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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der Kontaktierungsgüte eines elektrischen Kontaktes zwischen einer Solarzelle und einer Kontaktierungseinheit gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 15.
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Zur Analyse und Charakterisierung von photovoltaischen Solarzellen ist eine Vielzahl von Messverfahren bekannt. Hierbei ist häufig eine elektrische Kontaktierung der Solarzelle notwendig. Typischerweise erfolgt die Kontaktierung der Solarzelle mit einer Kontaktierungseinheit, welche eine Mehrzahl von Kontaktierungselementen umfasst, wie beispielsweise federbelastete Kontaktierungsstifte. Über die Kontaktierungseinheit werden der Solarzelle Ladungsträger zugeführt, Ladungsträger abgeführt bzw. Spannungspotentiale vorgegeben.
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Die Genauigkeit, mit der die gewünschten Messgrößen an einer derart kontaktierten Solarzelle gemessen werden, kann wesentlich von der Güte der Kontaktierung abhängen. Fehlerhafte Kontaktierungen, bei welchen beispielsweise lediglich eine Teilmenge der Kontaktierungselemente einen elektrischen Kontakt ausbildet und/oder Kontaktierungselemente, beispielsweise aufgrund unvollständiger mechanischer Kontakte, einen erhöhten Kontaktierungswiderstand aufweisen, können zu Messfehlern führen. Aufgrund solcher Messfehler kann beispielsweise eine fehlerhafte Bestimmung des Wirkungsgrades der Solarzelle und folglich eine fehlerhafte Einsortierung in Wirkungsgradklassen erfolgen.
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Es ist bekannt, die Kontaktierungsgüte zu bestimmen, indem ohmsche Widerstände zwischen Kontaktierungselementen gemessen werden, wie beispielsweise in dem Handbuch „Supplement: Grid-Widerstand PVCTControl Erweiterung zur elektrischen Untersuchung von Fingersiebdrucken", J.Vollrath, h.a.l.m. elektronik GmbH, 60389Frankfurt/M, Rev.2.0/20.09.2010, beschrieben.
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Nachteile dieser Methode liegen darin, dass oft mehrere Kontaktierungselemente bei dieser Messung miteinander elektrisch leitend verbunden, also kurzgeschlossen sind, und nur deren gemeinsame mittlere Kontaktierungsgüte bestimmt werden kann, so dass bspw. der Ausfall einer kleineren Teilmenge von Kontaktierungselementen nicht unterschieden werden kann von einer leichten Erhöhung des Kontaktübergangswiderstandes aller Kontaktierungselemente. Auch kann eine solche Methode bei auf der Solarzelle nicht untereinander verbundenen Kontaktierungselementen schlecht verwendet werden, da auf Grund der hohen Zahl an benötigten Kontaktierungselementen eine sehr großer technischer Aufwand mit der Überprüfung all dieser Kontaktierungselemente betrieben werden müsste, beginnend mit der einzelnen Herausführung von Kabeln für eine Vielzahl von Kontaktierungselementen, welche je nach Zelldesign eine Zahl größer 100 erreichen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Prüfung der Kontaktierungsgüte eines elektrischen Kontaktes zwischen einer Solarzelle und einer Kontaktierungseinheit zur Verfügung zu stellen, welches die vorgenannten Nachteile vermeidet.
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Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15 sowie einer Verwendung von Lumineszenzstrahlung einer Solarzelle gemäß Anspruch 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise zur Durchführung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon, ausgebildet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Prüfung der Kontaktierungsgüte eines elektrischen Kontaktes zwischen einer Solarzelle und einer Kontaktierungseinheit umfasst folgende Verfahrensschritte:
Die Solarzelle wird mit der Kontaktierungseinheit kontaktiert. Hierbei wird die Solarzelle zumindest mit einer Mehrzahl von Kontaktierungselementen der Kontaktierungseinheit elektrisch leitend kontaktiert.
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Wesentlich ist, dass im kontaktierten Zustand Lumineszenzstrahlung in der Solarzelle erzeugt wird und ein ortsaufgelöstes Lumineszenzbild der von der Solarzelle abgestrahlten Lumineszenzstrahlung aufgenommen wird. Mittels einer Kontaktierungsgüte-Auswerteeinheit wird ein Maß für die elektrische Kontaktierungsgüte basierend auf den Intensitätswerten des Lumineszenzbildes und/oder hieraus abgeleiteter Größen berechnet.
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Die vorliegende Erfindung ist in der Erkenntnis begründet, dass mittels ortsaufgelöster Messung von in der Solarzelle erzeugter Lumineszenzstrahlung in apparativ unaufwändiger Weise eine automatisierte Bewertung der Kontaktierungsgüte ermöglicht wird. Hierzu kann in einfacher Weise eine Auswertung der Intensitätswerte der Lumineszenzstrahlung und/oder hiervon abgeleiteter Größen verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich somit von dem vorbekannten, eingangs zitierten Verfahren zur Bestimmung der Kontaktierungsgüte insbesondere dadurch, dass Lumineszenzstrahlung zur Beurteilung der Kontaktierungsgüte verwendet wird.
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Die ortsaufgelöste Messung von Lumineszenzstrahlung ist zur Charakterisierung einer Solarzelle bereits bekannt und beispielsweise in Takashi Fuyuki et al., „Photographic surveying of minority carrier diffusion length in polycrystalline silicon solar cells by electroluminescence", APPLIED PHYSICS LETTERS 86, 262108, 2005, DOI: 10.1063/1.1978979, beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von solchen vorbekannten Verfahren dadurch, dass die Lumineszenzstrahlung zur Beurteilung der Kontaktierungsgüte und nicht zur Charakterisierung und Analyse von Eigenschaften der Solarzelle an sich verwendet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere die Vorteile auf, dass keine expliziten einzelnen Messungen der Kontaktwiderstände der Kontaktierungselemente erforderlich sind. Weiterhin ist es zur Beurteilung der Kontaktierungsgüte nicht notwendig, dass von allen Kontaktierungselementen einzelne Kabel zu einer Auswerteeinheit herausgeführt werden.
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Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Lumineszenzstrahlung in der Solarzelle mittels Stromzuführung zumindest teilweise über die Kontaktierungselemente erzeugt wird. Hierdurch ist gewährleistet, dass etwaige Inhomogenitäten in der Kontaktierungsgüte sich in der Verteilung der Intensitätswerte der Lumineszenzstrahlung niederschlagen. Bei der Lumineszenzstrahlung handelt es sich somit bevorzugt um so genannte „Elektrolumineszenzstrahlung“.
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Alternativ oder zusätzlich kann Lumineszenzstrahlung durch eine Beleuchtung der Solarzelle angeregt werden und die ortsaufgelöste Messung der Lumineszenzstrahlung in einem Zustand durchgeführt werden, in dem Ladungsträger über die Kontaktierung abgeführt werden. Bei der Lumineszenzstrahlung kann es sich somit auch um sogenannte „Photolumineszenzstrahlung“ handeln.
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Für die Bestimmung der Kontaktierungsgüte ist insbesondere der Kontrast des Lumineszenzbildes, d.h. die Unterschiede der Messwerte des Lumineszenzbildes, relevant. Es ist insbesondere nicht notwendig, ein absolutes Helligkeitsniveau für jeden Ortspunkt des Lumineszenzbildes zu bestimmen.
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Vorteilhafterweise erfolgt eine Normierung des Lumineszenzbildes, insbesondere kann ein normiertes Lumineszenzbild aus Division des Wertes jedes einzelnen Messpunktes durch einen Mittelwert aller Messwerte berechnet werden.
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Anhand des ortsaufgelösten Lumineszenzbildes kann auf die Kontaktierungsgüte zurückgeschlossen werden. In einer vorteilhaften, besonders unaufwändigen Ausgestaltung wird hierbei ein Maß für die Inhomogenität der Messwerte des Lumineszenzbildes als Maß für die Kontaktierungsgüte gewertet: Da inhomogene elektrische Kontakte der einzelnen Kontaktierungselemente zu einem inhomogenen Lumineszenzbild führen, kann dieses Maß bereits als Maß für die elektrische Kontaktierungsgüte verwendet werden. Ein einfaches Maß für die Inhomogenität des Lumineszenzbildes kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung gebildet werden, indem die Standardabweichung aller Intensitätswerte des Lumineszenzbildes errechnet wird. Eine größere Standardabweichung deutet somit auf ein inhomogeneres Lumineszenzbild und somit eine geringere Kontaktierungsgüte hin, verglichen mit einem Lumineszenzbild mit geringerer Standardabweichung.
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Vorteilhaft ist jedoch, die Information über den Ort der Kontaktierungselemente bei der Auswertung des Lumineszenzbildes zu verwenden, wie nachfolgend beschrieben:
Vorteilhafterweise wird hierbei jedem Kontaktierungselement der Mehrzahl von Kontaktierungselementen eine Untermenge von Bildpunkten des Lumineszenzbildes zugeordnet und für jedes dieser Kontaktierungselemente wird jeweils das Maß für die elektrische Kontaktierungsgüte abhängig von den jeweils zugeordneten Bildpunkten des Lumineszenzbildes berechnet.
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Hierdurch erfolgt somit in einfacher Weise eine Zuordnung von Lumineszenz-Messdaten zu jedem der Mehrzahl von Kontaktierungselementen, um hierauf basierend die Kontaktierungsgüte zu bestimmen.
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Vorteilhafterweise erfolgt eine räumliche Segmentierung des Lumineszenzbildes, wobei bevorzugt eine Segmentierung in mindestens eine Anzahl von Segmenten erfolgt, welche der Anzahl der Mehrzahl von Kontaktierungselementen entspricht. Jedem Kontaktierungselement wird mindestens ein Segment gemäß der vorbeschriebenen Aufteilung, bevorzugt genau ein Segment zugeordnet. Für jedes Kontaktierungselement wird das Maß für die elektrische Kontaktierungsgüte abhängig von dem jeweils zugeordneten Segment des Lumineszenzbildes berechnet.
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Ebenso ist es möglich, mehrere Kontaktierungselemente zu Gruppen zusammenzufassen und jeder Gruppe mindestens ein Segment, bevorzugt genau ein Segment zuzuordnen. Bevorzugt umfasst eine Gruppe hierbei mehrere benachbarte Kontaktierungselemente.
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Die vorbeschriebene Segmentierung ermöglicht somit in einfacher Weise die Berücksichtigung der räumlichen Ausgestaltung der Kontaktierungseinheit und somit insbesondere der räumlichen Anordnung der Kontaktierungselemente bei der Zuordnung der Bildpunkte des Lumineszenzbildes zu den einzelnen Kontaktierungselementen.
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Vorteilhafterweise wird jedem Kontaktierungselement eine Untermenge von Bildpunkten des Lumineszenzbildes zugeordnet, welche in einem das jeweilige Kontaktierungselement umgebenden Bildbereich des Lumineszenzbildes liegen. Hierdurch ist ein räumlicher Zusammenhang zwischen den Bildpunkten des Lumineszenzbildes und dem zugeordneten Kontaktierungselement gegeben.
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Zum Prüfen der Kontaktierungsgüte wird bevorzugt jedem Kontaktierungselement ein Kennwert zugeordnet, welcher abhängig von der dem jeweiligen Kontaktierungselement zugeordneten Untermenge von Bildpunkten des Lumineszenzbildes bestimmt wird. Hierdurch erfolgt eine Vereinfachung des Auswerteverfahrens dahingehend, dass zunächst die durch die Anzahl der Bildpunkte des Lumineszenzbildes vorgegebene Datenmenge, welche typischerweise ein Vielfaches der Anzahl der Kontaktierungselemente beträgt, reduziert wird auf eine Anzahl von Kennwerten, welche der Anzahl der Mehrzahl von Kontaktierungselementen entspricht.
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Bevorzugt wird somit für jedes Kontaktierungselement abhängig von den Messdaten der zugeordneten Bildpunkte ein für dieses Kontaktierungselement individueller Kennwert berechnet. Aus den Kennwerten der Mehrzahl von Kontaktierungselementen wird dann ein Maß für die Kontaktierungsgüte berechnet.
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Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, dass der Kennwert über ein Mittelungsverfahren aus Messwerten, die der dem jeweiligen Kontaktierungselement zugeordneten Untermenge von Bildpunkten angehören, bestimmt wird und das Maß für die elektrische Kontaktierungsgüte abhängig von den jeweils zugeordneten Kennwerten berechnet wird.
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Hierdurch wird in unaufwändiger Weise den Kontaktierungselementen ein Kennwert zugeordnet, ohne dass hohe Anforderungen an die Rechenkapazität der Auswerteeinheit gestellt werden. Darüber hinaus stehen robuste, fehlerunanfällige Mittelungsverfahren zur Verfügung, insbesondere eine arithmetische Mittelung.
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Die Mittelung kann hierbei mit an sich bekannten Mittelungsverfahren erfolgen, insbesondere alternativ zu der genannten arithmetischen Mittelung durch andere Mittelungsverfahren.
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Insbesondere ist die Verwendung eines gewichteten Mittelungsverfahrens vorteilhaft. Hierbei ist insbesondere eine Gewichtung derart vorteilhaft, dass ein Messwert des Lumineszenzbildes, mit dem Abstand zu dem zugeordneten Kontaktierungselement gewichtet wird, insbesondere derart, dass weiter entfernte Messpunkte einen geringen Einfluss aufweisen, verglichen mit näher an dem Kontaktierungselement liegenden Messwerten des Lumineszenzbildes.
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Eine verfahrenstechnisch unaufwändige Bestimmung einer Kontaktierungsgüte erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform durch Vorgeben mindestens eines Schwellwertes zur Klassifizierung der Kontaktierungsgüte. Hierbei wird jedem Kontaktierungselement der Mehrzahl von Kontaktierungselementen eine Kontaktierungsgüteklasse in Abhängigkeit der Relation des dem Kontaktierungselement zugeordneten Kennwerts zu dem Schwellwert zugeordnet.
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Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, eine Normierung wie zuvor beschrieben durchzuführen.
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In einer besonders einfachen Ausführungsform kann somit lediglich ein Schwellwert vorgegeben sein und jedem Kontaktierungselement wird eine von zumindest zwei, insbesondere genau zwei Kontaktierungsgüteklassen zugeordnet, wobei eine erste Kontaktierungsgüteklasse denjenigen Kontaktierungselementen zugeordnet wird, deren Kennwert größer gleich dem Schwellwert ist und eine zweite Kontaktierungsgüteklasse den verbleibenden Kontaktierungselementen zugeordnet wird. Eine vorteilhafte Gesamtbewertung der Kontaktierungsgüte kann dann über die Anzahl der Kontaktierungselemente erfolgen, denen die zweite Kontaktierungsgüteklasse zugeordnet ist, wobei zu beachten ist, dass die räumliche Anordnung der Kontaktierungselemente, denen die zweite Kontaktierungsgüteklasse zugeordnet ist, bevorzugt mit in die Gesamtbewertung einfließt. Beispielsweise sind zwei räumlich benachbarte Kontaktierungselemente, denen die zweite Kontaktierungsgüteklasse zugeordnet ist, als kritischer zu bewerten, als zwei räumlich weit auseinanderliegende Kontaktierungselemente.
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Wie zuvor beschrieben, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aus den Messdaten des Lumineszenzbildes ein Maß für die Kontaktierungsgüte berechnet. Zur Vermeidung von Fehlern ist es daher vorteilhaft, dass zwischen dem Kontaktieren der Solarzelle mittels der Kontaktierungseinheit und dem Aufnehmen des Lumineszenzbildes keine Veränderung der Messanordnung erfolgt. Insbesondere ist es vorteilhaft, die Anordnung der Kontaktierungselemente nicht zu verändern und bevorzugt auch andere Parameter, welche sich auf den elektrischen Kontaktwiderstand auswirken, insbesondere einen Anpressdruck der Kontaktierungselemente an die Solarzelle, nicht zu verändern.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann wie zuvor beschrieben die Kontaktierungsgüte bewertet werden. Vorzugsweise wird daher im kontaktierten Zustand mindestens eine Messung zur Analyse und/oder Charakterisierung der Solarzelle vorgenommen. Eine solche Analyse und Charakterisierung kann bereits durch das aufgenommene Lumineszenzbild an sich erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird somit das aufgenommene Lumineszenzbild – sofern die Kontaktierungsgüte als ausreichend eingestuft wird – zur Analyse und/oder Charakterisierung der Solarzelle verwendet.
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Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, zumindest eine weitere Messung, bei welcher eine elektrische Kontaktierung erforderlich ist, an der Solarzelle durchzuführen, insbesondere, ohne die elektrische Kontaktierung zwischen Aufnehmen des Lumineszenzbildes und der weiteren Messung zu verändern, insbesondere, ohne die Anordnung der Kontaktierungselemente zu verändern und bevorzugt auch ohne Änderung anderer Parameter, welche sich auf den elektrischen Kontaktwiderstand auswirken, insbesondere einen Anpressdruck der Kontaktierungselemente an die Solarzelle.
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Eine typische Analyse erfolgt durch das Messen einer Strom-Spannungskennlinie, welche insbesondere die Bestimmung einer Vielzahl globaler Parameter der Solarzelle ermöglicht. Bevorzugt wird daher im kontaktierten Zustand der Solarzelle zusätzlich eine Strom-Spannungskennlinie der Solarzelle gemessen. Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, die Strom-Spannungskennlinie ohne Beleuchtung (eine so genannte „Dunkelkennlinie“) und/oder die Strom-Spannungskennlinie mit Beleuchtung, insbesondere mit einer normierten Beleuchtung (eine so genannte „Hellkennlinie“), zu messen.
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Das Maß für die Kontaktierungsgüte kann anhand eines Lumineszenzbildes berechnet werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung, können mehrere Lumineszenzbilder einer einzelnen Solarzelle aufgenommen werden. Aus den mehreren Lumineszenzbildern wird ein Bewertungslumineszenzbild errechnet, welches die Basis zur Bewertung der Kontaktierungsgüte bildet.
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Vorteilhafterweise unterscheiden sich die Aufnahmebedingungen der Lumineszenzbilder, um materialinduzierte Kontraste von kontaktierungsinduzierten Kontrasten zu trennen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden mehrere Lumineszenzbilder an verschiedenen Arbeitspunkten der Solarzelle aufgenommen. Insbesondere kann ein Bewertungslumineszenzbild analog zu der Beschreibung gemäß Markus Glatthaar et al., „Spatially resolved determination of dark saturation current and series resistance of silicon solar cells", Phys. Status Solidi RRL 4, No. 1, 13–15 (2010) / DOI 10.1002/pssr.200903290, erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Lumineszenzbilder zumindest zweier, verschiedener Solarzellen zur Beurteilung der Kontaktierungsgüte verwendet. Hierdurch können Fehlereinflüsse basierend auf Zelldefekten in den Solarzellen, vermieden oder zumindest verringert werden:
Vorzugsweise wird zusätzlich zu dem Lumineszenzbild als erstes Lumineszenzbild einer ersten Solarzelle mindestens ein weiteres, zweites Lumineszenzbild mindestens einer weiteren, zweiten Solarzelle gemessen. Aus den zumindest zwei Lumineszenzbildern wird ein gemeinsames Bewertungslumineszenzbild berechnet. Mittels der Kontaktierungsgüte-Auswerteeinheit wird für jedes Kontaktierungselement der Mehrzahl von Kontaktierungselementen das Maß für die elektrische Kontaktierungsgüte abhängig von den Daten des Bewertungslumineszenzbildes berechnet.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Zelldefekt, welcher zu einer Inhomogenität in den Intensitätswerten des Lumineszenzbildes führt, sich nicht oder nur geringfügig auf die Gesamtauswertung auswirkt, da mit hoher Wahrscheinlichkeit die zweite Solarzelle keinen solchen Zelldefekt oder zumindest nicht am dem gleichen Ort aufweist und somit aufgrund des Berechnens eines gemeinsamen Bewertungslumineszenzbildes der Einfluss solcher Zelldefekte verringert wird.
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Die Berechnung des gemeinsamen Bewertungslumineszenzbildes erfolgt bevorzugt mit einem Mittelungsverfahren. So liegt es insbesondere im Rahmen der Erfindung, für jeden Bildpunkt jeweils die Intensitätswerte oder hieraus resultierende Werte zu addieren und anschließend zu normieren, insbesondere in dem durch die Anzahl der aufsummierten Lumineszenzbilder geteilt wird.
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Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, eine kontinuierliche Korrektur des Bewertungslumineszenzbildes vorzunehmen: In dieser vorteilhaften Ausführungsform wird für eine Vielzahl von Solarzellen sukzessive ein Lumineszenzbild aufgenommen. Aus den ersten beiden Lumineszenzbildern wird wie zuvor beschrieben ein Bewertungslumineszenzbild berechnet, insbesondere bevorzugt durch Mittelung. Anschließend wird das Bewertungslumineszenzbild mittels des Lumineszenzbildes der dritten Solarzelle korrigiert, d. h. bevorzugt eine weitere Mittelung anhand des dritten Lumineszenzbildes vorgenommen, wobei bevorzugt eine Gewichtung erfolgt, so dass vorliegend die Daten des aus zwei Lumnineszenzbildern gemitteltem Bewertungslumineszenzbildes mit einem Faktor 2 und die Daten des dritten Lumineszenzbildes entsprechend lediglich mit einem Faktor 1 bei dem Mittelungsverfahren gewichtet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird zunächst für eine vorgegebene Anzahl N von Solarzellen eine Mittelung wie zuvor beschrieben durchgeführt. Anschließend wird für jedes weitere Bild eine Mittelung durchgeführt, indem das zuvor errechnete Bewertungslumineszenzbild mit einem Faktor (N – 1)/N gewichtet wird und das aktuelle Lumineszenzbild entsprechend mit einem Faktor 1/N.
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Sofern zur Beurteilung der Kontaktierungsgüte Schwellwerte vorgegeben sind, wie zuvor beschrieben, ist es vorteilhaft, die Schwellwerte abhängig von der Anzahl N der Lumineszenzbilder, mittels derer das Bewertungslumineszenzbild errechnet wird, vorzugeben. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, die Schwellwerte bei einer kleineren Anzahl N der verwendeten Lumineszenzbilder derart zu gestalten, dass größere Abweichungen toleriert werden, verglichen mit den Schwellwerten für eine große Anzahl N von Lumineszenzbildern.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Schwellwert S1 für eine Anzahl N = 1 und ein Schwellwert Su für eine Anzahl N = unendlich vorgegeben. Die Abhängigkeit des Schwellwertes von N kann dann beispielsweise über die Funktionsvorschrift S(N) = –(Su – S1)·exp(–a·(N – 1)) + Su ermittelt werden, wobei a ein zu bestimmender Parameter ist. Eine solche Funktion konvergiert gegen den Wert Su für große Werte von N. Ein beispielhafter Parametersatz, welcher jedoch für jeden Solarzellentyp individuell zu bestimmen ist, ist S1 = 0.7, Su = 0.9 und a = 0.05.
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Ein solches Verfahren ist insbesondere bei Prozessüberwachungsverfahren während der Herstellung von Solarzellen vorteilhaft, bei welchen kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich eine Überwachung der hergestellten Solarzellen erfolgen soll. Hier ist es insbesondere vorteilhaft, eine Anzahl N von Solarzellen vorzugeben, mittels deren Lumineszenzbildern jeweils das Bewertungslumineszenzbild berechnet wird. Es ist somit insbesondere vorteilhaft, dass Bewertungslumineszenzbild über eine Mittelung der letzten N Lumineszenzbilder zu berechnen, wobei N bevorzugt im Bereich 100 bis 10.000 liegt.
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Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung jede Solarzelle zu vermessen oder lediglich eine stichprobenartige Auswahl, beispielsweise lediglich jede n-te Solarzelle zu vermessen, beispielsweise jede zweite oder jede dritte Solarzelle im Herstellungsprozess.
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Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, dass das gemessene Lumineszenzbild bereinigt wird, wobei mit einem Mustererkennungsalgorithmus Messdaten, welche durch Zelldefekte verursacht sind, korrigiert oder eliminiert werden. In dieser vorteilhaften Ausführungsform wird somit für jedes Kontaktierungselement das Maß für die elektrische Kontaktierungsgüte abhängig von den Daten des korrigierten Lumineszenzbildes berechnet.
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Prominente Zelldefekte, welche Kontraste in Lumineszenzbildern verursachen, sind beispielsweise: lokale Unterbrechungen der vorderseitigen Kontaktierungsstruktur (Fingerunterbrechungen), schlecht ausgebildete Metall-Halbleiter-Kontakte, prozessbedingte lokal erhöhte Rekombinationsaktivität, Rissbildung, Materialinhomogenitäten in multikristallienem Basismaterial.
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Alle aufgeführten Zelldefekte hinterlassen charakteristische Muster in Lumineszenzbildern. Lokale Fingerunterbrechungen hinterlassen leicht detektierbare Bildsignaturen. Algorithmen zur Erkennung von Fingerunterbrechungen werden bereits kommerziell angeboten. Schlecht ausgebildete Metall-Halbleiter-Kontakte hinterlassen je nach Kontaktformierungsprozess charakteristische Muster. Beispielsweise sind Kettenbandstrukturen, welche ein Abbild des Transportbandes des Hochtemperaturofens, in dem die Metall-Halbleiter-Kontaktformierung stattfindet, ein häufig auftretendes Kontrastphänomen, das über einen Mustererkennungsalgorithmus erkannt werden kann. Prozessbedingte lokal erhöhte Rekombinationsaktivität kann beispielsweise durch über Transportbänder eingetriebene Verunreinigungen induziert werden. Diese hinterlassen typischerweise Streifen in den charakteristischen Abständen der Transportbänder. Weiterhin sind oft Auflagepositionen der Solarzellen in Prozessmaschinen in Lumineszenzbildern sichtbar. Da diese an bekannten Orten sind und gleichzeitig charakteristische Kontraste aufweisen, lassen sich die Kontraste besonders einfach durch einen Mustererkennungsalgorithmus identifizieren. Die automatische Detektion von Materialinhomogenitäten und Rissen ist beispielsweise in
WO 2012/172073 beschrieben.
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Vorteilhafterweise erfolgt eine Korrektur eines Lumineszenzbildes derart, dass an dem Ort des lokalisierten Zelldefektes die dort aufgrund des Zelldefektes erhöhte oder erniedrigte Intensität der nicht durch den lokalisierten Zelldefekt beeinflussten Intensitäten der umgebenden Messorte angepasst wird, beispielsweise, indem ein Mittelwert der Messwerte der nicht durch den lokalisierten Zelldefekt beeinflussten, umgebenden Messorte erstellt wird und die Messwerte an den Orten des Zelldefektes auf diesen Mittelwert gesetzt werden.
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Auch hier ergibt sich somit der Vorteil, dass keine oder zumindest geringere Fehler bei der Bestimmung der elektrischen Kontaktierungsgüte durch Zelldefekte verursacht werden.
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Zusätzlich ist es vorteilhaft, über ein Modell, welches die jeweilige Solarzellenstruktur repräsentiert, Spannungsverteilungen auf der Solarzelle zu simulieren, wie beispielsweise in S. Eidelloth et al., „Simulation tool for equivalent circuit modeling of photovoltaic decvices", IEEE Journal of Photovoltaics, Vol. 2, 2012, beschrieben und aus den simulierten Spannungsverteilungen in an sich bekannter Weise ein simuliertes Lumineszenzbild abzuleiten. Vorteilhafterweise wird für ein gegebenes Solarzellendesign ein Satz von Lumineszenzbildern simuliert, von denen jedes eine bestimmte Anordnung von „gut“ und/oder „schlecht“ kontaktierenden Kontaktierungselementen repräsentiert. Die Beurteilung der Kontaktierungsgüte der kontaktierten Solarzelle wird dann über einen Vergleich des gemessenen Lumineszenzbildes mit dem Satz an simulierten Lumineszenzbildern derart vorgenommen, dass dem gemessenen Lumineszenzbild jenes Bild aus dem Satz an simulierten Lumineszenzbildern zugeordnet wird, welches dem gemessenen Lumineszenzbild am ähnlichsten ist.
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Neben Zelldefekten, welche in inhomogenen elektronischen Halbleitereigenschaften oder inhomogenen optischen Eigenschaften begründet sind, stellen insbesondere Fehler in metallischen Kontaktierungsstrukturen der Solarzelle eine Beeinträchtigung bei der Bestimmung der Kontaktierungsgüte dar. Vorteilhafterweise wird daher zusätzlich ein optisches Bild von Kontaktierungsstrukturen der Solarzelle, welche mittels der Kontaktierungseinheit elektrisch kontaktiert werden, aufgenommen. Anhand des optischen Bildes werden Schädigungen und/oder Unterbrechungen der Kontaktierungsstrukturen lokalisiert.
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Vorzugsweise wird hierbei das gemessene Lumineszenzbild in Abhängigkeit des optischen Bildes, insbesondere der lokalisierten Schädigungen und/oder Unterbrechungen der Kontaktierungsstrukturen bereinigt. Hier werden bevorzugt Messdaten, welche im Bereich der lokalisierten Schädigungen und/oder Unterbrechungen liegen, korrigiert oder eliminiert. Entsprechend wird für jedes Kontaktierungselement das Maß für die elektrische Kontaktierungsgüte abhängig von den Daten des korrigierten Lumineszenzbildes berechnet.
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Wie zuvor bereits beschrieben, kann die elektrische Kontaktierung der Solarzelle insbesondere zur Messung einer Strom-Spannungs-Kennlinie der Solarzelle verwendet werden. Aus einer solchen Strom-Spannungs-Kennlinie können in an sich bekannter Weise Kenndaten berechnet werden, welche zusätzlich einen Rückschluss auf die Kontaktierungsgüte ermöglichen. Solche Kenndaten sind insbesondere ein globaler Serienwiderstand Rs, welcher aus den Kennlinien gemäß IEC60891 extrahiert werden kann und/oder der Füllfaktor der Solarzelle.
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Vorzugsweise wird ein Maß für die Kontaktierungsgüte aus einer Kombination von Kennwerten, die aus dem unter der Kontaktierung gemessenen Lumineszenzbild berechnet werden, und Kennwerten, die aus der Strom-Spannungs-Kennlinie extrahiert werden, berechnet.
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Eine weitere Möglichkeit einer ergänzenden Messung zur Unterstützung der Bewertung der Kontaktierungsgüte ist die Messung von elektrischen Widerständen zwischen zumindest zwei Kontaktierungselementen im kontaktierten Zustand:
Im kontaktierten Zustand sind die Kontaktierungselemente zumindest teilweise über die Solarzelle elektrisch leitend miteinander verbunden. Dies betrifft insbesondere solche Kontaktierungselemente, welche eine gemeinsame metallische Kontaktierungsstruktur der Solarzelle kontaktieren. Eine Messung des elektrischen Widerstands zwischen zumindest zwei Kontaktierungselementen ergibt somit ebenfalls ein Indiz für die Kontaktierungsgüte.
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Vorteilhafterweise wird daher das Maß für die Kontaktierungsgüte in Abhängigkeit einer Kombination von aus den Intensitätswerten des Lumineszenzbildes folgenden Werten und Werten, die aus einer Messung eines elektrischen Widerstandes zwischen zumindest zwei Kontaktierungselementen im kontaktierten Zustand berechnet werden.
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Die Bewertung der Kontaktierungsgüte ausschließlich aufgrund der Messung des elektrischen Widerstandes zwischen zumindest zwei Kontaktierungselementen ist – wie in der Beschreibungseinleitung erwähnt – an sich bekannt. Eine Kombination dieser Methode mit der zuvor beschriebenen Auswertung der Daten des Lumineszenzbildes verringert die Fehleranfälligkeit bei der Bewertung der elektrischen Kontaktierungsgüte erheblich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Prüfung der Kontaktierungsgüte geeignet, wobei die Kontaktierungseinheit die Solarzelle elektrisch kontaktiert, indem die Mehrzahl von Kontaktierungselementen eine metallische Kontaktierungsstruktur der Solarzelle an einer Mehrzahl von Ortspunkten elektrisch leitend kontaktiert. Solche Kontaktierungen von Solarzellen sind an sich bekannt. Insbesondere ist die Verwendung von so genannten Messleisten als Kontaktierungseinheit bekannt. Solche Messleisten weisen typischerweise in etwa linienartig, insbesondere geradlinig angeordnet eine Mehrzahl von Kontaktierungselementen auf. Solche Kontaktierungselemente sind bevorzugt als federbelastete Kontaktierungsstifte ausgebildet.
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Weiterhin ist es bekannt, bei der Kontaktierungseinheit jeweils eine paarweise Anordnung von zwei Kontaktierungselementen vorzusehen. Hierbei ist eine erste Gruppe von Kontaktierungselementen zum Einprägen einer Spannung und Zu- oder Abführen von Strom vorgesehen und eine zweite Gruppe von Kontaktierungselementen zum Messen der sich ergebenden Spannung der Solarzelle. Ein vorbeschriebenes Paar von Kontaktierungselementen weist typischerweise ein spannungsmessendes und ein stromführendes Kontaktierungselement auf.
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Das erfindungsgemäße Verfahren, welches Kontrastinformationen von EL-Bildern verwendet, lässt bei der vorbeschriebenen Konfiguration nur Rückschlüsse über die Kontaktierungsgüte der stromführenden bzw. spannungseinprägenden Gruppe von Kontaktierungselementen zu. Es lässt keine Rückschlüsse auf die Kontaktierungsgüte der spannungsmessenden Gruppe von Kontaktierungselementen zu. Über eine Messung des Widerstandes zwischen einer stromführenden und einer spannungsmessenden Gruppe lassen sich zusätzlich Rückschlüsse auf die Kontaktierungsgüte der spannungsmessenden Gruppe ziehen. Eine solche vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt somit Rückschlüsse über beide Gruppen von Kontaktierungselementen zu.
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Die eingangs genannte Aufgabe ist weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Prüfung der Kontaktierungsgüte des elektrischen Kontaktes zwischen einer Solarzelle und einer Kontaktierungseinheit gemäß Anspruch 15. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Kontaktierungseinheit auf, welche eine Mehrzahl von Kontaktierungselementen aufweist. Die Kontaktierungselemente dienen zum elektrischen Kontaktieren der Solarzelle.
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Wesentlich ist, dass die Vorrichtung eine Kamera zur ortsaufgelösten Messung von Lumineszenzstrahlung und eine Kontaktierungsgüte-Auswerteeinheit aufweist. Die Kontaktierungsgüte-Auswerteeinheit ist ausgebildet, um ein Maß für die elektrische Kontaktierungsgüte basierend auf Intensitätswerten des Lumineszenzbildes eines mittels der Kamera aufgenommenen Lumineszenzbildes und/oder hieraus abgeleiteter Größen zu berechnen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, so dass durch Auswertung des Lumineszenzbildes die Kontaktierungsgüte bewertet werden kann. Bei vorbekannten Vorrichtungen, welche eine Kamera zur Aufnahme von Lumineszenzstrahlung aufweisen, wurde die Lumineszenzstrahlung ausschließlich zur Analyse der Solarzelle verwendet.
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Die Kontaktierungseinheit kann – wie zuvor beschrieben – in an sich bekannter Weise ausgebildet sein. Insbesondere weist die Kontaktierungseinheit bevorzugt eine oder mehrere Kontaktierungsleisten auf. Die Kontaktierungselemente sind bevorzugt als einzelne Kontaktierungsstifte, insbesondere bevorzugt als federbelastete Kontaktierungsstifte ausgebildet. Es sind jedoch auch andere Formen von Kontaktierungseinheit verwendbar, insbesondere solche, die ausgebildet sind, um Zellen, welche keine Stromsammelschienen auf der Vorderseite besitzen, sog. Busbarlose Solarzellen, sowie Zellen, welche ausschließlich über die Rückseite kontaktiert werden, zu kontaktieren.
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Solarzellen weisen je nach Zelldesign unterschiedlich angeordnete metallische Kontaktierungsstrukturen auf der dem Lichteinfall zu- und/oder abgewandten Seite auf. Die Kontaktierungseinheit ist daher bevorzugt an die jeweilige Geometrie der Kontaktierungsstruktur der jeweiligen Solarzelle angepasst, wobei die Kontaktierungseinheit vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass sie weder einfallendes Licht noch von der Solarzelle emittiertes Licht abschattet. Weiter ist die Kontaktierungseinheit vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Kontaktierungselemente der Kontaktierungseinheit so angeordnet sind, dass bei ausreichender Kontaktierungsgüte eine verlustfreie oder zumindest annähernd verlustfreie Stromabführung aus der Solarzelle heraus ermöglicht wird.
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Typische metallische Kontaktierungsstrukturen einer Solarzelle weisen mehrere linienartige Metallisierungsfinger auf. Insbesondere ist eine Ausbildungsform von Kontaktierungsgittern, welche kammartige oder doppelkammartige Strukturen aufweisen, bekannt. Die Kontaktierungseinheit ist daher bevorzugt derart ausgebildet, dass im kontaktierten Zustand die Kontaktierungseinheit nicht oder nur geringfügig über die metallische Vorderseitenkontaktierung hinausgehend Bereiche der Solarzelle abdeckt. Hierdurch ist gewährleistet, dass gegebenenfalls eine Beaufschlagung der Solarzelle mit Strahlung während der Messung nicht oder nur geringfügig durch eine Abschattung durch die Kontaktierungseinheit beeinträchtigt wird. Ebenso wird in der Solarzelle erzeugte Lumineszenzstrahlung nicht oder nur geringfügig durch die Kontaktierungseinheit abgeschattet.
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Die Kamera ist bevorzugt bei kontaktierter Solarzelle über der Solarzelle angeordnet, um in einfacher Weise und mit geringer optischer Verzerrung ein ortsaufgelöstes Lumineszenzbild aufnehmen zu können. Die Kamera ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie wie in bekannter Art ausschließlich oder zumindest weitgehend nur Licht im Spektralbereich des emittierten Lumineszenzlichtes aufnimmt. Dies kann vorzugsweise durch den Einsatz von optischen Filtern im Strahlengang zwischen Zelle und Kamera erreicht werden.
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Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine Kontaktleiste einer Kontaktierungseinheit der Vorrichtung gemäß 1 und
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3 eine Draufsicht von oben auf eine mittels der Vorrichtung gemäß 1 kontaktierten Solarzelle und
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Prüfung der Kontaktierungsgüte des elektrischen Kontaktes einer Solarzelle 1 dargestellt. Die Vorrichtung weist eine Kontaktierungseinheit zum elektrischen Kontaktieren der Solarzelle auf, welche vorliegend zwei Kontaktleisten 2a und 2b aufweist jedoch je nach Solarzellendesign auch mehrere Kontaktleisten aufweisen kann, von denen in 1 eine erste Kontaktleiste 2a in Seitenansicht ersichtlich ist.
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Die Kontaktleisten 2a und 2b dienen zur Vorderseitenkontaktierung der Solarzelle 1. Die Kontaktierungseinheit weist weiter eine Rückseitenkontaktierungseinheit auf, welche vorliegend als Messblock 3 ausgebildet ist, jedoch je nach Solarzellendesign auch in Form von Kontaktleisten oder andersartig ausgebildet sein kann. Der Messblock 3 dient zum Auflegen der Solarzelle 1 und zum Ausbilden eines elektrischen Kontakts mit einem metallischen Rückseitenkontakt der Solarzelle 1, vorliegend mit einem ganzflächigen, metallischen Rückseitenkontakt.
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Der Messblock 3 weist vorliegend eine Auflagefläche für die Rückseite der Solarzelle 1 auf, welche an einer Mehrzahl von Öffnungen von Kontaktierungselementen der Rückseitenkontaktierungseinheit durchdrungen wird, um einen elektrischen Kontakt mit der Rückseite der Solarzelle auszubilden.
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Wie in 2 ersichtlich, welche eine Seitenansicht der gleich ausgebildeten Kontaktleisten 2a und 2b darstellt, sind an den Kontaktleisten 2a und 2b paarweise Kontaktierungselemente angeordnet. Diese dienen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in an sich bekannter Weise einerseits zur Messung einer Spannung und andererseits zum Zu- oder Abführen von Ladungsträgern. Ein Paar von Kontaktierungselementen umfasst vorliegend somit jeweils ein so genanntes stromführendes und ein so genanntes spannungsmessendes Kontaktierungselement. Beispielhaft ist ein Paar mit einem Kontaktierungselement 4a und einem Kontaktierungselement 4b bezeichnet. Die Kontaktierungselemente sind vorliegend jeweils als federbelastete Kontaktierungsstifte ausgebildet.
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Mittels der Kontaktleisten 2a und 2b werden rechteckige metallische Kontaktierungsstrukturen auf der Vorderseite der Solarzelle 1, so genannte Busbars, elektrisch leitend kontaktiert:
3 zeigt eine Draufsicht von oben auf die Solarzelle 1. Wie bereits beschrieben, weist die Solarzelle vorliegend auf der Vorderseite eine an sich bekannte, gitterartige metallische Kontaktierungsstruktur auf. Diese umfasst zwei Busbars 5a und 5b, welche sich parallel zueinander erstrecken. Senkrecht zu den Busbars 5a und 5b verlaufen mehrere metallische Kontaktierungsfinger, von denen beispielhaft zwei Kontaktierungsfinger 6a und 6b gekennzeichnet sind.
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Die erste Kontaktleiste 2a ist im kontaktierten Zustand der Solarzelle entlang der Linie A-A angeordnet, so dass die Kontaktierungselemente 4a und 4b den Busbar 5a elektrisch kontaktieren. Entsprechend wird die zweite Kontaktleiste 2b entlang der Linie B-B angeordnet, um den zweiten Busbar 5b mittels der Kontaktierungselemente der zweiten Kontaktleiste 2b elektrisch zu kontaktieren.
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Wesentlich ist nun, dass die Vorrichtung gemäß 1 weiterhin eine Kamera 7 zur ortsaufgelösten Messung von Lumineszenzstrahlung, welche in der Solarzelle 1 erzeugt wird, aufweist. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Kontaktierungsgüteauswerteeinheit auf. Die Kontaktierungsgüteauswerteeinheit ist ausgebildet, um ein Maß für die elektrische Kontaktierungsgüte basierend auf Intensitätswerten des Lumineszenzbildes eines mittels der Kamera 7 aufgenommenen Lumineszenzbildes und/oder hieraus abgeleiteter Größen zu berechnen.
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Die Kontaktierungsgüteeinheit ist vorliegend baulich mit weiteren Komponenten, insbesondere einer steuerbaren Strom-Spannungsquellen und Messeinheiten zur Messung von Kennlinien in einer Mess/Auswerteinheit 8 zusammengefasst.
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Hierzu ist die Mess/Auswerteeinheit 8 mit der Kamera 7, mit den Kontaktleisten 2a und 2b und somit mit allen Kontaktierungselementen, sowie mit der Rückseitenkontaktierungseinheit und somit insbesondere mit allen Kontaktierungselementen des Messblocks 3, verbunden.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Kontaktierung der Solarzelle 1 mit der Kontaktierungseinheit, so dass die Vorderseite der Solarzelle wie zuvor beschrieben mittels der Kontaktleisten 2a und 2b und die Rückseite mittels des Messblocks 3 elektrisch kontaktiert ist. Durch Stromzuführung mittels der Mess/Auswerteeinheit 8 wird Lumineszenzstrahlung in der Solarzelle 1 erzeugt, es handelt sich somit um so genannte Elektrolumineszenzstrahlung.
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Mittels der Kamera 7 wird ein ortsaufgelöstes Bild der Lumineszenzstrahlung aufgenommen. Aufgrund der Anordnung der Kontaktleisten 2a und 2b entlang der Busbars 5a und 5b erfolgt somit keine oder nur eine vernachlässigbare Beeinträchtigung des aufgenommenen Lumineszenzbildes durch die im Strahlengang zwischen Solarzelle und Kamera 7 liegenden Kontaktleisten.
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Mittels der Mess/Auswerteeinheit 8 wird abhängig von Intensitätswerten des Lumineszenzbildes ein Maß für die elektrische Kontaktierungsgüte berechnet:
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt eine räumliche Segmentierung des Lumineszenzbildes gemäß der gestrichelt dargestellten Aufteilung in 3. In 3 sind durch Punkte auf den Busbars beispielhaft die Kontaktierungsorte angegeben, an welchen die Busbars durch Kontaktierungselemente der Kontaktleisten elektrisch kontaktiert werden. Aus Gründen der besseren Darstellbarkeit wurde die Anzahl der Kontaktstellen gegenüber typischen Anzahlen reduziert; ebenso wurden die Paare von Kontaktierungselementen jeweils zu einem Kontaktpunkt zusammengefasst. Gängige Anzahlen von Kontaktstellen sowie Abstände sind stark vom Design der jeweils zu messenden Solarzellen abhängig. Ein geläufiges Design weist beispielsweise 3 Kontaktleisten im Abstand von 52 mm und 11 Paare von Kontaktierungselementen pro Kontaktleiste in einem Abstand von etwa 14,2 mm auf.
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Jedem Paar von Kontaktierungselementen wird ein Segment der räumlichen Segmentierung zugewiesen, wobei sich die Kontaktierungsstelle in etwa mittig in dem jeweils zugewiesenen räumlichen Segment befindet. Jedem Paar von Kontaktierungselementen wird somit eine Untermenge von Bildpunkten des Lumineszenzbildes zugeordnet, welcher Bildpunkte des jeweils zugeordneten Segments angehören.
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Für jedes Segment wird aus den zugeordneten Bildpunkten des Lumineszenzbildes ein Mittelwert berechnet, vorliegend ein arithmetischer Mittelwert, so dass jedem Paar von Kontaktierungselementen ein (gemittelter) Intensitätswert (ein Kennwert) basierend auf dem gemessenen Lumineszenzbild zugeordnet ist.
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Diese Kennwerte stellen ein Maß für die Kontaktierungsgüte der elektrischen Kontaktierung der Solarzelle durch das jeweilige Paar von Kontaktierungselementen dar.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels wird zusätzlich ein Schwellwert vorgegeben, so dass zwei Klassen gebildet werden können: Einer ersten Klasse werden solche Paare von Kontaktierungselementen zugeordnet, deren wie zuvor beschrieben ermittelter Mittelwert kleiner oder gleich des vorgegebenen Schwellwertes ist. Einer zweiten Klasse werden die verbleibenden Paare von Kontaktierungselementen zugeordnet. Insbesondere kann hier ein vom Mittleren Intensitätswert des Bildes der Gesamtzelle abhängiger Schwellwert gewählt werden, welcher also für jede Zelle selbstkonsistent aus dem vorliegenden Elektrolumineszenzbild errechnet wird.
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Die gemäß dem vorliegenden Beispiel erhaltenen 2 mal 4 Kennwerte werden durch den Mittelwert aller Kennwerte dividiert, so dass die folglich erhaltenen Kennwerte numerische Werte annehmen, welche um 1 herum schwanken. Es erfolgte somit einer Normierung.
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Es wird dann aus Vorexperimenten oder Erfahrungswerten ein die Zahl 1 umschließendes Intervall definiert. Ein Kontaktierungselement wird im vorliegenden Beispiel dann einer ersten Kontaktierungsgüteklasse zugeordnet, wenn der dem Kontaktierungselement zugeordnete Kennwert außerhalb des definierten Intervalls liegt. Alle Kontaktierungselemente, deren Kennwerte innerhalb des Intervalls liegen, werden einer zweiten Kontaktierungsgüteklasse zugeordnet.
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Ein solches Vorexperiment kann eine Messreihe sein, bei welcher fehlerhafte Kontaktierungen von Kontakierungselementen künstlich herbeigeführt werden und über die hierbei auftretenden Kennwerte die Grenzen des vorgenannten Intervalls bestimmt werden.
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Um Verfälschungen zu vermeiden wird sowohl die Anordnung der Kontaktierungselemente auf den Busbars, als auch ein Anpressdruck, mittels welchem die federbelasteten Kontaktstifte auf die Busbars gedrückt werden, zwischen Kontaktieren der Solarzelle und Messen des Lumineszenzbildes nicht verändert.
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Sofern aufgrund der zuvor beschriebenen automatisierten Gütebewertung als Ergebnis eine ausreichend hohe Kontaktierungsgüte festgestellt wird, wird in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens anschließend eine Strom-Spannungskennline der Solarzelle 1 aufgenommen, wobei diese Messung mittels der Mess/Auswerteeinheit 8 in an sich bekannter Weise vorgenommen wird. Ebenso ist es möglich, eine bereits aufgenommene Strom-Spannungskennlinie an Hand der ermittelten Kontaktierungsgüte nachträglich zu bewerten oder sogar zu verwerfen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird nicht ein einzelnes Lumineszenzbild, sondern ein aus einer wie oben beschriebenen Mittelung über mehrere Zellen gewonnenes Bewertungslumineszenzbild, gemäß dem im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Verfahren ausgewertet.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das auszuwertende Lumineszenzbild erst mit Hilfe eines Mustererkennungsalgorithmus zu einem „korrigierten Lumineszenzbild“ korrigiert, mit dem Ziel Intensitätsänderungen, welche durch Zelldefekte induziert sind, herauszurechnen.
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Im Falle eines durch eine Fingerunterbrechung der Kontaktierungsstruktur induzierten Kontrastes kann eine Korrektur beispielweise folgendermaßen durchgeführt werden: Die Fingerunterbrechung kann aufgrund ihrer charakteristischen Form im Bild leicht lokalisiert werden. Sie hinterlässt im Falle eines Elektrolumineszenzbildes eine der Umgebung gegenüber geringere Intensität mit charakteristischem Verlauf. Diese geringere Intensität kann dem Intensitätsverlauf eines benachbarten Fingers angeglichen werden.
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Es sei weiter ein Beispiel für eine prozessinduzierte Bildsignatur gegeben. Am Zellrand von beschichteten Zellen sind im Lumineszenzbild oft an charakteristischen Orten gegenüber der Umgebung dunkle Stellen, welche durch die Auflagepunkte der Zellen, in den Maschinen für den jeweiligen Beschichtungsprozess definiert sind. Es lässt sich leicht eine Anpassung der Intensität an diesen bekannten Punkten auf die Umgebungsintensität vornehmen.
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Risse in Solarzellen lassen sich in Lumineszenzbildern durch geeignete Erkennungsalgorithmen erkennen, wie zuvor beschrieben. Die geringe Intensität an Rissen kann für die Kontaktierungsgüteauswertung der Umgebungsintensität angepasst werden.
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Fehlerhafte Metall-Halbleiterkontakte zeigen oft charakteristische Verteilungen in Lumineszenzbildern über den gesamten Zellbereich hinweg. Eine Korrektur derartiger Verteilungen ist prinzipiell möglich, da sich die charakteristischen Kontrastmuster von den durch eine Fehlkontaktierung induzierten Kontrastmustern unterscheiden, ist jedoch mit gegebenenfalls größerem bildverarbeitungstechnischem Aufwand verbunden.
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In 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung gemäß 4 gleicht im Grundaufbau der Vorrichtung gemäß 1. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Folgenden lediglich auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen:
Im Vergleich zu der Vorrichtung gemäß 1 weist die Vorrichtung gemäß 4 zusätzlich eine optische Kamera 10 sowie eine Lichtquelle 9 auf.
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In diesem Fall ist die Lichtquelle 9 mittig über der Solarzelle angeordnet, so dass die Kamera 7 zur Aufnahme des ortsaufgelösten Lumineszenzbildes sowie die optische Kamera 10 seitlich der Lichtquelle 9 und entsprechend geneigt angeordnet sind.
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Die Lichtquelle 9 dient zum Beaufschlagen der Solarzelle 1 mit einer normierten Strahlungsstärke, so dass mittels der Mess/Auswerteeinheit 8 sowohl eine Strom-Spannungskennlinie ohne Beleuchtung (eine so genannte „Dunkelkennlinie“), als auch eine Strom-Spannungskennlinie mit Beleuchtung der Solarzelle (eine so genannte „Hellkennlinie“) gemessen werden kann.
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Die optische Kamera 10 dient zum Aufnehmen eines optischen Bildes (d. h. eines ortsaufgelösten Bildes im sichtbaren Bereich) der Vorderseite der Solarzelle 1. Hierbei ist die Mess/Auswerteeinheit 8 zusätzlich dazu ausgebildet, automatisiert mittels Bildanalyse des optischen Bildes Unterbrechungen in der metallischen Vorderseitenkontaktierung der Solarzelle, d. h. Unterbrechungen in den Busbars 5a und 5b und/oder den Kontaktierungsfingern zu ermitteln.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zunächst eine Kontaktierung und Zuordnung eines gemittelten Intensitätswertes für Lumineszenzstrahlung wie zuvor bei den 1 und 3 beschrieben. Zusätzlich erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel eine Korrektur anhand der mittels der optischen Kamera 10 und des hiervon aufgenommen optischen Bildes lokalisierten Unterbrechungen in den Fingern der metallischen Vorderseitenkontaktierung der Solarzelle 1, wie vorangehend beschrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Supplement: Grid-Widerstand PVCTControl Erweiterung zur elektrischen Untersuchung von Fingersiebdrucken“, J.Vollrath, h.a.l.m. elektronik GmbH, 60389Frankfurt/M, Rev.2.0/20.09.2010 [0004]
- Takashi Fuyuki et al., „Photographic surveying of minority carrier diffusion length in polycrystalline silicon solar cells by electroluminescence”, APPLIED PHYSICS LETTERS 86, 262108, 2005, DOI: 10.1063/1.1978979 [0013]
- Markus Glatthaar et al., „Spatially resolved determination of dark saturation current and series resistance of silicon solar cells”, Phys. Status Solidi RRL 4, No. 1, 13–15 (2010) / DOI 10.1002/pssr.200903290 [0042]
- S. Eidelloth et al., „Simulation tool for equivalent circuit modeling of photovoltaic decvices“, IEEE Journal of Photovoltaics, Vol. 2, 2012 [0057]
- IEC60891 [0060]
