DE112007001071T5

DE112007001071T5 - Verfahren und Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen und deren Verwendung

Info

Publication number: DE112007001071T5
Application number: DE112007001071T
Authority: DE
Inventors: Takashi Ikoma-shi Fuyuki
Original assignee: Nara Institute of Science and Technology NUC
Current assignee: Nara Institute of Science and Technology NUC
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-04-26
Also published as: JPWO2007129585A1; US20090127448A1; US7847237B2; JP5051854B2; WO2007129585A1; DE112007001071B4

Abstract

Verfahren zur Bewertung der Leistung einer Solarzelle, bestehend aus:
– einen Stromdurchleitungsschritt, in dem bezogen auf ein die Solarzelle bildendes Solarzellenelement in Vorwärtsrichtung ein Gleichstrom hindurchgeleitet wird,
– einen Temperaturregelschritt, in dem das Solarzellenelement erwärmt und die Erwärmungstemperatur des Solarzellenelements geregelt wird, und
– einen Lichtemissionsbestimmungsschritt, in dem eine Veränderung der Lichtemissionscharakteristika des Lichts, das durch das Solarzellenelement infolge des Hindurchleitens des Gleichstroms im Stromdurchleitungsschritt erzeugt wird, in Übereinstimmung mit einer Veränderung der Erwärmungstemperatur im Temperaturregelschritt bestimmt wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft (i) ein Verfahren und (ii) eine Vorrichtung zur einfachen und genauen Bewertung einer Solarzelle im Hinblick auf die photoelektrische Umwandlungsleistung ohne Verwendung einer Bestimmungsvorrichtung mit großen Abmessungen oder dergleichen und (iii) deren Verwendung. Die vorliegende Erfindung betrifft im Besonderen (I) ein Verfahren und eine (II) Vorrichtung zur einfachen und genauen Bewertung einer Solarzelle im Hinblick auf die photoelektrische Umwandlungsleistung durch Hindurchleiten von elektrischem Strom durch die Solarzelle bildende Solarzellenelemente (z. B. ein Solarmodul, ein Solarpanel oder ein Solarzellenelement an sich) und Analysieren der Lichtemissionscharakteristika infolge der Hindurchleitung elektrischen Stroms.
STAND DER TECHNIK
Die Verwendung von Solarenergie hat aus Gründen des Umweltschutzes zugenommen und die Installation von aus Solarzellenelementen bestehenden Solarmodulen, wobei eine Vielzahl von Solarzellen an Dächer und Wände von öffentlichen und privaten Gebäuden angeschlossen wird, wird zunehmend durchgeführt. Indes hat sich die Implementierung von Halbleiter umfassenden Solarzellen, die hinsichtlich der Vergrößerung der Abmessungen vorteilhaft sind, insbesondere Solarzelle aus Silizium (Si) und dergleichen, rasch weiter entwickelt. Die Verbesserung von Siliziumkristall-Solarzellen, die zu einer Senkung der Kosten und einer Verbesserung der Effizienz von photovoltaischen Stromerzeugungssystemen beitragen, stellt ein Problem dar, das in der Zukunft gelöst werden muss.
Zur Verbesserung der Leistung und Zuverlässigkeit von Siliziumkristall-Solarzellen ist es wichtig, die Diffusionslänge eines Minoritätsträgers und Flächendefekte (in-plane defect) zu analysieren und eine Rückmeldung des Analyseergebnisses zur Optimierung der Ausgestaltung einer Anordnung von Solarzellenelementen und eines Herstellungsverfahrens von Solarzellenelementen durchzuführen.
Ein Flächendefekt verringert die Abgabecharakteristika der Solarzellenelemente erheblich, was einen ungünstigen Einfluss auf die photoelektrische Umwandlungseffizienz des Solarmoduls hat. Folglich wird die Verbreitung von Siliziumkristall-Solarzellen aufgrund der Abnahme der photoelektrischen Umwandlungseffizienz gehemmt, wobei sich auch die Kosten aufgrund der Abnahme der photoelektrischen Umwandlungseffizienz erhöhen. Demzufolge muss ein Verfahren zur Bewertung der Leistung von Solarzellen entwickelt werden, das dazu in der Lage ist, Flächendefekte zu bestimmen.
Inzwischen werden das so genannte EBIC-Verfahren (Electron Beam Induced Current = elektronenstrahlinduziertes Strommessverfahren) und LBIC-Verfahren (Laser Beam Induced Current = laserstrahlinduziertes Strommessverfahren), das heißt Verfahren zum Messen eines Stroms oder einer Spannung, der/die unter Verwendung eines Elektronenstrahls oder Laserstrahls induziert wird, und damit zum Analysieren der Diffusionslänge von Minoritätsträgern und Defekten (Korngrenzendefekte/transkristalline Defekte), weithin beispielsweise als Verfahren zur Bewertung der Leistung von Solarzellen verwendet.
Durch das ERIC- oder LBIC-Verfahren ist es möglich, den Grad der elektrischen Aktivität oder die Diffusionslänge der Minoritätsträger in Solarzellen lokal zu bewerten. Durch Verwendung eines Ergebnisses dieser Messung und Bewertung ist eine Bewertung der photoelektrischen Umwandlungseffizienz und der Güte der Solarzelle möglich (siehe Dokument 1, kein Patent).
Darüber hinaus wurde eine Vorrichtung offenbart, die basierend auf der Infrarotlichtintensität die infolge einer in Vorwärtsrichtung angelegten Spannung erzeugte Wärmeverteilung analysiert, um so einen Kurzschlussabschnitt zu bestimmen (siehe Dokument 2, kein Patent).
Des Weiteren wurde eine Technik offenbart, bei der eine Rückseite eines Substrats zur Bestimmung des Lichtdurchtritts einem starken Licht ausgesetzt wird, um dadurch einen Substratriss zu ermitteln (siehe Dokument 3, kein Patent).
Dokument 1 (kein Patent)

N. Sakitani, et al., "Evaluation of Recombination Velocity at Grain Boundaries in Poly-Si Solar Cells with Laser Beam Induced Current", Solid State Phenomena, Band 93 (2003), Seiten 351–354.

Dokument 2 (kein Patent)

J. Isenberg, et al., "SPATIALLY RESOLVED IR-MEASUREMENT TECHNIQUES FOR SOLAR CELLS", vorgestellt auf der 19. Europäischen Photovoltaik- und Solarenergie-Konferenz vom 7. bis 11. Juni 2004 in Paris.

Dokument 3 (kein Patent)

Rueland, et al., "OPTICAL μ-CRACK DETECTION IN COMBINATION WITH STABILITY TESTING FOR IN-LINS INSPECTION OF WAFERS AND CELLS", 20. Europäische Photovoltaik- und Solarenergie-Konferenz, 6. bis 10. Juni 2005, Barcelona, Spanien.

Spezifischer sind Flächendefekte in einer Solarzelle auf externe Ursachen zurückzuführende Mängel, wie etwa ein Substratriss, ein Elektrodenbruch, lose Verbindungen und dergleichen, sowie auf interne Ursachen zurückzuführende Mängel, wie etwa Kristalldefekte, Lageveränderungen, Korngrenzen und dergleichen, die durch die physikalischen Eigenschaften des Substratmaterials verursacht werden.
Es gibt nicht nur große, quer über das Substrat verlaufende Substratrisse, sie können auch in winzigen Gebieten innerhalb des Substrats entstehen. Ein Substratriss wirkt sich nachteilig auf die photoelektrischen Umwandlungsfunktionen aus, etwa in Form einer Reduktion des Lichterzeugungsstroms, eines Schwerpunkts der Rekombination von Minoritätsträgern und eines Anstiegs des Reihenwiderstands durch Blockieren des Stromdurchtritts. Viele der auf externe Ursachen zurückzuführenden Mängel entstehen infolge von Brüchigkeit aufgrund der mechanischen Intensität und externen Kräfte (einschließlich Wärmeverwerfungen), die während des Herstellungsverfahrens der Solarzelle auf das Substrat ausgeübt werden. Eine einfache Bestimmung des Defekts und dessen Rückmeldung im Hinblick auf die Gegebenheiten des Herstellungsverfahrens, um dadurch Verbesserungen herbeizuführen, ist direkt mit der Verbesserung der Langzeitzuverlässigkeit und einer Erhöhung der Herstellungsertragsrate der Solarzelle verbunden. Darüber hinaus ist eine Analyse, ob die Ursache der Abnahme der photoelektrischen Umwandlungsfunktion hauptsächlich auf eine externe Ursache zurückzuführen ist, die auf mechanischer Intensität beruht, oder auf eine interne Ursache, die auf den Materialeigenschaften beruht, mit einer hohen Funktionalität und hohen Zuverlässigkeit der Solarzelle verbunden. Demgemäß kann eine Durchführung der Bestimmung dieser Mängel leicht mit der zukünftigen Implementierung und Verbreitung von Solarzellen verknüpft werden.
Die vorstehend genannten ERIC- und LBIC-Vorrichtungen benötigen zur Bestimmung eines Defekts der Solarzelle jedoch Apparaturen mit großen Abmessungen. Dadurch sind große Investitionen für Anlagen und Ausrüstung erforderlich. Des Weiteren gibt des bei den ERIC- und LBIC-Vorrichtungen zahlreiche Anordnungsbeschränkungen, etwa dass eine zweidimensionale Abtasteinrichtung mit guter Positionsbestimmungsgenauigkeit und eine Elektronenstrahlen oder Laser verwendende Abtastsonde zum Messen einer zweidimensionalen Verteilung der Minoritätsträgerdiffusionslänge, ein Elektronenmikroskop zum Abstrahlen der Elektronenstrahlen und eine Multi-Wellenlängen-Lichtquelle zum Abstrahlen eines Laserstrahls erforderlich sind. Somit besteht dahingehend ein Problem, dass das Verfahren zum Bewerten des Solarmoduls nicht ohne weiteres durchzuführen ist.
Darüber hinaus hat eine Vorrichtung, die eine exotherme Streuung der Solarzelle analysiert, eine geringe Empfindlichkeit und eine schlechte Auflösungsleistung. Daher können die in der Solarzelle auftretenden Defekte nicht genau bestimmt werden.
Des Weiteren ist es mit der Technik zur Bestimmung eines Substratrisses durch Bestimmung des Lichtdurchtritts nicht möglich, winzige Risse zu bestimmen, durch die kein Licht hindurch tritt, d. h. so genannte Haarrisse, Mikrorisse und dergleichen.
Daher besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung (i) eines Verfahrens und (ii) einer Vorrichtung zur Bewertung einer Solarzelle, die es jeweils ermöglichen, die photoelektrische Umwandlungsleistung eines Solarmoduls einfach und genau zu bewerten, und (iii) deren Verwendung. Insbesondere polykristalline Solarzellen haben rasch praktische Anwendung gefunden. Die Entwicklung eines Bewertungsverfahrens und dergleichen, das zu einer hohen Leistung von polykristallinen Solarzellen beiträgt, ist eine unmittelbare Maßnahme, durch die verschiedene Defekte in Solarzellen ermittelt werden können.
Angesichts des vorstehend genannten Problems, besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, (i) ein Verfahren und (ii) eine Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen bereitzustellen, die es jeweils ermöglichen, ein Solarmodul bezüglich seiner photoelektrischen Umwandlung einfach und genau zu bewerten, ohne eine große Anlage zu benötigen, und (iii) diese anzuwenden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Durch gewissenhafte Studien zur Lösung des Problems haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass die Lumineszenz unter normalen Trägereinführbedingungen bei Raumtemperatur beobachtet werden könnte, wenn ein Vorwärtsstrom durch monokristallines und/oder polykristallines Halbleitersilizium hindurchgeleitet und experimentell bestätigt wird, dass die Lichtemissionsintensität der Lumineszenz in einem Verhältnis von 1:1 zu der Verteilung der Diffusionslänge von Minoritätsträgern steht, was großen Einfluss auf die photoelektrische Umwandlungsleistung hat. Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf dieser Erkenntnis und dieser Bestätigung geschaffen. Die vorliegende Erfindung wurde auf der Basis dieses neuartigen Wissens geschaffen und umfasst die folgenden Erfindungen.
Es wird ein Verfahren zur Bewertung der Leistung einer Solarzelle bereitgestellt, das umfasst: einen Stromdurchleitungsschritt, in dem bezogen auf ein die Solarzelle bildendes Solarzellenelement in Vorwärtsrichtung ein Gleichstrom hindurchgeleitet wird, einen Temperaturregelschritt, in dem das Solarzellenelement erwärmt und die Erwärmungstemperatur des Solarzellenelements geregelt wird, und einen Lichtemissionsbestimmungsschritt, in dem die Lichtemissionscharakteristika des Lichts, das durch das Solarzellenelement infolge des Hindurchleitens des Gleichstroms im Stromdurchleitungsschritt und des Erwärmens des Solarzellenelements im Temperaturregelschritt erzeugt wird, bestimmt werden.
Zudem wird eine Vorrichtung zur Bewertung der photoelektrischen Umwandlungsleistung einer Solarzelle bereitgestellt, die umfasst: eine Stromdurchleitungseinrichtung zum Hindurchleiten eines Gleichstroms in Vorwärtsrichtung bezogen auf ein die Solarzelle bildendes Solarzellenelement, eine Temperaturregeleinrichtung zum Erwärmen des Solarzellenelements und zum Regeln der Erwärmungstemperatur des Solarzellenelements, und eine Lichtemissionsbestimmungseinrichtung zur Bestimmung der Lichtemissionscharakteristika des Lichts, das durch das Solarzellenelement infolge des Hindurchleitens des Gleichstroms durch die Stromdurchleitungseinrichtung und des Erwärmens des Solarzellenelements durch die Temperaturregeleinrichtung erzeugt wird.
Außerdem wird ein Verfahren zur Wartung einer Solarzelle bereitgestellt, das die Schritte umfasst: Durchführen einer Bewertung einer auf einem baulichen Objekt bereitgestellten Solarzelle unter Verwendung der vorstehend genannten Vorrichtung, Veranlassen, dass eine Entscheidungseinrichtung basierend auf einem Bewertungsergebnis der Solarzelle entscheidet, ob in der Solarzelle ein Solarzellenelement vorhanden ist, dessen Leistung unter einem vorgegebenen Wert liegt, und Veranlassen, dass eine Austauschanordnungseinrichtung einen Austauschtrupp über ein Kommunikationsnetzwerk anweist, das Solarzellenelement auszutauschen, dessen Leistung unter dem vorgegebenen Wert liegt.
Des Weiteren wird ein Solarzellenwartungssystem bereitgestellt, das umfasst: die vorstehend genannte Vorrichtung, eine Entscheidungseinrichtung, die basierend auf einem Bewertungsergebnis der Vorrichtung entscheidet, ob in einer auf einem baulichen Objekt bereitgestellten Solarzelle ein Solarzellenelement vorhanden ist, dessen Leistung unter einem vorgegebenen Wert liegt, und eine Austauschanordnungseinrichtung, die einen Austauschtrupp über ein Kommunikationsnetzwerk anweist, das Solarzellenelement auszutauschen, dessen Leistung unter dem vorgegebenen Wert liegt.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls bereitgestellt, das als einen seiner Schritte das Verfahren zur Bewertung von Solarzellen umfasst.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Entscheidungseinrichtung der Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen und jeder Funktionsblock des Verfahrens und Systems zur Durchführung der Wartung (z. B. die Entscheidungseinrichtung und Austauschanordnungseinrichtung) durch einen Computer realisiert werden können. In diesem Fall umfasst der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung außerdem: (i) ein Programm, das veranlasst, dass der Computer als Einrichtung der Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen und dergleichen fungiert, und (ii) ein computerlesbares Aufnahmemedium, in dem das vorstehend genannte Programm gespeichert ist.
Gemäß dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zur Bewertung einer Solarzelle wird ein Elektrolumineszenzverfahren angewandt, das durch Hindurchleiten eines Stromes in Vorwärtsrichtung durchgeführt wird. Dadurch wird dahingehend eine Wirkung erzielt, dass ein Defekt in einem Solarmodul einfach und genau bestimmt wird, so dass die photoelektrische Umwandlungsleistung des Solarmoduls bewertet werden kann, ohne eine im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren und einer herkömmlichen Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen große Anlage zu benötigen.
Des Weiteren sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen gegenüber dem Stand der Technik beispielsweise dahingehend vorteilhaft, dass (i) es nicht notwendig ist, eine Abtastsonde (Elektronenstrahl, Laser) zu verwenden, so dass die Messung leicht durchgeführt werden kann, (ii) keine große Anlage erforderlich ist, so dass es möglich ist, die Solarzelle als Produkt (als ein im Fertigungsbetrieb fertiggestelltes Produkt oder als ein auf einer Konstruktion installiertes Produkt) zu beobachten und zu bewerten. Aufgrund dieser und anderer Vorteile ist es außerdem möglich, ein kommerzielles Modell zu erstellen, wie etwa ein Wartungsverfahren oder ein Wartungssystem, bei dem eine auf einer Konstruktion installierte Solarzelle auf einer regelmäßigen Basis bewertet wird. Das Wartungsverfahren und das Wartungssystem ermöglichen es, die Wartung der auf einer Konstruktion installierten Solarzelle durchzuführen, was bislang eher selten durchgeführt wurde. Des Weiteren ermöglichen es das Wartungsverfahren und das Wartungssystem, nur ein Solarzellenelement auszuwählen und auszutauschen, dessen Leistung schlecht ist, anstatt das gesamte Solarmodul auszutauschen. Dadurch werden eine hohe Effizienz und niedrige Kosten erzielt.
Für ein besseres Verständnis der Beschaffenheit und Vorteile der Erfindung wird auf die folgende genaue Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die den grundlegenden Aufbau und das Betriebsprinzip eines Solarmoduls schematisch darstellt.
2 ist eine Ansicht, die das Hindurchleiten eines Vorwärtsstromes durch ein Solarzellenelement schematisch darstellt.
3(a) ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Vorrichtung zur Bewertung einer Solarzelle gemäß einer vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellt.
3(b) ist eine Ansicht, die eine Anordnung eines Temperaturregelabschnitts einer Vorrichtung zur Bewertung einer Solarzelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellt.
4 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Beispiel eines Wartungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellt.
5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Betriebsablaufs eines Wartungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellt.
6 ist eine Ansicht eines Bildes, das einen Zustand eines Solarmoduls darstellt.
7(a) ist eine Ansicht eines Bildes, das einen Zustand eines Si-Solarzellenelements darstellt, wenn ein Strom hindurchgeleitet wird, und einen Lichtemissionszustand des Si-Solarzellenelements zeigt.
7(b) ist eine Ansicht eines Bildes, das einen Zustand eines Si-Solarzellenelements darstellt, wenn ein Strom hindurchgeleitet wird, und ein optisches Foto ist, welches eine Elektrodenform und dergleichen auf einer Oberfläche des Si-Solarzellenelements zeigt.
8(a) ist eine Ansicht eines Bildes, das einen Zustand eines Si-Solarzellenelements darstellt, wenn ein Strom hindurchgeleitet wird, und einen Lichtemissionszustand des Si-Solarzellenelements zeigt.
8(b) ist eine Ansicht eines Bildes, das einen Zustand eines Si-Solarzellenelements darstellt, wenn ein Strom hindurchgeleitet wird, und die Diffusionslänge von Minoritätsträgern (Elektronen) im Si-Solarzellenelement zeigt.
9 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis einer Analyse (i) der Lichtemissionsintensität (EL-Intensität) des Si-Solarzellenelements und (ii) der Wellenlänge des von einem Solarmodul emittierten Lichts zeigt, wenn ein Strom durch ein Si-Solarzellenelement hindurchgeleitet wird.
10 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis einer Analyse zeigt, durch die das Verhältnis zwischen der Intensität eines durch ein Si-Solarzellenelement hindurchgeleiteten Stroms und der Lichtemissionsintensität untersucht wird.
11(a) ist eine Ansicht, die ein Ergebnis einer Analyse des Verhältnisses zwischen der Diffusionslänge und der Lichtemissionsintensität eines Si-Solarzellenelements zeigt.
11(b) ist eine Ansicht, die ein weiteres Diagramm darstellt, das ein Ergebnis einer Analyse des Verhältnisses zwischen der Diffusionslänge und der Lichtemissionsintensität des Si-Solarzellenelements zeigt. Bei der Analyse wurden von den Ergebnissen aus 11(a) insbesondere die Ergebnisse bei Vorwärtsströmen von 6 mA/cm², 13,5 mA/cm² und 18,7 mA/cm² untersucht.
12(a) ist eine Ansicht eines Bildes, das einen Zustand eines Kristalldefekts eines Si-Solarzellenelements darstellt, und ist eine Ansicht, die einen gemäß dem LBIC-Verfahren bestimmten Zustand des Si-Solarzellenelements zeigt.
12(b) ist eine Ansicht eines Bildes, das einen Zustand eines Kristalldefekts eines Si-Solarzellenelements darstellt, und ist eine Ansicht, die einen gemäß dem EL-Verfahren bestimmten Zustand des Si-Solarzellenelements zeigt.
12(c) ist eine Ansicht eines Bildes, das einen Zustand eines Kristalldefekts eines Si-Solarzellenelements darstellt, und ist eine Ansicht, die einen durch ein REM (Rasterelektronenmikroskop) beobachteten Zustand einer Oberfläche des Si-Solarzellenelements zeigt.
13 ist eine Ansicht eines Bildes, das einen Zustand eines in einem Si-Solarzellenelement aufgetretenen Kristalldefekts und eines Substratrisses darstellt.
14 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis einer Analyse des Verhältnisses zwischen einem in einer Korngrenze eines Si-Solarzellenelements induzierten Strom und einer Temperaturänderung darstellt.
15 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis einer Analyse des Verhältnisses zwischen einer Korngrenzen-Rekombinationsgeschwindigkeit und einer Temperatur durch ein laserstrahlinduziertes Strommessverfahren darstellt.
16 ist eine Ansicht von Bildern, die einen Zustand eines Kristalldefekts (Defekt interner Ursache) und eines Substratrisses (Defekt externer Ursache) darstellen, wenn eine einem Si-Solarzellenelement zugeführte Temperatur verändert wird, wobei (a) den Zustand der Defekte interner und externer Ursache bei Raumtemperatur zeigt, (b) eine vergrößerte Ansicht des in (a) durch gestrichelte Linien angezeigten Abschnitts zeigt und (c) und (d) jeweils den Zustand von (a) und (b) zeigen, wenn die dem Si-Solarzellenelement zugeführte Temperatur 110°C beträgt.
17 ist eine Ansicht von Bildern, die einen Zustand eines Kristalldefekts (Defekt interner Ursache) und eines Substratrisses (Defekt externer Ursache) in einem Gebiet darstellen, das sich von dem in 16 unterscheidet, wenn eine einem Si-Solarzellenelement zugeführte Temperatur verändert wird, wobei (a) und (b) jeweils den Zustand eines Defekte interner Ursache und eines Defekts externer Ursache bei Raumtemperatur zeigen und (c) und (d) jeweils den Zustand von (a) und (b) zeigen, wenn die dem Si-Solarzellenelement zugeführte Temperatur 110°C beträgt.
18 ist eine Ansicht eines Bildes, das einen Lichtemissionszustand darstellt, wenn ein Strom durch ein monokristallines Si-Solarzellenelement hindurchgeleitet wird.
19 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis einer Untersuchung der Lichtemissionsintensität darstellt, wenn ein Strom durch ein monokristallines Si-Solarzellenelement hindurchgeleitet wird.
20 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis einer Analyse der Veränderung der Lichtemissionsintensität (EL-Intensität) gegenüber der Veränderung der Stromdichte bei Solarzellenelementen zeigt, die jeweils aus monokristallinem Silizium und polykristallinem Silizium gefertigt sind.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachfolgend beschrieben.
1. Verfahren zur Bewertung von Solarzellen
Bezug nehmend auf 1 wird ein Solarmodul im Hinblick auf seinen grundlegenden Aufbau und sein Betriebsprinzip kurz beschrieben. Zur leichteren Erläuterung wird ein aus einem Silizium-Halbleiter gefertigtes Solarzellenelement beispielhaft beschrieben. In dieser Beschreibung ist mit dem Begriff "Solarzellenelement" die kleinste Komponenteneinheit zum Erzeugen von elektrischem Strom infolge eines Photoleitungseffekts und/oder photovoltaischen Effekts bei Lichteinfall gemeint. Das Solarzellenelement hat beispielsweise Abmessungen von 10 × 10 cm bis 15 × 15 cm. Ferner ist mit dem Begriff "Solarmodul" ein Modul gemeint, das durch Verbinden einer Mehrzahl der Solarzellenelemente gebildet wird. Ein Beispiel des Solarmoduls wird durch Verbinden von 10 bis 50 Solarzellenelementen gebildet und hat Abmessungen von 0,5 × 0,5 m bis 1,0 × 1,0 m. Des Weiteren umfasst der Begriff "Solarmodul" in dieser Beschreibung ein "Solarpanel", das eine Mehrzahl von Modulen enthält. Darüber hinaus ist mit dem Begriff "Solarzelle" das Solarzellenelement und/oder Solarmodul und/oder Solarpanel gemeint.
Wie in 1 beschrieben, weist das aus Silizium-Halbleiter gefertigte Solarzellenelement einen Aufbau auf, bei dem eine dünne Schicht aus n-Typ-Silizium (nachfolgend als "n-Schicht" bezeichnet) auf einer p-Typ-Siliziumschicht (nachfolgend als "p-Schicht" bezeichnet) bereitgestellt ist. (Obgleich dies hier nicht dargestellt ist, umfasst die Anordnung außerdem beispielsweise auch ein p⁺/n-Typ-Solarzellenelement, worauf die vorliegende Erfindung ebenfalls anwendbar ist.) In 1 ist L_p eine Diffusionslänge von Löchern, welche die Minoritätsträger in der n-Schicht sind. L_n ist eine Diffusionslänge von Elektronen, welche die Minoritätsträger in der p-Schicht sind. W ist eine Verarmungsschichtbreite (ein Bereich, in dem ein elektrisches Feld ohne Elektronen und Löcher existiert), die durch einen p-n-Übergang gebildet wird. Kurz gesagt, die Diffusionslängen sind Strecken, in denen sich die durch Licht gebildeten Minoritätsträger bewegen (diffundieren), bevor sie sich wieder mit den Majoritätsträgern verbinden und dann verschwinden.
Das Licht wird von oberhalb einer Oberfläche der n-Schicht abgestrahlt. Das Vorhandensein zahlreicher Donatoren in der n-Schicht verkürzt L_p. Daher ist die Anordnung derart ausgeführt, dass die n-Schicht dünn ist und der Großteil der Lichtabsorption in der p-Schicht durchgeführt wird. Von den Elektronen-Loch-Paaren, die durch das Licht in dem Bereich von L_n von einer Kante der Verarmungsschicht in 1 erzeugt werden, diffundieren die Elektronen, welche die Minoritätsträger sind, in die linke Richtung und erreichen die Verarmungsschicht. Dann werden die Elektronen durch das elektrische Feld in der Verarmungsschicht zur n-Schicht bewegt und bilden einen Photostrom. Andererseits werden (i) die Elektronen der Elektronen-Loch-Paare, die unter großem Abstand von L_n durch das Licht gebildet werden und (ii) die Löcher, welche die Majoritätsträger sind, wieder miteinander verbunden, um Wärme zu erzeugen, wodurch die Elektronen die Verarmungsschicht nicht erreichen und zu dem Photostrom beitragen.
Das bedeutet, dass die größere Diffusionslänge der Elektronen, welche die Minoritätsträger der p-Schicht sind, eine bessere photoelektrische Umwandlungsleistung erzielt, da die größere Diffusionslänge der Elektronen es den in einem tieferen Abschnitt des Solarzellenelements erzeugten Elektronen ermöglicht, zu dem Strom beizutragen. Auf diese Weise stehen die Diffusionslänge der Minoritätsträger (Elektronen) und die photoelektrische Umwandlungsleistung im Solarzellenelement in enger Beziehung zueinander.
Durch sorgfältige Studien haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass ein Hindurchleiten eines Vorwärtsstromes durch ein aus einem Silizium-Leiter gefertigtes Solarzellenelement Elektronen in die p-Schicht einbringt, in der die Elektronen die Minoritätsträger sind, und sich die derart eingebrachten Elektronen somit wieder mit den Löchern in der p-Schicht verbinden, wodurch eine Lichtemission verursacht wird. Weitere durch die Erfinder durchgeführte sorgfältige Studien haben gezeigt, dass die Lichtemissionsintensität des emittierten Lichts, die zu den Lichtemissionscharakteristika des Solarzellenelements zählt, und die Verteilung der Diffusionslänge der Minoritätsträger in einem Verhältnis von 1:1 zueinander stehen. Infolgedessen haben die Erfinder die vorliegende Erfindung geschaffen, die es ermöglicht, die photoelektrische Umwandlungsleistung des Solarzellenelements einfach und genau zu bewerten, indem die Lichtemissionscharakteristika des Solarzellenelements, welches durch Hindurchleiten von Strom veranlasst wird, Licht zu emittieren, als Indikator verwendet werden.
Das heißt, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bewertung von Solarzellen sollte mindestens umfassen: einen Stromdurchleitungsschritt, in dem bezogen auf ein die Solarzelle (z. B. ein Solarmodul oder ein Solarzellenelement selbst) bildendes Solarzellenelement in Vorwärtsrichtung ein Gleichstrom hindurchgeleitet wird, und einen Lichtemissionsbestimmungsschritt, in dem die Lichtemissionscharakteristika des Lichts, das durch das Solarzellenelement infolge des Hindurchleitens des Gleichstroms im Stromdurchleitungsschritt erzeugt wird, bestimmt werden. Abgesehen davon ist die vorliegende Erfindung keine besonderen Beschränkungen unterworfen und kann, im Hinblick auf spezifische Schritte, die sich von diesen Schritten unterscheiden, Materialien, Bedingungen, zu verwendende Geräte und Ausrüstungsgegenstände, etc., ein herkömmliches, bekanntes Verfahren, etc. verwenden.
Mit dem Begriff "Leistungsbewertung" ist in dieser Beschreibung die Bewertung der Leistung des Solarmoduls oder des Solarzellenelements, das ein Bestandteil des Solarmoduls ist, im Hinblick auf den Photoleitungseffekt und/oder den photovoltaischen Effekt gemeint. Darüber hinaus stehen die photoelektrische Umwandlungsleistung und die Diffusionslänge der Minoritätsträger, wie vorstehend beschrieben, in enger Beziehung zueinander. Daher kann die Leistungsbewertung auch als Bewertung der Diffusionslänge der Minoritätsträger betrachtet werden.
Im Stromdurchleitungsschritt bedeutet die Formulierung "Hindurchleiten des Gleichstroms in Vorwärtsrichtung" ein Anlegen einer Spannung in der so genannten Vorwärtsrichtung, wie in 2 gezeigt. Der Gleichstrom wird in Vorwärtsrichtung hindurchgeleitet, indem extern eine Spannung angelegt wird, die auf der Seite des p-Typ-Bereichs des p-n-Übergangs positiv (+) und auf der Seite des n-Typ-Bereichs des p-n-Übergangs negativ (–) ist.
Im Stromdurchleitungsschritt kann eine Einrichtung zum Hindurchleiten des Stromes durch das Solarzellenelement eine herkömmliche, bekannte Energiequelle oder dergleichen sein und ist keinen besonderen Beschränkungen unterworfen. Beispielsweise kann eine übliche Konstantstromquelle als Einrichtung zum Hindurchleiten des Stromes durch das Solarzellenelement verwendet werden.
Im Lichtemissionsbestimmungsschritt kann eine herkömmliche, bekannte Lichtbestimmungseinrichtung eingesetzt werden, die dazu in der Lage ist, die Lichtemissionscharakteristika des vom Solarzellenelement emittierten Lichts zu erfassen. Eine Lichtbestimmungseinrichtung, die im Lichtemissionsbestimmungsschritt eingesetzt werden soll, ist bezüglich ihrer spezifischen Konfiguration keinen besonderen Beschränkungen unterworfen. Beispielsweise kann eine herkömmliche, bekannte Lichtbestimmungseinrichtung, wie etwa eine CCD-Kamera oder dergleichen, im Lichtemissionsbestimmungsschritt verwendet werden. Darüber hinaus kann die Bestimmung der Lichtemissionscharakteristika durch Bestimmen Lichtemissionscharakteristika des gesamten Solarmoduls auf einmal durchgeführt werden, indem eine Lichtbestimmungseinrichtung mit großen Abmessungen oder eine so genannte Linienabtasteinrichtung zur eindimensionalen Abtastung verwendet wird oder indem die Lichtemissionscharakteristika eines bestimmten Abschnitts des Solarmoduls unter Verwendung einer Lichtbestimmungseinrichtung mit kleinen Abmessungen bestimmt werden. Das heißt, es gibt keine besonderen Beschränkungen des Lichtemissionsbestimmungsschritts bezüglich seines spezifischen Verfahrens und dergleichen und es kann eine herkömmliche Technik eingesetzt werden, sofern diese dafür geeignet ist.
Ferner umfasst der Begriff "Lichtemissionscharakteristika" die Lichtemissionsintensität des emittierten Lichts und spektrale Charakteristika (Lichtemissionsintensität jedes Spektrums).
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Bewerten einer Solarzelle kann ein gesamtes Solarmodul, das durch serielles Verbinden von Solarzellenelementen gebildet wird, hinsichtlich seiner Leistung bewertet werden, indem einmal ein Strom hindurchgeleitet wird. Das bedeutet, sobald der Strom angelegt wird, wird der Strom durch alle Solarzellenelemente, die ein solches Solarmodul bilden, hindurchgeleitet, wodurch alle Solarzellenelemente veranlasst werden, Licht zu emittieren. In diesem Fall kann die vorliegende Erfindung dafür ausgelegt werden, die Flächenverteilung der momentanen Leuchtdichte schubweise zu messen. Spezifischer kann dies beispielsweise durch Messen einer großen Fläche mittels einer zweidimensionalen schubweise Messung oder einer eindimensionalen Linienabtasteinrichtung, z. B. durch Verwendung einer CCD-Kamera oder dergleichen, durchgeführt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Durch Bestimmen der Lichtemissionscharakteristika des gesamten Solarmoduls unter Verwendung einer Lichtbestimmungseinrichtung mit großen Abmessungen oder einer Zeilenabtasteinrichtung zur eindimensionalen Abtastung ist es möglich, eindeutig herauszufinden, welches Solarzellenelement in welchem Abschnitt des Solarmoduls eine schlechte Leistung hat, wobei es einfach ist, dieses zu bewerten. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Solarzellenelemente einzeln zu bewerten.
Durch weitere sorgfältige Studien haben die Erfinder herausgefunden, dass die Temperaturabhängigkeit zwischen einem Mangel externer Ursache (nachfolgend als "Defekt externer Ursache" bezeichnet), wie etwa einem Substratriss, einem Elektrodenbruch, einer losen Verbindung und dergleichen, und einem Mangel interner Ursache (nachfolgend als "Defekt interner Ursache" bezeichnet), wie etwa ein Kristalldefekt, Lageveränderung, Korngrenzen und dergleichen, variiert. Genauer gesagt, wurde herausgefunden, dass ein Defekt interner Ursache durch Temperaturänderungen beeinflusst wird während ein Defekt externer Ursache nicht durch Temperaturänderungen beeinflusst wird. Daher wird die Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung erreicht, indem ein elektrischer Strom durch Solarzellenelemente oder ein Solarmodul hindurchgeleitet wird, so dass Licht emittiert wird, während die Solarzellenelemente oder das Solarmodul erwärmt werden/wird, so dass ein Defekt externer Ursache und ein Defekt interner Ursache separat bestimmt werden können, und zwar unter Verwendung der Lichtemissionscharakteristik infolge einer Veränderung der Erwärmungstemperatur als Indikator.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bewertung von Solarzellen umfasst nämlich bevorzugt ferner einen Temperaturregelschritt, in dem das Solarzellenelement erwärmt und die Erwärmungstemperatur des Solarzellenelements geregelt wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bewertung von Solarzellen wird ein durch eine Abnahme der Leistung der Solarzelle verursachter Defekt einfach und genau bestimmt, indem die Erwärmungstemperatur des Solarzellenelements oder des Solarmoduls innerhalb eines breiten Bereichs verändert wird, um so die Lichtemissionscharakteristika im Lichtemissionsbestimmungsschritt zu messen. Darüber hinaus lässt sich die Art des Defekts aufgrund der Temperaturänderung leicht bestimmen. Somit lässt sich ein Substratriss (Defekt externer Ursache) leicht bestimmen, wobei ein Substratriss ein mechanischer Schaden ist, der insbesondere auf die Solarzelleneigenschaften einen erheblichen Einfluss hat.
Wie vorstehend beschrieben, ist eine sehr schnelle und einfache zweidimensionale Analyse (i) einer Diffusionslänge eines Minoritätsträgers und (ii) eines Flächendefekts möglich. Folglich ermöglicht eine Rückmeldung eines Analyseergebnisses im Hinblick auf eine Optimierung der Ausführung einer Anordnung der Solarzellenelemente und eines Herstellungsverfahrens der Solarzellenelemente die Erzielung von Verbesserungen der Leistung und Zuverlässigkeit.
Es gibt nicht nur große, quer über das Substrat verlaufende Substratrisse, sie können auch in winzigen Gebieten innerhalb des Substrats entstehen (als Haarrisse, Mikrorisse und dergleichen bezeichnet). Ein Substratriss wirkt sich nachteilig auf die photoelektrische Umwandlungsfunktion aus, wie etwa in Form einer Reduktion des Lichterzeugungsstroms, eines Schwerpunktes der Rekombination von Minoritätsträgern und eines Anstiegs des Reihenwiderstands durch Blockieren des Stromdurchtritts. Viele der auf externe Ursachen zurückzuführenden Mängel entstehen infolge von Brüchigkeit aufgrund der mechanischen Intensität und externen Kräfte (einschließlich Wärmeverwerfungen), die während des Herstellungsverfahrens der Solarzelle auf das Substrat ausgeübt werden. Eine einfache Bestimmung des Defekts und dessen Rückmeldung im Hinblick auf die Gegebenheiten des Herstellungsverfahrens, um dadurch Verbesserungen herbeizuführen, ist direkt mit der Verbesserung der Langzeitzuverlässigkeit und einer Erhöhung der Herstellungsertragsrate der Solarzelle verbunden. Darüber hinaus kann eine eindeutige Analyse, ob die Ursache der Abnahme der photoelektrischen Umwandlungsfunktion hauptsächlich auf eine externe Ursache zurückzuführen ist, die auf mechanischer Intensität beruht, oder auf eine interne Ursache, die auf den Materialeigenschaften beruht, im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren einfach und schnell durchgeführt werden. Dadurch ist es möglich, Maßnahmen zur Verbesserung der photoelektrischen Umwandlungsfunktion separat durchzuführen, um eine verbesserte Technik bezüglich eines mechanischen Verarbeitungsschritts und eine verbesserte Technik bezüglich der Materialeigenschaften infolge einer Verringerung der Verunreinigungen zu erzielen. Dies ermöglicht folglich eine effiziente Verbesserung der Funktionen und Zuverlässigkeit der Solarzelle.
Darüber hinaus umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewertung von Solarzellen bevorzugt einen Entscheidungsschritt, in dem eine Bewertung basierend auf der Stärke der Lichtemissionsintensität, die zu den Lichtemissionscharakteristika zählt, die im Lichtemissionsbestimmungsschritt bestimmt werden, für gut oder schlecht befunden wird, wobei die Bewertung für gut befunden wird, wenn die Lichtemissionsintensität über einem vorgegebene Wert liegt, und die Bewertung für schlecht befunden wird, wenn die Lichtemissionsintensität unter einem vorgegebenen Wert liegt.
Der "vorgegebene Wert" kann hier beliebig festgelegt werden und ist keinen besonderen Beschränkungen unterworfen. Der vorgegebene Wert kann beispielsweise ein so genannter Schwellenwert sein, unter dem keine ausreichende photoelektrische Umwandlungsleistung erreicht werden kann. Als Alternative kann der vorgegebene Wert ein Wert sein, der vorab ermittelt wird, indem die Lichtemissionscharakteristika von in einem Herstellungsbetrieb gefertigten Solarzellenelementen mit guter Qualität und/oder schlechter Qualität gemittelt werden. Bevorzugt wird ein Verhältnis zwischen einem Wert der Lichtemissionsintensität und einem Wert der Erwärmungstemperatur gemäß dem Schwellenwert oder dem Mittelwert in Form einer Tabelle dargestellt.
Darüber hinaus kann der Entscheidungsschritt einen Messwert der Lichtemissionsintensität mit dem vorgegebenen Wert vergleichen. Als Alternative kann der Entscheidungsschritt eine Einrichtung zum direkten Digitalisieren der Lichtemissionscharakteristika als Lichtbestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Lichtemissionscharakteristika verwenden, wie etwa eine CCD-Kamera, und einen digitalisierten Wert der Lichtemissionscharakteristika mit dem vorgegebenen digitalisierten Wert vergleichen. Das bedeutet, es ist ausreichend, wenn der Entscheidungsschritt ein Schritt zur Beurteilung einer Lichtemissionscharakteristik durch Vergleichen der gemessenen Lichtemissionscharakteristika mit einem bestimmten vorgegebenen Bezugswert ist. Bezüglich eines spezifisch anzuwendenden Verfahrens kann der Entscheidungsschritt eine herkömmliche, bekannte Technik einsetzen.
Durch Integrieren des vorstehend beschriebenen Entscheidungsschrittes ist es möglich, die Leistung und/oder Qualität einfach und genau zu bewerten, um zu beurteilen, ob diese gut oder schlecht ist.
Des Weiteren kann das Verfahren zur Bewertung von Solarzellen einen Entscheidungsschritt umfassen, in dem (i) eine Diffusionslänge eines Minoritätsträgers basierend auf der Lichtemissionsintensität, die zu den im Lichtemissionsbestimmungsschritt bestimmten Lichtemissionscharakteristika zählt, berechnet wird und (ii) durch Verwendung der Diffusionslänge als Indikator, die Leistung der Solarzelle beurteilt wird. Genauer gesagt, es besteht eine Wechselbeziehung zwischen der Diffusionslänge des Minoritätsträgers und einer Lichtemissionscharakteristik (z. B. der Lichtemissionsintensität gemäß den 11(a) und 11(b)), wie in den 11(a) und 11(b) dargestellt, die nachfolgend beschriebene Beispiele zeigen. Wie vorstehend beschrieben, stehen die Diffusionslänge der Minoritätsträger und die Leistung des Solarzellenelements in enger Beziehung zueinander.
Daher ist es möglich, die Leistung des Solarzellenelements basierend auf der Diffusionslänge des Minoritätsträgers zu bewerten, die anhand einer Lichtemissionscharakteristik ermittelt wird. Ein Beispiel für spezifische Verfahren zur Ermittlung der Diffusionslänge des Minoritätsträgers besteht darin, diese anhand eines Diagramms, das die Lichtemissionscharakteristik und die Diffusionslänge des Minoritätsträgers grafisch darstellt, analog zu ermitteln, wie in den nachfolgend beschriebenen 11(a) und 11(b) dargestellt. Ein Kriterium der Diffusionslänge des Minoritätsträgers hängt vom Aufbau des Elements ab und kann nicht spezifisch definiert werden. Eine größere Diffusionslänge des Minoritätsträgers wird jedoch bevorzugt.
Es gibt keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich des Solarzellenelements, das durch das Verfahren zur Bewertung der Solarzelle bewertet werden soll. Es ist ausreichend, wenn das Solarzellenelement ein Solarzellenelement ist, dessen Hauptkomponente ein herkömmliches, bekanntes Halbleitermaterial ist. Das Solarzellenelement ist bevorzugt hauptsächlich aus einem Silizium-Halbleiter gefertigt. Der Silizium-Halbleiter des Solarzellenelements ist bevorzugt monokristallin, polykristallin oder amorph. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet die Formulierung "hauptsächlich gefertigt aus", dass außer der Hauptkomponente auch andersartige Komponenten oder Bestandteile enthalten sein können, vorausgesetzt dass die Hauptkomponente der Silizium-Halbleiter ist.
Besonders bevorzugt umfasst das Solarzellenelement dabei einen polykristallinen Silizium-Halbleiter als Hauptkomponente. Es ist schwierig, in dem Solarzellenelement, dessen Hauptkomponente aus polykristallinem Silizium-Halbleiter gefertigt ist, eine gleichmäßige Flächenverteilung zu erreichen. Daher ist es bei einem Solarzellenelement, dessen Hauptkomponente aus polykristallinem Silizium-Halbleiter gefertigt ist, äußerst wichtig, seine Qualität zu überprüfen und seine Leistung durch das erfindungsgemäße Verfahren zu überprüfen.
Darüber hinaus emittiert das Solarzellenelement, das hauptsächlich aus einem monokristallinen und/oder polykristallinen Silizium-Halbleiter gefertigt ist, wie in den nachfolgenden Beispielen beschrieben, intensiv Licht in einer Wellenlänge zwischen 1000 nm und 1300 nm, wenn der Vorwärtsstrom durch das Solarzellenelement hindurchgeleitet wird. Daher kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewertung von Solarzellen so ausgeführt werden, dass der Lichtemissionsbestimmungsschritt das Licht insbesondere innerhalb eines Bereiches von 1000 nm bis 1300 nm bestimmt. Diese Anordnung ermöglicht es, das aus einem Silizium-Halbleiter gefertigte Solarzellenelement genauer zu bewerten.
Darüber hinaus entspricht die Intensität des hindurchzuleitenden Stroms im Stromdurchleitungsschritt bevorzugt derjenigen eines Betriebsstroms des Solarzellenelements. Hierbei ist der "Betriebsstrom des Solarzellenelements" ein Strom, der tatsächlich durch die photoelektrische Umwandlung infolge der Bestrahlung des zu bewertenden Solarzellenelements mit Sonnenlicht erzeugt werden würde. Der Betriebsstrom des aus einem Silizium-Halbleiter gefertigten Solarzellenelements liegt typischerweise zwischen 5 und 40 mA/cm². Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Wert beschränkt und die Intensität des hindurchzuleitenden Stroms kann in Abhängigkeit des Materials und der Zusammensetzung verschiedener Arten von Solarzellenelementen angemessen variiert werden. Darüber hinaus sind beliebige rationale Werte des vorstehenden Messwertbereichs im technischen Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten, vorausgesetzt dass die Wirkung der vorliegenden Erfindung mit dem Wert erzielt werden kann.
Die auf die Solarzellenelemente oder das Solarmodul im Temperaturregelschritt anzuwendende Erwärmungstemperatur liegt bevorzugt zwischen Raumtemperatur und 130°C, einschließlich dieser Werte. Wie in 16 des Beispiels gezeigt, tritt der von Temperaturänderungen abhängige Defekt interner Ursache insbesondere dann auf, wenn sich die Temperatur der Solarzelle auf Raumtemperatur befindet, wenn die Temperatur jedoch ansteigt, wird der Defekt undeutlich. Andererseits tritt der nicht von Temperaturänderungen abhängige Defekt externer Ursache in einem hohen Temperaturbereich auf.
Durch Durchführen der Bewertung unter tatsächlichen Betriebsbedingungen ist es möglich, Defekte des Solarzellenelements zu bestimmen, wobei die Defekte jeweils in Kategorien eingeteilt werden, um dadurch die Leistung genauer zu bewerten.
Obgleich das erfindungsgemäße Verfahren zum Bewerten von Solarzellen unter Bezugnahme auf ein Solarmodul beschrieben ist, das durch serielles Verbinden einer Mehrzahl von Solarzellenelementen gebildet werden soll, kann ein Solarmodul, das durch paralleles Verbinden einer Mehrzahl Solarzellenelemente gebildet wird, derart bewertet werden, dass jeder Abschnitt des Solarmoduls, in dem die Solarzellenelement seriell miteinander verbunden sind, einzeln bewertet wird.
Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise so ausgeführt werden, dass neben der direkten Messung der Lumineszenzintensität unter Verwendung beispielsweise einer CCD-Kamera nachdem der Vorwärtsstrom durch das Solarzellenelement hindurchgeleitet wurde, Spektrumverteilungsmessungen unter Verwendung eines Bandpassfilters oder dergleichen oder genaue Spektrummessungen unter Verwendung eines Spektrometers durchgeführt werden können, und die Ergebnisse dieser Messungen dann übergreifend analysiert werden. Insbesondere eine übergreifende Analyse mit einer absoluten Messung der Diffusionslänge bei einer Multi-Wellenlängenspektrumempfindlichkeit ermöglicht es, die Verteilung der absoluten Werte zu analysieren. In diesem Fall ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass im Gegensatz zum Stand der Technik kein Sondenlicht verwendet wird.
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewertung von Solarzellen, die photoelektrische Umwandlungsleistung des Solarzellenelements einfach und genau zu bewerten, ohne dass, im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren zur Bewertung von Solarzellen, eine große Anlage benötigt wird. Spezifischer nutzen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen die Elektrolumineszenz, wobei ein Vorwärtsstrom hindurchgeleitet wird. Daher sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik beispielsweise dahingehend vorteilhaft, dass (i) es nicht erforderlich ist, eine Abtastsonde (Elektronenstrahl, Laser) zu verwenden, so dass die Messung leicht durchgeführt werden kann, (ii) keine große Anlage benötigt wird, so dass es möglich ist, die Solarzelle als Produkt (als ein im Fertigungsbetrieb fertiggestelltes Produkt oder als ein auf einer Konstruktion installiertes Produkt) zu bewerten, (iii) es möglich ist, die Solarzelle unter tatsächlichen Betriebsbedingungen (unter Bedingungen, bei denen die Hindurchleitung eines Stroms von 5 bis 40 mA/cm² der Sonnenstrahlung entspricht) zu bewerten, (iv) es möglich ist, eine detailliertere physikalische Analyse mittels einer Spektrumanalyse durchzuführen, und (v) es möglich ist, einen Defekt interner Ursache und einen Defekt externer Ursache und dergleichen zu beurteilen und zu bestimmen.
Des Weiteren können das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner ohne weiteres eine Lichtemissionsanalyse unter Verwendung einer Rückwärtsspannung oder unter Anwendung eines starken elektrischen Feldes umfassen. Dies ermöglicht es, die Eigenschaften der Minoritätsträger und die Leistung des Elements anhand der Eigenschaften der Minoritätsträger integral zu bewerten.
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewertung von Solarzellen so ausgeführt werden, dass der Stromdurchleitungsschritt eine Veränderung der Intensität des hindurchgeleiteten Stroms und der Lichtemissionsbestimmungsschritt eine Bestimmung dessen umfasst, wie sich die Lichtemissionscharakteristik des Lichts des Solarzellenelements in Übereinstimmung mit der Veränderung der Stromintensität verändert, wobei das Verfahren ferner das Berechnen eines Diodenfaktors des Solarzellenelements anhand der Stromintensität und der Veränderung der Lichtemissionscharakteristik umfasst.
Bei dieser Anordnung liegt ein Bereich der Veränderung der Stromintensität bevorzugt innerhalb der tatsächlichen Betriebsbedingungen (z. B. in einem Bereich von 5 bis 40 mA/cm²).
Bei diesem Verfahren stellt ein spezifisches Verfahren zum Berechnen des Diodenfaktors, wie z. B. in 20 dargestellt, die eine nachfolgend erläuterte Ausführungsform zeigt, die Veränderung der Lichtemissionscharakteristik (z. B. der Lichtemissionsintensität des Lichtes oder dergleichen) gegenüber der Veränderung der Stromintensität (Stromdichte [mA/cm²]) grafisch dar, um ein logarithmisches Diagramm zu erstellen (dessen X-Achse die Veränderung der Stromintensität und dessen Y-Achse die Veränderung der Lichtemissionscharakteristik darstellt). In diesem Fall ist der Gradient des Diagramms der Diodenfaktor des Solarzellenelements.
Es ist bekannt, dass ein näher bei "1" liegender Diodenfaktor die Bildung eines idealeren p-n-Übergangs anzeigt und hinsichtlich der Energieumwandlungseffizienz vorteilhafter ist. Daher ist es möglich, zu entscheiden, dass die Leistung des Solarzellenelements gut ist, wenn der Gradient des Diagramms nahe bei "1" liegt. Indes ist es möglich, zu entscheiden, dass die Leistung schlecht ist, wenn der Gradient von "1" ansteigt (d. h. größer als "1" wird). Das bedeutet, das Bewertungsverfahren kann ferner eine Bewertung der Leistung einer Solarzelle in Bezug darauf umfassen, ob sich der Diodenfaktor nahe bei "1" befindet oder nicht. In der vorstehenden Erläuterung beträgt die ideale "Diffusionsstromkomponente" "1", wobei der Gradient ansteigt, wenn eine andere Komponente (Rekombinationsstromkomponente oder dergleichen) damit kombiniert wird. Der Gradient steigt beispielsweise auf "2", wenn die Kombinationskomponente der Rekombinationsstrom ist.
Darüber hinaus wurde experimentell bestätigt, wie in dem nachfolgenden Beispiel beschrieben, dass eine größere Lichtemissionsintensität des Lichts den Gradienten des Diagramms näher zu "1" brachte. Ferner wurde bestätigt, dass der Diffusionsstrom dominant wurde und dadurch der Gradient im Wesentlichen "1" betrug, wenn das Solarzellenelement aus monokristallinem Silizium-Halbleiter gefertigt war, und dass der Einfluss anderer Stromkomponenten größer wurde, wenn das Solarzellenelement aus polykristallinem Silizium-Halbleiter gefertigt war.
Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewertung von Solarzellen ein Verfahren anwenden, das sich von den vorstehend beschriebenen unterscheidet, um den gemessenen Wert mit einem Bezugsmuster zu vergleichen, um so zu beurteilen, ob die Leistung gut oder schlecht ist. Spezifischer kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewertung von Solarzellen beispielsweise mit dem Bezugsmuster durchgeführt werden, um so ein Bewertungsergebnis des Bezugsmusters zu erhalten, und das Bewertungsergebnis der zu bewertenden Solarzelle dann mit dem Bewertungsergebnis des Bezugsmusters zu vergleichen. Dies ermöglicht es, die Leistung der zu bewertenden Solarzelle einfach und sicher zu bewerten.
Zudem kann das erfindungsgemäße Bewertungsverfahren sowohl eine quantitative als auch eine qualitative Bewertung durchführen. Das erfindungsgemäße Bewertungsverfahren kann beispielsweise die Leistung von Solarzellen qualitativ bewerten, indem überprüft wird, ob die Lichtemissionsintensität des Lichtes hoch oder niedrig ist. Indes kann das erfindungsgemäße Bewertungsverfahren die Leistung von Solarzellen quantitativ bewerten, indem die Lichtemissionscharakteristik des Solarzellenelements digitalisiert und die numerischen Informationen und positionellen Informationen des Solarzellenelements genau analysiert werden. Im Hinblick auf spezifische Verfahren einer derartigen quantitativen Bewertung sollte ein Fachmann auf dem Gebiet ohne weiteres dazu in der Lage sein, basierend auf dem Inhalt der vorliegenden Beschreibung und dem allgemeinen technischen Fachwissen am Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung, ein geeignetes Verfahren auszuführen.
2. Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen ist eine Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen hinsichtlich ihrer photoelektrischen Umwandlungsleistung. Es ist ausreichend, wenn die Vorrichtung einen Stromdurchleitungsabschnitt (Stromdurchleitungseinrichtung) zum Hindurchleiten eines Gleichstroms in Vorwärtsrichtung durch das die Solarzelle bildende Solarzellenelement und eine Lichtbestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Lichtemissionscharakteristik des Lichts umfasst, das von dem Solarzellenelement durch das Hindurchleiten von Strom durch den Stromdurchleitungsabschnitt emittiert wird. Der Vorrichtung sind im Hinblick auf andere spezifische Anordnungen, Abmessungen, Ausgestaltung, etc. keine besonderen Beschränkungen auferlegt.
Der Stromdurchleitungsabschnitt ist hinsichtlich seiner spezifischen Anordnung etc. keinen besonderen Beschränkungen unterworfen, vorausgesetzt er kann eine so genannte Gleichspannung an das Solarzellenelement anlegen, um den Gleichstrom in Vorwärtsrichtung hindurchzuleiten. Mit anderen Worten, die Stromdurchleitungseinrichtung sollte eine Einrichtung zur Durchführung des unter Punkt 1. beschriebenen "Stromdurchleitungsschritts" sein. Der Stromdurchleitungsabschnitt kann beispielsweise eine herkömmliche, bekannte Konstantstromquelle, Konstantspannungsquelle oder dergleichen sein.
Darüber hinaus leitet der Stromdurchleitungsabschnitt bevorzugt einen Strom durch das Solarzellenelement, der im Wesentlichen der Betriebsspannung des Solarzellenelements entspricht.
Der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt ist hinsichtlich seiner spezifischen Anordnung etc. keinen besonderen Beschränkungen unterworfen, vorausgesetzt dass der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt eine Einrichtung zur Bestimmung der Lichtemissionscharakteristik des Lichts ist, das vom Solarzellenelement emittiert wird, wenn die Vorwärtsspannung an das Solarzellenelement angelegt wird. Das bedeutet, der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt sollte eine Einrichtung zur Durchführung des unter Punkt 1. beschriebenen "Lichtemissionsbestimmungsschritts" sein. Ein herkömmlicher, bekannter Lichtdetektor, wie etwa eine CCD-Kamera oder ein Bildverstärker, kann geeignetermaßen verwendet werden. Der hier verwendete Begriff "Lichtemissionscharakteristika" hat dieselbe Bedeutung wie der vorstehend verwendete Begriff.
Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen ist eine Vorrichtung zur Durchführung "des Verfahrens zur Bewertung von Solarzellen", wie vorstehend unter Punkt 1. beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen ist hinsichtlich des zu Bewertenden keinen besonderen Beschränkungen unterworfen. Daher ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen allgemein auf aus Halbleitern gefertigte Solarzellen anwendbar. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird besonders bevorzugt zur Bewertung einer Solarzelle verwendet, die einen Silizium-Halbleiter als Hauptkomponente umfasst. Bei einem Solarzellenelement, bei dem ein Silizium-Halbleiter verwendet wird, wird die Emission von Licht insbesondere in einem Bereich von 1000 nm bis 1300 nm beobachtet. In diesem Fall ist der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt daher bevorzugt in der Lage, das Licht in diesem Wellenlängenbereich (nahe dem Infrarotbereich) zu bestimmen.
Zudem umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen bevorzugt ferner einen Temperaturregelabschnitt (Temperaturregeleinrichtung) zur Regelung der Erwärmungstemperatur des Solarzellenelements oder des Solarmoduls.
Die spezifischen Anordnungen und dergleichen des Temperaturregelabschnitts sind keinen besonderen Beschränkungen unterworfen, vorausgesetzt dass die Erwärmungstemperatur des Solarzellenelements oder des Solarmoduls geregelt wird. Das bedeutet, der Temperaturregelabschnitt ist zufrieden stellend, solange der unter Punkt 1. beschriebene "Temperaturregelschritt" durchgeführt wird. Durch Integrieren des Temperaturregelabschnitts ist eine separate Bestimmung eines Defekts externer Ursache und eines Defekts interner Ursache durch den Lichtemissionsbestimmungsabschnitt möglich.
Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen bevorzugt einen Entscheidungsabschnitt (Entscheidungseinrichtung) zur Bewertung von Solarzellen unter Verwendung der Stärke einer durch den Lichtemissionsbestimmungsabschnitt bestimmten Lichtemissionsintensität, die zu den Lichtemissionscharakteristika zählt, als Indikator, wobei der Entscheidungsabschnitt die Solarzelle für gut befindet, wenn die Lichtemissionsintensität über einem vorgegebenen Wert liegt, und der Entscheidungsabschnitt die Solarzelle für schlecht befindet, wenn die Lichtemissionsintensität unter einem vorgegebenen Wert liegt. Der Entscheidungsabschnitt ist hinsichtlich seiner spezifischen Anordnung keinen besonderen Beschränkungen unterworfen, vorausgesetzt er kann den unter Punkt 1. beschriebenen "Entscheidungsschritt" durchführen. Eine herkömmliche, bekannte Recheneinheit eines Computers oder dergleichen kann beispielsweise für den Entscheidungsabschnitt geeignet sein. Es wird darauf hingewiesen, dass der Begriff "vorgegebener Wert" dieselbe Bedeutung hat wie der unter Punkt 1. verwendete Begriff. Daher wird an dieser Stelle auf eine Erläuterung verzichtet.
Zudem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen mit einem Abtastabschnitt (Abtasteinrichtung) ausgestattet werden, das heißt mit einem System, das dazu in der Lage ist, eine zweidimensionale Abtastung durchzuführen, und zwar zusätzlich zu einem eindimensionalen Abtastsystem, wie etwa einer Zeilenabtasteinrichtung. Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit einem derartigen Abtastabschnitt ausgestattet ist, kann ein komplettes Solarmodul mit großen Abmessungen, das zahlreiche Solarzellenelemente umfasst, während der Abtastung bewertet werden. Der Abtastabschnitt kann in der Bewertungsvorrichtung enthalten sein oder auf dem zu bewertenden Solarzellenelement vorgesehen werden. Indes ist es möglich, die Bewertung ohne Abtastung durchzuführen. Das komplette Solarmodul kann beispielsweise auf einmal bewertet werden, indem das Solarzellenelement von oben beobachtet wird, oder es kann nur teilweise bewertet werden.
Außerdem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen ferner einen Entscheidungsabschnitt (Entscheidungseinrichtung) zum Berechnen einer Diffusionslänge der Minoritätsträger anhand der Lichtemissionsintensität, die zu den durch den Lichtemissionsbestimmungsabschnitt bestimmten Charakteristika zählt, und zum Bewerten der Leistung des Solarmoduls unter Verwendung der Diffusionslänge als Indikator umfassen. Mit anderen Worten, der Entscheidungsabschnitt ist eine Entscheidungseinrichtung zur Durchführung des unter Punkt 1. beschriebenen Entscheidungsverfahrens. Siehe Punkt 1. für eine Beschreibung dessen, was diese Einrichtung spezifisch durchführt.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen so ausgeführt werden, dass der Stromdurchleitungsabschnitt die Intensität des hindurchzuleitenden Stroms verändert, wobei der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt bestimmt, wie sich die Lichtemissionscharakteristik des vom Solarzellenelement emittierten Lichts in Übereinstimmung mit der durch den Stromdurchleitungsabschnitt verursachten Veränderung der Stromintensität verändert, wobei die Vorrichtung einen Berechnungsabschnitt (Berechnungseinrichtung) zum Berechnen eines Diodenfaktors des Solarzellenelements basierend auf der Veränderung der Stromintensität und der Veränderung der Lichtemissionscharakteristik umfasst. Wiederum sollte der Berechnungsabschnitt eine Berechnungseinrichtung zur Durchführung des unter Punkt 1. beschriebenen Bewertungsverfahrens sein, wobei geeignetermaßen eine herkömmliche, bekannte Recheneinrichtung oder dergleichen verwendet werden kann. Siehe Punkt 1. für eine Beschreibung dessen, was der Berechnungsabschnitt spezifisch durchführt. Mit anderen Worten, die Bewertungsvorrichtung kann den Bewertungsabschnitt zur Bewertung der Leistung der Solarzelle bezogen darauf, ob der Diodenfaktor nahe "1" liegt oder nicht, umfassen.
Natürlich kann bezüglich anderer Sachverhalte als die vorstehend beschriebenen auf die Beschreibung des unter Punkt 1. ausgeführten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bewertung von Solarzellen Bezug genommen werden und diese auf die Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen angewandt werden.
Als Nächstes wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen unter Bezugnahme auf 3(a) beschrieben. Wie in 3(a) gezeigt, umfasst eine Bewertungsvorrichtung 10 zur Bewertung von Solarzellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Blackbox 1, einen Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12, einen Temperaturregelabschnitt 14, eine kammförmige Sonde 4, eine Kupferplatte 5, eine Gleichstromenergiequelle 6 und einen Entscheidungsabschnitt 20. Des Weiteren soll hier ein Solarzellenelement 7 bewertet werden. Das Solarzellenelement 7 wird durch Verbinden einer Mehrzahl von Solarzellenelementen gebildet. Anstelle des Solarzellenelements 7 kann hier auch ein durch Verbinden einer Mehrzahl von Solarzellenelementen gebildetes Modul bewertet werden.
Die Blackbox 1 ist bereitgestellt, um einen Verdunkelungszustand zur einfachen Bestimmung der Lichtemissionscharakteristika des Solarzellenelements 7 herzustellen. Die Blackbox 1 weist eine Fensteröffnung auf, die bei der Bewertung eines Solarmoduls oder -panels genutzt wird, das senkrecht angeordnet ist.
Der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 fungiert als eine eine CCD-Kamera aufweisende Lichtbestimmungseinrichtung und umfasst eine gekühlte CCD-Kamera (–50°C) 2 und eine Linse 3. Der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 ist um 90° drehbar, um die Bewertung eines senkrecht angeordneten Solarmoduls zu ermöglichen. Darüber hinaus kann die Linse eine normale Linse oder eine Zoom-Linse sein.
Des Weiteren ist es möglich, wenn eine aus unterschiedlich großen Solarzellenelementen 7 bestehende Zelle (Solarzellenelement) unter Verwendung einer CCD-Kamera als Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 bewertet wird, eine CCD Kamera mit den folgenden in Tabelle 1 gezeigt Eigenschaften zu verwenden. Tabelle 1
Spezifischer wird die Abbildung im normalen Abbildungsmodus so durchgeführt, dass sich die CCD-Kamera oberhalb des Solarzellenelements befindet, wie in 3(a) gezeigt. Indes wird das Solarmodul im Modulabbildungsmodus außerhalb der Blackbox 1 angeordnet und die CCD-Kamera um 90° gedreht, um das Solarmodul abzubilden und zu messen.
Die Abmessungen (Zellenabmessungen) des im normalen Abbildungsmodus zu bewertenden Solarzellenelements 7 können beispielsweise ungefähr 10 × 10, 20 × 20, 100 × 100, 150 × 150, 160 × 160 oder 200 × 200 mm in der Ausdehnung und 0,3 mm oder weniger in der Dicke betragen.
Des Weiteren ist der Abstand zwischen der Linse 3 des Lichtemissionsbestimmungsabschnitts 12 und dem Solarzellenelement 7 bei der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt auf mindestens 150 mm, aber höchstens 400 mm festgelegt, und der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 ist innerhalb des Abstands zwischen dem Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 und dem Solarzellenelement 7 auf- und abbewegbar.
Der Temperaturregelabschnitt 14 umfasst einen Heizabschnitt 14a, der die Solarzellenelemente 7 erwärmt, und einen Regelabschnitt 14b, der die Erwärmungstemperatur regelt, die innerhalb eines Bereichs von Raumtemperatur bis 130°C variierbar ist. 3(b) ist eine Ansicht, die eine Anordnung des Temperaturregelabschnitts 14 schematisch darstellt. Wie in 3(b) gezeigt, wird eine herkömmliche, bekannte Peltier-Vorrichtung im Heizabschnitt 14a verwendet. Die Peltier-Vorrichtung ist so ausgeführt, dass sie an einer Rückseite der Kupferplatte 5 angebracht werden kann. Das im Heizabschnitt 14a zu verwendende Material ist nicht auf die Peltier-Vorrichtung beschränkt und kann beispielsweise eine Streifenheizeinrichtung oder dergleichen umfassen.
Die kammförmige Sonde 4 berührt die Oberfläche, um den Strom an das Solarzellenelement 7 anzulegen. Die kammförmige Sonde 4 umfasst ein Paar kammförmige Sonden, wie oben dargestellt. Eine Zinke der Kammform entspricht einer Elektrode des das Solarzellenelement 7 bildenden Solarzellenelements. Die eine kammförmige Struktur aufweisende Sonde kann den Strom gleichmäßig an das Solarzellenelement 7 anlegen und ist somit bevorzugt.
Insbesondere können die kammförmigen Sonden für Zellen von 100 × 100, 150 × 150 und 200 × 200 mm Größe so ausgeführt werden, dass jede leitende Stabelektrode eine unterschiedliche Länge und einen unterschiedlichen Zwischenelektrodenabstand aufweist. Beispielsweise kann ein Paar kammförmige Sonden, hergestellt von Atto System Corp., verwendet werden. In diesem Fall ist der Abstand zwischen den zwei kammförmigen Sonden bevorzugt verstellbar. Zudem gibt es keine besonderen Beschränkungen bezüglich des Abstands zwischen den "Zinken" der kammförmigen Sonden. Der Abstand zwischen den "Zinken" der kammförmigen Sonden kann beispielsweise 9 mm betragen. Außerdem können die Zinken der kammförmigen Sonden eine Breite von 1 mm haben. Des Weiteren wird bevorzugt eine kammförmige Sonde pro Elektrode verwendet.
Bei einem Solarzellenelement von 10 × 10 mm oder 20 × 20 mm Größe kann eine Sonde einer Positioniereinrichtung anstelle der kammförmigen Sonde verwendet werden.
Darüber hinaus fungiert die Kupferplatte 5 als Rückseitenkontakt. Die Kupferplatte 5 kann beispielsweise eine goldplattierte Kupferplatte sein. In diesem Fall wird das Solarzellenelement 7 bevorzugt insgesamt angesaugt. Um einer späteren Änderung der Zellengröße Rechnung zu tragen, können in demselben Zentrum zentrierte quadratische Kanäle bereitgestellt werden, um das Ansaugen stabiler durchzuführen. Die Kanäle können Abmessungen von beispielsweise 8 × 8 mm, 18 × 18 mm, 98 × 98 mm, 148 × 148 mm und 195 × 195 mm aufweisen. Es ist ferner bevorzugt, einen Temperatursensor und eine Kühleinrichtung bereitzustellen. Dies kann es ermöglichen, eine Temperatur des Solarzellenelements derart aufrechtzuerhalten, dass die Genauigkeit der Messung und Bewertung verbessert wird.
Die Gleichstromenergiequelle 6 kann eine normale Gleichstromenergiequelle (1 mA/cm² bis 50 mA/cm²) sein. Die Spannung zur Bewertung des Solarzellenelements kann eine Größenordnung von 5 V haben. Eine Spannung in einer Größenordnung von 100 V ist jedoch zur Bewertung des durch Verbinden einer Mehrzahl von Solarzellenelementen gebildeten Solarmoduls bevorzugt.
Außerdem fungieren die kammförmige Sonde 4, die Kupferplatte 5 und die Gleichstromenergiequelle 6 als Stromdurchleitungsabschnitt 11. Die kammförmige Sonde 4 ist mit der negativen Seite der Gleichstromenergiequelle 6 und die Kupferplatte 5 mit deren positiver Seite verbunden.
Der Entscheidungsabschnitt 20 fungiert als Entscheidungseinrichtung zur Bewertung der Leistung des Solarzellenelements 7. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Bildprozessor als Entscheidungsabschnitt 20 eingesetzt. Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich der zu verwendenden Software, vorausgesetzt dass die Aufgabe der vorliegenden Erfindung erfüllt werden kann. Nachfolgend ist ein bevorzugtes Beispiel eines Aufbaus der Software beschrieben, welche:

– dazu in der Lage ist, ein 8 Bit-Bild (2⁸ = 256 Graustufen) oder ein 16 Bit-Bild (2¹⁶ = 65536 Graustufen) zu speichern;
– dazu in der Lage ist, Leuchtdichteprofildaten einer auf einem Bildschirm ausgewählten Fläche zu erfassen und zu speichern, nachdem die Lichtemissionscharakteristika des Solarzellenelements bestimmt (abgebildet) wurden;
– dazu in der Lage ist, ein Spektrum zu bearbeiten;
– dazu in der Lage ist, ein hochempfindliches Bild (Bildverstärkerkamera) aufzunehmen, z. B. dazu, die Emission bei angelegtem Rückwärtsstrom zu messen.

Es ist ferner bevorzugt, über die folgenden Einrichtungen zu verfügen:

– eine Einrichtung, die dahingehend verbessert ist, dass ein Bild, das anhand von durch eine Tabellenkalkulationssoftware ausgelesenen Daten erstellt wurde, bezogen auf das aufgenommene Bild um 90° gedreht wird;
– eine Einrichtung, die dazu in der Lage ist, leicht in einen Anfangsmodus umzuschalten;
– eine Einrichtung, die dafür programmiert ist, automatisch ein Säulendiagramm der Lichtemissionsintensität des Lichts zu erstellen;
– eine Einrichtung, die automatisch die Länge und das Gewicht eines Abschnitts mit niedriger Lichtemissionsintensität des Lichts (d. h. eines dunklen Abschnitts) misst und automatisch dunkle Abschnitte von 1 cm Größe oder mehr misst;
– eine Einrichtung, die einen Mittelwert der Lichtemissionsintensitäten in einem ausgewählten Bereich errechnet (bevorzugt dazu in der Lage ist, einen Mittelwert der Intensitäten zu messen, wobei die Gitterabschnitte weggelassen werden).

In der Blackbox 1 sind der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12, die kammförmige Sonde 4, die Kupferplatte 5 und das Solarzellenelement 7 angeordnet. Der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 ist so positioniert, dass er dazu in der Lage ist, die Lichtemissionscharakteristika des Solarzellenelements 7 zu bestimmen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 oberhalb des Solarzellenelements 7 angeordnet.
Ein Bewertungsbetrieb der Bewertungsvorrichtung 10 zur Bewertung von Solarzellen wird nun beschrieben. Zunächst leitet der Stromdurchleitungsabschnitt 11 einen Strom durch das Solarzellenelement 7, welches das Solarmodul bildet. Des Weiteren erwärmt der Temperaturregelabschnitt 14 das Solarzellenelement 7. Dementsprechend emittiert das Solarzellenelement 7 Licht aufgrund des vom Stromdurchleitungsabschnitt 11 hindurchgeleiteten Stroms und die Lichtemissionscharakteristika des Solarzellenelements 7 verändern sich in Übereinstimmung mit der Erwärmungstemperatur. Der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 bestimmt die Lichtemissionscharakteristik (Lichtemissionsintensität bei der vorliegenden Ausführungsform) des Solarzellenelements 7, wodurch ein Defekt des Solarzellenelements 7 bestimmt wird. Der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 und der Entscheidungsabschnitt 20 sind derart miteinander verbunden, dass das Ergebnis der durch den Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 erhaltenen Bestimmung an den Entscheidungsabschnitt 20 gesendet wird. Schließlich bewertet der Entscheidungsabschnitt 20 die Leistung des das Solarzellenelement 7 bildenden Solarzellenelements anhand des Ergebnisses der Bestimmung. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erwärmungstemperatur durch den Temperaturregelabschnitt 14 verändert werden kann, so dass es möglich ist, die Art des Defekts im Solarzellenelement 7 zu spezifizieren.
Wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, das unter Punkt 1. beschriebene Verfahren zur Bewertung von Solarzellen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen einfach und sicher durchzuführen. In diesem Fall ist eine große und komplizierte Vorrichtung wie etwa eine herkömmliche Bewertungsvorrichtung nicht erforderlich, es ist jedoch möglich, die Leistung des Solarzellenelements mit einer einfachen Vorrichtung genau zu bewerten.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Beschreibung beschränkt ist, in der die Vorrichtung und das Verfahren zur Bewertung eines Solarzellenelements und eines Solarmoduls erläutert sind. Die vorliegende Erfindung lässt sich auch auf die Bewertung eines Solarpanels anwenden, das durch Verbinden einer Mehrzahl von Solarmodulen gebildet wird. In diesem Fall können die Intensität des anzulegenden Stroms, die Spannung, die Gestalt der Sonde, etc., sofern erforderlich, abgewandelt werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Vorwärtsstrom einem Gesamtstrom der Ströme innerhalb eines Bereichs von 1 bis 80 [mA/cm²] pro Solarzellenelement entspricht. Des Weiteren kann entsprechend der Größe des Solarmoduls eine Dunkelkammer anstelle der Blackbox verwendet werden. Zudem kann der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 aus 3(a) um 90° gedreht werden, wie vorstehend beschrieben, um ein Solarmodul abzubilden, das senkrecht angeordnet ist.
3. Verwendung
Wie vorstehend beschrieben, benötigen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen keine große Anlage und können die photoelektrische Umwandlungsleistung des Solarmoduls im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren und einer herkömmlichen Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen einfach und genau bewerten.
Es ist außerdem möglich, ein kommerzielles Modell zu erstellen, wie etwa ein Wartungsverfahren und ein Wartungssystem zur regelmäßigen Bewertung einer auf einer Konstruktion installierten Solarzelle, da das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung von Solarzellen beispielsweise keine Abtastsonde (Elektronenstrahl, Laser) benötigen und somit dazu in der Lage sind, eine im Vergleich zum Stand der Technik einfachere Messung durchzuführen. Ferner ist es dadurch, dass keine große Anlage benötigt wird möglich, die Solarzelle als Produkt (als im Fertigungsbetrieb fertiggestelltes Produkt oder als auf einer Konstruktion installiertes Produkt) zu beobachten und zu bewerten. Aufgrund dieser und anderer Vorteile ist es möglich, ein kommerzielles Modell zu erstellen, wie etwa ein Wartungsverfahren oder ein Wartungssystem, wobei eine auf einer Konstruktion installierte Solarzelle regelmäßig bewertet wird.
Das bedeutet, die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zur Durchführung der Wartung einer Solarzelle, wobei das Verfahren die vorstehend beschriebene Bewertungsvorrichtung zur Bewertung eines auf einer Konstruktion installierten Solarmoduls, die Entscheidungseinrichtung, die basierend auf einem Ergebnis der Bewertung des Solarmoduls entscheidet, ob das Solarmodul ein Solarzellenelement aufweist, dessen Leistung unter einem vorgegebenen Wert liegt, und eine Austauschanordnungseinrichtung umfasst, die einen Solarzellenelement-Austauschtrupp über ein Kommunikationsnetzwerk anweist, das Solarzellenelement, dessen Leistung unter dem vorgegebenen Schwellenwert liegt, auszutauschen.
Des Weiteren umfasst die vorliegende Erfindung ein Wartungssystem zur Durchführung des Wartungsverfahrens. Das erfindungsgemäße Wartungssystem umfasst zumindest die vorstehend beschriebene Bewertungsvorrichtung, die Entscheidungseinrichtung, die basierend auf einem Ergebnis der durch die Bewertungsvorrichtung durchgeführten Bewertung entscheidet, ob das auf der Konstruktion installierte Solarmodul ein Solarzellenelement aufweist, dessen Leistung unter einem vorgegebenen Wert liegt, und eine Austauschanordnungseinrichtung, die einen Solarzellenelement-Austauschtrupp über ein Kommunikationsnetzwerk anweist, das Solarzellenelement, dessen Leistung unter dem vorgegebenen Wert liegt, auszutauschen.
In der vorliegenden Beschreibung ist mit der Formulierung "auf einer Konstruktion installiertes Solarmodul" ein Solarmodul gemeint, das bereits auf einer Konstruktion, wie etwa einer Wohnanlage, etwa einem Wohnhaus, einer Eigentumswohnung, etc., einer Geschäftsanlage, wie etwa einem Einkaufszentrum, einem Bürogebäude, etc. oder dergleichen, installiert ist. Ausgenommen von dem "auf einer Konstruktion installierten Solarmodul" ist eine Solarzelle, die gerade im Fertigungsbetrieb des Solarmoduls hergestellt wird oder gerade hergestellt worden ist und nicht auf einer Konstruktion installiert ist.
4 stellt ein Funktionsblockdiagramm dar, das ein Beispiel des Wartungssystems der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellt. Wie in 4 gezeigt, umfasst das erfindungsgemäße Wartungssystem 100 eine Bewertungsvorrichtung 10, eine Entscheidungseinrichtung 20 und eine Austauschanordnungseinrichtung 30. Die Bewertungsvorrichtung 10 umfasst einen Stromdurchleitungsabschnitt 11, einen Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 und einen Temperaturregelabschnitt 14. Die Austauschanordnungseinrichtung 30 ist mit einem Endgerät 50 eines Austauschtrupps über das Kommunikationsnetzwerk 40 verbunden. Das Kommunikationsnetzwerk 40 und/oder das Endgerät 50 des Austauschtrupps kann im Wartungssystem enthalten oder ein gegebenes externes Netzwerk oder ein gegebenes Endgerät sein.
Der Stromdurchleitungsabschnitt 11, der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 und der Temperaturregelabschnitt 14 führen den Stromdurchleitungsschritt, den Lichtemissionsbestimmungsschritt bzw. den Temperaturregelschritt aus.
Die Entscheidungseinrichtung 20 hat die Funktion, basierend auf dem Ergebnis der durch die Bewertungsvorrichtung 10 durchgeführten Bewertung zu entscheiden, ob das auf der Konstruktion installierte Solarmodul ein Solarzellenelement aufweist, dessen Leistung unter dem vorgegebenen Wert liegt. Die Entscheidungseinrichtung kann eine herkömmliche, bekannte Recheneinheit, wie etwa ein Computer oder dergleichen, sein.
Die Austauschanordnungseinrichtung 30 hat die Funktion, den Solarzellenelement-Austauschtrupp über das Kommunikationsnetzwerk anzuweisen, das Solarzellenelement auszutauschen, dessen Wert unter dem vorgegebenen Wert liegt.
Natürlich kann ein einziger Computer als Entscheidungseinrichtung und Austauschanordnungseinrichtung fungieren, wobei die vorliegende Ausführungsform so ausgeführt ist, dass die Entscheidungseinrichtung 20 und die Austauschanordnungseinrichtung 30 separate Einrichtungen sind.
Zudem kann das Kommunikationsnetzwerk 40 eine drahtgebundene Standleitung oder eine Datenübertragungsleitung, wie etwa das Internet oder dergleichen, sein. Außerdem kann das Kommunikationsnetzwerk 40 ein Netzwerk sein, das eine Mobiltelefonleitung oder eine drahtlose Leitung verwendet.
Die Endgeräte 50 des Austauschtrupps können beliebige Endgeräte sein, vorausgesetzt dass sie dazu in der Lage sind, die Austauschanweisungen von der Austauschanordnungseinrichtung 30 zu erkennen. Das Endgerät 50 ist bevorzugt mit einem Anzeigeabschnitt (z. B. eine Anzeigeeinrichtung, wie etwa eine CRT oder ein LCD) oder einem Ausgabeabschnitt (z. B. ein Drucker) ausgestattet.
5 stellt ein Beispiel für einen Betriebsablauf des Wartungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform dar. Wie in 5 gezeigt, führt, in dem Wartungssystem 100, der Stromdurchleitungsabschnitt 11 der Bewertungsvorrichtung 10 den Stromdurchleitungsschritt an dem Solarmodul aus, welches das Ziel der Wartungsarbeiten ist (Schritt 1; Schritt wird nachfolgend mit "S" abgekürzt). Als Nächstes führt der Temperaturregelabschnitt 14 der Bewertungsvorrichtung 10 den Temperaturregelschritt aus, in dem das Solarmodul erwärmt wird (S2). Dann bestimmt der Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 der Bewertungsvorrichtung 10 eine Lichtemissionscharakteristik des Lichts, das vom Solarmodul infolge des Verfahrens gemäß S1 emittiert wird, (S3).
Als Nächstes entscheidet die Entscheidungseinrichtung 20 basierend auf dem Ergebnis der durch den Lichtemissionsbestimmungsabschnitt 12 durchgeführten Bestimmung, ob das auf einer Konstruktion installierte Solarmodul ein Solarzellenelement aufweist, dessen Leistung unter einem vorgegebenen Wert liegt (S4). Dann, wenn die Entscheidungseinrichtung 20 in S5 entscheidet, dass das auf einer Konstruktion installierte Solarmodul ein Solarzellenelement aufweist, dessen Leistung unter einem vorgegebenen Wert ("Y") liegt, geht das Verfahren zu S6 über. In S6 kommuniziert die Austauschanordnungseinrichtung 30 über das Kommunikationsnetzwerk 40 mit dem Endgerät 50 des Austauschtrupps, um den Austausch des Solarzellenelements anzuordnen, dessen Leistung unter einem vorgegebenen Wert liegt. Das Verfahren wird dann beendet.
Im Gegensatz dazu, wird das Verfahren dann beendet, wenn die Entscheidungseinrichtung 20 in S5 entscheidet, dass das auf einer Konstruktion installierte Solarmodul kein Solarzellenelement aufweist, dessen Leistung unter einem vorgegebenen Wert ("N") liegt.
Wie vorstehend beschrieben, benötigt das erfindungsgemäße Wartungsverfahren oder das erfindungsgemäße Wartungssystem für Solarzellen keine große Apparatur und kann die Solarzelle mit einer einfachen Bewertungsvorrichtung ohne weiteres qualitativ bewerten. Daher ist es möglich, ein auf einer Konstruktion installiertes Solarmodul regelmäßig zu warten. Dies ermöglicht es, die Qualität des Solarmoduls auf einem bestimmten Niveau zu halten.
Wie vorstehend besprochen, erfordert die herkömmliche Bewertung von Solarzellen eine Apparatur mit großen Abmessungen. Demgemäß war es unmöglich, ein derartiges auf einer Konstruktion, wie etwa einem Gebäude, etc., installiertes Solarmodul zu bewerten und eine derartige installierte Solarzelle regelmäßig zu warten. Im Gegensatz dazu, benötigt die vorliegende Erfindung, anders als beim Stand der Technik, keine große Apparatur. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung erstmals die Bewertung der Leistung einer auf einer Konstruktion installierten Solarzelle.
Darüber hinaus wird, wie vorstehend beschrieben, bei der herkömmlichen Leistungsbewertung, wobei ein Solarsimulator verwendet wird, die photoelektrische Umwandlungseffizienz des gesamten Solarmoduls untersucht und es kann keine detaillierte Analyse durchgeführt werden, um die Position eines Solarzellenelements im Solarmodul festzustellen, das eine schlechte Umwandlungseffizienz hat. Daher war es erforderlich, wenn festgestellt wurde, dass sich die Leistung des Solarmoduls verschlechtert hatte, das gesamte Solarmodul auf äußerst verschwenderische Art und Weise auszutauschen.
Im Gegensatz dazu, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, durch Verwendung einer Lichtemissionscharakteristik als Indikator auf einen Blick zu entscheiden, welches Solarzellenelement unter den zahlreichen Solarzellenelementen, die das Solarmodul bilden, eine schlechte Leistung hat. Daher ist es nicht nötig, das gesamte Solarmodul auszutauschen, es kann vielmehr auf äußerste effiziente Weise nur das Solarzellenelement ausgetauscht werden, dessen Leistung schlecht ist.
Die nachfolgende Beschreibung erläutert ein Beispiel eines Produktprüfungsverfahrens, das während der Herstellung des Solarmoduls durchgeführt wird. 6 ist eine Ansicht eines Bildes, das einen Zustand eines Solarmoduls einer Größe von 0,7 m × 1 m darstellt. Es wird darauf hingewiesen, dass ein vergrößertes Bild eines Teils eines Solarzellenelements, das in dem Solarmodul enthalten ist, auf der linken unteren Seite von 6 dargestellt ist. Wie in 6 gezeigt, ermöglicht eine ständige Überwachung der Lichtemissionscharakteristik des Solarmoduls im Herstellungsschritt des Solarmoduls die Bestimmung von Defekten interner und externer Ursache. Somit sind eine Reparatur und ein Austausch genau des Teils möglich, das den Defekt aufweist. Daher umfasst die Bewertungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Prüfung des Solarmoduls während des Herstellungsschritts des Solarmoduls. Dies ermöglicht automatisch eine Gesamtprüfung, wodurch ein Solarmodul bereitgestellt werden kann, das keinen Defekt aufweist.
Die Photovoltaik zur Erzeugung elektrischer Energie aus reichlich vorhandenem Sonnenlicht unter Verwendung von Solarzellen wurde in den letzten Jahren in technischer Hinsicht dramatisch weiterentwickelt, um als üblicherweise verwendetes Energieerzeugungsverfahren eingesetzt werden zu können. Es wird erwartet, dass die Photovoltaik als saubere Energiequelle in vollem Umfang vorrangig eingesetzt werden wird, um die Menschheit des 21. Jahrhunderts vor fossiler Umweltverschmutzung zu schützen.
Die Photovoltaik nutzt die Sonnenstrahlungsenergie, die unerschöpflich und "gratis" ist. Abgesehen davon, stellt die Photovoltaik keine treibende Kraft dar, da thermische Energie kein Bindeglied zu der Photovoltaik darstellt, die den Quanten-Photoeffekt in Halbleitern verwendet. Daher wird die Photovoltaik als "leise, sichere und verschmutzungsfreie" Möglichkeit angesehen, elektrische Energie zu erzeugen. Trotz dieser Vorteile benötigen Solarzellen ziemlich teueres Silizium oder dergleichen mit hohem Reinheitsgrad, was zu hohen Kosten bei der Stromerzeugung führt. Dies ist einer der Hauptgründe, warum Solarzellen noch nicht so populär sind. Einer der Gründe für die hohen Kosten besteht darin, dass ihre Kostspieligkeit es praktisch unmöglich macht, die gesamte Solarzelle auszutauschen, auch wenn sich ihre Leistung verschlechtert, und es kein geeignetes Wartungsverfahren für installierte Solarmodule gibt.
Das erfindungsgemäße Wartungsverfahren und Wartungssystem zur Durchführung der Wartung von Solarzellen ermöglichen es jedoch, die Wartung von installierten Solarmodulen leicht durchzuführen, wie vorstehend beschrieben. Daher lässt sich die vorliegende Erfindung nicht nur auf die Produktprüfung während der Fertigung des Solarmoduls anwenden, sondern auch auf dessen Wartung und trägt dadurch dazu bei, Solarmodule populärer zu machen. Die vorliegende Erfindung ist daher nicht nur industriell anwendbar, sondern auch in Sachen Umweltschutz äußerst nützlich.
Darüber hinaus ermöglicht es die Verwendung der vorliegenden Erfindung beispielsweise, die Wartung ohne externes Licht (z. B. bei Nacht oder in einer Dunkelkammer) durchzuführen, indem die Lichtemission der Solarzelle mit einer Infrarot-CCD-Kamera abgebildet und das aufgenommene Bild mit vorgegebenen Bezugsdaten in Farbe verglichen wird (d. h. Durchführen des Vergleichsverfahrens durch einen Computer mittels Datenverarbeitung oder dergleichen). In diesem Fall ist es beispielsweise möglich, zu entscheiden, dass es Zeit ist, ein Solarzellenelement auszutauschen, wenn das Verhältnis eines Abschnitts, in dem die Lichtemissionsintensität niedrig ist (z. B. schwarzer Abschnitt in 8(a)), ein bestimmtes Verhältnis übersteigt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die sich verschiedenen in der vorliegenden Beschreibung erläuterten Bewertungsvorrichtungen natürlich dafür eignen, auf das Wartungsverfahren und Wartungssystem angewandt zu werden, auch wenn in der obigen Erklärung das Wartungsverfahren und Wartungssystem anhand eines Beispiels der Bewertungsvorrichtung der Solarzelle beschrieben sind.
Schließlich kann jeder Block des Wartungssystems, wie etwa die Bewertungsvorrichtung, die Entscheidungseinrichtung, die Austauschanordnungseinrichtung, etc. (diese Blöcke werden nachfolgend nur als "Bewertungsvorrichtung etc." bezeichnet), durch Hardwarelogik oder Softwarelogik unter Verwendung einer Zentraleinheit (CPU) gebildet werden, wie nachfolgend beschrieben.
Die Bewertungsvorrichtung etc. ist jeweils ausgestattet mit: einer CPU (Zentraleinheit) zur Ausführung eines Programms zur Realisierung einer Funktion desselben; einem ROM (Festspeicher) zum Speichern des Programms, einem RAM (Direktzugriffsspeicher) zum Erweitern des Programms, einer Speichereinrichtung (Aufzeichnungsmedium), wie etwa ein Speicher, zum Speichern des Programms und verschiedener Daten und dergleichen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann erfüllt werden, indem die Bewertungsvorrichtung etc. jeweils mit einem Aufzeichnungsmedium ausgestattet wird, in dem Software zur Realisierung der vorstehend genannten Funktionen auf computerlesbare Art und Weise gespeichert ist, wobei die Software ein Programmcode (Ausführungsformprogramm, Zwischencodeprogramm, Quellenprogramm) für die Bewertungsvorrichtung etc. ist, und dann ein Computer (alternativ eine CPU oder MPU) veranlasst wird, den Programmcode aus dem Aufzeichnungsmedium auszulesen und den Programmcode auszuführen.
Beispiele für ein solches Aufzeichnungsmedium umfassen bandartige Medien, wie etwa Magnetbänder, Kassettenbänder und dergleichen, plattenartige Medien, wie etwa Magnetplatten (wie etwa Floppy^®-Disks (flexible Magnetplatten), Festplatten und dergleichen), optische Disketten (wie etwa CD-ROM, MO, MD, DVD, CD-R und dergleichen), Karten, wie etwa eine IC-Karte (einschließlich einer Speicherkarte), und andere Disketten, kartenartige Medien, wie etwa IC-Karten (die Speicherkarten umfassen), optische Karten und dergleichen, Halbleiterspeicher, wie etwa Masken-ROM, EPROM (löschbarer programmierbarer Festspeicher), EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Festspeicher) und Flash-ROM sowie andere Medien.
Darüber hinaus kann die Bewertungsvorrichtung 10 etc. mit einem Kommunikationsnetzwerk verbunden sein, so dass der Programmcode über das Kommunikationsnetzwerk zugeführt werden kann. Beispiele für Kommunikationsnetzwerke umfassen: Internet, Intranet, Extranet, LAN-, ISDN-, VAN-, CATV-Kommunikationsnetze, private virtuelle Netze, Telefonleitungen, Mobilkommunikationsnetze, Satellitenkommunikationsnetze und dergleichen. Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich der Kommunikationsmedien, die das Kommunikationsnetzwerk bilden. Das Kommunikationsmedium kann beispielsweise ein drahtgebundenes Kommunikationsmedium sein, wie etwa IEEE1394, USB, Netzleitungsübertragungen, Kabelfernsehleitungen, Telefonleitungen, ADSL-Leitungen, oder ein drahtloses Kommunikationsmedium, wie etwa Infrarotstrahlen, etwa IrDA oder Fernsteuerung, Bluetooth^®, drahtlose 802.11-Netze, HDR, Mobiltelefonnetze, Satellitennetze, Terrestrial Digital Net (digitales Erdnetz) und ähnliche Kommunikationsmedien. Die vorliegende Erfindung kann in Form eines in eine Trägerwelle eingebetteten Computerdatensignals realisiert werden, durch das der Programmcode elektronisch übertragen wird.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf das Beispiel genauer beschrieben. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das folgende Beispiel beschränkt und kann im Detail auf vielfältige Art und Weise abgewandelt werden. Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Beschreibung der obigen Ausführungsformen beschränkt und kann innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche auf vielfältige Art und Weise modifiziert werden. Eine Ausführungsform, die auf einer ordnungsgemäßen Kombination der in verschiedenen Ausführungsformen offenbarten technischen Einrichtungen basiert, ist im technischen Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
Beispiel
Ein aus polykristallinem Silizium-Halbleiter gefertigtes Si-Solarzellenelement wurde analysiert, indem ein Vorwärtsstrom zwischen 5 und 40 mA/cm² hindurchgeleitet wurde. In dem vorliegenden Beispiel wurde ein Emissionsmikroskop (Hamamatsu Photonics K. K. PHEMOS-200) verwendet. Bilder, die das Si-Solarzellenelement darstellen, durch das der Strom geleitet wurde, sind in den 7(a) und 7(b) gezeigt. 7(a) ist eine Ansicht, die einen Lichtemissionszustand eines Si-Solarzellenelements darstellt. 7(b) ist ein optisches Foto einer Elektrodenform und dergleichen auf der Oberfläche. In 7(a) kann eine Elektrolumineszenz-(EL-)Lichtemission beobachtet werden, die durch den durch eine Elektrode induzierten elektrischen Fluss verursacht wurde. Partikelfelder und Defekte, die in einem normalen optischen Foto nicht zu beobachten sind, sind in dem EL-Lichtemissionsbild klar zu erkennen.
Bilder eines Zustands des Si-Solarzellenelements einer Größe von 1 cm × 1 cm zum Zeitpunkt der Induktion eines elektrischen Flusses sind in den 8(a) und 8(b) gezeigt. 8(a) stellt die Lichtemission des Si-Solarzellenelements dar, während 8(b) eine Diffusionslänge der Minoritätsträger (Elektronen) im Si-Solarzellenelement zeigt.
8(a) zeigt, dass das Si-Solarzellenelement starkes Licht emittierte als der Strom hindurchgeleitet wurde. Der weißliche Abschnitt stellt einen Bereich dar, in dem die Lichtemission stark war, und der schwärzlich Abschnitt einen Bereich, in dem die Lichtemission schwach war (bei einem Farbbild stelle ein rötlicher Abschnitt den Bereich dar, in dem die Lichtemission stark ist, während ein gelblicher bis bläulicher Abschnitt den Bereich darstellt, in dem Lichtemission schwach ist). In 8(a) sind beispielsweise die Bereiche A bis F, die durch wellenförmige Linien eingekreist sind, Bereiche, in denen die Lichtemission schwach war.
In 8(b) ist die Diffusionslängenverteilung der Minoritätsträger dargestellt, wobei der gräuliche Abschnitt einen Bereich darstellt, in dem Diffusionslänge groß war, und die weißlichen und schwärzlichen Abschnitte Bereiche darstellen, in denen die Diffusionslänge gering war (bei einem Farbbild weist ein Bereich einer eher rötlichen/orangen Färbung eine größere Diffusionslänge auf, während ein Bereich einer eher bläulichen oder violetten Färbung eine geringere Diffusionslänge hat). In 8(b) sind beispielsweise die Bereiche A bis F, die durch wellenförmige Linien eingekreist sind, Bereiche, in denen Diffusionslänge gering war.
Die 8(a) und 8(b) zeigen, dass die Bereiche, in denen eine starke Lichtemission auftrat als der Strom durch das Si-Solarzellenelement geleitet wurde, mit den Bereichen übereinstimmen, in denen die Diffusionslänge groß war, während die Bereiche schwacher Lichtemission mit den Bereichen geringer Diffusionslänge übereinstimmen. Dies zeigt, dass die Diffusionslänge der Minoritätsträger in enger Beziehung zu den Lichtemissionscharakteristika steht, wie etwa der Lichtemissionsintensität des Lichts, die verursacht wurde, als der Strom durch das Si-Solarzellenelement geleitet wurde. Da die Diffusionslänge der Minoritätsträger mit der photoelektrischen Umwandlungseffizienz der Solarzelle in Verbindung steht, wurden die Lichtemissionscharakteristika, die erhalten wurden, als der Strom durch das Si-Solarzellenelement geleitet wurde, im Detail näher analysiert.
Spezifischer wurden die Lichtemissionsintensität (EL-Intensität), die erhalten wurde, als ein Strom innerhalb eines Bereichs von 5 bis 40 mA/cm² durch das Si-Solarzellenelement geleitet wurde, und die Spektrumcharakteristika des von einem Solarmodul emittierten Lichts analysiert. Das Ergebnis ist in 9 gezeigt. Die Spektrumcharakteristika wurden unter Verwendung eines Spektrometers (JASCO Corp., M50) und eines Germanium-Detektors (EDINBURGH INSTRUMENT, EI-L) gemäß ihren Bedienungshandbüchern gemessen.
Wie in 9 gezeigt, wurde die Emission von Licht, die bei Wellenlängen von 1000 nm bis 1300 nm einen Spitzenwert erreichte, beobachtet als der Strom durch das Si-Solarzellenelement geleitet wurde.
Als Nächstes wurde ein Verhältnis zwischen der Intensität des durch das Si-Solarzellenelement zu leitenden Stroms und der Lichtemissionsintensität des Lichts untersucht. Das Ergebnis ist in 10 dargestellt. Wie in 10 gezeigt, nahm die Lichtemissionsintensität des Lichts zu als ein höherer Strom hindurchgeleitet wurde.
Das Ergebnis der Analyse der Diffusionslänge und der Lichtemissionsintensität des Si-Solarzellenelements ist in 11(a) dargestellt, die die Messwerte der Diffusionslänge und der Lichtemissionsintensität zeigt, die gemessen wurden, als die Intensität des hindurchgeleiteten Stroms verändert wurde.
Wie in 11(a) dargestellt, hat sich gezeigt, dass die Lichtemissionsintensität und die Diffusionslänge der Minoritätsträger proportional zueinander waren. Da bekannt ist, dass eine größere Diffusionslänge der Minoritätsträger die photoelektrische Umwandlungseffizienz der Solarzelle verbessert, versteht es sich, dass es möglich war, die photoelektrische Umwandlungseffizienz der Solarzelle durch Hindurchleiten des Stroms durch die Solarzelle zu bewerten und die resultierende Lichtemissionsintensität als Indikator zu verwenden.
Darüber hinaus ist 11(b) ein weiteres Diagramm, das das Ergebnis der Analyse des Verhältnisses zwischen der Diffusionslänge und der Lichtemissionsintensität des Si-Solarzellenelements zeigt, insbesondere bei hindurchgeleiteten Strömen (Vorwärtsströmen) von 6 mA/cm², 13,5 mA/cm² und 18,7 mA/cm² unter den Ergebnissen aus 11(b). In 11(b) sollte hinsichtlich der zwei oberen geraden Linien auf die linke vertikale Achse Bezug genommen werden, während hinsichtlich der unteren geraden Linie auf die rechte vertikale Achse Bezug genommen werden sollte, da die Lichtemissionsintensität innerhalb eines breiten Bereiches variierte. 11(b) zeigt, dass die Lichtemission und die Diffusionslänge proportional zueinander waren.
Als Nächstes sind in den Figuren Bilder gezeigt, die Zustände von Kristalldefekten eines Si-Solarzellenelements darstellen. 12(a) zeigt einen Zustand eines Kristalldefekts eines Si-Solarzellenelements, der gemäß dem LBIC-Verfahren analysiert wurde. 12(b) zeigt ein Bild, das einen Zustand eines Kristalldefekts eines Si-Solarzellenelements darstellt, der gemäß dem EL-Verfahren bestimmt wurde, wobei ein Strom durch das Solarzellenelement geleitet wurde. 12(c) zeigt ein Bild, das einen Zustand einer Oberfläche eines Si-Solarzellenelements darstellt, der durch ein REM (Rasterelektronenmikroskop) beobachtet wurde. In 12(a) wurde in dem durch das LBIC-Verfahren erhaltenen Bild ein Defekt beobachtet. Dies war der Fall, da in der Nähe der Oberfläche durch einen Laser übermäßig viele Minoritätsträger eingebracht wurden, wobei im Substrat kein Defekt beobachtet wurde. Des Weiteren wurde die Abbildung durch Abtastung mit einem Laserstrahl durchgeführt, so dass es 5 bis 10 Minuten dauerte, um das Bild zu erhalten. Verglichen mit dem Bild gemäß 12(a) ist zu beachten, dass das durch das EL-Verfahren aufgenommen Bild (EL-Bild) einen Zustand zeigt, in dem auch Defekte in der Korngrenze und im Substrat zu beobachten sind, und es eine Minute oder weniger dauerte, das Bild zu erhalten. Jedenfalls wurde die Korngrenze und dergleichen nicht durch das REM beobachtet, durch das das Bild gemäß 12(c) aufgenommen wurde.
In 13 ist in den Bildern (a) bis (f) jeweils ein Bild gezeigt, das einen in einem Si-Solarzellenelement aufgetretenen Zustand eines Kristalldefekts und eines Substratrisses darstellt. Bild (a) aus 13 zeigt, dass an einem Elektrodenende ein Riss entstanden ist. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass beim Anschließen der Elektrode ein erheblicher mechanischer Druck auf dieses Ende ausgeübt wurde. Die Bilder (b) und (f) aus 13 zeigen jeweils, dass ein Bruch (der beispielsweise durch den Riss verursacht worden sein kann) des Elektrodenfingers zu einem linearen schwarzen Abschnitt geführt hat. Die Bilder (b) bis (e) aus 13 zeigen jeweils, dass verschiedenartige Risse bestimmt wurden und die derart bestimmten Risse großen Einfluss auf die photoelektrische Umwandlungsfunktion hatten. Die durch Hindurchleiten eines Stromes realisierte EL-Lumineszenz ist physikalisch symmetrisch in Bezug auf die Erzeugung eines Stroms aus Sonnenstrahlung. Das bedeutet, ein dunkler Abschnitt des EL-Bildes zeigt einen Abschnitt an, in dem auch aus Sonnenstrahlung nicht ausreichend Strom gesammelt werden kann. Des Weiteren führt ein Riss unweigerlich zu einer geringeren Funktion und hat erheblichen Einfluss auf die Langzeit-Zuverlässigkeit des Elements. Jedes der Bilder zeigt eine Charakteristik der vorliegenden Technik, durch die es möglich ist, den vorstehenden Zustand ohne weiteres mit hoher Geschwindigkeit zu bestimmen.
Als Nächstes zeigt 14 ein Ergebnis einer Analyse eines Verhältnisses zwischen einem induzierten Strom und einer Temperaturveränderung in einer Kristallkorngrenze eines Si-Solarzellenelements. Es sei darauf hingewiesen, dass bei diesem Beispiel die Messung durch das laserstrahlinduzierte Strommessverfahren bei einer Temperatur zwischen 20°C und 90°C durchgeführt wurde. Wie in 14 gezeigt, hatte die Temperaturveränderung einen gewissen Einfluss in der Kristallkorngrenze. Das heißt, es hat sich gezeigt, dass der Defekt interner Ursache, der aus einer Eigenschaft des Substrats resultiert, temperaturabhängig ist. Dies lässt sich auch einem in 15 gezeigten Analyseergebnis entnehmen.
15 zeigt ein Ergebnis einer Analyse eines Verhältnisses zwischen einer Korngrenzen-Rekombinationsgeschwindigkeit und einer Temperatur durch ein laserstrahlinduziertes Strommessverfahren. Wie in 15 dargestellt, hat sich gezeigt, dass die Korngrenzen-Rekombinationsgeschwindigkeit abnahm als die Temperatur anstieg. Das bedeutet, dass auch dieses Ergebnis zeigt, dass der Defekt interner Ursache temperaturabhängig ist.
Als Nächstes zeigt 16 Bilder, die einen Zustand eines Kristalldefekts (Defekt interner Ursache) und eines Substratsrisses (Defekt externer Ursache) darstellen, wenn eine einem Si-Solarzellenelement zugeführte Temperatur verändert wird, wobei (a) den Zustand der Defekte interner und externer Ursache bei Raumtemperatur zeigt, (b) eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts darstellt, der durch die gestrichelten Linien in (a) angezeigt ist, und (c) und (d) den Zustand von (a) und (b) zeigen, wenn die dem Si-Solarzellenelement zugeführte Temperatur 110°C beträgt. In dieser Figur stellt ein verschwommener schwarzer Abschnitt eine Reihe von Kristalldefekten und ein linearer schwarzer Abschnitt einen Substratriss dar.
Wie in 16 gezeigt, hat sich herausgestellt, dass der die Kristalldefekte anzeigende schwarze Abschnitt verblasste als die Temperatur zur Erwärmung des Si-Solarzellenelements von Raumtemperatur auf 110°C geändert wurde. Andererseits hatte die Temperaturveränderung keinen Einfluss auf den Substratriss, so dass sich dieser schwarze Abschnitt nicht veränderte. Dieses Ergebnis zeigt sich auch in 17, die ein Bild eines Bereiches zeigt, der sich von dem in 16 gezeigten Bildbereich unterscheidet. Auch in 17 verschwand die leicht verschwommene schwarze Linie, die durch den Defekt in dem durch die gestrichelte Linie umgebenen Bereich verursacht worden war, infolge der Erwärmung und nur der durch den Riss beeinflusste Abschnitt wurde deutlicher (siehe die Veränderung in dem durch die gestrichelte Linie umgebenen Abschnitt).
Wenn das Si-Solarzellenelement auf diese Weise erwärmt wird, wird der schwarze Abschnitt des Kristalldefekts, welcher ein Defekt interner Ursache ist, dünner und der schwarze Abschnitt des Substratrisses, welcher ein Defekt externer Ursache ist, verändert sich nicht. Somit können der Defekt interner Ursache und der Defekt externer Ursache im Si-Solarzellenelement voneinander unterschieden werden.
Als Nächstes wurde ein aus monokristallinem Silizium-Halbleiter gefertigtes Si-Solarzellenelement untersucht, um herauszufinden, ob es Licht emittiert, wenn ein Strom hindurchgeleitet wird. Die Ergebnisse sind in den 18 und 19 gezeigt. 18 zeigt ein Bild, das die Lichtemission des monokristallinen Si-Solarzellenelements darstellt als der Strom hindurchgeleitet wurde. 19 zeigt die Lichtemissionsintensität des monokristallinen Si-Solarzellenelements, die gemessen wurde als der Strom hindurchgeleitet wurde.
Des Weiteren wurde die Veränderung der Lichtemissionsintensität (EL-Intensität) gegenüber einer Veränderung der Stromdichte bei Solarzellenelementen untersucht, die jeweils monokristallines und polykristallines Silizium verwendeten. Spezifischer wurde die Lichtemissionsintensität von aus kristallinem Silizium gefertigten Solarzellenelementen von 15 × 15 cm Größe untersucht, indem ein Strom hindurchgeleitet wurde.
Das Ergebnis ist in 20 gezeigt. Wie in 20 gezeigt, hat sich herausgestellt, dass in dem das monokristalline Silizium verwendenden Solarzellenelement ein Diffusionsstrom dominant war und ein Gradient desselben im Wesentlichen 1 betrug. Indes hat sich gezeigt, dass das polykristalline Silizium durch andere Stromkomponenten beeinflusst wurde und sich ein Gradient desselben 1 näherte als die EL-Intensität höher war. Die Gradienten geben den Diodenfaktor an, wobei die Leistung der Solarzellenelemente besser ist, wenn die Gradienten näher bei 1 liegen.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bewertung der Leistung von Solarzellen bevorzugt: einen Entscheidungsschritt, in dem eine Bewertung basierend auf der Stärke der Lichtemissionsintensität, die zu den Lichtemissionscharakteristika zählt, die im Lichtemissionsbestimmungsschritt bestimmt werden, für gut oder schlecht befunden wird, wobei die Bewertung für gut befunden wird, wenn die Lichtemissionsintensität über einem vorgegebenen Wert liegt, und die Bewertung für schlecht befunden wird, wenn die Lichtemissionsintensität unter einem vorgegebenen Wert liegt.
Außerdem umfasst das Verfahren zur Bewertung der Leistung von Solarzellen bevorzugt: einen Entscheidungsschritt, in dem (i) die Diffusionslänge eines Minoritätsträgers basierend auf der Lichtemissionsintensität, die zu den Lichtemissionscharakteristika zählt, die im Lichtemissionsbestimmungsschritt bestimmt werden, berechnet wird und (ii) unter Verwendung der Diffusionslänge als Indikator die Leistung der Solarzelle beurteilt wird.
Darüber hinaus ist es bei dem Verfahren zur Bewertung der Leistung der Solarzelle bevorzugt, wenn eine Stromintensität des im Stromdurchleitungsschritt hindurchgeleiteten Gleichstroms im Wesentlichen der eines Betriebsstromes des Solarzellenelements entspricht.
Ferner ist es bei dem Verfahren zur Bewertung der Leistung der Solarzelle bevorzugt, wenn: der Stromdurchleitungsschritt bewirkt, dass sich die Stromintensität des hindurchgeleiteten Gleichstroms verändert, und der Lichtemissionsbestimmungsschritt eine Veränderung der Lichtemissionscharakteristika des durch das Solarzellenelement erzeugten Lichts in Übereinstimmung mit einer Veränderung der Stromintensität des im Stromdurchleitungsschritt hindurchgeleiteten Gleichstroms bestimmt, wobei das Verfahren außerdem einen Berechnungsschritt umfasst, in dem ein Diodenfaktor des Solarzellenelements basierend auf der Veränderung der Stromintensität und der Veränderung der Lichtemissionscharakteristika berechnet wird.
Zudem ist es bei dem Verfahren zur Bewertung der Leistung von Solarzellen bevorzugt, wenn die Temperatur zur Erwärmung der Solarzelle im Temperaturregelschritt innerhalb des Bereichs von Raumtemperatur bis 130°C, einschließlich dieser Werte, liegt.
Überdies ist es bei dem Verfahren zur Bewertung der Leistung von Solarzellen bevorzugt, wenn das Solarzellenelement einen Silizium-Halbleiter als Hauptkomponente umfasst.
Des Weiteren ist es bei dem Verfahren zur Bewertung der Leistung von Solarzellen bevorzugt, wenn der Silizium-Halbleiter ein monokristalliner, polykristalliner oder amorpher Silizium-Halbleiter ist.
Außerdem ist es bei dem Verfahren zur Bewertung der Leistung von Solarzellen bevorzugt, wenn die Wellenlänge des im Lichtemissionsbestimmungsschritt bestimmten Lichts in einem Bereich von 1000 nm bis 1300 nm liegt.
Darüber hinaus umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung der Leistung von Solarzellen bevorzugt eine Entscheidungseinrichtung, die eine Bewertung basierend auf der Stärke der Lichtemissionsintensität als Indikator, die zu den Lichtemissionscharakteristika zählt, die im Lichtemissionsbestimmungsschritt bestimmt werden, für gut oder schlecht befindet, wobei die Bewertung für gut befunden wird, wenn die Lichtemissionsintensität über einem vorgegebenen Wert liegt, und die Bewertung für schlecht befunden wird, wenn die Lichtemissionsintensität unter einem vorgegebenen Wert liegt.
Außerdem umfasst die Vorrichtung zur Bewertung der Leistung von Solarzellen bevorzugt: eine Entscheidungseinrichtung, die (i) die Diffusionslänge eines Minoritätsträgers basierend auf der Lichtemissionsintensität berechnet, die zu den Lichtemissionscharakteristika zählt, die durch die Lichtemissionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden, und (ii) unter Verwendung der Diffusionslänge als Indikator die Leistung der Solarzelle beurteilt.
Ferner ist es bei der Vorrichtung zur Bewertung der Leistung von Solarzellen bevorzugt, wenn: die Stromdurchleitungseinrichtung bewirkt, dass sich die Stromintensität des hindurchgeleiteten Gleichstroms verändert, die Lichtemissionsbestimmungseinrichtung eine Veränderung der Lichtemissionscharakteristika des durch das Solarzellenelement erzeugten Lichts in Übereinstimmung mit einer Veränderung der Stromintensität des durch die Stromdurchleitungseinrichtung hindurchgeleiteten Gleichstroms bestimmt, und die Vorrichtung außerdem eine Berechnungseinrichtung umfasst, die einen Diodenfaktor des Solarzellenelements basierend auf der Veränderung der Stromintensität und der Veränderung der Lichtemissionscharakteristika berechnet.
Aufgrund der vorliegenden Beschreibung der Erfindung ist es offensichtlich, dass die Erfindung auf vielfältige Art und Weise abgewandelt werden kann. Derartige Abwandlungen sind nicht als Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung zu verstehen, wobei alle derartigen Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der nachfolgenden Ansprüche liegen, was für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein dürfte.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Das erfindungsgemäße Verfahren etc. zur Bewertung von Solarzellen lässt sich nicht nur auf die Qualitätsprüfung bei der Fertigung eines Solarmoduls anwenden, sondern beispielsweise auch auf die regelmäßige Wartung eines installierten Solarmoduls. Daher ist die industrielle Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung sehr breit gestreut und nicht auf Prüfvorrichtungen etc. beschränkt.
Zusammenfassung
Verfahren zur Bewertung der Leistung einer Solarzelle, das umfasst: einen Stromdurchleitungsschritt (S1), in dem bezogen auf ein die Solarzelle bildendes Solarzellenelement in Vorwärtsrichtung ein Gleichstrom hindurchgeleitet wird, einen Temperaturregelschritt (S2), in dem das Solarzellenelement erwärmt und die Erwärmungstemperatur des Solarzellenelements geregelt wird, und einen Lichtemissionsbestimmungsschritt (S3), in dem die Lichtemissionscharakteristika des Lichts, das durch das Solarzellenelement infolge des Hindurchleitens des Gleichstroms im Stromdurchleitungsschritt und des Erwärmens des Solarzellenelements im Temperaturregelschritt (S2) erzeugt wird, bestimmt werden.

10: Bewertungsvorrichtung
11: Stromdurchleitungsabschnitt (Stromdurchleitungseinrichtung)
12: Lichtemissionsbestimmungsabschnitt (Lichtemissionsbestimmungseinrichtung)
14: Temperaturregelabschnitt (Temperaturregeleinrichtung)
20: Entscheidungseinrichtung (Entscheidungsvorrichtung, Entscheidungsmittel)
30: Austauschanordnungseinrichtung
40: Kommunikationsnetzwerk
100: Wartungssystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- N. Sakitani, et al., "Evaluation of Recombination Velocity at Grain Boundaries in Poly-Si Solar Cells with Laser Beam Induced Current", Solid State Phenomena, Band 93 (2003), Seiten 351–354 [0008]
- J. Isenberg, et al., "SPATIALLY RESOLVED IR-MEASUREMENT TECHNIQUES FOR SOLAR CELLS", vorgestellt auf der 19. Europäischen Photovoltaik- und Solarenergie-Konferenz vom 7. bis 11. Juni 2004 in Paris [0008]
- Rueland, et al., "OPTICAL μ-CRACK DETECTION IN COMBINATION WITH STABILITY TESTING FOR IN-LINS INSPECTION OF WAFERS AND CELLS", 20. Europäische Photovoltaik- und Solarenergie-Konferenz, 6. bis 10. Juni 2005, Barcelona, Spanien [0008]

Claims

Verfahren zur Bewertung der Leistung einer Solarzelle, bestehend aus: – einen Stromdurchleitungsschritt, in dem bezogen auf ein die Solarzelle bildendes Solarzellenelement in Vorwärtsrichtung ein Gleichstrom hindurchgeleitet wird, – einen Temperaturregelschritt, in dem das Solarzellenelement erwärmt und die Erwärmungstemperatur des Solarzellenelements geregelt wird, und – einen Lichtemissionsbestimmungsschritt, in dem eine Veränderung der Lichtemissionscharakteristika des Lichts, das durch das Solarzellenelement infolge des Hindurchleitens des Gleichstroms im Stromdurchleitungsschritt erzeugt wird, in Übereinstimmung mit einer Veränderung der Erwärmungstemperatur im Temperaturregelschritt bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner einen Entscheidungsschritt aufweist, in dem eine Bewertung basierend auf der Stärke der Lichtemissionsintensität, die zu den im Lichtemissionsbestimmungsschritt bestimmten Lichtemissionscharakteristika zählt, für gut oder schlecht befunden wird, wobei die Bewertung für gut befunden wird, wenn die Lichtemissionsintensität über einem vorgegebene Wert liegt, und die Bewertung für schlecht befunden wird, wenn die Lichtemissionsintensität unter einem vorgegebenen Wert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner einen Entscheidungsschritt aufweist, in dem (i) eine Diffusionslänge eines Minoritätsträgers basierend auf der Lichtemissionsintensität, die zu den im Lichtemissionsbestimmungsschritt bestimmten Lichtemissionscharakteristika zählt, berechnet wird und (ii) durch Verwendung der Diffusionslänge als Indikator, die Leistung der Solarzelle beurteilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Stromintensität des im Stromdurchleitungsschritt hindurchgeleiteten Gleichstroms im Wesentlichen der eines Betriebsstromes des Solarzellenelements entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: – der Stromdurchleitungsschritt bewirkt, dass sich die Stromintensität des hindurchgeleiteten Gleichstroms verändert, und – der Lichtemissionsbestimmungsschritt eine Veränderung der Lichtemissionscharakteristika des durch das Solarzellenelement erzeugten Lichts in Übereinstimmung mit einer Veränderung der Stromintensität des im Stromdurchleitungsschritt hindurchgeleiteten Gleichstroms bestimmt, – wobei das Verfahren ferner einen Berechnungsschritt aufweist, in dem ein Diodenfaktor des Solarzellenelements basierend auf der Veränderung der Stromintensität und der Veränderung der Lichtemissionscharakteristika berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Temperatur zur Erwärmung der Solarzelle im Temperaturregelschritt innerhalb des Bereichs von Raumtemperatur bis 130°C, einschließlich dieser Werte, liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Solarzellenelement einen Silizium-Halbleiter als Hauptkomponente umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Silizium-Halbleiter ein monokristalliner, polykristalliner oder amorpher Silizium-Halbleiter ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Wellenlänge des im Lichtemissionsbestimmungsschritt bestimmten Lichts innerhalb eines Bereichs von 1000 nm bis 1300 nm liegt.
Vorrichtung zur Bewertung der photoelektrischen Umwandlungsleistung einer Solarzelle, wobei die Vorrichtung aufweist: – eine Stromdurchleitungseinrichtung zum Hindurchleiten eines Gleichstroms in Vorwärtsrichtung bezogen auf ein die Solarzelle bildendes Solarzellenelement, eine Temperaturregeleinrichtung zum Erwärmen des Solarzellenelements und zum Regeln der Erwärmungstemperatur des Solarzellenelements, und – eine Lichtemissionsbestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Veränderung der Lichtemissionscharakteristika des Lichts, das durch das Solarzellenelement infolge des Hindurchleitens des Gleichstroms durch die Stromdurchleitungseinrichtung erzeugt wird, in Übereinstimmung mit einer Veränderung der durch die Temperaturregeleinrichtung geregelten Erwärmungstemperatur.
Vorrichtung nach Anspruch 10, die ferner eine Entscheidungseinrichtung aufweist, die eine Bewertung basierend auf der Stärke der Lichtemissionsintensität als Indikator, die zu den Lichtemissionscharakteristika zählt, die im Lichtemissionsbestimmungsschritt bestimmt werden, für gut oder schlecht befindet, wobei die Bewertung für gut befunden wird, wenn die Lichtemissionsintensität über einem vorgegebenen Wert liegt, und die Bewertung für schlecht befunden wird, wenn die Lichtemissionsintensität unter einem vorgegebenen Wert liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, die ferner eine Entscheidungseinrichtung aufweist, die (i) eine Diffusionslänge eines Minoritätsträgers basierend auf der Lichtemissionsintensität berechnet, die zu den durch die Lichtemissionsbestimmungseinrichtung bestimmten Lichtemissionscharakteristika zählt, und (ii) unter Verwendung der Diffusionslänge als Indikator die Leistung der Solarzelle beurteilt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei: – die Stromdurchleitungseinrichtung bewirkt, dass sich die Stromintensität des hindurchgeleiteten Gleichstroms verändert, – die Lichtemissionsbestimmungseinrichtung eine Veränderung der Lichtemissionscharakteristika des durch das Solarzellenelement erzeugten Lichts in Übereinstimmung mit einer Veränderung der Stromintensität des durch die Stromdurchleitungseinrichtung hindurchgeleiteten Gleichstroms bestimmt, und – die Vorrichtung ferner eine Berechnungseinrichtung umfasst, die einen Diodenfaktor des Solarzellenelements basierend auf der Veränderung der Stromintensität und der Veränderung der Lichtemissionscharakteristika berechnet.
Verfahren zur Wartung einer Solarzelle, das die Schritte aufweist: – Durchführen einer Bewertung einer auf einem baulichen Objekt bereitgestellten Solarzelle unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, – Veranlassen, dass eine Entscheidungseinrichtung basierend auf einem Bewertungsergebnis der Solarzelle entscheidet, ob in der Solarzelle ein Solarzellenelement vorhanden ist, dessen Leistung unter einem vorgegebenen Wert liegt, und – Veranlassen, dass eine Austauschanordnungseinrichtung einen Austauschtrupp über ein Kommunikationsnetzwerk anweist, das Solarzellenelement auszutauschen, dessen Leistung unter dem vorgegebenen Wert liegt.
Solarzellenwartungssystem, das aufweist: – die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, – eine Entscheidungseinrichtung, die basierend auf einem Bewertungsergebnis der Vorrichtung entscheidet, ob in einer auf einem baulichen Objekt bereitgestellten Solarzelle ein Solarzellenelement vorhanden ist, dessen Leistung unter einem vorgegebenen Wert liegt, und – eine Austauschanordnungseinrichtung, die einen Austauschtrupp über ein Kommunikationsnetzwerk anweist, das Solarzellenelement auszutauschen, dessen Leistung unter dem vorgegebenen Wert liegt.
Verfahren zur Herstellung eines Solarmodul, das als einen seiner Schritte das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.