurch das Messergebnis verfälscht. Im allgemeinsten Fall muss der komplexe Innenwiderstand des Spannungsmessgeräts groß gegenüber dem komplexen Innenwiderstand des Solarzellenmoduls sein. Die am Solarzellenmodul anliegende Spannung ist dann die von dem in der belichteten Solarzelle erzeugten Photostrom und dessen Ableitung über den Innenwiderstand dieser Solarzelle erzeugte Spannung. Diese Spannung, die außen am Modul gemessen werden kann, lässt wertvolle Rückschlüsse über die Eigenschaften der belichteten Solarzelle zu. Dies gilt insbesondere bei sogenannten CIS- und CIGS-Dünnschichtsolarzellen, da der bei bekannter Lichtintensität erzeugte Photostrom nicht so stark wie der Innenwiderstand dieser Dünnschichtsolarzellen schwankt. Selbst wenn sich also der über einen Lichtpunkt mit bekannter Lichtintensität erzeugte Photostrom ändern sollte, so lässt die dann am Solarzellenmodul gemessene Spannung immer noch wertvolle Rückschlüsse über die Eigenschaften der gerade belichteten Solarzelle zu, da der Innenwiderstand von solchen Dünnschichtsolarzellen bei Defekten oder Unregelmäßigkeiten wesentlich stärker als der erzeugte Photostrom schwankt. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt es daher problemlos zu, bei vernachlässigbarem Stromfluss durch die übrigen Solarzellen des Moduls hindurch mittels einer Spannungsmessung am Modul Aussagen über die Eigenschaften einer gerade belichteten Solarzelle im Modul zu machen. Die Genauigkeit des Ergebnisses hängt dabei auch davon ab, welcher Wert für den induzierten Fotostrom, der ja nicht gemessen wird, angenommen wird. Wie bereits erwähnt wurde, zeigt die Erfahrung aber, dass dieser Wert für Solarzellen eines bestimmten Typs nur wenig schwankt. Für qualitativ gutes, d.h. verkaufsfähiges Material schwankt der Wert für den bei einer bestimmten Intensität induzierten Fotostrom praktisch nur im einstelligen Prozentbereich. Parallelwiderstände der Solarzelle hingegen können um mehrere Größenordnungen variieren, bis Auswirkungen auf das Schwachlichtverhalten der Module zu beobachten sind. Fehler durch die ungenügende Kenntnis des induzierten Fotostroms sind im Allgemeinen daher völlig unbedeutend. Auch Schwankungen der Kapazität der Zelle, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren diagnostiziert werden können, übersteigen die Unsicherheit bei der Abschätzung des induzierten Fotostroms bei weitem. Trotz des nur indirekten Einflusses des Fotostroms auf den gemessenen Spannungswert lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aber durch Abtasten der Solarzellenoberfläche sogar ein relatives Profil der Fotogeneration erstellen. Diesem Profil überlagert ist zwar ein Profil, das durch laterale Inhomogenitäten des Parallelwiderstands der Zelle entsteht. Durch den geringen seriellen Widerstand, mit dem die einzelnen Abschnitte der Solarzelle durch den Frontkontakt und Rückkontakt verbunden sind, entsteht hier aber nur dann ein merkliches überlagertes Profil, wenn die Solarzelle lokale Kurzschlüsse enthält.Since the photocurrent generated in the solar cell to be tested is dissipated in the exposed solar cell itself, practically no current flows via the remaining solar cells of the module, so that their properties can not significantly influence the voltage measurement provided according to the invention. The internal dissipation of the generated photocurrent is achieved in that the voltage measuring device connected to the output terminals of the solar cell module has a sufficiently high internal resistance with respect to the internal resistance of the solar cell module. It is essential for the method according to the invention that the current generated by illuminating with the light spot in the solar cell of the module to be tested does not flow off via the remaining solar cells of the module and thereby falsifies the measurement result. In the most general case, the complex internal resistance of the voltmeter must be large compared to the complex internal resistance of the solar cell module. The voltage applied to the solar cell module voltage is then the voltage generated by the photocurrent generated in the exposed solar cell and its derivative via the internal resistance of this solar cell. This voltage, which can be measured outside the module, allows valuable conclusions about the properties of the exposed solar cell. This applies in particular to so-called CIS and CIGS thin-film solar cells, since the photocurrent generated at known light intensity does not fluctuate as much as the internal resistance of these thin-film solar cells. Even if the photocurrent generated via a light point with known light intensity should change, then the voltage measured at the solar cell module still allows valuable conclusions about the properties of the solar cell being exposed, since the internal resistance of such thin-film solar cells in case of defects or Un regularities much stronger than the photocurrent generated fluctuates. The method according to the invention therefore makes it possible without problems, with negligible current flow through the remaining solar cells of the module, to make statements about the properties of a solar cell that has just been exposed in the module by means of a voltage measurement on the module. The accuracy of the result also depends on which value is assumed for the induced photocurrent, which is not measured. However, as already mentioned, experience shows that this value varies only slightly for solar cells of a certain type. For good quality, ie salable material, the value for the photocurrent induced at a certain intensity varies practically only in the single-digit percentage range. In contrast, parallel resistances of the solar cell can vary by several orders of magnitude, until effects on the low-light behavior of the modules can be observed. Errors due to insufficient knowledge of the induced photocurrent are generally therefore completely insignificant. Also, variations in the capacity of the cell which can be diagnosed with the method of the invention far exceed the uncertainty in estimating the induced photocurrent. Despite the indirect influence of the photocurrent on the measured voltage value, the method according to the invention makes it possible to even create a relative profile of the photo generation by scanning the solar cell surface. Although this profile is superimposed on a profile that results from lateral inhomogeneities of the parallel resistance of the cell. Due to the low serial resistance with which the individual sections of the solar cell are connected by the front contact and back contact, however, a noticeable superimposed profile only arises here if the solar cell contains local short circuits.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Abscannen der Solarzellenoberfläche mit dem Lichtpunkt und fortlaufendes Erfassen der über das Solarzellenmodul abfallenden Spannung vorgesehen.In Further development of the invention is the scanning of the solar cell surface with the point of light and continuous detection of the falling over the solar cell module Voltage provided.

Durch Abscannen der Solarzellenoberfläche mit dem Lichtpunkt lassen sich Aussagen über lokale Defekte der gerade belichteten Solarzelle treffen, beispielsweise über lokale Kurzschlüsse zwischen Vorderseitenkontakt und Rückseitenkontakt.By Scan the solar cell surface with The light point can be statements about local defects of the straight exposed solar cell meet, for example via local shorts between Front side contact and rear contact.

In Weiterbildung der Erfindung wird das Licht des Lichtpunkts zum Beaufschlagen der Solarzelle moduliert.In Further development of the invention is the light of the light spot for applying the solar cell modulated.

Durch Modulation des Lichts des Lichtpunkts und entsprechend angepasste Auswertung der am Solarzellenmodul abfallenden Spannung können Störungen, beispielsweise durch Umgebungslicht, ausgefiltert werden.By Modulation of the light of the light point and adapted accordingly Evaluation of the voltage drop across the solar cell module can disturbances, for example, by ambient light, be filtered out.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Beaufschlagen des Solarzellenmoduls mit Hintergrundbeleuchtung vorgesehen.In Further development of the invention is the application of the solar cell module provided with backlight.

Durch Hintergrundbeleuchtung kann gezielt eine Kennlinie der Solarzelle für gewünschte Beleuchtungsverhältnisse angefahren werden, auf der dann die Messung mittels des Lichtpunktes erfolgt.By Backlight can target a characteristic of the solar cell for desired lighting conditions be approached, then on the measurement by means of the light spot he follows.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Einprägen eines konstanten Stroms in das Solarzellenmodul und das gleichzeitige Beaufschlagen der Solarzelle mit einem Lichtpunkt mit intensitätsmoduliertem Licht zum Messen des differentiellen Widerstandes der Solarzelle vorgesehen.In Further development of the invention is the impressing of a constant current in the solar cell module and the simultaneous application of the Solar cell with a spot of light with intensity-modulated light for measuring provided the differential resistance of the solar cell.

Durch Einprägen eines konstanten Stroms kann ein bestimmter Arbeitspunkt auf der I/U-Kennlinie der Solarzelle angefahren werden. Durch die Serienschaltung aller Solarzellen des Solarzellenmoduls fließt durch alle Solarzellen des Moduls der gleiche Strom. Indem lediglich eine der Solarzellen des Moduls dann mit dem Lichtpunkt belichtet wird, kann auch bei Einprägen eines konstanten Stroms eine Aussage über die elektrischen Eigenschaften der mit dem Lichtpunkt belichteten Solarzelle getroffen werden. Speziell kann durch Belichten mit einem Lichtpunkt mit moduliertem Licht der differentielle Widerstand an dem durch Einprägen des konstanten Stroms angefahrenen Arbeitspunkt der I/U-Kennlinie bestimmt werden. Durch Einprägen unterschiedlicher Ströme in das Solarzellenmodul kann dadurch die I/U-Kennlinie einer Solarzelle bestimmt werden. Zusätzlich kann beispielsweise Hintergrundlicht vorgesehen sein, um auch bei unterschiedlicher Beleuchtung die I/U-Kennlinien der Solarzelle zu bestimmen.By inculcate A constant current can be a given operating point on the I / U characteristic of the solar cell are approached. By the series connection of all solar cells of the solar cell module flows through all solar cells of the solar cell Module the same current. By only one of the solar cells of the module then exposed to the point of light, can also be impressed with a constant stream a statement about the electrical properties of the light spot exposed Solar cell to be taken. Specifically, by exposing with a Light point with modulated light on the differential resistance by impressing of the constant current approached operating point of the I / U characteristic determined become. By impressing different currents in the solar cell module can thereby the I / U characteristic of a solar cell be determined. additionally For example, background light can be provided to even at different lighting the I / U characteristics of the solar cell to determine.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Beaufschlagen der Solarzelle mit einem Lichtpunkt mit Licht vorgesehen, das mit veränderbarer Frequenz moduliert ist, und gleichzeitig wird der komplexe Widerstand der Solarzelle bestimmt.In Further development of the invention is the application of the solar cell provided with a light spot with light, with changeable Frequency is modulated, and at the same time becomes the complex resistance the solar cell determined.

Durch diese Maßnahmen kann beispielsweise der Frequenzgang des komplexen Innenwiderstandes einer Solarzelle in dem Solarzellenmodul bestimmt werden. Die Bestimmung des Frequenzgangs lässt beispielsweise wichtige Aussagen über die Sperrschichtkapazität der geprüften Solarzelle zu.By these measures For example, the frequency response of the complex internal resistance a solar cell in the solar cell module can be determined. The determination of the frequency response leaves For example, important statements about the barrier layer capacity of the tested solar cell to.

In Weiterbildung der Erfindung wird die Lichtintensität des Lichtpunktes so schwach eingestellt, dass der Widerstand des belichteten Abschnitts der Solarzelle größer oder gleich zum Widerstand des nicht belichteten Abschnitts dieser Solarzelle ist.In Further development of the invention is the light intensity of the light spot adjusted so weak that the resistance of the exposed section the solar cell bigger or equal to the resistance of the unexposed portion of this solar cell is.

Durch diese Maßnahmen wird das elektrische Verhalten der gerade belichteten Solarzelle nicht durch den belichteten Abschnitt, sondern durch die restlichen, nicht vom Lichtpunkt belichteten Abschnitte der Solarzelle bestimmt. Dadurch ist beispielsweise eine Aussage über das Schwachlichtverhalten der gemessenen Solarzelle möglich.By these measures, the electrical behavior of the currently exposed solar cell is not through the exposed portion, but through determines the remaining, not the light spot exposed portions of the solar cell. As a result, for example, a statement about the low-light behavior of the measured solar cell is possible.

In Weiterbildung der Erfindung wird die Lichtintensität des Lichtpunkts so stark eingestellt, dass der Widerstand des belichteten Abschnitts der Solarzelle gegenüber den nicht belichteten Abschnitten dieser Solarzelle klein ist.In Further development of the invention is the light intensity of the light spot adjusted so much that the resistance of the exposed section the solar cell opposite the unexposed portions of this solar cell is small.

Bei einer solchen Einstellung der Lichtintensität des Lichtpunktes ist gegenüber dem belichteten Abschnitt der Rest der Solarzelle vernachlässigbar. Auch eine solche Messung kann wichtige Aussagen über die Eigenschaften der belichteten Solarzelle ermöglichen. Beispielsweise kann im Rahmen eines automatisierten Messprogramms zunächst eine Messung mit schwacher Lichtintensität und darauffolgend eine Messung mit starker Lichtintensität durchgeführt werden.at such adjustment of the light intensity of the light spot is opposite to exposed portion of the rest of the solar cell negligible. Also Such measurement can be important statements about the properties of the exposed Enable solar cell. For example, as part of an automated measurement program first a measurement with low light intensity and subsequently a measurement with strong light intensity be performed.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auch durch eine Prüfvorrichtung für Solarzellenmodule zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst, wobei die Prüfvorrichtung eine, einen Lichtpunkt erzeugende Lichtquelle und ein Messgerät aufweist, wobei das Messgerät als Spannungsmessgerät zum Erfassen der über ein zu prüfendes Solarzellenmodul abfallenden Spannung ausgebildet ist und einen gegenüber dem Innenwiderstand des Solarzellenmoduls wesentlich größeren Innenwiderstand aufweist.The The problem underlying the invention is also due to a test device for solar cell modules to perform the method according to the invention solved, the test device a light spot generating light source and a measuring device, being the meter as a voltage measuring device to capture the over one to be tested Solar cell module sloping voltage is formed and a across from the internal resistance of the solar cell module much greater internal resistance having.

Bei einer derartigen Ausbildung des Spannungsmessgeräts fließt ein vernachlässigbar kleiner Strom von der gerade belichteten Solarzelle des Solarzellenmoduls durch dessen übrige Zellen nach außen ab, so dass der durch die Belichtung erzeugte Photostrom praktisch vollständig in der gerade belichteten Solarzelle selbst abgeleitet wird. Die Spannungsmessung an den Außenanschlüssen des Solarzellenmoduls lässt dadurch wichtige Rückschlüsse auf die gerade belichtete Solarzelle selbst zu, da die übrigen Solarzellen des Moduls lediglich als Leitungswiderstand wirken und ihr Einfluss auf die am Solarzellenmodul gemessene Spannung aufgrund des vernachlässigbaren Stromflusses vernachlässigbar ist. Vorteilhafterweise beträgt der Innenwiderstand des Spannungsmessgeräts wenigstens das Zehnfache des Widerstands des Solarzellenmoduls. Das Verhältnis der Innenwiderstände von Solarzellenmodul und äußerer Beschaltung des Solarzellenmoduls muss für den jeweils betrachteten Frequenzbereich und allgemein für die komplexen Innenwiderstände gelten.at such a design of the voltage measuring device flows negligibly small current from the just exposed solar cell of the solar cell module through the rest of it Cells to the outside so that the photocurrent produced by the exposure is practically Completely is derived in the just exposed solar cell itself. The Voltage measurement at the external connections of the Solar cell module leaves thus important conclusions the just exposed solar cell itself, as the remaining solar cells of the module only act as a line resistance and their influence to the voltage measured at the solar cell module due to the negligible Current flow negligible is. Advantageously the internal resistance of the voltmeter at least tenfold the resistance of the solar cell module. The ratio of the internal resistances of Solar cell module and external wiring of the solar cell module must be for the considered frequency range and in general for the complex internal resistances be valid.

In Weiterbildung der Erfindung gibt die punktförmige Lichtquelle moduliertes Licht ab, wobei insbesondere eine Modulationsfrequenz des modulierten Lichts einstellbar ist.In Development of the invention gives the punctiform light source modulated Light off, in particular, a modulation frequency of the modulated Light is adjustable.

In Weiterbildung der Erfindung sind Mittel zum Einprägen eines konstanten Stroms in das Solarzellenmodul vorgesehen, wobei insbesondere unterschiedliche konstante Ströme eingeprägt werden können.In Development of the invention are means for impressing a constant current provided in the solar cell module, in particular different constant currents imprinted can be.

Durch Einprägen eines konstanten Stroms in das Solarzellenmodul können unterschiedliche Arbeitspunkte auf der I/U-Kennlinie einer Solarzelle angefahren und dann an diesem Arbeitspunkt Messungen durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise durch Modulieren des Lichts des Lichtpunkts erreicht werden.By inculcate of a constant current into the solar cell module can be different Operating points approached on the I / U characteristic of a solar cell and then measurements are taken at this operating point. This can be done, for example, by modulating the light of the light spot be achieved.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine zentrale Steuereinheit vorgesehen, wobei eine Intensität der den Lichtpunkt erzeugenden Lichtquelle, eine Modulationsfrequenz des Lichts des Lichtpunkts, eine Einstellung eines in das Solarzellenmodul eingeprägten Stroms, eine Intensität einer Hintergrundbeleuchtung und/oder eine Position des Lichtpunkts auf dem Solarzellenmodul mittels der zentralen Steuereinheit vorgebbar ist.In Further development of the invention, a central control unit is provided, being an intensity of the light spot generating light source, a modulation frequency the light of the light spot, a setting of one in the solar cell module impressed Strom, an intensity a backlight and / or a position of the light spot the solar cell module by means of the central control unit predetermined is.

Mittels einer solchen zentralen Steuereinheit lassen sich beispielsweise automatisierte Messprogramme mit ebenfalls automatisierter Auswertung einrichten. Beispielsweise können die einzelnen Solarzellen eines Moduls mittels des Lichtpunktes abgerastert werden und zu jeder Rasterstellung wird ein Spannungswert an den Außenanschlüssen des Solarzellenmoduls erfasst. Weitergehende Auswertungen können dann die Beurteilung des sich ergebenden Rasterbildes sein. Es ist aber beispielsweise auch möglich, mittels der zentralen Steuereinheit die Modulationsfrequenz des Lichtpunktes zu verändern und auf diese Weise einen Frequenzgang einer Solarzelle im Modul zu erfassen. Weiterhin ist es möglich, durch Einprägen unterschiedlicher konstanter Ströme verschiedene Arbeitspunkte einer I/U-Kennlinie einer Solarzelle anzufahren und an diesen Arbeitspunkten jeweils den differentiellen Widerstand der Solarzelte zu bestimmen.through Such a central control unit can be, for example set up automated measuring programs with likewise automated evaluation. For example, you can the individual solar cells of a module by means of the light point be scanned and each grid position is a voltage value at the external connections of the Solar cell module detected. Further evaluations can then the assessment of the resulting raster image. But it is for example, also possible by means of the central control unit the modulation frequency of the To change light point and in this way a frequency response of a solar cell in the module too to capture. Furthermore, it is possible by impressing different constant currents different operating points of an I / U characteristic of a solar cell to approach and at these points in each case the differential Resistance to determine the solar tent.

Weiterhin kann mittels der zentralen Steuereinheit beispielsweise die Intensität einer Hintergrundbeleuchtung verändert werden, um unterschiedliche Kennlinien der Solarzelle bei unterschiedlicher Beleuchtung wenigstens abschnittsweise zu erfassen.Farther can by means of the central control unit, for example, the intensity of a Backlight changed be different characteristics of the solar cell at different Illumination to capture at least in sections.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der dargestellten Ausführungsformen können dabei in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. In den Zeichnungen zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention in conjunction with the drawings. Individual features of the illustrated embodiments can be combined with one another in any desired manner without exceeding the scope of the invention stride. In the drawings show:

1 ein Prinzipschaltbild eines Serienkreises aus einem Solarzellenmodul und einem Spannungsmessgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform, 1 3 is a block diagram of a series circuit comprising a solar cell module and a voltage measuring device for carrying out the method according to the invention in accordance with a first embodiment,

2 zwei I/U-Kennlinien für einen mit einem Lichtpunkt belichteten Abschnitt einer Solarzelle bzw. einen nicht mit dem Lichtpunkt belichteten Abschnitt der Solarzelle, 2 two I / U characteristic curves for a section of a solar cell illuminated with a light spot or a section of the solar cell not illuminated with the light spot,

3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung, 3 a schematic representation of a test device according to the invention,

4 ein Diagramm des sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergebenden Spannungssignals beim Abscannen eines Solarzellenmoduls mit mehreren Solarzellen, 4 a diagram of the resulting in the inventive method voltage signal when scanning a solar cell module with multiple solar cells,

5 eine räumliche Darstellung des sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergebenden Spannungssignals beim Abscannen eines Solarzellenmoduls mit mehreren Solarzellen, 5 a spatial representation of the resulting in the inventive method voltage signal when scanning a solar cell module with multiple solar cells,

6 einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemessenen Frequenzgang einer Solarzelle, 6 a frequency response of a solar cell measured by the method according to the invention,

7 ein Prinzipschaltbild zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und 7 a schematic diagram for explaining a second embodiment of the method according to the invention and

8 eine I/U-Kennlinie einer Solarzelle zur Verdeutlichung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 8th an I / U characteristic of a solar cell to illustrate the second embodiment of the method according to the invention.

In der Darstellung der 1 ist eine Serienschaltung eines Solarzellenmoduls 10 mit einem Spannungsmessgerät 12 dargestellt. Das Solarzellenmodul 10 besteht aus mehreren in Serie geschalteten Solarzellen S₁, S₂, ... S_n-1, S_n. Zu jeder Solarzelle S₁, ... S_n ist das stark vereinfachte, für die Zwecke der Erfindung aber ausreichend genaue elektrische Ersatz schaltbild mit eingezeichnet. Auch bei dem Spannungsmessgerät 12 ist das elektrische Ersatzschaltbild mit eingezeichnet.In the presentation of the 1 is a series connection of a solar cell module 10 with a voltmeter 12 shown. The solar cell module 10 consists of several series-connected solar cells S ₁ , S ₂ , ... S _n-1 , S _n . For each solar cell S ₁ , ... S _n is the much simplified, for the purposes of the invention but sufficiently accurate electrical replacement circuit diagram drawn. Also with the tension measuring device 12 the electrical equivalent circuit diagram is marked with.

Jede Solarzelle S₁, ... S_n zeigt im Ersatzschaltbild eine Diode D₁, ... D_n, einen ohmschen Widerstand R₁, ... R_n und eine Kapazität C₁, ... C_n. Das Ersatzschaltbild des Spannungsmessgeräts 12 zeigt die Parallelschaltung aus einem idealen Spannungsmesser 14 mit unendlichem Innenwiderstand, einem ohmschen Widerstand R_L und einer Kapazität C_L.Each solar cell S ₁ , ... S _n shows in the equivalent circuit diagram a diode D ₁ ,... D _n , an ohmic resistance R ₁ ,... R _n and a capacitance C ₁ ,... C _n . The equivalent circuit of the voltmeter 12 shows the parallel connection of an ideal voltmeter 14 with infinite internal resistance, an ohmic resistance R _L and a capacitance C _L.

Der Innenwiderstand R_L des Spannungsmessgerätes 12 ist dabei wesentlich größer als die Summe der Innenwiderstände R₁, ... R_n der einzelnen Solarzellen S₁, ... S_n. Beispielsweise ist der Widerstand R_L wenigstens zehnmal so groß wie die Summe der Innenwiderstände R₁, ... R_n. Auf diese Weise ist der Spannungsabfall an den übrigen Solarzellen, verursacht durch den Stromfluss durch das Messgerät 12, vernachlässigbar. Bei Belichtung einer der Solarzellen S₁, ... S_n mit einem Lichtpunkt dessen Abmessungen kleiner oder gleich sind als die Gesamtfläche einer jeweiligen Solarzelle S₁, ... S_n, wird in der durch den Lichtpunkt beaufschlagten Solarzelle ein Photostrom erzeugt. Da der Innenwiderstand R_L des Spannungsmessgeräts 12 aber wesentlich größer ist als die Summe der Innenwiderstände R₁, ... R_n der Solarzellen S₁, ... S_n, kann dieser erzeugte Photostrom nicht durch die benachbarten Solarzellen abfließen, sondern wird in der gerade belichteten Solarzelle selbst abgeleitet. Beispielsweise wird bei Beaufschlagung der Solarzelle S₂ mit einem Lichtpunkt der an der Diode D2 erzeugte Photostrom über den Innenwiderstand R₂ abgeleitet. Dadurch fällt aber über die Solarzelle S₂ eine Spannung ab, die aufgrund des vernachlässigbaren Stromflusses durch die übrigen Solarzellen S₁ sowie S₃ bis S_n an den Außenanschlüssen 18, 16 des Solarzellenmoduls 10 abgegriffen werden kann. Im Gleichstromfall lässt die an den Anschlüssen 16, 18 gemessene Spannung dadurch einen Rückschluss auf den Widerstand R₂ der Solarzelle S₂ zu. Dies ist im übrigen auch für niederfrequente Messungen bis etwa 50 Hz der Fall, so dass bei Modulation des Lichtes des Lichtpunktes mit Frequenzen von weniger als 50 Hz eine Aussage über den sogenannten Shunt-Widerstand einer jeweiligen Solarzelle und damit über deren Schwachlichtverhalten gemacht werden kann. Bei Modulation des Lichts des Lichtpunktes mit Frequenzen von mehr als 50 Hz kann der komplexe Widerstand einer jeweiligen Solarzelle, entsprechend der Parallelschaltung aus Innenwiderstand und Sperrschichtkapazität, bestimmt werden. Bei Bestimmung eines Frequenzganges lassen sich dadurch wichtige Aussagen über die Sperrschichtkapazität einer jeweiligen Solarzelle und damit über den inneren Aufbau treffen.The internal resistance R _{L of} the voltmeter 12 is significantly greater than the sum of the internal resistances R ₁ , ... R _{n of} the individual solar cells S ₁ , ... S _n . For example, the resistance R _{L is} at least ten times as large as the sum of the internal resistances R ₁ ,... R _n . In this way, the voltage drop across the remaining solar cells is caused by the flow of current through the meter 12 , negligible. Upon exposure of one of the solar cells S ₁ , ... S _n with a light point whose dimensions are smaller than or equal to the total area of a respective solar cell S ₁ , ... S _n , a photocurrent is generated in the solar cell acted upon by the light spot. Since the internal resistance R _{L of} the voltmeter 12 but is significantly larger than the sum of the internal resistances R ₁ , ... R _{n of} the solar cells S ₁ , ... S _n , this generated photocurrent can not flow through the adjacent solar cells, but is derived in the just exposed solar cell itself. For example, when the solar cell S ₂ is acted upon by a light spot, the photocurrent generated at the diode D ₂ is dissipated via the internal resistance R ₂ . As a result, however, a voltage drops across the solar cell S ₂ due to the negligible current flow through the remaining solar cells S ₁ and S ₃ to S _n at the external terminals 18 . 16 of the solar cell module 10 can be tapped. In DC case leaves the at the terminals 16 . 18 measured voltage thereby a conclusion on the resistance R _{2 of} the solar cell S ₂ to. This is also the case for low-frequency measurements up to about 50 Hz, so that when modulating the light of the light spot with frequencies of less than 50 Hz, a statement about the so-called shunt resistance of a respective solar cell and thus their low-light behavior can be made. When modulating the light of the light spot with frequencies of more than 50 Hz, the complex resistance of a respective solar cell, according to the parallel circuit of internal resistance and junction capacitance, can be determined. When determining a frequency response, important information about the junction capacitance of a respective solar cell and thus about the internal structure can be made.

Bei Bestimmung eines Frequenzganges ist es dabei von Bedeutung, dass die Summe der Kehrwerte der einzelnen Kapazitäten C₁... C_n der einzelnen Solarzellen S₁, ... S_n wesentlich kleiner ist als der Kehrwert der Kapazität C_L des Messgeräts 12. Allgemein muss die Summe der komplexen Widerstände Z_n der einzelnen Solarzellen S₁, ... S_n wesentlich kleiner sein als der komplexe Widerstand Z_L des Messgeräts 12. Im einzelnen lauten die Bedingungen, unter denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann daher wie folgt:

– Σ R_n << R_L
– Σ 1/C_n << 1/C_L
– Σ Z_n << Z_L.

When determining a frequency response, it is important that the sum of the reciprocal values of the individual capacitances C ₁ ... C _{n of} the individual solar cells S ₁ , ... S _{n is} substantially smaller than the reciprocal of the capacitance C _{L of} the measuring device 12 , In general, the sum of the complex resistances Z _{n of} the individual solar cells S ₁ ,... S _{n must be} substantially smaller than the complex resistance Z _{L of} the measuring device 12 , In particular, the conditions under which the method according to the invention can be carried out are therefore as follows:

- Σ R _n << R _L
- Σ 1 / C _n << 1 / C _L
- Σ _n << Z Z _L.

Das erfindungsgemäße Prüfverfahren soll weiter anhand der 2 erläutert werden. Jede der in 1 dargestellten Solarzellen S₁, S₂, ... S_n kann zum Durchführen des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens mit einem Lichtpunkt vollständig beleuchtet werden, vorteilhafterweise wird aber die Ausdehnung eines Lichtpunktes wesentlich kleiner als die Fläche einer Solarzelle S₁, ... S_n gewählt, um erforderlichenfalls auch Aussagen über die räumliche Anordnung eventueller Defektstellen auf der gerade geprüften Solarzelle S₁, ... S_n machen zu können. Wird die Ausdehnung des Lichtpunktes deutlich kleiner als die Ausdehnung der Flä che der gerade belichteten Solarzelle gewählt, so liegt elektrisch gesehen eine Parallelschaltung aus zwei unterschiedlich beleuchteten Solarzellen vor. Streng genommen tritt dabei eine Vermischung von Kennlinien für unterschiedliche Beleuchtung auf, die schwierig auszuwerten ist. Einfacher fällt dies, wenn entweder die Kennlinie für den belichteten Abschnitt der Solarzelle oder die Kennlinie für den nicht belichteten Abschnitt der Solarzelle vernachlässigt werden kann. Dies kann bei dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren ohne weiteres gemacht werden, wie nachfolgend anhand der Betrachtung zweier Grenzfälle verdeutlicht werden soll.The test method according to the invention should be further based on 2 be explained. Each of the in 1 shown solar cells S ₁ , S ₂ , ... S _n can be completely illuminated for carrying out the test method according to the invention with a light spot, but advantageously the extent of a light spot is much smaller than the area of a solar cell S ₁ , ... S _n selected, if necessary, to be able to make statements about the spatial arrangement of possible defects on the solar cell S ₁ , ... S _{n being} tested. If the extent of the light spot is chosen to be significantly smaller than the extent of the area of the currently exposed solar cell, then, in electrical terms, there is a parallel connection of two differently illuminated solar cells. Strictly speaking, a mixture of characteristics for different lighting occurs, which is difficult to evaluate. This is easier if either the characteristic for the exposed portion of the solar cell or the characteristic curve for the unexposed portion of the solar cell can be neglected. This can be done easily in the test method according to the invention, as will be clarified below with reference to the consideration of two limiting cases.

Zunächst sei der Fall mit einer sehr großen Lichtintensität des Lichtpunktes betrachtet. In diesem Fall wird der Durchgangswiderstand des belichteten Abschnitts der Solarzelle klein, wohingegen der Widerstand des nicht belichteten Abschnitts der Solarzelle im Vergleich hierzu groß bleibt. Der nicht belichtete Abschnitt der Solarzelle kann dadurch in elektrischer Hinsicht vernachlässigt werden und die an den Ausgangsanschlüssen 16, 18 des Solarzellenmoduls abgegriffene Spannung macht somit eine Aussage über die Eigenschaften des gerade belichteten Abschnitts der Solarzelle möglich. Durch die starke Belichtung liegt der Arbeitspunkt bei einer solchen Messung aber immer im gekrümmten Teil der Kennlinie der Solarzelle und es ist dadurch keine Aussage über das Schwachlichtverhalten möglich.First, consider the case with a very high light intensity of the light spot. In this case, the volume resistivity of the exposed portion of the solar cell becomes small, whereas the resistance of the unexposed portion of the solar cell remains large in comparison. The unexposed portion of the solar cell can thereby be neglected in electrical terms and those at the output terminals 16 . 18 The tapped voltage of the solar cell module thus makes it possible to say something about the properties of the section of the solar cell that has just been exposed. Due to the strong exposure, however, the operating point in such a measurement is always in the curved part of the characteristic line of the solar cell and it is therefore not possible to make any statement about the weak light behavior.

Im zweiten betrachteten Grenzfall wird die Intensität des Lichtpunktes so schwach gewählt, dass sich auch der durch den Lichtpunkt belichtete Abschnitt der Solarzelle noch fast im dunklen Bereich der Kennlinie befindet, also noch in dem annähernd parallel zur Spannungsachse verlaufenden Teil der Kennlinie, wie diese in 2 dargestellt sind. In diesem Fall bleibt der Widerstand auch des belichteten Abschnitts der Solarzelle groß und in elektrischer Hinsicht dominiert der nicht belichtete Abschnitt der Solarzelle. Wenn beispielsweise eine Ausdehnung des Lichtpunktes von 0,1 mm² und die zu prüfende Solarzelle eine Fläche von 1 cm² hat, so liegen Größenverhältnisse von etwa 1000:1 vor und aufgrund der wesentlich größeren Fläche dominiert der nicht belichtete Abschnitt der Solarzelle.In the second considered limiting case, the intensity of the light spot is selected to be so weak that the portion of the solar cell illuminated by the light spot is still almost in the dark region of the characteristic curve, ie still in the part of the characteristic line approximately parallel to the voltage axis, as in FIG 2 are shown. In this case, the resistance of the exposed portion of the solar cell remains large and electrically dominates the unexposed portion of the solar cell. If, for example, an extension of the light spot of 0.1 mm ² and the solar cell to be tested has an area of 1 cm ² , the size ratios are approximately 1000: 1 and the unexposed portion of the solar cell dominates because of the substantially larger area.

Die Darstellung der 2 zeigt im oberen Teil die Verhältnisse für den vom Lichtpunkt getroffenen Abschnitt der Solarzelle und im unteren Teil die Verhältnisse für den Rest der Solarzelle.The presentation of the 2 shows in the upper part the conditions for the section of the solar cell hit by the light spot and in the lower part the conditions for the rest of the solar cell.

Wie im oberen Teil der 2 dargestellt ist, bewegt sich durch die Belichtung mit dem Lichtpunkt der Arbeitspunkt des belichteten Abschnitts der Solarzelle entlang dem Doppelpfeil 24 von der Kennlinie 20, die dem Zustand der Solarzelle ohne Belichtung durch den Lichtpunkt entspricht, auf die Kennlinie 22. Die Kennlinie 20 entspricht dabei nicht der Dunkelkennlinie der Solarzelle, da eine Hintergrund- oder Bias-Beleuchtung vorgesehen ist, die mittels des Pfeiles 24 angedeutet ist.As in the upper part of the 2 is shown, moves through the exposure to the light spot of the operating point of the exposed portion of the solar cell along the double arrow 24 from the characteristic 20 , which corresponds to the state of the solar cell without exposure by the light spot, on the characteristic 22 , The characteristic 20 does not correspond to the dark characteristic of the solar cell, since a background or bias illumination is provided by means of the arrow 24 is indicated.

Für den nicht belichteten Abschnitt der Solarzelle sind die Verhältnisse im unteren Teil der 2 dargestellt. Auf den nicht durch den Lichtpunkt beleuchteten Abschnitt der Solarzelle wirkt lediglich die Bias-Beleuchtung, so dass sich ein Arbeitspunkt für den nicht belichteten Abschnitt der Solarzelle stets auf der Kennlinie 20 bewegen wird.For the unexposed section of the solar cell, the conditions in the lower part of the 2 shown. Only the bias illumination acts on the portion of the solar cell not illuminated by the light spot, so that an operating point for the unexposed portion of the solar cell always acts on the characteristic curve 20 will move.

Der belichtete Abschnitt der Solarzelle liefert nun einen Photostrom I_Ph, wobei dieser Photostrom I proportional dem Produkt aus der Lichtpunktintensität, beispielsweise die Intensität eines Laserstrahls, mit der Quantenausbeute ist. Der nicht belichtete Abschnitt der Solarzelle bildet eine elektrische Last und der erzeugte Photostrom, der in dem Fall mit schwacher Beleuchtung im Wesentlichen über die gesamte Fläche der Solarzelle abgeleitet wird, führt zu einer Verschiebung des Arbeitspunktes entlang der Kennlinie 20. Dies ist im unteren Teil der 2 durch einen Doppelpfeil 26 dargestellt. Wie bereits ausgeführt wurde, liegt da mit streng genommen die Überlagerung zweier unterschiedlicher Kennlinien vor, da die Beleuchtung aber so schwach gewählt wird, dass der Widerstand des belichteten Abschnitts der Solarzelle, der sich aus dem Quotienten aus Flächenwiderstand und Fläche berechnet, größer oder gleich dem Widerstand des nicht belichteten Abschnitts der Solarzelle ist, kann die Verschiebung entlang dem Doppelpfeil 24 von der Kennlinie 20 auf die Kennlinie 22 im belichteten Abschnitt der Solarzelle vernachlässigt werden.The exposed portion of the solar cell now provides a photocurrent I _Ph , which photocurrent I is proportional to the product of the light spot intensity, for example the intensity of a laser beam, with the quantum efficiency. The unexposed portion of the solar cell forms an electrical load, and the generated photocurrent, which in the case of weak illumination is dissipated substantially over the entire area of the solar cell, results in a shift of the operating point along the characteristic 20 , This is in the lower part of the 2 by a double arrow 26 shown. As has already been stated, there is strictly speaking the superposition of two different characteristics, since the illumination is selected so weak that the resistance of the exposed portion of the solar cell, which is calculated from the quotient of surface resistance and area, is greater than or equal to Resistance of the unexposed portion of the solar cell is, the displacement can be along the double arrow 24 from the characteristic 20 on the characteristic 22 neglected in the exposed portion of the solar cell.

Letztendlich kann also durch die Belichtung mit einem Lichtpunkt mit intensitätsmoduliertem Licht eine Aussage über den differentiellen Widerstand im gerade vorliegenden Arbeitspunkt getroffen werden, da gemäß dem Doppelpfeil 26 die an den Ausgangsanschlüssen 16, 18 des Solarzellenmoduls abgegriffene Spannung den durch den Doppelpfeil 26 abgedeckten Teil der Kennlinie 20 beschreibt. Neben dem ohmschen Widerstand der Solarzelle ist dabei auch die kapazitive Last zu berücksichtigen, da die Messfrequenz in diesem Fall größer als 0 ist.Ultimately, therefore, can be made by the exposure to a light spot with intensity modulated light statement about the differential resistance in the current operating point, there according to the double arrow 26 the at the output terminals 16 . 18 of the solar cell module tapped voltage by the double arrow 26 covered part of the characteristic 20 describes. In addition to the ohmic resistance of the solar cell, the capacitive load must also be taken into account, since in this case the measuring frequency is greater than 0.

Für Messfrequenzen von weniger als 50 Hz, also die Modulationsfrequenz für die Lichtintensität des für die Belichtung verwendeten Lichtpunkts, kann jedoch näherungsweise von Gleichstromverhältnissen ausgegangen werden und die Bestimmung des Shunt-Widerstandes der gerade geprüften Solarzelle im Solarzellenmodul ist möglich. Bei Modulationsfrequenzen von mehr als 50 Hz kann der komplexe Widerstand der gerade geprüften Solarzelle ermittelt werden und bei hohen Frequenzen dominiert die Kapazität der Solarzelle.For measuring frequencies of less than 50 Hz, ie the modulation frequency for the light intensity of the light spot used for the exposure, but can be approximately assumed by DC ratios and the determination of the shunt resistance of the solar cell just tested in the solar cell module is possible. At modulation frequencies of more than 50 Hz, the complex resistance of the solar cell being tested can be determined, and at high frequencies, the capacity of the solar cell dominates.

Die Darstellung der 3 zeigt eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung, mit der das Solarzellenmodul 10 geprüft werden soll. Das Solarzellenmodul 10 kann mittels Lampen 28, 30 mit einer Hintergrund-Beleuchtung oder Bias-Beleuchtung beaufschlagt werden. Zusätzlich wird eine zu prüfende Solarzelle in dem Solarzellenmodul 10 mit einem Lichtpunkt beaufschlagt, der durch Auftreffen eines Lichtstrahls 32 auf das Solarzellenmodul 10 entsteht. Die Querschnittsfläche des Lichtstrahls 32 und somit des Lichtpunkts auf der zu prüfenden Solarzelle ist wesentlich kleiner als die Ausdehnung der zu prüfenden Solarzelle. Der Lichtstrahl 32 wird von einer Laserdiode 34 erzeugt und wird über eine Optik 36 und einen Galvanometer-Scannerkopf 38 umgelenkt. Der Galvanometer-Scannerkopf 38 wird über eine Treiberelektronik 40 angesteuert und kann den Lichtstrahl 32 so ablenken, dass das gesamte Solarzellenmodul 10 abgescannt werden kann.The presentation of the 3 shows a test device according to the invention, with which the solar cell module 10 to be tested. The solar cell module 10 can by means of lamps 28 . 30 be applied with a background lighting or bias illumination. In addition, a solar cell to be tested becomes in the solar cell module 10 subjected to a point of light, by the impact of a light beam 32 on the solar cell module 10 arises. The cross-sectional area of the light beam 32 and thus the light spot on the solar cell to be tested is much smaller than the extent of the solar cell to be tested. The light beam 32 is from a laser diode 34 is generated and optics 36 and a galvanometer scanner head 38 diverted. The galvanometer scanner head 38 is via a driver electronics 40 controlled and can the light beam 32 so distract that the entire solar cell module 10 can be scanned.

Ein Lock-in-Verstärker 42 mit D/A-Ausgängen ist einerseits über einen Bus 44 an einen Personal Computer 46 zur Steuerung und Datenverwaltung angeschlossen und andererseits mit Leitungen zur Treiberelektronik 40, zur Laserdiode 34 und zu den Ausgangsanschlüssen 16, 18 des Solarzellenmoduls 10 versehen.A lock-in amplifier 42 with D / A outputs is on the one hand via a bus 44 to a personal computer 46 connected for control and data management and on the other hand with lines to the driver electronics 40 , to the laser diode 34 and to the output terminals 16 . 18 of the solar cell module 10 Mistake.

Unter Steuerung des PCs 46 können automatisierte Mess- und Auswerteprogramme durchgeführt werden, bei denen beispielsweise die einzelnen Solarzellen des Solarzellenmoduls 10 mit dem Lichtstrahl 32 abgerastert werden und parallel dazu die an den Anschlüssen 16, 18 anliegenden Spannungen erfasst und ausgewertet werden. Mittels einer Stromquelle 60 kann unter Steuerung des PCs 46 auch ein Strom in das Solarzellenmodul 10 eingeprägt werden. Dies wird nachfolgend noch detailliert erläutert.Under control of the PC 46 Automated measurement and evaluation programs can be carried out, in which, for example, the individual solar cells of the solar cell module 10 with the light beam 32 be scanned and parallel to the at the terminals 16 . 18 applied voltages are detected and evaluated. By means of a power source 60 can be under control of the PC 46 also a current in the solar cell module 10 be embossed. This will be explained in detail below.

Das Diagramm der 4 zeigt die an den Anschlüssen 16, 18 aufgenommene Spannung beim Abrastern des Solarzellenmoduls 10. Insgesamt enthält das Solarzellenmodul 10 zwölf Zellen und, wie der in 4 eingetragenen Kurve zu entnehmen ist, ist die bei Belichtung der einzelnen Solarzellen abfallende Spannung stark unterschiedlich. Die Messung der 4 wurde bei niedriger Modulationsfrequenz durchgeführt, so dass der gemessene Signalpegel proportional zum Gleichstromparal lelwiderstand der gemessenen Solarzelle ist. Der Normalpegel für die einzelnen Solarzellen des Solarzellenmoduls 10 liegt bei 10 mV und, wie aus der Kurve von 4 zu erkennen ist, weisen die Solarzellen 2, 4, 5, 8, 9 und 11 in etwa diesen Signalpegel von 10 mV auf. Eine wesentlich geringere Spannung ist bei den Zellen 1, 3, 6, 7, 10 und 12 zu beobachten. Es ist davon auszugehen, dass diese Solarzellen lokale Kurzschlüsse aufweisen und bei Ableitung des erzeugten Photostroms lediglich eine geringe Spannung abfällt.The diagram of 4 shows the at the connections 16 . 18 recorded voltage when scanning the solar cell module 10 , Overall, the solar cell module contains 10 twelve cells and, like the one in 4 registered curve, the voltage falling upon exposure of the individual solar cell voltage is very different. The measurement of 4 was performed at a low modulation frequency, so that the measured signal level is proportional to the DC balance impedance of the measured solar cell. The normal level for the individual solar cells of the solar cell module 10 is at 10 mV and, as from the curve of 4 It can be seen, the solar cells 2 . 4 . 5 . 8th . 9 and 11 in about this signal level of 10 mV. A much lower voltage is in the cells 1 . 3 . 6 . 7 . 10 and 12 to observe. It can be assumed that these solar cells have local short circuits and only a small voltage drops when the generated photocurrent is dissipated.

Die Darstellung der 5 zeigt eine räumliche Darstellung der an den Anschlüssen 16, 18 des in diesem Fall stark fehlerhaften Solarzellenmoduls 10 abfallenden Spannung, wobei das Diagramm der 10 durch Abscannen des Solarzellenmoduls 10 mit dem Lichtstrahl 32 entstanden ist. Die einzelnen Solarzellen erstrecken sich mit ihrer Längsrichtung dabei parallel zur X-Achse und die Ausdehnung der einzelnen Zellen in Y-Richtung ist beispielsweise anhand der Bereiche 50, 52 und 54 zu erkennen. Der Bereich 50 zeichnet sich durch eine gemessene Spannung von annähernd 0 mV aus und es ist damit davon auszugehen, dass im Bereich dieser Solarzelle ein vollständiger Kurzschluss vorliegt, beispielsweise durch elektrischen Kontakt zwischen dem Vorderseitenkontakt und dem Rückseitenkontakt an der Grenzlinie zwischen zwei Solarzellen, so dass sich auch bei Belichtung keine Spannung ausbilden kann. In gleicher Weise liegt der Bereich 54 bei etwa 0mV, so dass auch hier davon auszugehen ist, dass die entsprechende Solarzelle kurzgeschlossen ist. Im Bereich 52 zwischen den beiden kurzgeschlossenen Solarzellen bildet sich eine, wenn auch niedrige Spannung aus. Es ist daher davon auszugehen, dass diese Solarzelle keinen Kurzschluss aufweist.The presentation of the 5 shows a spatial representation of the at the terminals 16 . 18 of the solar cell module which is heavily defective in this case 10 decreasing voltage, the diagram being the 10 by scanning the solar cell module 10 with the light beam 32 originated. The individual solar cells extend with their longitudinal direction parallel to the X-axis and the extent of the individual cells in the Y-direction, for example, based on the areas 50 . 52 and 54 to recognize. The area 50 is characterized by a measured voltage of approximately 0 mV and it is therefore assumed that there is a complete short circuit in the region of this solar cell, for example, by electrical contact between the front side contact and the back contact on the boundary line between two solar cells, so that even at Exposure can not develop tension. The area lies in the same way 54 at about 0mV, so that it can be assumed here that the corresponding solar cell is short-circuited. In the area 52 between the two short-circuited solar cells forms a, albeit low voltage. It can therefore be assumed that this solar cell has no short circuit.

Eine normal hohe Spannung ist im Bereich 56 zu beobachten, der am Außenrand des Solarzellenmoduls liegt. Insgesamt ist anhand der Darstellung der 5 zu erkennen, dass auch bei schwacher Belichtung, d.h. mit einer Intensität des Lichtstrahls 32, bei der der Widerstand des belichteten Abschnitts der Solarzelle größer oder gleich dem Widerstand des nicht belichteten Abschnitts ist, durchaus Aussagen über die räumliche Verteilung von Kurzschlüssen und die Stromgeneration, auch innerhalb einer Solarzelle, gemacht werden können. Bemerkenswert ist dabei, dass diese Aussagen bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens über einzelne Solarzellen im Solarzellenmodul 10 gemacht werden können, obwohl ja lediglich die Außenanschlüsse 16, 18 des Solarzellenmoduls 10 zugänglich sind.A normal high voltage is in the range 56 to observe, which is located on the outer edge of the solar cell module. Overall, based on the presentation of the 5 to recognize that even at low exposure, ie with an intensity of the light beam 32 , in which the resistance of the exposed portion of the solar cell is greater than or equal to the resistance of the unexposed portion, statements about the spatial distribution of short circuits and the current generation, even within a solar cell, can be made. It is noteworthy that these statements when applying the method according to the invention on individual solar cells in the solar cell module 10 can be made, although only the external connections 16 . 18 of the solar cell module 10 are accessible.

Die Darstellung der 6 zeigt den aufgenommenen Signalpegel über der Modulationsfrequenz des Lichtstrahls 32. Anhand der Kurve der 6 ist zu erkennen, dass der Lichtstrahl 32 während der Messung auf ein- und demselben Punkt auf dem Solarzellenmodul 10 gehalten wird und die Modulationsfrequenz allmählich hochgefahren wird. In der logarithmischen Darstellung der 6 ist dadurch der Frequenzgang der gerade geprüften Solarzelle zu erkennen. Bis zu einer Frequenz von etwa 100 Hz wird der Signalpegel durch den ohmschen Shunt-Widerstand der Solarzelle bestimmt. Im Bereich bis etwa 10 kHz spielt dann die Kapazität der Solarzelle eine zunehmend dominierende Rolle, so dass ein komplexer Widerstand zu berücksichtigen ist. Bei hohen Frequenzen ab etwa 10 kHz wird dann die Kapazität der Solarzelle dominierend und kann aus der Kurve der 6 bestimmt werden. Im einzelnen liegt eine Fläche der geprüften Solarzelle bei A = 0,5 cm². Bei bekannter Intensität des Lichtstrahls 32 kann davon ausgegangen werden, dass der Photostrom I_Ph bei 3,2 μA liegt. Wie bereits ausgeführt wurde, schwankt von Solarzelle zu Solarzelle der bei bekannter Intensität erzeugte Photostrom I_Ph nur gering, in jedem Fall schwankt die Größe des Photostroms bedeutend weniger als die Veränderung des komplexen Widerstandes dieser Solarzelle durch lokale Defekte. Es kann daher ohne weiteres für die Bestimmung des Shunt-Widerstandes und der Kapazität der Solarzelle davon ausgegangen werden, dass der Photostrom den sich durch die eingestrahlte Intensität und die Fläche des Lichtpunkts ergebenden Wert von 3,2 μA aufweist.The presentation of the 6 shows the recorded signal level above the modulation frequency of the light beam 32 , Based on the curve of 6 it can be seen that the light beam 32 during the measurement at one and the same point on the solar cell module 10 is held and the Mo is gradually increased. In the logarithmic representation of 6 This indicates the frequency response of the solar cell that has just been tested. Up to a frequency of about 100 Hz, the signal level is determined by the ohmic shunt resistance of the solar cell. In the range up to about 10 kHz then the capacity of the solar cell plays an increasingly dominant role, so that a complex resistance has to be considered. At high frequencies from about 10 kHz then the capacity of the solar cell becomes dominant and can from the curve of 6 be determined. Specifically, an area of the tested solar cell is A = 0.5 cm ² . At known intensity of the light beam 32 it can be assumed that the photocurrent I _Ph is 3.2 μA. As already stated, from solar cell to solar cell of the photocurrent I _Ph generated at known intensity varies only slightly, in any case, the size of the photocurrent varies significantly less than the change in the complex resistance of this solar cell by local defects. It can therefore be readily assumed that the photocurrent is 3.2 μA resulting from the irradiated intensity and the area of the light spot for determining the shunt resistance and the capacity of the solar cell.

Im niederfrequenten Bereich kann man dadurch den Shunt-Widerstand zu 42 kΩ berechnen und anhand der gemessenen Spannung von 0,3 mV bei 100 kHz ergibt sich die Kapazität der Solarzelle zu 34 nF/cm². Diese Kapazität entspricht im Wesentlichen der Sperrschichtkapazität und die Bestimmung des Frequenzganges gemäß 6 lässt dadurch wichtige Rückschlüsse auf den Schichtaufbau der Solarzelle zu.In the low-frequency range, it is possible to calculate the shunt resistance at 42 kΩ and, based on the measured voltage of 0.3 mV at 100 kHz, the capacitance of the solar cell is 34 nF / cm ² . This capacity corresponds essentially to the junction capacitance and the determination of the frequency response according to 6 This allows important conclusions about the layer structure of the solar cell.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens soll anhand der 7 erläutert werden. Parallel zu dem Solarzellenmodul 10 und parallel zu dem Spannungsmessgerät 12 ist zusätzlich eine ideale Stromquelle 60 zugeschaltet, mittels der in das Solarzellenmodul 10 ein konstanter Strom eingeprägt werden kann. Der von der Stromquelle 60 abgegebene definierte Strom fließt ausschließlich durch das Solarzellenmodul 10, aufgrund seines hohen Innenwiderstandes aber nicht über das Spannungsmessgerät 12. Anhand der Darstellung der 3 wurde bereits erläutert, dass das Einprägen eines konstanten Stroms mittels der Stromquelle 60 erfolgen kann. Durch Einprägen unterschiedlich großer konstanter Ströme mit der idealen Stromquelle 60 in das Solarzellenmodul 10 können nun unterschiedliche Arbeitspunkte auf der Kennlinie einer jeweiligen zu prüfenden Solarzelle S₁, S₂, ... S_n angefahren werden. In dem angefahrenen Messpunkt kann dann durch Modulieren der Intensität des Lichtstrahls 32 und Erfassen der an den Ausgangsanschlüssen 16, 18 des Solarzellenmoduls abfallenden Spannung der differentielle Widerstand der Solarzelle an diesem Arbeitspunkt der Kennlinie ermittelt werden.Another embodiment of the method according to the invention is based on the 7 be explained. Parallel to the solar cell module 10 and parallel to the voltmeter 12 is also an ideal power source 60 switched on, by means of the solar cell module 10 a constant current can be impressed. The one from the power source 60 discharged defined current flows exclusively through the solar cell module 10 , due to its high internal resistance but not via the voltmeter 12 , Based on the presentation of the 3 has already been explained that the impressing of a constant current by means of the power source 60 can be done. By impressing different sized constant currents with the ideal power source 60 into the solar cell module 10 Now different operating points on the characteristic of each solar cell to be tested S ₁ , S ₂ , ... S _{n can be} approached. In the approached measuring point can then by modulating the intensity of the light beam 32 and detecting the at the output terminals 16 . 18 the solar cell module voltage drop, the differential resistance of the solar cell can be determined at this operating point of the characteristic.

Dies ist anhand der 8 zu erkennen. Ein erster Arbeitspunkt P₁ kann durch Einprägen eines konstanten Stromes I₁ erreicht werden. Wie durch den vom Punkt P₁ ausgehenden Doppelpfeil verdeutlicht ist, be wegt sich die an den Anschlüssen 16, 18 des Solarzellenmoduls 10 abgegriffene Spannung dann um den Punkt P₁ herum entlang der Kennlinie 20. Bei Einprägen eines konstanten Stromes I₂ gelangt man zum Arbeitspunkt P₂ auf der Kennlinie 20 und bei Einprägen eines Stromes I₃ gelangt man dem Arbeitspunkt P₃. Erkennbar lässt sich dadurch der Kennlinienverlauf der Kennlinie 20 in den Punkten P₁, P₂ und P₃ und damit auch der differentielle Widerstand der gerade geprüften Solarzelle in den jeweiligen Arbeitspunkten P₁, P₂ und P₃ bestimmen.This is based on the 8th to recognize. A first operating point P ₁ can be achieved by impressing a constant current I ₁ . As is clear from the point P ₁ emanating from the double arrow, be moves to the terminals 16 . 18 of the solar cell module 10 tapped voltage then around the point P ₁ around along the characteristic 20 , When impressing a constant current I ₂ reaches the operating point P ₂ on the characteristic 20 and when impressing a current I ₃ , the operating point P _{3 is reached} . Visible can thereby be the characteristic curve of the characteristic 20 in the points P ₁ , P ₂ and P ₃ and thus also determine the differential resistance of the solar cell just tested in the respective operating points P ₁ , P ₂ and P ₃ .

Claims

Method for testing solar cell modules ( 10 ) with a plurality of solar cells (S ₁ , S ₂ , ..., S _n ) connected in series by means of a measuring device ( 12 ), comprising the steps of: - illuminating one of the plurality of solar cells (S ₁ , S ₂ , ..., S _n ) with a light spot, characterized by - deriving the photocurrent generated in the solar cell exposed to the light spot in the exposed solar cell itself and Simultaneous measurement of the solar cell module ( 10 ) decreasing voltage.

A method according to claim 1, characterized by scanning the solar cell surface with the light spot and continuously detecting the via the solar cell module ( 10 ) decreasing voltage.

Method according to claim 1 or 2, characterized by modulating the light of the light spot for charging the solar cell (S ₁ ... S _n ),

Method according to at least one of the preceding claims, characterized by subjecting the solar cell module ( 10 ) with backlight.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized by impressing a constant current into the solar cell module ( 10 ) and simultaneous charging of the solar cell (S ₁ ... S _n ) with a light spot with intensity-modulated light for measuring the differential resistance of the solar cell (S ₁ ... S _n ).

A method according to claim 5, characterized by approaching several characteristic points (P ₁ , P ₂ , P ₃ ) by impressing a respective different constant current and determining the differential resistance of the solar cell (S ₁ , ... S _n ) at these measuring points (P ₁ , P ₂ , P ₃ ).

Method according to at least one of the preceding claims, characterized by charging the solar cell (S ₁ , ... S _n ) with a light spot with light which is modulated with variable frequency, and simultaneously determining the complex resistance (Z ₁ , ... Z _n ) of the solar cell (S ₁ , ... S _n ).

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the light intensity of the light spot is set so weak that the resistance of the exposed portion of the solar cell (S ₁ , ... S _n ) is greater than or equal to the resistance of the unexposed portion of this solar cell (S ₁ , ... S _n ) is.

Method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the light intensity of the light spot is set so strong that the resistance of the exposed portion of the solar cell (S ₁ , ... S _n ) with respect to the unexposed portions of this solar cell (S ₁ , ... S _n ) is small.

Solar cell module testing apparatus for carrying out the method according to at least one of the preceding claims, having a light point producing light source (US Pat. 34 ) and a measuring device ( 12 ), characterized in that the measuring device ( 12 ) as a voltage measuring device for detecting the solar cell module to be tested ( 10 ) voltage drop is formed and one with respect to the internal resistance of the solar cell module ( 10 ) has much greater internal resistance.

Test device according to claim 10, characterized in that the internal resistance of the voltage measuring device at least ten times the resistance of the solar cell module ( 10 ) is.

Test device according to claim 10 or 11, characterized in that the light source ( 34 ) emits modulated light.

Test device according to at least one of claims 10 to 12, characterized in that the light source ( 34 ) emits modulated light with adjustable modulation frequency.

Test device according to at least one of claims 10 to 13, characterized in that means ( 60 ) for impressing a constant current in the solar cell module ( 10 ) are provided.

Test device according to claim 14, characterized in that the means ( 60 ) for impressing a constant current can impress an adjustable current.

Test device according to at least one of claims 10 to 15, characterized in that a central control unit ( 46 ) is provided, wherein an intensity of the light spot generating light source ( 34 ), a modulation frequency of the light of the light spot, a setting of a in the solar cell module ( 10 ) an intensity of a backlight and / or a position of the light spot on the solar cell module ( 10 ) by means of the central control unit ( 46 ) can be specified.