DE102020117760A1

DE102020117760A1 - Kontaktiervorrichtung, Solarzellentestvorrichtung und Lichtquelle

Info

Publication number: DE102020117760A1
Application number: DE102020117760.7A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Scherff
Original assignee: WAVELABS SOLAR METROLOGY SYSTEMS GmbH
Current assignee: WAVELABS SOLAR METROLOGY SYSTEMS GmbH
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2020-07-06
Publication date: 2022-01-13
Also published as: WO2022007995A2; WO2022007995A3; EP4176512A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontaktiervorrichtung zur elektrischen Kontaktierung einer Solarzelle (3) bei der Messung elektrischer Kenndaten der Solarzelle (3welche eine Solarzellenoberfläche (30) aufweist, die Kontaktiervorrichtung aufweisend mindestens eine Messleiste (1), welche mindestens einen Kontaktanschluss zur elektrischen Kontaktierung mit einer Solarzellentestvorrichtung aufweist und ausgebildet ist, die Solarzelle beim Aufsetzen der Messleiste (1) auf die Solarzellenoberfläche (30) elektrisch zu kontaktieren, wobei die Messleiste (1) sich in einer entlang der Solarzellenoberfläche (30) verlaufenden Längsrichtung (L) über eine Leistenlänge (l) erstreckt, die sich senkrecht zu der Längsrichtung (L) von der Solarzellenoberfläche weg in einer Querrichtung (Q) über eine Leistenbreite (q) erstreckt und die senkrecht zu der Längsrichtung (L) und der Querrichtung (Q) eine Leistendicke (d) kleiner als die Leistenlänge (l) und die Leistenhöhe (q) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Querrichtung (Q) mit der Solarzellenoberfläche einen Winkel (w) bildet, der von 90° abweicht. Ferner betrifft die Erfindung eine Solarzellentestvorrichtung zur Messung elektrischer Kenndaten einer Solarzelle (3) mit der Kontaktiervorrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lichtquelle (2) für die Solarzellentestvorrichtung zur Messung elektrischer Kenndaten einer Solarzelle, mit mindestens einem Leuchtmodul (21).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktiervorrichtung, eine Solarzellentestvorrichtung und eine Lichtquelle. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kontaktiervorrichtung zur elektrischen Kontaktierung einer Solarzelle bei der Messung elektrischer Kenndaten der Solarzelle, eine Solarzellentestvorrichtung zur Messung elektrischer Kenndaten einer Solarzelle, die eine solche Kontaktiervorrichtung und eine Lichtquelle aufweist, und die Lichtquelle für diese Solarzellentestvorrichtung.
Aus der DE 10 2008 038 184 A1 ist eine Kontaktiervorrichtung zur elektrischen Kontaktierung einer Solarzelle bei der Messung elektrischer Kenndaten der Solarzelle bekannt. Die Kontaktiervorrichtung ist dabei ausgebildet, während der Messung eine Solarzelle temporär zu kontaktieren, die eine Vielzahl Fingerelektroden aufweist, die auf einer Solarzellenoberfläche ausgebildet sind. Die Kontaktiervorrichtung weist mindestens eine Messleiste auf, welche mindestens einen Kontaktanschluss zur elektrischen Kontaktierung mit einer Solarzellentestvorrichtung aufweist und ausgebildet ist, die mehreren Fingerelektroden der Solarzelle beim Aufsetzen der Messleiste auf die Solarzellenoberfläche zu kontaktieren. Die Messleiste ist ausgebildet, sich in einer mehrere der Fingerelektroden kreuzenden, entlang der Solarzellenoberfläche verlaufenden Längsrichtung über eine Leistenlänge zu erstrecken, die sich senkrecht zu der Längsrichtung von der Solarzellenoberfläche weg in eine Querrichtung über eine Leistenbreite erstreckt und die senkrecht zu der Längsrichtung und der Querrichtung eine Leistendicke kleiner als die Leistenlänge und die Leistenhöhe aufweist. Die mindestens eine Messleiste kann einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, der unter anderem derart gestaltet ist, dass ein Schattenwurf der Messleiste in Bezug auf die Solarzelle nicht über vorbestimmte Flächen hinausragt. Die mindestens eine Messleiste kann aber auch eine andere Form, z. B. mit rechteckigem Querschnitt aufweisen, sofern sie keine oder nur eine minimale Beschattung der lichtaktiven Fläche der Solarzelle bewirkt. Die Messleisten sind immer senkrecht zur Solarzellenoberfläche angeordnet, so dass die Querrichtung mit der Solarzellenoberfläche einen Winkel bildet, der 90° beträgt, und weiterhin liegt die Leistendicke im Bereich von nur einigen Millimeter und liegt die Leistenhöhe im Bereich weniger Zentimeter, um einen möglichst geringen Schattenwurf bei der Messung zu bewirken.
Die Solarzellentestvorrichtung weist neben der Kontaktiervorrichtung eine Lichtquelle auf, die einen möglichst geringen Schattenwurf auf die zu testende Solarzelle werfen soll. Die Lichtquelle ist ausgebildet, die Solarzelle während der Messung zu beleuchten. Wenn die Lichtquelle eine Punktlichtquelle ist, tritt das Problem auf, dass die Messleisten, die die Solarzelle während der Beleuchtung kontaktieren, einseitig einen harten Schattenwurf erzeugen, der nicht erwünscht ist. Dieser Schatten erzeugt eine inhomogene Ladungsträgergeneration in der Solarzelle, die im Betrieb so nicht auftritt und dementsprechend die elektrischen Charakteristika der Solarzelle bei der Messung verfälscht. Dies sollte vermieden werden, da insbesondere mit steigender Anzahl an Messleisten die insgesamt verschattete Fläche wächst.
Außerdem rücken mit steigender Anzahl der Messleisten die äußeren Messleisten immer weiter nach außen, was zur Folge hat, dass der schräg auf die Messleiste fallende Lichtanteil ansteigt und die äußeren Schatten sich verbreitern. Ein ähnlicher Effekt tritt auf, wenn die Lichtquelle flächig ausgebildet ist. Hier ist die Breite der Schatten allerdings nicht nur von der Position der Messleiste, deren Höhe und dem Abstand zur Lichtquelle abhängig, sondern auch von der Breite der Lichtquelle. Außerdem tritt an beiden Seiten der Messleisten ein Schatten auf, der zur Messleiste hin stärker wird und asymmetrisch ist.
Eine Lichtquelle zur Verwendung in der Solarzellentestvorrichtung ist beispielsweise aus der WO 2012/098019 A1 bekannt. Die Lichtquelle weist ein Leuchtmodul mit mehreren Lichterzeugungseinheiten auf, wobei jede der Lichterzeugungseinheiten mindestens eine Halbleiterlichtquelle mit einer nachgeschalteten, lichtbündelnden Primäroptik aufweist. Ferner weist das Leuchtmodul eine den Lichterzeugungseinheiten nachgeschaltete, lichthomogenisierende Sekundäroptik und eine der Sekundäroptik nachgeschaltete, abbildende Tertiäroptik auf, wobei die Halbleiterlichtquellen Licht in mehreren separat ansteuerbaren Wellenlängenbereichen erzeugen.
Die Lichtquelle kann LEDs (Leuchtdioden) als Lichterzeugungseinheiten aufweisen. Um die in Normen geforderten Spektren gewährleisten zu können, müssen LEDs unterschiedlicher Wellenlängenbereiche eingesetzt werden. Darunter auch solche, die einen vergleichsweise schlechten Wirkungsgrad aufweisen, was deren erforderliche Anzahl erhöht. Dadurch, und aufgrund des für jede LED notwendigen optischen Systems wächst die flächige Ausdehnung der Lichtquelle, was nachteilig für den Schattenwurf ist. Ein engeres Zusammenrücken der LEDs ist aufgrund des benötigten optischen Systems und physikalischer Grenzen nur begrenzt möglich. Um schmalere Schatten zu erzeugen, müsste die Lichtquelle weiter (viele Meter) von der Solarzelle entfernt werden, was auch nicht gewünscht ist oder u.U. gar nicht möglich ist. Die Stärke des Schattenwurfs würde dann eine Funktion der Einbaubedingungen, was ebenfalls nicht wünschenswert ist.
Es besteht daher weiterhin ein Bedarf, bei der Messung elektrischer Kenndaten der Solarzelle eine möglichst homogene Beleuchtung der Solarzelle zu gewährleisten. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Kontaktiervorrichtung, eine Solarzellentestvorrichtung und eine Lichtquelle bereitzustellen, bei denen eine homogenere Beleuchtung der Solarzelle bei der Messung elektrischer Kenndaten der Solarzelle erreicht wird.
Die Aufgabe wird durch eine Kontaktiervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Solarzellentestvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und eine Lichtquelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Modifikationen sind in der Unteransprüchen angegeben.
Bei Verwendung der Kontaktiervorrichtung, der Solarzellentestvorrichtung und/oder der Lichtquelle ist eine Beschattung der Solarzelle bei der Messung elektrischer Kenndaten der Solarzelle eliminiert oder zumindest reduziert. Insbesondere ist ein Schattenwurf eliminiert oder zumindest reduziert, der durch schräg auf die Messleiste auftreffendes Licht der Lichtquelle hervorgerufen wird.
Die Erfindung betrifft eine Kontaktiervorrichtung zur elektrischen Kontaktierung einer Solarzelle bei der Messung elektrischer Kenndaten der Solarzelle, wobei die Solarzelle eine Solarzellenoberfläche aufweist. Die Kontaktiervorrichtung weist mindestens eine Messleiste auf, welche mindestens einen Kontaktanschluss zur elektrischen Kontaktierung mit einer Solarzellentestvorrichtung aufweist und ausgebildet ist, beim Aufsetzen der Messleiste auf die Solarzellenoberfläche die Solarzelle elektrisch zu kontaktieren. Die Messleiste erstreckt sich in einer Längsrichtung, welche entlang der Solarzellenoberfläche verläuft. Und zwar erstreckt sie sich über eine Leistenlänge. Die Messleiste erstreckt sich zudem senkrecht zu der Längsrichtung von der Solarzellenoberfläche weg in einer Querrichtung über eine Leistenhöhe. Schließlich erstreckt sich die Messleiste senkrecht zu der Längsrichtung und der Querrichtung über eine Leistendicke, welche kleiner als die Leistenlänge und die Leistenhöhe ist. Mit anderen Worten, werden die Leistenlänge, die Leistenhöhe und die Leistendicke jeweils entlang von Richtungen gemessen, welche alle drei zueinander Senkrecht sind.
Wenn die Solarzelle mit mehreren oder einer Vielzahl an Fingerelektroden auf der Solarzellenoberfläche ausgebildet ist, dann sollte die Kontaktiervorrichtung derart ausgebildet sein, dass die Messleiste zumindest einige der oder alle Fingerelektroden beim Aufsetzen der Messleiste auf die Solarzellenoberfläche elektrisch kontaktiert. Die Messleiste kann in diesem Fall ausgebildet sein, die Fingerelektroden zu kreuzen. Das bedeutet, dass die Längsrichtung in einem Winkel zu den Fingerelektroden verläuft, welche vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten kreuzt die Messleiste einige oder alle Fingerelektroden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Messleiste entlang einer Fingerelektrode verläuft und somit die Längsrichtung parallel zur der oder zu den Fingerelektroden verläuft.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Querrichtung mit der Solarzellenoberfläche einen Winkel bildet, der von 90° abweicht. Dies ist insbesondere dadurch realisiert, dass die mindestens eine Messleiste geneigt ist und nicht senkrecht zur Solarzellenoberfläche angeordnet ist. Insbesondere ist die Messleiste bei Verwendung in der Solarzellentestvorrichtung in Richtung des Zentrums der bei der Messung mit der Konkaktiervorrichtung eingesetzten Lichtquelle geneigt. Dadurch wird der Schattenwurf bei der Messung weiterhin reduziert. Bei dem Winkel kann auch von einem Neigungswinkel der Messleiste auf der Solarzellenoberfläche gesprochen werden.
Die Messleiste ist ausgebildet, sich in einer mehrere der Fingerelektroden kreuzenden, entlang der Solarzellenoberfläche verlaufenden Längsrichtung über eine Leistenlänge zu erstrecken, die sich senkrecht zu der Längsrichtung von der Solarzellenoberfläche weg in einer Querrichtung über eine Leistenbreite erstreckt. Dabei sind die Querrichtung und die Längsrichtung Vektoren, die die Messleiste aufspannt, wobei die Querrichtung senkrecht zur Längsrichtung verläuft, so dass der Winkel nicht in der Ebene der Messleiste liegt, sondern insbesondere in einer Ebene senkrecht zur Messleiste.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Messleiste eine Leistendicke im Bereich von 0,1 bis 5 mm, oder 0,5 bis 4 mm, oder 1 bis 3 mm auf. Damit wird weiterhin eine relativ geringe optische Abschattung der Solarzellenoberfläche beim Vermessen der elektrischen Kenndaten einer Solarzelle mittels der Kontaktiervorrichtung erzielt. Bevorzugt ist die Messleiste bis zu 3mm dick. Ihre Leistendicke kann entsprechend an zu testende Solarzellen angepasst werden..
Bevorzugt ist die Messleiste aus Metallblech gebildet. Der Werkstoff der Messleiste ist bevorzugt ein elektrischer leitfähiges Material bevorzugt ein Metall oder eine Metalllegierung. Das Metall oder die Metalllegierung ist bevorzugt korrosionsbeständig und weist eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. Bei der Messleiste handelt es sich bevorzugt um ein Metallblech. Der Werkstoff ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupfer und Kupferlegierungen wie Cu, CuBe2, CuZn37 und CuSn6. Der Elastizitätsmodul des Werkstoffs liegt bevorzugt im Bereich von 70000-210000 N/mm², gemessen nach DIN EN ISO 6892-1:2017-02. Des Weiteren weist der Werkstoff bevorzugt eine Streckgrenze im Bereich von 140 - 1500 N/mm² auf, gemessen nach DIN EN ISO 6892-1:2017-02. Das Metallblech kann mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sein.
In einer besonderen Ausführungsform kann die Messleiste Kontaktfederabschnitte an seiner Unterseite aufweisen, mit denen sie die Fingerelektroden der Solarzelle kontaktiert. Insbesondere wenn die Messleiste als Metallblech ausgebildet ist, können die einstückig mit der Messleiste ausgebildeten Kontaktfederabschnitte in Form von Drähten aus diesem Metallblech herausgeschnitten und/oder herausgestanzt sein. Der Elastizitätsmodul und die Streckgrenze, welche wie oben für die Messleiste beschrieben ausgewählt sein können, bestimmen in diesem Fall die Federkraft und den maximalen Federweg der Kontaktfederabschnitte.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Winkel zwischen der Querrichtung und der Solarzellenoberfläche in einem Bereich zwischen 81° und 88° oder zwischen 83° und 86°. Damit ist weiterhin eine eliminierte oder zumindest minimierte optische Abschattung der Solarzellenoberfläche beim Vermessen der elektrischen Kenndaten mittels der Kontaktiervorrichtung gewährleistet.
Bevorzugt variiert der Winkel zwischen der Querrichtung und der Solarzellenoberfläche entlang der Längsrichtung. Bevorzugt variiert der Winkel zwischen der Querrichtung und der Solarzellenoberfläche entlang der Längsrichtung dadurch, dass Randbereiche der Messleiste stärker geneigt sind als ein Mittelbereich der Messleiste. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei der Verwendung der Kontaktiervorrichtung in einer Solarzellentestvorrichtung vorteilhaft, die eine relativ kleine (Punkt-)Lichtquelle aufweist und/oder die keinen Parabolspiegel oder dergleichen aufweist, um paralleles Licht zu erzeugen. Für den Fall, dass der Neigungswinkel der Messleiste entlang der Längsrichtung variiert, kann strenggenommen angenommen werden, dass eine auf der Solarzellenoberfläche aufliegende Unterseite oder Unterkante der Messleiste sich geradlinig entlang der Längsrichtung erstreckt.
In einer bevorzugten Ausführungsform verkleinert sich der Winkel zwischen der Querrichtung und der Solarzellenoberfläche entlang der Längsrichtung von einem Mittelbereich der Messleiste zu einem Randbereich der Messleiste. Dies wird beispielsweise dadurch realisiert, dass ein Messleistenbereich umso schräger steht, je weiter außen sich der Messleistenbereich befindet. Oder anders gesagt: Der Winkel variiert zwischen der Querrichtung und der Solarzellenoberfläche entlang der Längsrichtung derart, dass Randbereiche der Messleiste stärker geneigt sind als ein Mittelbereich der Messleiste. Der Winkel variiert bevorzugt in den Randbereichen und Mittelbereichen derart, dass er ungleich 90° ist und sich entlang der Längsrichtung von einem Mittelbereich der Messleiste zu einem Randbereich der Messleiste verkleinert.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kontaktiervorrichtung weiterhin eine oder mehrere weitere Messleiste(n) auf. Bevorzugt erstrecken sich die Messleiste und die weiteren Messleiste(n) in Längsrichtung, sind entlang der Solarzellenoberfläche voneinander beabstandet und erstrecken sich senkrecht zu der Längsrichtung von der Solarzellenoberfläche weg jeweils in einer der jeweiligen Messleiste zugeordneten Querrichtung, wobei sich die Querrichtungen zumindest zweier, dreier oder aller Messleisten paarweise kreuzen. Das bedeutet, dass die Querrichtungen der Messleisten nicht oder zumindest nicht alle zueinander parallel sind. Die Messleiste und die weiteren Messleiste(n) erstrecken sich in Längsrichtung vorzugsweise parallel zueinander. Insbesondere bedeutet das, dass sich auf der Solarzellenoberfläche aufliegenden Unterkanten der Messleisten parallel zueinander erstrecken.
Jede Messleiste kann stromführende und spannungs-messende Kontakte aufweisen. Dadurch lässt sich insbesondere die in der SolarzellenCharakterisierung übliche 4-Leiter-Messtechnik zum Auslesen der elektrischen Kenndaten der Solarzelle realisieren. Wenn die Messleiste aus Blech gebildet ist, kann es sich auch um einen Blechstapel aus voneinander isolierten Blechen handeln. Die elektrische Isolierung ist beispielsweise durch eine elektrisch hinreichend isolierende Folie oder durch Papier realisiert, die oder das jeweils zwischen den mindestens zwei Blechen einer Messleiste flächig angeordnet ist. Bei Solarzellen, die beidseitig sensitiv für die Lichteistrahlung sind (sogenannte bifaciale Solarzellen) können bei der Solarzellencharakterisierung auch Kontaktleisten auf der Solarzellenrückseite eingesetzt werden, die dann zum Zentrum einer rückseitigen Lichtquelle geneigt sind.
Die Querrichtungen von zumindest zwei der Messleisten kreuzen sich und sind daher nicht parallel. Die Querrichtung eines oder mehrerer der weiteren Messleisten können mit der Solarzellenoberfläche einen Winkel bilden, der 90° beträgt. Die Messleiste und die weiteren Messleiste(n) bilden unterschiedliche Winkel zur Solarzellenoberfläche aus und weisen daher unterschiedliche Neigungen und unterschiedliche Querrichtungen zur Solarzellenoberfläche auf.
Bevorzugt bildet die Querrichtung einer mittig in der Kontaktiervorrichtung angeordneten weiteren Messleiste mit der Solarzellenoberfläche einen Winkel von 90°, ist also senkrecht zur Solarzellenoberfläche angeordnet. Bevorzugt verkleinert sich der Winkel, der zwischen der Querrichtung und der Solarzellenoberfläche gebildet wird, je weiter die Messleiste von der Mitte der Kontaktiervorrichtung entfernt ist; d.h. desto schräger ist sie in Bezug zur Solarzellenoberfläche ausgerichtet.
Eine Gesamtzahl aus Messleiste und weiteren Messleisten, also die Anzahl an verwendeten Messleisten, kann beispielsweise davon abhängen, welche Arten von Solarzellen mit der Kontaktiervorrichtung getestet werden sollen. Es sind heutzutage Solarzellen mit drei bis zwölf oder ggf. mehr Busbars in Produktion.
Die Kontaktiervorrichtung ist bevorzugt derart ausgebildet, dass jeder Busbar von jeweils einer (weiteren) Messleiste während der Messung kontaktiert wird. Es gibt auch Solarzellen, die nur Fingerelektroden aufweisen und Busbar-los sind. In diesem Fall kann die Messleiste alle Fingerelektroden kontaktieren und wie ein Busbar fungieren. Die Kontaktiervorrichtung ist daher alternativ bevorzugt derart ausgebildet, dass jede Fingerelektrode während der Messung mit einer (weiteren) Messleiste kontaktiert wird. Bevorzugt nimmt der Winkel bzw. der Neigungswinkel der Messleisten von Messleiste zu Messleiste von der Mitte der Solarzelle aus gesehen nach außen hin ab. D.h., je weiter außen sich die (weitere) Messleiste befindet, desto schräger ist sie bevorzugt und desto kleiner ist der Winkel, den ihre Querrichtung mit der Solarzellenoberfläche ausgebildet. Es sind auch Solarzellen denkbar, welche keine Fingerelektroden aufweisen. Beispielsweise kann die Solarzellenoberfläche mit einer elektrisch leitenden Antireflexionsschicht versehen sein. Die Messleiste kann dann durch einfaches Aufsetzen auf der Solarzellenoberfläche die Solarzelle elektrisch kontaktieren. Sie kann insbesondere entlang einer Solarzellenkante der Solarzelle ausgerichtet sein, so dass die Längsrichtung entsprechend parallel zur Solarzellenkante verläuft.
Die mindestens eine (weitere) Messleiste kann einen oder mehrere Kontaktanschlüsse aufweisen. Bevorzugt weisen die (weiteren) Messleiste(n) mindestens zwei elektrisch voneinander isolierte Kontakte auf. Die Messleiste ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform selbst nicht elektrisch leitend. Sie kann aber alternativ, wenn notwendig, selbst elektrisch leitend sein. Bevorzugt umfasst jede Messleiste oder besteht jede Messleiste aus elektrisch isolierendem Material, in das Kontaktstifte eingebracht sind, die die Solarzelle kontaktieren und elektrisch untereinander verbunden sind und dann mit einer Messelektronik verbunden werden. Durch diese Kontaktstifte wird bei der Messung der Kennlinie der Solarzelle ein Messstrom geleitet. Es ist auch möglich, dass einige der Kontaktstifte separat miteinander verbunden sind, durch die nicht der Messstrom fließt, sondern mit denen eine Zellspannung genau auf der Solarzelle gemessen wird.
Darüber hinaus können die Solarzellen zur Messung auch geteilt beispielsweise halbiert, gedrittelt usw. werden und die verschiedenen Teile zeitgleich vermessen werden. Dazu sind dann die (weiteren) Messleisten entsprechend elektrisch geteilt und die Anzahl der Kontaktanschlüsse entsprechend angepasst. Die (weitere) Messleiste kann daher auch mehr als zwei Kontaktanschlüsse aufweisen, typischerweise ein Vielfaches von zwei Anschlüssen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Solarzellentestvorrichtung zur Messung elektrischer Kenndaten einer Solarzelle, mit einer Kontaktiervorrichtung nach einer oder mehreren der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und einer Lichtquelle, welche ausgebildet ist, während der Messung der elektrischen Kenndaten die Solarzellenoberfläche zu beleuchten.
Bevorzugt liegt der Winkel in einem Bereich zwischen einem Minimalauftreffwinkel und einem Maximalauftreffwinkel, welche an der Position der Messleiste zwischen von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen und der Solarzellenoberfläche bei der Beleuchtung der Solarzellenoberfläche gebildet werden.
Die Definitionen des Minimalauftreffwinkels und des Maximalauftreffwinkels beruhen auf dem Grundgedanken, dass von jedem Punkt der Lichtquelle zu jedem Punkt auf der Solarzelle ein Lichtstrahl ausgeht. Der Winkel, also der Neigungswinkel der Messleiste, ist zumindest so gewählt, dass in einem Winkelbereich dieser Lichtstrahlen ein geringstmöglicher Schattenwurf aufgrund der Messleiste erfolgt. Dies ist dann der Fall, wenn der Neigungswinkel der Messleiste im Wesentlichen dem Einfallwinkel der Lichtstrahlen auf die Solarzellenoberfläche an der Position der Messleiste entspricht.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Lichtquelle in der Längsrichtung über eine Lichtquellenlänge, welche größer ist als eine Lichtquellenbreite, über der sich die Lichtquelle in einer Breitenrichtung senkrecht zur Längsrichtung und parallel zur Solarzellenoberfläche erstreckt. Somit wird eine Lichtquelle mit einem linienförmigen Aufbau bereitgestellt. Dadurch wird weiterhin ein Schattenwurf reduziert.
Bevorzugt ist die Lichtquellenlänge zumindest 1,5-mal, 2-mal, 3-mal, 4-mal, 5-mal, 10-mal, 50-mal, 100-mal, 200-mal oder 400-mal so groß wie die Lichtquellenbreite. Durch ein größeres Verhältnis zwischen Lichtquellenlänge und Lichtquellenbreite wird der linienförmige Character der Lichtquelle deutlicher hervorgestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle aus mehreren Leuchtmodulen zusammengesetzt. Durch den modularen Aufbau der Lichtquelle ist sie flexibel und nachrüstbar. Bevorzugt ist der modulare Aufbau derart, dass insbesondere die Lichtquellenlänge veränderbar ist. Dadurch wird der linienförmige Aufbau der Lichtquelle weiterhin forciert.
Die Erfindung betrifft somit ferner eine Lichtquelle für eine Solarzellentestvorrichtung zur Messung elektrischer Kenndaten einer Solarzelle, mit mindestens einem Leuchtmodul, welches mehrere Lichterzeugungseinheiten mit Primäroptik, eine Sekundäroptik und eine Tertiäroptik aufweist. Jede der Lichterzeugungseinheiten weist mindestens ein Leuchtmittel mit einer nachgeschalteten, lichtbündelnden Primäroptik auf. Die Sekundäroptik ist lichthomogenisierend und den Lichterzeugungseinheiten nachgeschaltet. Der Sekundäroptik ist die Tertiäroptik nachgeschaltet. Es handelt sich um eine abbildende Optik.
Bei dem Leuchtmittel handelt es sich vorzugsweise um eine Halbleiterlichtquelle. Jedoch sind auch andere Leuchtmittel einsetzbar, beispielsweise Leuchtstoffröhren. Wenngleich im Folgenden als Leuchtmittel Halbleiterlichtquellen genannt werden, gelten die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen für jede Art von Leuchtmittel.
Die Halbleiterlichtquellen erzeugen Licht in mehreren separat ansteuerbaren Wellenlängenbereichen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Sekundäroptik und/oder die Tertiäroptik eine Leuchtfläche ausfüllen, die sich entlang einer ersten Richtung über eine Lichtquellenlänge und entlang einer dazu senkrechten zweiten Richtung über eine Lichtquellenbreite erstreckt, wobei die Lichtquellenlänge zumindest 1,5-mal, 2-mal, 3-mal, 4-mal oder 5-mal so groß ist, wie die Lichtquellenbreite. Bei der Leuchtfläche handelt es sich somit um eine Fläche der Lichtquelle, aus der das Licht abgestrahlt wird. Vorzugsweise füllt die von der Lichtquelle aus der Leuchtfläche abgestrahlte Licht die gesamte Solarzellenoberfläche möglichst vollflächig und möglichst gleichmäßig aus.
Die Lichtquelle ist linear oder länglich ausgebildet. Dadurch kann bei Verwendung der Lichtquelle in der Solarzellentestvorrichtung weiterhin ein Schattenwurf reduziert werden. Hierbei ist es zwar unerheblich, ob die Lichtquelle zusammen mit der vorstehend beschriebenen Kontaktiervorrichtung oder einer anderen Kontaktiervorrichtung verwendet wird. Bei einer Kombination der erfindungsgemäßen Lichtquelle mit der erfindungsgemäßen Kontaktiervorrichtung wird jedoch die Schattenwurf-verringernde Wirkung verstärkt.
Die Ausbildung der Lichtquelle beruht auf dem Grundgedanken, sie in einer ersten Dimension möglichst schmal auszulegen, und zwar in einer Ausdehnung, die den Schattenwurf bewirkt, und sie in einer zweiten Dimension möglichst breit auszulegen. Eine extreme Ausgestaltung davon ist eine streifenförmige bzw. linienförmige Lichtquelle.
Die Primäroptik ist bevorzugt eine Kollimatorlinse. Die Sekundäroptik ist bevorzugt eine Mikrolinse. Die Tertiäroptik ist bevorzugt eine Fresnell-Linse. Die Primär-, Sekundär- und Tertiäroptiken bilden ein optisches System aus drei Stufen, die zunächst das Licht jeder einzelnen Halbleiterlichtquelle mittels einer Primäroptik auf beispielsweise eine Mikrolinse als Sekundäroptik bündeln. Die Sekundäroptik gewährleistet, dass das Licht jeder Halbleiterlichtquelle auf die zu beleuchtende Fläche gleichmäßig verteilt wird, sodass auch bei inhomogener Halbleiterlichtquellen-Verteilung oder inhomogener Halbleiterlichtquellen-Intensitätsverteilung eine homogene Beleuchtung in einem definierten Abstand gewährleistet ist. Die anschließende Tertiäroptik bündelt den Lichtstrahl auf die Solarzelle. Jede Halbleiterlichtquelle ist bevorzugt als LED (Leuchtdiode) ausgebildet.
Die Lichtquelle kann in der Solarzellentestvorrichtung senkrecht zur oder in Richtung zu der Solarzellenoberfläche der zu testenden Solarzelle gerichtet ausgerichtet sein. Das optische System der Lichtquelle kann entsprechend angepasst werden. Die Solarzellentestvorrichtung kann mehrere Lichtquellen aufweisen.
Durch die lang und schmal ausgebildete, d.h. linienförmig, Lichtquelle werden sich die Schatten reduzieren oder eliminieren. Der schräge Lichteinfall auf die Solarzellenoberfläche entsteht nur in Ausrichtung der (weiteren) Messleisten und erzeugt keinen Schatten.
Die Lichtquelle beeinflusst dabei die Schatten nicht nur in Bezug auf die erfindungsgemäße Kontaktiervorrichtung sondern auch in Bezug auf handelsübliche Kontaktiervorrichtungen. Der erzeugte Schatten ist ähnlich zu dem von einer Punktlichtquelle erzeugten Schatten. Bei Verwendung einer Punktlichtquelle wird immer ein 100%iger Schlagschatten einer Breite X realisiert. Die Breite X wächst je weiter die Messleisten mit einem Winkel von 90° auf der Solarzellenoberfläche nach außen verschoben sind. Aufgrund immer spitzer werdender Lichteinfallswinkel wächst der Schatten bei Verwendung der Punktlichtquelle an den Randbereichen der Messleisten bzw. Ecken der üblicherweise rechteckigen, insbesondere quadratischen, Solarzelle um einen zusätzlichen Betrag Y. Der Bereich Y ist immer ein 100%iger Schlagschatten, ist in der Mitte der Messleiste gleich null und nimmt am Rand der Messleiste seinen höchsten Wert an.
Bei der erfindungsgemäßen (ideal linearen) Lichtquelle, wenn sie parallel zu den Messleisten mit einem von der Querrichtung zur Solarzellenoberfläche gebildeten Winkel von 90° ausrichtet ist, ist der Schatten in der Breite X genauso breit wie bei der Punktlichtquelle und auch ein 100%iger Schlagschatten. Allerdings ist die Breite Y entlang der Messleiste immer gleich breit und beginnt am Ende des X-Schattens mit 100% und fällt dann bis zum Rand von Y auf 0% Schatten ab. Dadurch sind die Messbedingungen in den Ecken der Solarzelle genauso wie in der Mitte der Messleiste. Überall entlang der Messleiste würden jenseits des Bereichs X, wo kein Schlagschatten mehr ist, wenigstens einige Ladungsträger in der Solarzelle bei der Messung erzeugt, was bei der Punktlichtquelle in den Ecken der Solarzelle nicht der Fall ist. Damit ist der Bereich der totalen Abschattung schmaler und über die Messleistenlänge homogener. Dadurch wird mittels der erfindungsgemäßen Lichtquelle auch bei Messleisten, deren Querrichtung mit der Solarzellenoberfläche einen Winkel von 90° bildet, der Schattenwurf minimiert und relativ homogenisiert.
Die Leuchtfläche erstreckt sich entlang einer ersten Richtung über eine Lichtquellenlänge und entlang einer dazu senkrechten zweiten Richtung über eine Lichtquellenbreite. Die Leuchtfläche ist dabei eine Fläche, in der Licht zur Beleuchtung der Solarzelle erzeugt wird. Die Lichtquellenlänge und die Lichtquellenbreite bilden eine Leuchtebene. Bei der Leuchtebene handelt es sich bevorzugt um eine Ebene der Lichtquelle. Bevorzugt füllen die Sekundäroptik und/oder die Tertiäroptik senkrecht zu der Lichtabstrahlungsrichtung die Leuchtfläche aus. Die Lichtabstrahlungsrichtung ist bevorzugt die Richtung der Linie der kürzesten Verbindung zwischen Lichtquelle und Solarzelle.
Bevorzugt ist die Lichtquelle bei Verwendung in der Solarzellentestvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung derart ausgebildet und ausgerichtet, dass die Messleiste(n) an den Rändern in Richtung zur Lichtquelle geneigt sind, insbesondere zur Mitte der Lichtquelle. Dies wird bevorzugt dadurch realisiert, dass der Winkel zwischen der Querrichtung und der Solarzellenoberfläche entlang der Längsrichtung variiert.
Bevorzugt ist die Lichtquellenlänge zumindest 10-mal, 50-mal, 100-mal, 200-mal oder 400-mal so groß wie die Lichtquellenbreite. Dadurch wird der linienförmige Aufbau der Lichtquelle gewährleistet.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lichtquelle weiterhin zumindest ein weiteres Leuchtmodul auf, wobei das Leuchtmodul und das weitere Leuchtmodul entlang der Lichtquellenlänge nebeneinander angeordnet sind. Trotz dieser linearen Anordnung werden die erzeugten Lichtfelder einzelner Leuchtmodule nicht nebeneinander projiziert. Dadurch werden in den sonst entstehenden Übergangsbereichen üblicherweise auftretende Inhomogenitäten verhindert. Die einzelnen Leuchtmodule sind derart angeordnet und/oder ausgebildet, dass ihr Licht jeweils auf dieselbe Fläche projiziert wird. Dies kann beispielsweise mit Hilfe der der „Shift-technologie“ d.h. einer verschobenen Fresnellinse oder durch beidseitiges Schrägstellen der Lichtquellen realisiert werden, so dass Inhomogenitäten ausgeglichen werden, die durch unterschiedlich weite Abstände entstehen. Die lineare Anordnung der Leuchtmodule reduziert den Schattenwurf. Die einzelnen Leuchtmodule können identisch ausgebildet sein. Der modulare Aufbau ermöglicht eine günstige Basisversion, die einfach aufrüstbar ist, auch in Bezug auf Intensität und Spektrum. Der modulare Aufbau ist weiterhin in Bezug auf die Intensität skalierbar. Durch lineare Skalierung steigt die Abschattung an den Messleisten nicht, die Skalierung muss aber nicht zwangsläufig linear sein, wenn eine optische Achse der Tertiäroptik entsprechend angepasst wird.
Um die Intensität zu vergrößern, kann beispielsweise bei dem Leuchtmodul der Basisversion lediglich eine andere Tertiäroptik mit einer verschobenen optischen Achse eingesetzt werden und ein weiteres Leuchtmodul zusätzlich bereitgestellt werden, das ebenfalls mit solch einer Tertiäroptik ausgerüstet ist. Zur spektralen Aufrüstung der Basisversion kann weiterhin ein zusätzliches Leuchtmodul mit entsprechend benötigten Wellenlängenbereichen bereitgestellt werden. Der modulare Character der Lichtquelle hat hierbei den Vorteil, dass beispielsweise zunächst ein erstes Leuchtmodul eingesetzt werden kann, welches Licht in einem bestimmten ersten Wellenlängenbereich erzeugt. Nachträglich kann dann diesem ersten Leuchtmodul ein zweites Leuchtmodul entlang der Längsrichtung hinzugefügt werden, welches Licht in einem bestimmten zweiten Wellenlängenbereich erzeugt. Die Optik stellt dann sicher, dass Licht beider Wellenlängenbereiche homogen auf der Solarzellenoberfläche verteilt wird.
Die Basisversion der erfindungsgemäßen Lichtquelle kann beispielsweise aus ein oder zwei Leuchtmodulen bestehen, das oder die derart bestückt wird oder werden, dass sie in leistungsstarken und kostengünstigen Wellenlängenbereichen tendenziell relativ viel Intensität liefert und im Gegenzug in den teuren, leistungsschwachen Bereichen wie UV-, IR-Wellenlängenbereichen relativ wenig liefert. Solch eine Lichtquelle ist kostengünstig und es entsteht nur relativ wenig Abwärme. Durch den modularen Aufbau ist die Basisversion jederzeit anpassbar und/oder erweiterbar, was beispielsweise nötig sein kann, wenn eine Messung mit höherer Intensität erforderlich ist oder die Zellfläche der zu testenden Solarzelle vergrößert ist. Bevorzugt weist die Lichtquelle und/oder die Basisversion LEDs mit einem relativ hohen Wirkungsgrad auf. Dadurch ist nur ein relativ kleiner oder kein Kühlkörper für die Lichtquelle erforderlich, die bei Betrieb Wärme erzeugt. Zudem ist die Lichtquelle kostengünstiger.
Der modulare Aufbau ermöglicht weiterhin eine Positionierung von Kameras wie EL (Elektrolumineszenz)- und IR (Infrarot)-Kameras zwischen den Leuchtmodulen oder mittig an Seiten der Lichtquelle und damit relativ nahe am Zentrum der Lichtquelle.
Bevorzugt sind das Leuchtmodul und das weitere Leuchtmodul derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass das von ihnen ausgesendete Licht sich in einer Beleuchtungsebene parallel zu und beabstandet von der Leuchtebene im Wesentlichen vollständig überlappt. Die Beleuchtungsebene ist bevorzugt eine Ebene der Solarzellenoberfläche, die von der Lichtquelle beleuchtet wird.
Vorzugsweise weisen das Leuchtmodul eine Leuchtfläche und das weitere Leuchtmodul eine weitere Leuchtfläche auf, wobei ein Lot senkrecht zur Leuchtfläche und ein weiteres Lot senkrecht zur weiteren Leuchtfläche sich kreuzen. Das bedeutet, dass die beiden Leuchtflächen nicht in der gleichen Ebene oder in parallelen Ebenen verlaufen. Indem die beiden Leuchtmodule in unterschiedlichen Winkeln angeordnet werden, können sie so ausgerichtet sein, dass sie beide die gesamte Solarzellenoberfläche anstrahlen und ausfüllen.
Eine alternative Anordnung zu dem Zweck, dass jedes der beiden Leuchtmodule die Solarzellenoberfläche ausfüllen besteht darin, dass die Leuchtmodule zwar in die gleiche Richtung zeigen, dass also beide Leuchtflächen entweder in der gleichen Ebene liegend oder zumindest parallel zueinander sind, dass aber die Leuchtmodule bzw. das von Ihnen erzeugte Licht aufgrund einer nachfolgenden Tertiäroptik einen Shift-Effekt erfahren, so dass das Leuchtmodul und das weitere Leuchtmodul auf der Ebene der Solarzelle die gleiche Fläche ausfüllen.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt schematisch und nicht maßstabsgerecht

1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Solarzellentestvorrichtung mit einer zu testenden Solarzelle;
2 eine Seitenansicht derin 1 gezeigten Solarzellentestvorrichtung mit der zu testenden Solarzelle;
3a, 3b, 3c jeweils Seitenansichten einer Messleiste, welches in unterschiedlichen Winkeln auf der zu testenden Solarzelle angeordnet sind;
4 eine Seitensicht einer weiteren erfindungsgemäßen Solarzellentestvorrichtung mit einer zu testenden Solarzelle;
5 eine perspektivische Ansicht einer noch weiteren erfindungsgemäßen Solarzellentestvorrichtung mit einer zu testenden Solarzelle; und
6 eine Teil-Seitenansicht auf eine Anordnung mit einer von einer Lichtquelle beleuchteten Solarzelle.

1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Solarzellentestvorrichtung mit einer zu testenden Solarzelle. Die Solarzellentestvorrichtung ist zur Messung elektrischer Kenndaten der Solarzelle 3 vorgesehen, die eine Vielzahl Fingerelektroden 32 auf einer Solarzellenoberfläche 30 aufweist. Die Solarzellentestvorrichtung weist eine erfindungsgemäße Lichtquelle 2 und eine erfindungsgemäße Kontaktiervorrichtung auf.
Die Lichtquelle 2 ist ausgebildet, während der Messung der elektrischen Kenndaten die Solarzellenoberfläche 30 zu beleuchten. Sie weist ein Leuchtmodul 21 auf. Das Leuchtmodul 21 weist mehrere Lichterzeugungseinheiten (nicht gezeigt) auf. Jede der Lichterzeugungseinheiten weist mindestens eine Halbleiterlichtquelle (nicht gezeigt) mit einer nachgeschalteten, lichtbündelnden Primäroptik (nicht gezeigt) auf. Ferner weist das Leuchtmodul 21 eine den Lichterzeugungseinheiten nachgeschaltete, lichthomogenisierende Sekundäroptik (nicht gezeigt) und eine der Sekundäroptik nachgeschaltete, abbildende Tertiäroptik (nicht gezeigt) auf. Die Sekundäroptik und/oder die Tertiäroptik füllen eine Leuchtfläche aus, die sich entlang einer ersten Richtung über eine Lichtquellenlänge und entlang einer dazu senkrechten zweiten Richtung über eine Lichtquellenbreite erstreckt. Die Lichtquellenlänge (nicht gezeigt) ist mehrfach so groß wie die Lichtquellenbreite (nicht gezeigt), so dass die Lichtquelle 2 linienförmig ausgebildet ist. Die Halbleiterlichtquellen erzeugen Licht in mehreren separat ansteuerbaren Wellenlängenbereichen. Erzeugte Lichtstahlen sind durch Pfeile angedeutet. Die Sekundäroptik streut das erzeugte Licht derart, dass jedes Leuchtmodul die gesamte Solarzelle homogen beleuchtet. Sollte beispielsweise ein Leuchtmodul ausfallen, dann nimmt die gesamte Intensität homogen über die Solarzellenoberfläche ab.
Die Solarzelletestvorrichtung enthält ferner die erfindungsgemäße Kontaktiervorrichtung. Die Kontaktiervorrichtung weist eine Messleiste 1 auf, welche mindestens einen Kontaktanschluss (nicht gezeigt) zur elektrischen Kontaktierung mit der Solarzellentestvorrichtung aufweist und ausgebildet ist, die mehreren Fingerelektroden 32 beim Aufsetzen der Messleiste 1 auf die Solarzellenoberfläche 30 zu kontaktieren, was hier gezeigt ist. Die Messleiste 1 erstreckt sich in einer die Fingerelektroden 32 kreuzenden, entlang der Solarzellenoberfläche 30 verlaufenden Längsrichtung L über eine Leistenlänge l. Ferner erstreckt sie sich senkrecht zu der Längsrichtung L von der Solarzellenoberfläche 30 weg in einer Querrichtung Q über eine Leistenhöhe q erstreckt und wiest senkrecht zu der Längsrichtung L und der Querrichtung Q eine Leistendicke d auf, welche kleiner ist als die Leistenlänge l und die Leistenbreite q. Die Querrichtung Q bildet mit der Solarzellenoberfläche 30 einen Winkel, der von 90° abweicht. Dadurch ist die Messleiste 1 nicht senkrecht, sondern schräg bzw. geneigt zur Solarzellenoberfläche 30 angeordnet. Der Winkel bzw. Neigungswinkel w ist in der 1 nicht eingezeichnet. Es ist jedoch erkennbar, dass die Messleiste 1 nicht senkrecht auf der Solarzellenoberfläche 30 aufliegt, sondern zur Lichtquelle 2 hin geneigt ist. Die Messleiste 1 weist eine Leistendicke d von beispielsweise 2 mm auf.
Ferner weist die Kontaktiervorrichtung - rein beispielhaft zwei - weitere Messleisten 12; 13 auf. Die Messleiste 1 und die weiteren Messleisten 12; 13 erstrecken sich in Längsrichtung L und sind entlang der Solarzellenoberfläche 30 senkrecht zur Längsrichtung voneinander beabstandet. Die weitere Messleiste 12 weist eine Querrichtung (nicht gezeigt) auf, die mit der Solarzellenoberfläche 30 einen weiteren Winkel (nicht gezeigt) bildet, der gleich 90° ist. Die weitere Messleiste 13 weist eine Querrichtung (nicht gezeigt) auf, die mit der Solarzellenoberfläche 30 einen weiteren Winkel (nicht gezeigt) bildet, der von 90° abweicht. Die weitere Messleiste 13 und die Messleiste 1 sind spiegelbildlich zueinander hin geneigt. Die Querrichtungen der drei Messleisten 1, 12, 13 kreuzen sich im Bereich der Lichtquelle 2.
2 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht auf die in 1 gezeigte Solarzellentestvorrichtung mit der zu testenden Solarzelle, wobei die Lichtquelle nicht gezeigt ist. Die Querrichtung (nicht gezeigt) bildet mit der Solarzellenoberfläche 30 einen Winkel w, der kleiner als 90° ist und beispielsweise 87° oder weniger beträgt. Das Auftreffen des von der Lichtquelle erzeugten Lichts auf die Solarzellenoberfläche 30 ist durch gestrichelte Pfeile angedeutet.
3a, 3b, 3c zeigen jeweils eine Messleiste 1, die in unterschiedliche Winkeln w auf der zu testenden Solarzelle 3 aufliege. Zur Veranschaulichung wird in den drei Figuren jeweils ein von der Lichtquelle ausgehender, auf die Solarzellenoberfläche 30 auftreffender Lichtstrahl als Pfeil dargestellt.
3a zeigt eine Messleiste 1, welche senkrecht, also in einem Winkel w von 90° auf der Solarzellenoberfläche 30 aufliegt. Die Messleiste 1 weist also eine Querrichtung auf, die einen Winkel von 90° mit der Solarzellenoberfläche 30 bildet. Ein von der Lichtquelle erzeugter Lichtstrahl, der durch einen Pfeil angedeutet ist, erzeugt einen Schatten mit einer verhältnismäßig großen Schattenwurfbreite s. Diese Anordnung ist daher nicht erwünscht.
3b zeigt eine Messleiste 1, deren Querrichtung einen Winkel w mit der Solarzellenoberfläche 30 bildet, der von 90° abweicht. Ein von der Lichtquelle erzeugter Lichtstrahl, der durch einen Pfeil angedeutet ist, erzeugt einen Schatten mit einer Schattenwurfbreite s. Diese Schattenwurfbreite s ist kleiner als die in 3a gezeigte Schattenwurfbreite.
3c zeigt eine Messleiste 1 in einer Variante zu 3b mit einer Querrichtung, die einen Winkel w mit der Solarzellenoberfläche 30 bildet, der von 90° abweicht und kleiner als der in 3b gezeigte Winkel ist. Ein von der Lichtquelle erzeugter Lichtstrahl, der durch einen Pfeil angedeutet ist, erzeugt einen Schatten mit einer Schattenwurfbreite s. Diese Schattenwurfbreite s ist kleiner als die in 3a und 3b gezeigte Schattenwurfbreite. Je mehr sich der Winkel w 90° annähert, desto größer wird die Schattenwurfbreite s. Umgekehrt hat die in 3c dargestellte Anordnung die geringstmögliche Schattenwurfbreite s, weil sich die Querrichtung der Messleiste 1 mit der Einfallsrichtung des Lichtstrahls im wesentlichen deckt.
4 zeigt eine Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Solarzellentestvorrichtung mit einer zu testenden Solarzelle. Die in 4 gezeigte Solarzellentestvorrichtung entspricht der in 1 gezeigten Solarzellentestvorrichtung mit dem Unterschied, dass die Lichtquelle 2 neben dem Leuchtmodul 21 mehrere weitere Leuchtmodule 22 aufweist, welche senkrecht zur Längsrichtung beabstandet voneinander angeordnet sind. Beispielhaft ist für jedes Leuchtmodul 21, 22 ein Lichtstrahl als gestrichelter Pfeil gezeigt, welcher vom Leuchtmodul 21, 22 ausgehend die linke Messleiste 13 trifft. Die weiteren Leuchtmodule 22 können identisch zu dem Leuchtmodul 21 ausgebildet sein. Weil jedes Leuchtmodul 21, 22 im Bereich der linken Messleiste 13 mit einem anderen Winkel auf die Solarzellenoberfläche 30 auftrifft, ist auch der Schattenwurf, den ein Leuchtmodul 21 erzeugt, anders, als der Schattenwurf, den ein anderes Leuchtmodul 22 erzeugt. Hier sind die Leuchtmodule 21, 22 nebeneinander angeordnet, so dass sie insgesamt eine eher quadratische Leuchtfläche bilden.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer noch weiteren erfindungsgemäßen Solarzellentestvorrichtung mit einer zu testenden Solarzelle 3. Die in 5 gezeigte Solarzellentestvorrichtung entspricht der in 1 gezeigten Solarzellentestvorrichtung mit dem Unterschied, dass die Lichtquelle 2 neben dem Leuchtmodul 21 mehrere weitere Leuchtmodule 22 aufweist, die nebeneinander angeordnet sind. Zwischen ihnen sind Kameras (nicht gezeigt) positionierbar. Die weiteren Leuchtmodule 22 können identisch zu dem Leuchtmodul 21 ausgebildet sein. Anders als in der Ausführungsform gemäß 4 sind die Leuchtmodule 21, 22 hier hintereinander, also entlang der Längsrichtung beabstandet, angeordnet. Dadurch wird eine längliche, im Idealfall linienförmige, Lichtquelle oder Leuchtfläche erzeugt.
6 zeigt eine Anordnung, bei der eine Solarzellenoberfläche 30 durch eine Lichtquelle 2 mit einer bestimmten Breite beleuchtet wird. Sie soll den Zweck einer erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulichen, wenngleich in der 6 keine Messleiste dargestellt ist. Die Bildebene soll hier senkrecht zu einer Längsrichtung angeordnet sein, entlang welcher eine Messleiste orientiert sein würde. Es werden hier zwei Lichtstrahlen gezeigt, die von den äußeren Rändern der Lichtquelle auf die Solarzellenoberfläche 30 auftreffen, und zwar dort, wo eine Messleiste angeordnet wäre. Aufgrund der Breite der Lichtquelle in der Bildebene, also senkrecht zur Längsachse, gibt es einen Lichtstrahl mit einem kleinsten Auftreffwinkel, dem Minimalauftreffwinkel w1, und einen Lichtstrahl mit einem größten Auftreffwinkel, dem Maximalauftreffwinkel w2. Wenn nun der Winkel w der dort angeordneten Messleiste in einem Bereich zwischen dem Minimalauftreffwinkel w1 und dem Maximalauftreffwinkel w2 liegt, dann wird der aufgrund der Messleiste erzeugte Schattenwurf für einen Teil der Lichtstrahlen verringert oder minimiert.
Zusätzlich wird deutlich, dass mittels einer Lichtquelle, welche im Verhältnis zu ihrer Lichtquellenlänge eine kleinere Lichtquellenbreite aufweist, der Schattenwurf weiter verringert werden kann. In diesem Fall nähern sich die Werte des Minimalauftreffwinkels w1 und des Maximalauftreffwinkels w2 einander an. Wenn dann der Winkel w der Messleiste entsprechend gewählt wird, dann trifft ein größerer Anteil der in 6 dargestellten Lichtstrahlen auf einen optimierten Winkel w für einen minimierten Schattenwurf.
Bezugszeichenliste

d: Leistendicke
L: Längsrichtung
l: Leistenlänge
Q: Querrichtung der Messleiste
Q2, Q3: jeweils Querrichtung der weiteren Messleiste
q: Leistenhöhe
s: Schattenwurfbreite
w: Winkel
w1: Minimalauftreffwinkel
w2: Maximalauftreffwinkel
1: Messleiste
12, 13: jeweils weitere Messleiste
2: Lichtquelle
21: Leuchtmodul
3: Solarzelle
30: Solarzellenoberfläche
32: Fingerelektrode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008038184 A1 [0002]
WO 2012/098019 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 6892-1:2017-02 [0015]

Claims

Kontaktiervorrichtung zur elektrischen Kontaktierung einer Solarzelle (3) bei der Messung elektrischer Kenndaten der Solarzelle (3), welche eine Solarzellenoberfläche (30) aufweist, die Kontaktiervorrichtung aufweisend mindestens eine Messleiste (1), welche mindestens einen Kontaktanschluss zur elektrischen Kontaktierung mit einer Solarzellentestvorrichtung aufweist und ausgebildet ist, die Solarzelle beim Aufsetzen der Messleiste (1) auf die Solarzellenoberfläche (30) elektrisch zu kontaktieren, wobei die Messleiste (1) sich in einer entlang der Solarzellenoberfläche (30) verlaufenden Längsrichtung (L) über eine Leistenlänge (l) erstreckt, die sich senkrecht zu der Längsrichtung (L) von der Solarzellenoberfläche (30) weg in einer Querrichtung (Q) über eine Leistenhöhe (q) erstreckt und die senkrecht zu der Längsrichtung (L) und der Querrichtung (Q) eine Leistendicke (d) kleiner als die Leistenlänge (l) und die Leistenbreite (q) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Querrichtung (Q) mit der Solarzellenoberfläche (30) einen Winkel (w) bildet, der von 90° abweicht.
Kontaktiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleiste (1) eine Leistendicke (d) im Bereich von 0,2 bis 5 mm, oder 0,5 bis 4 mm, oder 1 bis 3 mm aufweist.
Kontaktiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleiste (1) aus Metallblech gebildet ist.
Kontaktiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (w) zwischen der Querrichtung (Q) und der Solarzellenoberfläche (30) in einem Bereich zwischen 81° und 88° oder zwischen 83° und 86° liegt.
Kontaktiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (w) zwischen der Querrichtung (Q) und der Solarzellenoberfläche (30) entlang der Längsrichtung (L) variiert.
Kontaktiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Winkel (w) zwischen der Querrichtung (Q) und der Solarzellenoberfläche (30) entlang der Längsrichtung (L) von einem Mittelbereich der Messleiste (1) zu einem Randbereich der Messleiste (1) verkleinert.
Kontaktiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine oder mehrere weitere Messleiste(n) (12; 13), wobei sich die Messleiste (1) und die weiteren Messleiste(n) (12; 13) in Längsrichtung (L) erstrecken, entlang der Solarzellenoberfläche (30) voneinander beabstandet sind und sich senkrecht zu der Längsrichtung (L) von der Solarzellenoberfläche weg jeweils in einer der jeweiligen Messleiste (1, 12; 13) zugeordneten Querrichtung (Q, Q2; Q3) erstrecken, wobei sich die Querrichtungen (Q, Q2; Q3) der Messleisten (1, 12; 13) kreuzen.
Solarzellentestvorrichtung zur Messung elektrischer Kenndaten einer Solarzelle (3), mit einer Kontaktiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche und einer Lichtquelle (2), welche ausgebildet ist, während der Messung der elektrischen Kenndaten die Solarzellenoberfläche (30) zu beleuchten.
Solarzellentestvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (w) in einem Bereich zwischen einem Minimalauftreffwinkel (w1) und einem Maximalauftreffwinkel (w2) liegt, welche an der Position der Messleiste (12) zwischen von der Lichtquelle (2) ausgehenden Lichtstrahlen und der Solarzellenoberfläche (30) bei der Beleuchtung der Solarzellenoberfläche (30) gebildet werden.
Solarzellentestvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) sich in der Längsrichtung (L) über eine Lichtquellenlänge erstreckt, welche größer ist, als eine Lichtquellenbreite, über der sich die Lichtquelle (2) in einer Breitenrichtung senkrecht zur Längsrichtung und parallel zur Solarzellenoberfläche (30) erstreckt.
Solarzellentestvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellenlänge zumindest 1,5-mal, 2-mal, 3-mal, 4-mal, 5-mal, 10-mal, 50-mal, 100-mal, 200-mal oder 400-mal so groß ist, wie die Lichtquellenbreite.
Solarzellentestvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) aus mehreren Leuchtmodulen (21) zusammengesetzt ist.
Lichtquelle (2), für eine Solarzellentestvorrichtung zur Messung elektrischer Kenndaten einer Solarzelle, mit mindestens einem Leuchtmodul (21), welches aufweist: - mehrere Lichterzeugungseinheiten, wobei jede der Lichterzeugungseinheiten mindestens ein Leuchtmittel mit einer nachgeschalteten, lichtbündelnden Primäroptik aufweist; - eine den Lichterzeugungseinheiten nachgeschaltete, lichthomogenisierende Sekundäroptik; - eine der Sekundäroptik nachgeschaltete, abbildende Tertiäroptik, wobei das Leuchtmittel Licht in mehreren separat ansteuerbaren Wellenlängenbereichen erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäroptik und/oder die Tertiäroptik eine Leuchtfläche ausfüllen, die sich entlang einer ersten Richtung über eine Lichtquellenlänge und entlang einer dazu senkrechten zweiten Richtung über eine Lichtquellenbreite erstreckt, wobei die Lichtquellenlänge zumindest 1,5-mal, 2-mal, 3-mal, 4-mal oder 5-mal so groß ist, wie die Lichtquellenbreite.
Lichtquelle (2) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellenlänge zumindest 10-mal, 50-mal, 100-mal, 200-mal oder 400-mal so groß ist, wie die Lichtquellenbreite.
Lichtquelle (2) gemäß Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch zumindest ein weiteres Leuchtmodul (21), wobei das Leuchtmodul (21) und das weitere Leuchtmodul (21) entlang der Lichtquellenlänge nebeneinander angeordnet sind.
Lichtquelle (2) gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmodul (21) und das weitere Leuchtmodul (22) derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass das von ihnen ausgesendete Licht sich in einer Beleuchtungsebene parallel zu und beabstandet von der Leuchtebene im Wesentlichen vollständig überlappt.
Lichtquelle (2) gemäß Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmodul (21) eine Leuchtfläche aufweist und das weitere Leuchtmodul (22) eine weitere Leuchtfläche aufweist, wobei ein Lot senkrecht zur Leuchtfläche und ein weiteres Lot senkrecht zur weiteren Leuchtfläche sich kreuzen.