-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen schienenförmigen Prüfkopf zur Messung der Leistungsabgabe von Solarzellen sowie auf eine Messvorrichtung für Solarzellen, welche den schienenförmigen Prüfkopf aufweist.
-
TECHNISCHER HINTERGRUND
-
Qualitätskontrolle und Klassifikation von Solarzellen erfolgen auf Grundlage von Messergebnissen für Strom-Spannungs-Kennlinien der Elektrizitätserzeugung der Solarzellen bei Bestrahlung mit Licht aus einem Sonnensimulator.
-
Zur Messung der Leistungsabgabe einer Solarzelle PV, die wie in 8 gezeigt auf der Oberfläche eines Substrats SB in Reihe gebildete dünne Fingerelektroden F und im rechten Winkel zu den Fingerelektroden F gebildete dicke Sammelschienenelektroden BS aufweist, verwendet man z.B. eine Messvorrichtung 100A mit einer Vielzahl von (also mindestens zwei) Prüfkopfstiften P, die mit den Sammelschienenelektroden BS in Kontakt gebracht werden.
-
Bei der in 8 gezeigten Messvorrichtung 100A sind die einzelnen Prüfkopfstifte P vor- und zurückbeweglich eingeschoben in einen Prüfkopfhalter 4A, wobei jeweils zwischen der Spitze eines Prüfkopfstifts P und dem Prüfkopfhalter 4A eine Feder S vorgesehen ist. Der Aufbau in dieser Weise ermöglicht, wenn die Prüfkopfstifte P von oberhalb der Solarzelle PV aus niedergedrückt werden, jeden Prüfkopfstift P mit gemäßigtem Druck in Kontakt mit der Sammelschienenelektrode zu bringen, sodass in Längenrichtung der Sammelschienenelektrode BS betrachtet vorhandene Unebenheiten bewältigt werden können, um einen vorbestimmten Kontaktzustand aufrechtzuerhalten und die Leistungsabgabe aus der Solarzelle PV stabil zu messen.
-
In den letzten Jahren werden nun sammelschienenlose Solarzellen PV vorgeschlagen, wobei bei der Verarbeitung einer Mehrzahl von Solarzellen ohne Ausbildung der oben beschriebenen Sammelschienen zu einem Solarpaneel statt der herkömmlichen Sammelschienenelektroden BS durchsichtige Elektroden o. Ä. ausgebildet werden.
-
Weil es im Falle einer derartigen Solarzelle PV ohne Sammelschienenelektroden BS schwierig ist, mit einem Messverfahren unter Verwendung mehrerer, in 8 gezeigter Prüfkopfstifte eine Leistungsabgabe aus sämtlichen Fingerelektroden F zu erhalten, führt man die Messung der Leistungsabgabe durch, indem an in 9(a) gezeigten Positionen, an denen sich herkömmlicherweise Sammelschienenelektroden BS befunden hätten, schienenförmige Prüfköpfe 10A angeordnet werden (siehe Patentdokument 1 und 2). Mit anderen Worten sind die schienenförmigen Prüfköpfe 10A konstruiert, die herkömmlichen Sammelschienenelektroden BS zu ersetzen, um so die Messung der Leistungsabgabe der gesamten Solarzelle PV zu ermöglichen.
-
Gemäß Patentdokument 1 ist ein schienenförmiger Prüfkopf 10A im Wesentlichen in Form eines länglichen Quaders aus Metall gebildet, wobei an der Kontaktfläche mit den Fingerelektroden F durch Ausbilden von sich in der Längenrichtung erstreckenden Nuten eine unebene Struktur 11A der Kontaktfläche gebildet ist. Es wird angenommen, dass der schienenförmige Prüfkopf 10A aufgrund der Ausbildung einer unebenen Struktur 11A an der Kontaktfläche mit verschiedenen Mustern wie z.B. in 9(b) gezeigt alle Fingerelektroden F in einem vorbestimmten Zustand kontaktiere, sodass die Leistungsabgabe der Solarzelle PV stabil gemessen werden könne.
-
Als allerdings die Erfinder der vorliegenden Anmeldung tatsächlich versuchten die Leistungsabgabe einer Solarzelle PV zu messen, indem sie tatsächlich eine unebene Struktur 11A wie in 9 und Patentdokument 1 gezeigt an der Kontaktfläche schienenförmiger Prüfköpfe 10A ausbildeten, trat trotz im Wesentlichen konstanter sonstiger Messbedingungen eine große Streuung in den Messergebnissen für die Ausgangskennlinie der Solarzelle auf, wenn der schienenförmige Prüfkopf 10A wiederholt mit den Fingerelektroden F in Kontakt gebracht und von diesen getrennt wurde.
-
Dann fanden die Erfinder der vorliegenden Anmeldung durch ernsthafte Nachforschung heraus, dass bei Verwendung eines herkömmlichen schienenförmigen Prüfkopfs 10A ein wie in 10 gezeigtes Phänomen auftritt, welches dazu führt, dass von Messung zu Messung die Messergebnisse für die Leistungsabgabe der Solarzelle PV stark streuen.
-
Konkret tritt, da die Fingerelektroden F mittels Sintern von Silberpaste gebildet sind, schon auf einer einzigen Fingerelektrode F bezüglich deren Ausdehnungsrichtung eine mikroskopisch kleine Streuung der Höhe auf, wie eine Querschnittansicht entlang der Ausdehnungsrichtung der Fingerelektroden F (Querschnitt entlang der Linie X-X) in 10(a) zeigt. Daher ist wie in der vergrößerten Querschnittansicht gezeigt der Kontaktzustand der auf der Kontaktfläche gebildeten unebenen Struktur 11A mit der Fingerelektrode F sehr instabil, sodass vorstellbar ist, dass sich mit jeder Messung der Kontaktzustand ändert, wobei große Änderungen auch des elektrischen Widerstands auftreten.
-
Wie eine vergrößerte Querschnittansicht entlang der Längenrichtung des schienenförmigen Prüfkopfs 10A (Ausschnittvergrößerung eines Querschnitts entlang der Linie Y-Y) in 10(b) zeigt, existiert ferner auch eine Streuung in der Höhe, welche die einzelnen Fingerelektroden F jeweils an der Position aufweisen, wo der schienenförmige Prüfkopf angeordnet ist. Bildet sich wie in 10(b) eine Tiefstelle aufgrund der Existenz einer Fingerelektrode F mit geringerer Höhe, so nimmt der schienenförmige Prüfkopf 10A die Lage einer anderen Fingerelektrode F mit größerer Höhe geradlinig verbindenden Brücke ein, wobei er die Fingerelektrode F mit geringerer Höhe nicht kontaktieren kann. Damit fällt die Prämisse, dass die Messung unter Kontaktierung aller Fingerelektroden F durchgeführt wird.
-
Unter der Annahme, dass die Andruckkraft des schienenförmigen Prüfkopfs gegen die Fingerelektroden F erhöht wird, um ihn mit Gewalt auf alle Fingerelektroden F zu drücken, kommt es zu einer ungewollten plastischen Verformung der Fingerelektroden F, weil diese aus Silberpaste gebildet und damit weicher sind als der aus Metall gebildete schienenförmige Prüfkopf. Deshalb ändert sich der Kontaktzustand stark, wenn der schienenförmige Prüfkopf 10A vorübergehend entfernt und dann erneut mit den Fingerelektroden F in Kontakt gebracht wird, was die Reproduzierbarkeit bei wiederholten Messungen verschlechtert.
-
STAND DER TECHNIK
-
PATENTDOKUMENTE
-
- Patentdokument 1: JP 2010 177 379 A
- Patentdokument 2: JP 2012 138 564 A
-
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
-
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE
-
Die vorliegend angemeldete Erfindung wurde angesichts von Problemen wie der oben beschriebenen gemacht und hat zum Ziel, einen schienenförmigen Prüfkopf und eine Solarzellenmessvorrichtung bereitzustellen, die es auch bei keine Sammelschienenelektroden aufweisenden Solarzellen ermöglichen, einen guten Kontaktzustand mit allen Fingerelektroden zu erhalten, wobei sich ferner der Kontaktzustand nicht stark ändert, wenn Messungen wiederholt werden, sodass die Reproduzierbarkeit bei wiederholten Messungen auf einem sehr hohen Niveau gehalten werden kann.
-
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
-
Dementsprechend handelt es sich bei einem schienenförmigen Prüfkopf der vorliegenden Erfindung, entsprechend der Erfindung gemäß Anspruch 1, um einen schienenförmigen Prüfkopf zum Anordnen, beim Messen einer elektrischen Kennlinie einer Solarzelle, gegenüber einer Vielzahl von an einer Oberfläche der Solarzelle gebildeten Fingerelektroden, um die Fingerelektroden gleichzeitig zu kontaktieren, mit einem Tragkörper, der in länglicher Form aus einem elektrischen Leiter gebildet ist, und einem Kontaktelement, das durch den Tragkörper getragen wird und beim Messen die Fingerelektroden kontaktiert, wobei das Kontaktelement einen Elastizität aufweisenden Innenstrukturkörper und eine den Innenstrukturkörper bedeckende Metallschicht umfasst, die beim Messen den Tragkörper und die Fingerelektroden kontaktiert.
-
Mit einem Elastizität aufweisenden Innenstrukturkörper ist hier ein Körper mit der Eigenschaft gemeint, im Wesentlichen in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, nachdem er von einem durch Einwirkung einer äußeren Kraft auf den Innenstrukturkörper verformten Zustand in einen Zustand gelangt, in welchem die äußere Kraft nicht einwirkt. Dies schließt z.B. Körper ein, die einen Zustand mit geringfügig verbleibender Verzerrung einnehmen, statt vollständig in die ursprüngliche Form zurückzukehren, wie auch Viskoelastizität aufweisende Körper, deren tatsächlich zurückbleibende Verformung vernachlässigbar gering ist.
-
Wenn ein schienenförmiger Prüfkopf dieser Art mit Fingerelektroden in Kontakt gebracht wird, kann sich das Kontaktelement, da der Innenstrukturkörper Elastizität aufweist, vermittels der Andruckkraft an Unebenheiten der Fingerelektroden in ihrer Ausdehnungsrichtung sowie an die Streuung der Höhen, die die einzelnen Fingerelektroden über der Oberfläche aufweisen, angepasst verformen.
-
Folglich kann das Kontaktelement, wenn man der in einer einzelnen Fingerelektrode in Ausdehnungsrichtung vorhandenen Unebenheit Beachtung schenkt, aufgrund seiner Verformung in die Unebenheit in der Ausdehnungsrichtung der Fingerelektrode eindringen und einen guten Kontaktzustand bewahren.
-
Ferner kann das Kontaktelement, beachtet man die bei mehreren Fingerelektroden vorhandene Streuung der Höhen über dem Substrat, d.h. die in Längenrichtung des Tragkörpers gesehenen Streuung der Höhen der einzelnen Fingerelektroden, durch elastische Verformung des Kontaktelements Fingerelektroden mit großer Höhe über dem Substrat in sein Inneres versenken. Dies ermöglicht, das Kontaktelement insgesamt weiter an das Substrat anzunähern, sodass das Kontaktelement auch Fingerelektroden mit geringer Höhe über dem Substrat kontaktieren kann.
-
In dieser Weise lässt sich, weil das Kontaktelement verformbar ist, ein guter Kontaktzustand mit allen Fingerelektroden erhalten.
-
Dass die Metallschicht in den Innenstrukturkörper bedeckender Weise vorgesehen ist, ermöglicht zudem eine kurze Entfernung von den Fingerelektroden bis zum leitfähigen Tragkörper zu konstruieren, sodass der elektrischer Widerstand sehr klein gemacht werden kann, um bei Leistungsabgabemessungen nachteilige Beeinflussungen zu vermeiden.
-
Weil ferner der schienenförmige Prüfkopf konstruiert ist das Kontaktelement elastisch zu verformen, passiert es nicht wie im Stand der Technik, dass die Fingerelektroden durch Niederdrücken des schienenförmigen Prüfkopfs auf dieselben unbeabsichtigt plastisch deformiert werden. Da das Kontaktelement sich elastisch verformt, kann es zudem im Wesentlichen in die frühere Form zurückkehren, wenn es vom Kontakt mit den Fingerelektroden befreit wird. Folglich kann auch, wenn der schienenförmige Prüfkopf erneut in Kontakt mit den Fingerelektroden gebracht wird, im Wesentlichen der gleiche Kontaktzustand wie beim vorigen Mal verwirklicht werden. Dies ermöglicht, eine äußerst hohe Reproduzierbarkeit bei wiederholten Leistungsabgabemessungen zu erzielen.
-
Auf diese Weise ermöglicht die Erfindung, indem sie den die Fingerelektroden kontaktierenden Teil des schienenförmigen Prüfkopfs deformierbar konstruiert, einen guten Kontaktzustand mit allen Fingerelektroden sowie bezüglich dieses Kontaktzustands eine hohe Reproduzierbarkeit bei Wiederholungen zu erzielen.
-
Damit auch bei wiederholten Leistungsabgabemessungen sich die Lage des vom Tragkörper getragenen Kontaktelements im Wesentlichen nicht verschiebt und um die Reproduzierbarkeit bei wiederholten Messungen weiter zu erhöhen, kann wie bei der Erfindung gemäß Anspruch 2 im Tragkörper eine sich in Längenrichtung erstreckende Aufnahmenut gebildet sein, wobei das Kontaktelement länglich gebildet und längs in der Aufnahmenut aufgenommen ist.
-
Als konkrete Gestalt, welche es dem Kontaktelements bei angemessener Verformung, wenn der schienenförmige Prüfkopf an die Fingerelektroden angedrückt wird, erleichtert eine vorbestimmte Stabilität zu bewahren und plastische Verformung zu vermeiden, kann eine Gestalt genannt werden, bei der wie bei der Erfindung gemäß Anspruch 3 der Innenstrukturkörper im Wesentlichen zylindrisch gebildet ist und die Metallschicht derart vorgesehen ist, dass sie die äußere Mantelfläche des Innenstrukturkörpers bedeckt.
-
Um zu vermeiden, dass z.B. bei Bestrahlung der Solarzelle mit Licht durch einen Sonnensimulator eingestrahltes Licht von einem schienenförmigen Prüfkopf blockiert wird, sodass in diesem Ausmaß Messfehler auftreten, kann wie bei der Erfindung gemäß Anspruch 4 der Tragkörper eine längliche, im Wesentlichen quaderförmige Gestalt aufweisen, wobei an mindestens einer Seite des Tragkörpers das Kontaktelement getragen ist.
-
Als konkretes Beispiel für das Kontaktelement, das es ermöglicht einen guten Kontaktzustand zwischen dem schienenförmigen Prüfkopf und den Fingerelektroden zu erhalten sowie hervorragende Haltbarkeit und Reproduzierbarkeit bei wiederholten Messungen zu verwirklichen, kann ein Kontaktelement genannt werden, das wie bei der Erfindung gemäß Anspruch 5 ein Goldfaden ist, wobei der Innenstrukturkörper ein Faden und die Metallschicht eine Goldfolie ist. Es wird angemerkt, dass wie aus dem Beispiel des Goldfadens ersichtlich die Metallschicht den Innenstrukturkörper nicht lückenlos zu bedecken braucht.
-
Um den Goldfaden auf dem Tragkörper in einer vorbestimmten Lage zu fixieren und die Reproduzierbarkeit bei wiederholten Messungen zu erhöhen, kann wie bei der Erfindung gemäß Anspruch 6 der Goldfaden durch Klemmung zwischen dem Tragkörper und einem an eine Spitze des Tragkörpers passenden Befestigungselement fixiert sein.
-
Um die Durchführung von Leistungsabgabemessungen an Solarzellen in einem gutem Kontaktzustand zu ermöglichen, in welchem der schienenförmige Prüfkopf mit vorbestimmter Andruckkraft auf die Fingerelektroden niedergedrückt wird und das Kontaktelement sich angemessen verformt, kann wie bei der Erfindung gemäß Anspruch 7 eine Messvorrichtung für Solarzellen vorgesehen sein, die einen schienenförmigen Prüfkopf und eine elastische Abstützeinrichtung zur elastischen Abstützung des schienenförmigen Prüfkopfs aufweist, welche beim Messen das Kontaktelement auf die Fingerelektroden niederdrückt.
-
Um Messungen möglich zu machen, bei denen der schienenförmige Prüfkopf wie eine herkömmliche Sammelschienenelektrode behandelt wird und Messstifte an gleichen Orten wie im Stand der Technik angeordnet werden, um die Messbedingungen zu komplettieren, und zugleich den schienenförmigen Prüfkopf mit vorbestimmter Andruckkraft in Kontakt mit sämtlichen Fingerelektroden zu bringen, kann eine Messvorrichtung für Solarzellen vorgesehen sein, bei welcher wie bei der Erfindung gemäß Anspruch 8 die elastische Abstützeinrichtung einen Prüfkopfhalter mit mindestens einem Messstift, dessen Spitze den Tragkörper kontaktiert, und mindestens eine zwischen dem Prüfkopfhalter und dem Tragkörper vorgesehene Feder umfasst.
-
Als konkrete Konstruktion, um die Schaffung idealer Messbedingungen zu ermöglichen, unter denen der schienenförmige Prüfkopf mit vorbestimmter Andruckkraft in Kontakt mit den Fingerelektroden gebracht wird und die einzelnen Prüfkopfstifte für die Messung mit angemessener Andruckkraft in Kontakt mit dem schienenförmigen Prüfkopf gebracht werden, lässt sich eine Vorrichtung anführen, bei der wie bei der Erfindung gemäß Anspruch 9 mehrere Messstifte in einer Reihe entlang der Längenrichtung des Tragkörpers in den Prüfkopfhalter eingeschoben sind und zwischen dem Prüfkopfhalter und dem Tragkörper um jeden Messstift eine Feder vorgesehen ist.
-
Um eine gleichzeitige Messung sowohl des elektrischen Stromes als auch der Spannung, die von einer Solarzelle abgegeben werden, durch ein und denselben Prüfkopf zu ermöglichen, kann wie bei der Erfindung gemäß Anspruch 10 der mindestens eine Messstift einen Strommessstift und einen Spannungsmessstift umfassen und der Spannungsmessstift isoliert vom Prüfkopfhalter eingerichtet sein.
-
EFFEKT DER ERFINDUNG
-
Auf diese Weise ermöglichen der schienenförmige Prüfkopf und die Messvorrichtung für Solarzellen der vorliegenden Erfindung, da das Kontaktelement aus einem Elastizität aufweisenden Innenstrukturkörper und einer den Innenstrukturkörper bedeckenden Metallschicht aufgebaut ist, dass sich das Kontaktelement entlang von Unebenheiten auf einer Fingerelektrode oder Unebenheiten zwischen mehreren Fingerelektroden verformt, wenn der schienenförmige Prüfkopf auf die Fingerelektroden gedrückt wird, sodass alle Fingerelektroden gut vom Kontaktelement kontaktiert werden können. Da sich das Kontaktelement überdies elastisch verformt, kommt es nicht nur nicht vor, dass Fingerelektroden zerquetscht werden, sondern das Kontaktelement kann auch in seine frühere Gestalt zurückkehren, wenn der Druck auf die Fingerelektroden beendet wird. Folglich kann es auch bei wiederholten Messungen immer in den gleichen Kontaktzustand gebracht werden, was ermöglicht eine hohe Reproduzierbarkeit bei wiederholten Leistungsabgabemessungen zu verwirklichen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
1 Schematische Darstellung, die eine Messvorrichtung für Solarzellen und einen balkenförmigen Prüfkopf gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
-
2 Schematische Darstellung der Detailstruktur des balkenförmigen Prüfkopfs gemäß der ersten Ausführungsform.
-
3 Schematische Darstellung, die ein Beispiel einer als Messobjekt dienenden Solarzelle zeigt.
-
4 Schematische Darstellung eines anderen Beispiels einer als Messobjekt dienenden Solarzelle.
-
5 Schematische Darstellung einer Messvorrichtung für sammelschienenlose Solarzellen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
-
6 Schematische Darstellung einer Messvorrichtung für sammelschienenlose Solarzellen gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
-
7 Schematische Darstellung über weitere Ausführungsformen der Erfindung.
-
8 Schematische Darstellung einer Messvorrichtung für Solarzellen, die herkömmliche Sammelschienenelektroden aufweisen.
-
9 Schematische Darstellung eines herkömmlichen schienenförmigen Prüfkopfs zum Messen sammelschienenloser Solarzellen.
-
10 Schematische Darstellung, die einen Kontaktzustand zwischen dem herkömmlichen schienenförmigen Prüfkopf und Fingerelektroden zeigt.
-
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
-
Unter Bezugnahme auf 1 bis 4 werden ein schienenförmiger Prüfkopf 10 sowie eine diesen verwendende Messvorrichtung 100 für sammelschienenlose Solarzellen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert.
-
Der schienenförmige Prüfkopf 10 der ersten Ausführungsform lässt sich zum Messen der Ausgangskennlinie einer sammelschienenlosen Solarzelle verwenden, bei der auf der Oberfläche eines Substrats SB lediglich Fingerelektroden F gebildet, aber keine herkömmlicherweise vorhandenen Sammelschienenelektroden gebildet sind. Wie in 2 gezeigt besteht diese Solarzelle PV aus einem quadratisch geformten dünnen kristallinen Substrat SB und mehreren Fingerelektroden F zum Sammeln des von jedem Punkt des Substrats SB abgegebenen elektrischen Stroms. Die Fingerelektroden F sind mit einer Länge, die etwas geringerer ist als die Abmessung einer Kante des Substrats SB, in geradliniger Gestalt durch Sintern von Silberpaste gebildet, wobei die einzelnen Fingerelektroden F in einer Reihe nebeneinander über im Wesentlichen die Gesamtfläche der Oberfläche des Substrats SB ausgebildet sind. Schienenförmige Prüfköpfe 10 werden nun an drei Orten, bei denen es sich um Orte handelt, an denen herkömmlicherweise Sammelschienenelektroden gebildet wären, derart angeordnet, dass sie alle Fingerelektroden F im rechten Winkel kreuzen. Übrigens sind die Orte, wo die schienenförmige Prüfköpfe 10 angeordnet werden, auch Orte, an denen in einem späteren Schritt, wenn aus mehreren Solarzellen PV ein Solarpaneel gebildet wird, durchsichtige Elektroden ausgebildet werden.
-
Es wird angemerkt, dass die der Messvorrichtung 100 für Solarzellen der ersten Ausführungsform als Messobjekt dienende Solarzelle PV nicht auf den in 2 und 3(a) gezeigten Typ beschränkt ist, sondern auch eine Solarzelle, bei der wie in 3(b) gezeigt ein Ende jeder Fingerelektrode F mit der benachbarten Fingerelektrode F verbunden ist, sodass die Fingerelektroden F in ihrer Gesamtheit eine Mäanderform aufweisen, oder eine Solarzelle sein kann, bei der wie in 3(c) gezeigt die Fingerelektroden F sämtlich an beiden Enden miteinander verbunden sind, sodass die Fingerelektroden F in Form einer Leiter gebildet sind. Ferner können wie in 4 gezeigt auch Solarzellen PV als Messobjekt dienen, welche die in 3(a) bis (c) gezeigten Fingerelektroden F in Verbindung mit einer durch Abschneiden der Ecken eines Quadrats gebildeten achteckigen Umrissform aufweisen.
-
Die Messvorrichtung 100 für Solarzellen ist wie in 1(a) gezeigt aufgebaut aus einem schienenförmigen Prüfkopf 10, der die Umrissform eines dünnen Quaders und eine Unterseite zur Kontaktierung der Fingerelektroden F aufweist, mehreren Messstiften P, die mit ihrer Spitze die Oberseite des schienenförmigen Prüfkopfs 10 berühren und eine Basisseite zur Verbindung mit einem Spannungsmesser 8 aufweisen, einem Prüfkopfhalter 4, in den die Messstifte P vor- und zurückverschieblich eingeschoben sind, und mehreren zwischen dem Prüfkopfhalter 4 und dem schienenförmigen Prüfkopf eingerichteten Federn S. Außerdem umfasst die Messvorrichtung 100 für Solarzellen eine Messplatte 5 zur Kontaktierung der Rückseitenelektrode der Solarzelle PV, um zwischen der Messplatte 5 und dem Prüfkopfhalter 5 eine Strommessschaltung auszubilden. Als diese Strommessschaltung sind zwischen dem Prüfkopfhalter 4 und der Messplatte 5 ein Strommesser 7 und eine Laststromquelle 6 in Reihe geschaltet. Ferner ist im Zentrum der Messplatte 5 ein Messstift P für Spannungsmessungen eingerichtet, der die Rückseitenelektrode der Solarzelle PV kontaktiert.
-
Der Prüfkopfhalter 4 ist aus einer Kupferlegierung gebildet und weist eine sich in derselben Richtung wie der schienenförmige Prüfkopf 10 erstreckende Umrissform eines dünnen Quaders auf. Im Prüfkopfhalter 4 sind die Ober- und Unterseite durchstoßend symmetrisch links und rechts der Mittelachse neun senkrechte Bohrungen ausgebildet, in denen jeweils die Basisseite eines der Messstifte P vor- und zurückverschieblich aufgenommen ist. Bei dem mittleren Messstift P handelt es sich um einen Messstift P für Spannungsmessungen, wobei die innere Mantelfläche der senkrechte Bohrung, in welcher der mittlere Messstift P eingeschoben ist, aus einem Nichtleiter IN gebildet ist, damit eine selbständige Messung durchgeführt werden kann. Der in der Mitte des Prüfkopfhalters 4 eingerichtete Messstift P bildet mit dem die Rückseitenelektrode der Solarzelle PV kontaktierenden Messstift P und dem Spannungsmesser 8 eine Spannungsmessschaltung. Mit anderen Worten ermöglicht die erste Ausführungsform mittels der Strommessschaltung und der Spannungsmessschaltung, die Strom-Spannungs-Kennlinie der Solarzelle PV nach dem Vierleiterverfahren zu messen.
-
Bei den übrigen acht Stiften handelt es sich um Messstifte P für Strommessungen, die mit dem Strommesser 7 verbunden werden. Die Anordnung dieser Messstifte P wurde so festgelegt, das sie im Wesentlichen der herkömmlichen Anordnung von Prüfkopfstiften gegenüber einer Sammelschienenelektrode äquivalent ist. Die Spitzen der beiden äußersten Messstifte P sind am schienenförmigen Prüfkopf 10 durch z.B. Löten oder Schweißen fixiert. Es wird angemerkt, dass die Zahl der im Prüfkopfhalter 4 ausgebildeten Bohrungen und die Zahl der für die Strommessung verwendeten Messstifte P nicht auf die in der ersten Ausführungsform gezeigten Zahlen beschränkt ist, sondern auch andere Zahlen sein können. Ferner können statt des einen im Zentrum des Prüfkopfhalters für Spannungsmessungen eingerichteten Messstifts P auch mehrere eingerichtet werden.
-
Zwischen der Unterseite des Prüfkopfhalters 4 und den Spitzen der einzelnen Messstifte P sind jeweils Spiralfedern als Federn S eingerichtet, sodass der Prüfkopfhalter 4 und die Spiralfedern S eine elastische Abstützeinrichtung zur elastischen Abstützung des schienenförmigen Prüfkopfs 10 bilden. Diese ist so eingerichtet, dass durch Auf- und Abbewegen des Prüfkopfhalters 4 mittels eines nicht bildlich dargestellten Antriebsmechanismus unter Aufrechterhaltung der Parallelität zur Oberfläche der Solarzelle PV ein Kontakt der Unterseite des schienenförmigen Prüfkopfs mit jeder Fingerelektrode F der Solarzelle PV hergestellt bzw. unterbrochen wird. Die elastische Abstützeinrichtung ist derart eingerichtet, dass sie in einem Zustand, in dem der schienenförmige Prüfkopf 10 zur Kontaktierung aller Fingerelektroden F niedergedrückt ist, an jedem Punkt des schienenförmigen Prüfkopfs 10 eine vorbestimmte Andruckkraft zwischen dem schienenförmigen Prüfkopf 10 und den Fingerelektroden F erzeugt, so dass ein guter Kontaktzustand entsteht.
-
Als Nächstes sollen unter Bezugnahme auf 1 und 2 Details des schienenförmigen Prüfkopfs 10 erläutert werden.
-
Der schienenförmige Prüfkopf 10 dient dazu, bei der Messung elektrischer Kenndaten von Solarzellen PV derart gegenüber den an der Oberfläche der Solarzelle PV gebildeten Fingerelektroden F angeordnet zu werde, dass er alle Fingerelektroden F gleichzeitig kontaktiert, und weist einen in länglicher Form aus einem elektrischen Leiter geformten Tragkörper 2 sowie ein vom Tragkörper 2 getragenes Kontaktelement auf, das während der Messung die einzelnen Fingerelektroden F kontaktiert. Die erste Ausführungsform verwendet als das vom Tragkörper 2 getragene Kontaktelement z.B. einen in Nishijin-Brokat (eingetragene Marke) verwendeten Goldfaden 3.
-
Die einzelnen Teile werden genauer beschrieben. Der Tragkörper 2 weist die Umrissform eines dünnen Quaders auf und ist ein wenig länger gebildet als die Abmessung einer Kante der Solarzelle PV, wobei an seiner Unterseite entlang der Längenrichtung drei Aufnahmenuten 21 zur Aufnahme von Goldfäden ausgebildet sind. Diese nehmen längs jeder Aufnahmenut 21 einen jeweiligen Goldfaden 3 auf und sind so konstruiert, dass wie in 1(b) gezeigt die Goldfäden 3 im Ausmaß eines halben Durchmessers aus den Aufnahmenuten 21 nach außen ragen. Anders gesagt stehen die Hälften der Goldfäden 3 über das äußerste Ende der Unterseite hinaus.
-
Die Detailstruktur des das Kontaktelement darstellenden Goldfadens 3 soll nun anhand von 1(b) erläutert werden. Der Goldfaden 3 umfasst einen Faden 31 als einen Elastizität aufweisenden Innenstrukturkörper und, indem die Außenumfangsfläche des Fadens 31 mit in Form eines schmalen Gürtels ausgebildeter Goldfolie 32 spiralförmig umwickelt ist, eine den Innenstrukturkörper bedeckende Metallschicht.
-
Der den Innenstrukturkörper darstellende Faden 31 verformt sich leicht, wenn er in Radialrichtung gedrückt wird, weist aber die Eigenschaft auf, in einem Zustand der Abwesenheit äußerer Kräfte in seine frühere Form zurückzukehren. Noch konkreter handelt es sich bei dem Faden 31 um einen Seidenfaden, in welchem eine Vielzahl sehr feiner Fasern in den einen Faden 31 zusammengedreht sind. Die Bildung eines Fadens 31 auf diese Weise ermöglicht im Vergleich z.B. mit nur aus einer Faser bestehenden Fäden, diesen gegenüber wiederholter Verformung und Wiederherstellung der Form äußerst widerstandsfähig zu machen. Es wird angemerkt, dass der Faden 31 nicht auf Seidenfäden beschränkt ist, sondern auch z.B. ein Einzelfaden oder verdrehter Faden aus Polyester- oder anderer Kunstfaser sein kann.
-
Weil die Goldfolie 32 sehr dünn gebildet ist, welche die den Innenstrukturkörper bedeckende Metallschicht darstellt, gibt sie auf Druck leicht nach und verformt sich, um sich, wenn die äußere Kraft weggenommen wurde, gemeinsam mit dem Zurückkehren des Fadens 31 in die frühere Form zu verformen. Da der Faden 31 verglichen mit den durch Sintern von Silberpaste hergestellten Fingerelektroden F eine sehr geringe Härte aufweist, verformen die Fingerelektroden F sich praktisch auch dann fast nicht, wenn der Goldfaden 3 an die Fingerelektroden F gedrückt wird, auch wenn der Goldfaden 3 sich verformt.
-
Die Goldfolie 32 dient dazu, zur Messzeit die Fingerelektroden F zu kontaktieren und die elektrische Verbindung zum Tragkörper 2 aufrechtzuerhalten. Wenn es auch während der Messung zum elektrischen Stromfluss nahezu entlang der Umfangsrichtung des Goldfadens 32 kommt, so zeigt der elektrische Widerstand des Goldfadens 3 doch einen sehr kleinen stabilen Wert, weil der Goldfaden 3 selbst sehr dünn und daher auch die Umfangslänge sehr klein ist.
-
Anhand von 2 soll der Umstand erläutert werden, dass durch Verwendung des schienenförmigen Prüfkopfs der ersten Ausführungsform ein guter Kontaktzustand mit den Fingerelektroden F erhalten werden kann. Wie oben beschrieben wird der Goldfaden 3, der das Kontaktelement zur Kontaktierung der Fingerelektroden F darstellt, auf die Fingerelektroden F gedrückt, wenn sich der Prüfkopfhalter 4 nach unten bewegt. Während der Messung ist nun das Profil des Goldfadens 3 von der Oberfläche des Substrats SB beabstandet und in seiner Höhe derart reguliert, dass alle Fingerelektroden F kontaktiert werden.
-
Zunächst soll der Kontaktzustand einer einzelnen Fingerelektrode F mit dem Goldfaden 3 erläutert werden. Wie in der Querschnittansicht entlang der Linie X-X in 2(a) gezeigt weist die Fingerelektrode F, da sie durch Sintern von Silberpaste gebildet wurde, in ihrer Ausdehnungsrichtung mikroskopisch kleine Unebenheiten auf, kann jedoch im Wesentlichen ohne Lücken gut kontaktiert werden, da der Goldfaden 3 sich entlang dieser Unebenheiten elastisch verformt.
-
Als Nächstes wird der Kontaktzustand mehrerer Fingerelektroden F mit dem Goldfaden 3 erläutert. Wie in der Querschnittansicht entlang der Linie Y-Y in 2(b) gezeigt existiert auch unter den einzelnen Fingerelektroden F eine Streuung ihrer Höhe über der Oberfläche des Substrats SB. In Abschnitten, wo sich eine Fingerelektrode F mit großer Höhe über der Oberfläche befindet, wird der Goldfaden 3 jedoch stark in Radialrichtung eingedrückt, sodass er sich verformt, anstatt einen Zustand einer nur hohe Abschnitte verbindenden Brücke einzunehmen. Mit anderen Worten kann, da der Goldfaden 3 sich verformt, die Gesamtheit des Goldfadens 3 der Oberfläche des Substrats SB angenähert werden, was dem Goldfaden 3 ermöglicht auch Fingerelektroden F mit geringer Höhe über der Oberfläche des Substrats SB zu kontaktieren. Folglich lässt sich ein guter Kontakt mit allen Fingerelektroden F erzielen. Übrigens kann ein besonders vorzüglicher Kontaktzustand erzielt werden, indem man einen Goldfaden 3 mit an die in der Ausdehnungsrichtung der Fingerelektroden F gebildeten Unebenheiten und die Streuung der Höhe der einzelnen Fingerelektroden F über der Oberfläche des Substrats angepassten Durchmesser verwendet.
-
Wenn der schienenförmige Prüfkopf 10 vorübergehend von den Fingerelektroden F entfernt und wieder mit denselben in Kontakt gebracht wird, kann im Wesentlichen der gleiche Kontaktzustand reproduziert werden, weil sich nur der Goldfaden 3 verformt, während die Gestalt der Fingerelektroden F im Wesentlichen gewahrt bleibt. Folglich bleibt der Kontaktzustand stets gleich, sodass bei wiederholten Leistungsabgabemessungen eine äußerst hohe Reproduzierbarkeit erreicht werden kann.
-
Da der Goldfaden 3 nicht wie bei plastischer Verformung nach einer einmaligen Deformation in diesem Zustand verbleibt, sondern versucht nach Entfernung von den Fingerelektroden F in seinen früheren Zustand zurückzukehren, kann er über lange Zeit einen gleichförmigen Zustand bewahren, sodass sich auch bei Durchführung wiederholter Messungen die Kennlinien nicht ändern. Mit anderen Worten wird auch eine hohe Haltbarkeit für den schienenförmigen Prüfkopf ermöglicht. Da ferner der Goldfaden 3 so eingestellt ist, dass er nur die Fingerelektroden F kontaktiert, lässt sich ein Ablösen der Goldfolie 32 vom Goldfaden 3 vermeiden, sodass der Widerstandswert des schienenförmigen Prüfkopfs 10 über lange Zeit konstant gehalten werden kann. Kurz gesagt kann weiterhin die Lebensdauer des schienenförmigen Prüfkopfs 10 verlängert werden, indem man derartige Messungen durchführt.
-
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 5 eine Messvorrichtung 100 für Solarzellen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Dabei sei gegeben, dass mit der ersten Ausführungsform übereinstimmenden Elementen gleiche Bezugszeichen beigefügt sind.
-
Vergleicht man die Messvorrichtung 100 für Solarzellen der zweiten Ausführungsform mit der ersten Ausführungsform, so unterscheidet sich der Aufbau der elastischen Abstützeinrichtung und der Messstifte P. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist nämlich im Zentrum des Prüfkopfhalters 4 nur ein einzelner Messstift P für Spannungsmessungen vor- und zurückverschieblich vorgesehen und zugleich zur Verbindung des Zwischenraums zwischen der Unterseite des Prüfkopfhalters 4 und der Oberseite des schienenförmigen Prüfkopfs 10 eine Reihe von Federn eingerichtet.
-
Auch mit einer derartigen Vorrichtung kann der schienenförmige Prüfkopf 10 mit angemessener Andruckkraft auf die Fingerelektroden F gedrückt und ein guter Kontaktzustand erzielt werden. In der zweiten Ausführungsform sind keine Messstifte P für Strom/Spannungs-Messungen vorgesehen, aber es können Strom/Spannungs-Messungen z.B. auch direkt vom Prüfkopfhalter 4 aus durchgeführt werden.
-
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 6 eine Messvorrichtung 100 für Solarzellen gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Dabei sei gegeben, dass mit der ersten Ausführungsform übereinstimmenden Elementen gleiche Bezugszeichen beigefügt sind.
-
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich verglichen mit der ersten Ausführungsform durch die Form des Prüfkopfhalters 4, den Umstand, dass der Spannungsmesser 8 ohne Messstifte P zu verwenden direkt an die Oberseite des schienenförmigen Prüfkopfs 10 angeschlossen ist, und die Struktur zur Befestigung des Goldfadens 3 am Tragkörper 2 des schienenförmigen Prüfkopfs 10.
-
Die Teile werden nun genau beschrieben.
-
Der Prüfkopfhalter 4 der dritten Ausführungsform besteht wie in 6(a) gezeigt aus zwei nichtleitenden Körpern, die getrennt über beiden Enden des schienenförmigen Prüfkopfs eingerichtet sind. Zwischen den nichtleitenden Körpern und dem Prüfkopf sind Federn S vorgesehen, um eine vorbestimmte Andruckkraft zu erzeugen, wenn der schienenförmige Prüfkopf 10 an die Fingerelektroden F angelegt wird.
-
Wie in 6(a) und 6(b) gezeigt umfasst der schienenförmige Prüfkopf 10 ferner im Wesentlichen ohne Spiel auf die Enden des Tragkörpers 2 gepasste Befestigungselemente 22 auf, die ausgebildet sind, ein Ende des Goldfadens 3 durch Einklemmen zwischen den Tragkörper 2 und ein Befestigungselement 22 zu fixieren. Dies ermöglicht, die in den Aufnahmenuten 21 aufgenommenen Goldfäden 3 unter Beaufschlagung mit einer vorbestimmten Spannung zu fixieren, um zu verhindern, dass sich ihre Lage mit jeder Messung ändert. Übrigens kann eine gleichartige Wirkung auch erzielt werden, wenn die Befestigungselemente 22 und die Form der Enden des Tragkörpers 2 wie in 6(c) gestaltet werden.
-
Es sollen zusätzliche Ausführungsformen erläutert werden.
-
Abwandlungsbeispiele des schienenförmigen Prüfkopfs 10 der vorliegenden Erfindung werden erläutert. In allen oben beschriebenen Ausführungsformen wurde Goldfaden 3 als das Kontaktelement verwendet. Es ist aber auch möglich andere elastisch verformbare Elemente zu verwenden, die weicher sind als die Fingerelektroden F. Auch können die Aufnahmenuten 21 und das Kontaktelement wie in 7 gezeigt mannigfaltige Formen aufweisen. Konkret kann das Kontaktelement vollständig in den Aufnahmenuten 21 aufgenommen sein, die Querschnittform des Kontaktelements muss kein Kreis sein, sondern kann eine elliptische Form und verschiedenes andere sein. Außerdem können in einer Aufnahmenut 21 mehrere Kontaktelemente aufgenommen sein, und die Aufnahmenuten 21 müssen nicht die Form einer Dreiecksnut aufweisen, sondern können auch Vierecksnuten oder Rundnuten sein.
-
Für das Kontaktelement reicht es aus, wenn es aus einem Elastizität aufweisenden Innenstrukturkörper und eine den Innenstrukturkörper bedeckenden Metallschicht aufgebaut ist. Beispielsweise kann der Innenstrukturkörper ein fadenförmig gebildetes Gummi sein, das an seinem Außenumfang mit einer Metallschicht überzogen ist. Auch kann eine Viskoelastizität aufweisende Struktur als Innenstrukturkörper gebraucht werden. Beispielsweise kann eine flexible und hermetisch dichte Röhre in Form eines dünnen Hohlzylinders, in der eine Flüssigkeit eingeschlossen wurde, um ihr Elastizität zu verleihen, als Innenstrukturkörper genommen und an ihrem Außenumfang mit einer Metallschicht überzogen werden. Die Metallschicht ist nicht auf Goldfolie 32 beschränkt, sondern es kann z.B. auch aus Silber, Kupfer, Platin oder verschiedenes andere mehr verwendet werden. Kurz gesagt kann das Kontaktelement Elastizität oder Viskoelastizität, eine Härte geringer als diejenige der Fingerelektroden F, und eine sich einfach verformende Struktur aufweisen.
-
Wenngleich der schienenförmigen Prüfkopf 10 so angeordnet war, dass er alle Fingerelektroden F rechtwinklig kreuzt, kann er z.B. auch schräg zu den Fingerelektroden F angeordnet sein.
-
Verschiedene andere Änderungen und Kombinationen von Ausführungsformen können vorgenommen werden, insoweit sie nicht dem Grundinhalt der vorliegenden Erfindung widersprechen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Messvorrichtung für Solarzellen
- 10
- Schienenförmiger Prüfkopf
- 2
- Tragkörper
- 21
- Aufnahmenut
- 22
- Befestiger
- 3
- Goldfaden (Kontaktelement)
- 31
- Faden (Innenstrukturkörper)
- 32
- Goldfolie (Metallschicht)
- 4
- Prüfkopfhalter
- P
- Messstift
- PV
- Solarzelle
- SB
- Substrat
- F
- Fingerelektrode
- BS
- Sammelschienenelektrode
- S
- Feder
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2010177379 A [0013]
- JP 2012138564 A [0013]
