DE202010008437U1

DE202010008437U1 - Messsystem

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Publication number: DE202010008437U1
Application number: DE202010008437U
Authority: DE
Original assignee: Oerlikon Solar AG
Current assignee: TEL Solar AG
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2020-09-03
Also published as: US20110089960A1; US8749256B2

Abstract

Kontaktierungsvorrichtung für eine Dünnschichtsolarzelle, mit einer Positionierungsebene zum Positionieren der Solarzelle auf der Positionierungsebene, einem Kontaktelement zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit der Solarzelle und einem Saugelement; wobei die Solarzelle auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet werden kann, das Kontaktelement senkrecht zur Positionierungsebene gleitend angeordnet ist und durch eine Öffnung in der Positionierungsebene hindurch gleitend angeordnet ist, und das Saugelement an der Unterseite der Positionierungsebene angeordnet und dazu geeignet ist, Luft durch die Öffnung abzusaugen.

Description

Technischer Bereich
Die Erfindung betrifft den Bereich Sonnensimulatormesssysteme. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Kontaktierungsvorrichtung für eine Dünnschichtsolarzelle für ein Messsystem und ein Messsystem für die Solarzelle, das die Kontaktierungsvorrichtung aufweist.
Hintergrundtechnik
Sonnensimulatoren werden in der Photovoltaik(PV)industrie für die elektrische Charakterisierung von Solarzellen und -modulen weit verbreitet verwendet. Mit Hilfe von künstlichem Licht wird näherungsweise das Solarspektrum AM1.5G oder ein anderes Spektrum erzeugt. Ein vollständiges Sonnensimulatormesssystem muss neben der Lichtquelle spezifische Komponenten aufweisen, um hochgradig präzise Strom-Spannungs-Messungen zu gewährleisten. Obwohl auf dem Fachgebiet viele verschiedene Lichtquellen verwendet werden, wird kaum eine Lösung geboten, die präzise Sonnensimulatormessergebnisse liefert, insbesondere für die Dünnschichtsilizium-PV-Anwendung.
Das Lichtspektrum, die Lichthomogenität oder -gleichmäßigkeit und die zeitliche Stabilität einer Lichtquelle sind kritische Faktoren, das gleiche trifft aber auch für die elektrische Kontaktierung ohne Beschädigung des vorderen und/oder hinteren TCO-(transparentes leitfähiges Oxid) Kontakts der Solarzelle, die exakte Temperaturverteilung und -steuerung der zu prüfenden Komponente (DUT), eines Niedrigstrom-Schaltvorgangs und einer Niedrigstrommessung und viele andere Faktoren zu, die erfüllt sein müssen.
Einige der bekannten, in Verbindung mit herkömmlichen Sonnensimulatoren auftretenden Hauptprobleme liegen in den begrenzten Genauigkeiten der Messsysteme begründet. Außerdem werden die meisten verwendeten Messsysteme im Labor entwickelt und erfüllen nicht die Anforderungen einer Photovoltaikfertigungsstraßenumgebung, d. h., die Sonnensimulatoren sind zu komplex, ihre Kalibrierung ist kompliziert und/oder ihre Wartung ist schwierig.
Beschreibung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Messsystem für eine Dünnschichtsolarzelle bereitzustellen, durch das eine höhere Messgenauigkeit erzielt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Diese Aufgabe wird durch eine Kontaktierungsvorrichtung für eine Dünnschichtsolarzelle gelöst, die eine Positionierungsebene zum Positionieren der Solarzelle auf der Positionierungsebene, ein Kontaktelement zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit der Solarzelle und ein Saugelement aufweist, wobei die Solarzelle auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet werden kann, das Kontaktierungselement senkrecht zur Positionierungsebene gleitend angeordnet ist und durch eine Öffnung in der Positionierungsebene hindurch gleitend angeordnet ist, und wobei das Saugelement an der Unterseite der Positionierungsebene angeordnet und dazu geeignet ist, Luft durch die Öffnung abzusaugen.
Daher ist es eine wesentliche Idee der vorliegenden Erfindung, eine Kontaktierungsvorrichtung, vorzugsweise für ein Dünnschichtsolarzellenmesssystem, bereitzustellen, wobei die Solarzelle zum Ausführen von Strom- und/oder Spannungsmessungen der Solarzelle auf der Positionierungsebene, beispielsweise auf einer flachen Ebene, angeordnet werden kann, ohne dass ein vorderer und/oder hinterer TCO-Kontakt der Solarzelle beschädigt wird, wenn ein elektrischer Kontakt mit der Solarzelle hergestellt wird. Weil die Solarzelle auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet werden kann, während das Kontaktelement dazu geeignet ist, von der Unterseite der Positionierungsebene und durch die Positionierungsebene hindurch zur Oberseite der Positionierungsebene hin mit der Solarzelle in Kontakt zu kommen, und weil das Saugelement dazu geeignet ist, Luft durch die Öffnung abzusaugen, die durch das Kontaktierungselement zum Herstellen eines elektrischen Kontakts durch die Positionierungsebene hindurch verwendet wird, wird durch diese Konfiguration eine Kontaktierungsvorrichtung erhalten, die eine hochgradig präzise und einfache elektrische Kontaktierung mit der Solarzelle ermöglicht und damit zu hochgradig präzisen Messergebnissen führt.
Die Dünnschichtsolarzelle kann eine beliebige auf dem Fachgebiet bekannte Solarzelle sein, wie beispielsweise ein(e) a-Si:H- und/oder ein(e) a-Si:H/μc-Si-H-Solarmodul oder -zelle. Nachdem das Kontaktelement durch die Öffnung in der Positionierungsebene einen Kontakt mit der auf der Kontaktierungsvorrichtung angeordneten Solarzelle hergestellt hat, können elektrische Parameter der Solarzelle, wie beispielsweise der Kurzschlussstrom (I_SC), die Kurzschlussstromdichte (J_SC), die Leerlaufspannung (V_OC), die Leistung am maximalen Leistungspunkt (P_mpp oder P_max), der Strom am maximalen Leistungspunkt (I_mpp), die Spannung am maximalen Leistungspunkt (V_mpp), der Füllfaktor (FF), der Wirkungsgrad (η), der Serienwiderstand (R_S) und der Nebenschluss- oder Parallelwiderstand (R_sh oder R_p) gemessen werden.
Vorzugsweise werden mehrere Kontaktelemente mit der Solarzelle in Kontakt gebracht, so dass beispielsweise eine Vierdrahttechnik zum Messen der elektrischen Parameter der Solarzelle verwendet werden kann. Weil das Saugelement dazu geeignet ist, Luft durch die Öffnung abzusaugen, können vernachlässigbar kleine Serienwiderstände erreicht werden, wenn unter Verwendung der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung ein Kontakt mit der Solarzelle hergestellt wird. Außerdem wird durch das Saugelement eine gute Temperaturhomogenität der Solarzelle bereitgestellt, was zu einer gegenüber herkömmlichen Systemen verbesserten Messgenauigkeit führt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement dazu geeignet, mit der Solarzelle zu kontaktieren, wenn die Solarzelle auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet ist und das Saugelement Luft durch die Öffnung absaugt. Daher ist es bevorzugt, wenn das Kontaktelement nur dann mit der Solarzelle in Kontakt kommt, wenn die Solarzelle auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet ist und das Saugelement aktiviert ist, so dass das Saugelement Luft durch die Öffnung absaugt.
Erfindungsgemäß ist das Kontaktelement durch das Positionierungselement gleitend angeordnet, um es mit der Solarzelle in Kontakt zu bringen, wobei es außerdem bevorzugt ist, wenn das Kontaktelement positionsgesteuert wird, d. h., wenn eine Einrichtung bereitgestellt wird, die steuert, ob das Kontaktelement mit der Solarzelle in elektrischen Kontakt gebracht wird oder nicht und/oder die Position des Kontaktelements bezüglich der Positionierungsebene misst. Die Öffnung kann beispielsweise als Bohrloch in der Positionierungsebene bereitgestellt werden, wobei das Kontaktelement im Bohrloch gleitend angeordnet ist, um einen elektrischen Kontakt mit der Solarzelle herzustellen.
Im Allgemeinen kann das Kontaktelement eine beliebige auf dem Fachgebiet bekannte Einrichtung aufweisen. Es ist jedoch besonders bevorzugt, wenn das Kontaktelement einen goldenen Kontaktstift zum Kontaktieren der Solarzelle aufweist. Durch eine derartige Ausführungsform wird bei der Herstellung eines elektrischen Kontakts mit der Solarzelle ein sehr niedriger Widerstand erhalten. Es ist außerdem bevorzugt, wenn das Kontaktelement eine Spitze zum Herstellen des elektrischen Kontakt mit der Solarzelle aufweist, wobei die Spitze an einer ersten Position zwischen der Oberseite und der Unterseite der Positionierungsebene angeordnet ist, wenn die Solarzelle nicht auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet ist, und wobei die Spitze an einer zweiten Position innerhalb der Solarzelle angeordnet ist, wenn die Solarzelle auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet ist.
Vorzugsweise weist die Solarzelle einen TCO-Kontakt zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit der Solarzelle auf, wobei das Kontaktelement dazu geeignet ist, einen elektrischen Kontakt mit der TCO-Schicht der Solarzelle herzustellen. Daher ist die Spitze des Kontaktelements an einer sicheren Position angeordnet, wenn die Spitze sich in ihrer ersten Position befindet, so dass der Kontaktstift nicht beschädigt werden kann, weil er ”unterhalb” der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet ist, d. h. vorzugsweise innerhalb der Positionierungsebene. Wenn die Solarzelle auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet ist, kann die Spitze des Kontaktelements zur zweiten Position verschoben werden, bei der die Spitze innerhalb der Solarzelle angeordnet ist, d. h. bei der die Spitze beispielsweise mit der in der Solarzelle ausgebildeten TCO-Schicht der Solarzelle in elektrischem Kontakt steht. Wenn die Spitze an ihrer zweiten Position angeordnet ist, befindet sie sich vorzugsweise 3 mm, bevorzugter 5 mm, ”über” der Oberseite der Positionierungsebene. Auf diese Weise ermöglich das Kontaktelement eine hochgradig präzise und einfache Kontaktherstellung mit der Solarzelle, ohne dass ein TCO-Kontakt beschädigt wird, während andererseits das Kontaktelement an einer sicheren Position angeordnet ist, wenn die Solarzelle nicht auf der Positionierungsebene angeordnet ist.
Es ist außerdem bevorzugt, wenn die Spitze an der zweiten Position in der Solarzelle angeordnet ist, wenn die Solarzelle auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet ist, und wenn das Saugelement Luft durch die Öffnung absaugt. Das Saugelement kann eine beliebige auf dem Fachgebiet bekannte Einrichtung zum Ansaugen von Luft durch die Öffnung aufweisen. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Metallbalg bereitgestellt, wobei der Metallbalg unterhalb der Unterseite der Positionierungsebene angeordnet ist, und wobei das Kontaktelement derart innerhalb des Metallbalgs angeordnet ist, dass das Saugelement dazu geeignet ist, Luft aus dem Metallbalg abzusaugen, der das Kontaktelement abdeckt.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Kontaktierungsvorrichtung eine Abdeckung zum lichtdichten Abdecken der Solarzelle auf, wenn diese auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet ist. Die Abdeckung kann beispielsweise eine Haube, eine Kappe oder ein Würfel sein, die/der an einer Seite offen ist, um die Solarzelle abzudecken. Eine derartige Ausführungsform ermöglicht die Messung von Dunkelstrom- und/oder Dunkelspannungsparametern der Solarzelle, wie beispielsweise des Diodenfaktors (n), des Dunkelsättigungsstroms (I₀) und der Dunkelsättigungsstromdichte (J₀).
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es außerdem bevorzugt, wenn die Kontaktierungsvorrichtung ein Temperaturelement zum Abkühlen und/oder Erwärmen der Kontaktierungsvorrichtung und ein Peltier-Element zum Messen der Temperatur der Kontaktierungsvorrichtung aufweist, wobei das Temperaturelement durch das Peltier-Element geregelt wird. Daher ist es bevorzugt, wenn das Temperaturelement durch eine Proportional-Integral-Differential-(PID) Regler z. B. in einer geschlossenen Regelschleife geregelt wird. Hierdurch wird die Genauigkeit der Messung weiter erhöht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ferner durch ein Messsystem für eine Dünnschichtsolarzelle gelöst, das eine vorstehend beschriebene Kontaktierungsvorrichtung, eine Lichtquelle und einen Drehtisch aufweist, wobei die Kontaktierungsvorrichtung auf dem Drehtisch derart angeordnet ist, dass die Oberseite der Positionierungsebene der Kontaktierungsvorrichtung in den optischen Pfad der Lichtquelle drehbar ist.
Daher ermöglicht das Messsystem eine hochgradig genaue, zuverlässige und benutzerfreundliche Messung der Kenngrößen einer auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordneten Solarzelle, weil die Solarzelle zum Messen ihrer Kenngrößen auf dem Drehtisch leicht in den optischen Pfad der Lichtquelle gedreht werden kann. Nach Abschluss der Messung kann der Drehtisch derart gedreht werden, dass die Solarzelle aus dem optischen Pfad der Lichtquelle heraus bewegt wird, um beispielsweise die Solarzelle auszuwechseln. Nachdem die Solarzelle ausgewechselt worden ist, kann der Drehtisch erneut derart gedreht werden, dass die ausgewechselte Solarzelle in den optischen Pfad der Lichtquelle gebracht wird, so dass die Messung bezüglich der ausgewechselten Solarzelle fortgesetzt werden kann.
Die Lichtquelle kann eine beliebige auf dem Fachgebiet bekannte Lichtquelle zum Ausführen von Dünnschichtsolarzellenmessungen sein, z. B. eine Lichtquelle der Klasse AAA mit einem integrierten AM1,5G-Filter. Die Verwendung einer AAA-Lichtquelle ist vorteilhaft, weil die Qualität des Lichtspektrums für die Qualität der Messung wesentlich ist.
Das Messsystem kann ferner eine graphische Benutzerschnittstelle als Teil eines Computersystems, integrale Komponenten zum Austauschen, Speichern oder Verteilen von Messergebnissen und andere auf dem Fachgebiet bekannte Einrichtungen aufweisen. Durch derartige Einrichtungen werden durch eine falsche Handhabung des Messsystems verursachte Probleme vermindert.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist das Messsystem einen Filter auf, wobei der Filter im optischen Pfad der Lichtquelle angeordnet ist. Vorzugsweise wird ein Satz aus 2, 4 oder 6 Filtern bereitgestellt, die beispielsweise Spektral-, Grau- und/oder Neutralfilter aufweisen, wie beispielsweise KG3, BG7, OG590, RG630, MG4 und/oder MG11. Es ist außerdem bevorzugt, wenn der Filter, vorzugsweise jeder Filter, positionsgesteuert ist und/oder das Messsystem variable Intensitätsmessungen ermöglicht. Das Bereitstellen eines Filters im optischen Pfad ist vorteilhaft, weil hierdurch eine Messung beispielsweise spezifischer Wellenlängenbänder und/oder eine Messung mit verminderter Lichtintensität ermöglicht wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist das Messsystem eine Referenzzelle und/oder ein Fotodiodenarray auf, wobei die Referenzzelle und/oder das Fotodiodenarray auf dem Drehtisch angeordnet ist, so dass die Referenzzelle und/oder das Fotodiodenarray in den optischen Pfad der Lichtquelle drehbar ist. Das Fotodiodenarray kann eine Anordnung aus 9 kristallinen Fotodioden aufweisen. Vorzugsweise wird die Referenzzelle als eine kristalline Referenzzelle bereitgestellt. Durch die Referenzzelle und/oder das Fotodiodenarray wird auf eine einfache Weise erreicht, dass die Ungleichmäßigkeit des Messsystems innerhalb spezifischer Werte liegt, weil die Referenzzelle und/oder das Fotodiodenarray vor einer Messung der Solarzelle für eine Kalibrierung des Messsystems in den optischen Pfad der Lichtquelle gedreht werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Messsystem einen magnetischen Positionierungshalter zum Positionieren des Drehtischs derart auf, dass die Kontaktierungsvorrichtung vorzugsweise exakt im optischen Pfad der Lichtquelle angeordnet wird. Es ist außerdem bevorzugt, wenn der magnetische Positionierungshalter zum Positionieren des Drehtischs derart angeordnet ist, dass die Referenzzelle und/oder das Fotodiodenarray vorzugsweise exakt im optischen Pfad der Lichtquelle angeordnet werden. Unter Verwendung des magnetischen Positionierungshalters kann der Drehtisch auf eine sehr einfache und zuverlässige Weise positioniert werden, wodurch gewährleistet wird, dass die Kontaktierungsvorrichtung, die Referenzzelle und/oder das Fotodiodenarray exakt im optischen Pfad der Lichtquelle angeordnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Messsystem ein Niedrigstrom-Schaltelement zum Messen eines Stroms und/oder einer Spannung der Solarzelle auf. Vorzugsweise weist das Niedrigstrom-Schaltelement eine Fachleuten bekannte Einrichtung zum Ausführen von Messungen im Pikoampere-Messbereich auf. Dies ermöglicht die Ausführung von Dunkelmessungen, bei denen die Solarzelle durch die Abdeckung lichtdicht ab-gedeckt ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Messsystem eine zweite Kontaktierungsvorrichtung auf, die der vorstehend beschriebenen Kontaktierungsvorrichtung gleicht, wobei die zweite Kontaktierungsvorrichtung auf dem Drehtisch derart angeordnet ist, dass die zweite Kontaktierungsvorrichtung in den optischen Pfad der Lichtquelle drehbar ist. Eine derartige Ausführungsform ermöglich die Messung zweier auf dem Drehtisch angeordneter Solarzellen, wobei die beiden verschiedenen Solarzellen beispielsweise in einem Winkelabstand von 180° voneinander auf dem Drehtisch angeordnet sind, so dass die beiden verschiedenen Solarzellen abwechselnd in den optischen Pfad der Lichtquelle gedreht werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden unter Bezug auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messsystems;
2 zeigt eine schematische Draufsicht der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems;
3 zeigt eine schematische Ansicht eines in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehenen Drehtischs;
4 zeigt eine schematische Ansicht einer in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehenen Kontaktierungsvorrichtung; und
5 zeigt eine schematische Ansicht einer in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehenen Kontaktierungsvorrichtung in einer anderen Perspektive.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Die 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messsystems mit zwei Kontaktierungsvorrichtungen 1, die auf einem Drehtisch 2 derart angeordnet sind, dass die Oberseite der Kontaktierungsvorrichtung 1 in den optischen Pfad 3 einer Lichtquelle 4 drehbar ist. Das Messsystem weist ferner eine graphische Benutzerschnittstelle 5, d. h. ein Computersystem, integrale Komponenten 6 zum Ausführen einer Messung und einen Filtersatz 7 auf.
Der Drehtisch 2 weist ferner eine Referenzzelle 8 und ein Fotodiodenarray 9 auf, so dass auch die Referenzzelle 8 und/oder das Fotodiodenarray 9 in den optischen Pfad 3 der Lichtquelle 4 drehbar sind.
Die Kontaktierungsvorrichtung 1 weist eine Positionierungsebene 10 auf, wobei eine (nicht dargestellte) Solarzelle auf der Oberseite der Positionierungsebene 10 angeordnet werden kann. Die Kontaktierungsvorrichtung 1 weist ferner ein Kontaktelement 11 auf, das senkrecht zur Positionierungsebene 10 gleitend angeordnet ist und durch eine Öffnung, d. h. ein Bohrungsloch, in der Positionierungsebene 10 hindurch gleitend angeordnet ist. Das Kontaktierungselement 11 wird als mehrere goldene Kontaktstifte bereitgestellt, wie in 3 ersichtlich ist, um einen elektrischen Kontakt mit der Solarzelle herzustellen.
Die Kontaktierungsvorrichtung 1 weist ferner ein Saugelement 12 zum Absaugen von Luft durch die Öffnung auf, wobei das Saugelement 12 an der Unterseite der Positionierungsebene 10 angeordnet ist. Das Saugelement 12 weist einen das Kontaktelement 11 umschließenden Metallbalg 13 zum Absaugen von Luft durch die Bohrungsöffnung der Stifte auf.
Daher ist die Kontaktierungsvorrichtung 1 derart konstruiert, dass alle zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit der Solarzelle erforderlichen Funktionen, wie beispielsweise eine Kontaktierung, eine Fixierung, eine Abkühlung und eine Luftabsaugung, für eine geeignete Wärmeübertragung kombiniert werden.
Weil das Kontaktelement 11 durch die Positionierungsebene hindurch gleitend angeordnet ist, können die Spitzen 14 der Stifte an einer Position unter der Oberseite der Positionierungsebene 10, z. B. zwischen der Oberseite und der Unterseite der Positionierungsebene 10, angeordnet werden, so dass die Stifte nicht beschädigt werden können, weil sie sich in einer ”sicheren” Position befinden. Nur wenn eine Solarzelle auf der Positionierungsebene 10 angeordnet und das Saugelement 12 aktiviert ist, wird der Kontakt mit dem transparenten leitfähigen Oxid (TCO) der Solarzelle durch das Kontaktelement 11 hergestellt.
Zum Messen von Hell- und Dunkelstrom-/-spannungskurven der Solarzelle kann die auf der Positionierungsebene 10 angeordnete Solarzelle durch eine Abdeckung 15 lichtdicht abgedeckt werden. Unter Verwendung eines (nicht dargestellten) Schaltelements können elektrische Parameter der Solarzelle bestimmt werden, wie beispielsweise der Kurzschlussstrom (I_SC), die Kurzschlussstromdichte (J_SC), die Leerlaufspannung (V_OC), die Leistung am maximalen Leistungspunkt (P_mpp oder P_max), der Strom am maximalen Leistungspunkt (I_mpp), die Spannung am maximalen Leistungspunkt (V_mpp), der Füllfaktor (FF), der Wirkungsgrad (η), der Serienwiderstand (R_S), der Nebenschluss- oder Parallelwiderstand (R_sh oder R_p), der Diodenfaktor (n), der Dunkelsättigungsstrom (I₀) und die Dunkelsättigungsstromdichte (J₀).
Um die exaktesten Messergebnisse zu erhalten, weist das Schaltelement die folgenden Leckstrom- und Schaltspezifikationen auf:
Leckstrom (LOW-CURRENT-LO) < 3 pA pro 1 V Spannungsdifferenz
Leckstrom (LOW-CURRENT-HI) < 9 pA pro 1 V Spannungsdifferenz
Maximale Schaltspannung: 40 V
Maximaler Schaltstrom: 500 mA
Lebensdauer (bei 1 V, 10 mA): 108 Betriebszyklen
Feuchtigkeit: 65% maximal (bei 15°C–35°C)
Die Lichtquelle 4 ist eine Lichtquelle der Klasse AAA mit einem integrierten AM1.5G-Filter. Außerdem kann die Lichtverteilung durch ein Array von 9 kristallinen Fotodioden 9 gemessen werden, um zu gewährleisten, dass die Ungleichmäßigkeit der Lichtquelle 4 innerhalb spezifischer Werte liegt.
Im Messsystem ist ein Satz von 6 Filtern 7 integriert, um die Solarzellen unter spezifischen Lichtbedingungen zu messen. Für diesen Zweck werden Spektralfilter 7, z. B. KG3, BG7, OG590, RG630, sowie Neutralfilter, z. B. NG4, NG11, Verwendet. Daher können Messungen mit variabler Intensität (VIM) durchgeführt werden, ohne die Intensität der Lichtquelle 4 selbst zu ändern. Der Filtersatz 7 wird für Dünnschichtsiliziumsolarzellen entweder mit einfachem oder doppeltem Übergang verwendet. Gegebenenfalls können die Filter 7 für spezifische Zwecke gewechselt und/oder ergänzt werden. Die Filter 7 werden im optischen Pfad 3 der Lichtquelle 4 angeordnet.
Der Drehtisch 2 gewährleistet eine schnelle Handhabung des Messsystems, des Analyse- und des Kalibrierungsprozesses, um präzise Strom-/Spannungsmessungen unter Verwendung der integrierten Kontaktierungsvorrichtung 1 zu gewährleisten. Auf der Basis von zwei Kalibrierungspositionen, d. h. einer Messposition der Referenzzelle 8 und einer Messposition des Fotodiodenarray 9, ist eine Bedienungsperson in der Lage, zu gewährleisten, dass das Spektrum, die zeitliche Stabilität und die Ungleichmäßigkeit der Lichtquelle 4 innerhalb vorgegebener Spezifikationen liegen.
Für eine bessere Gewährleistung präziser Messungen weist das Messsystem einen magnetischen Positionierungshalter 16 zum Positionieren des Drehtischs 2 derart auf, dass die Kontaktierungsvorrichtung 1, die Referenzzelle 8 und/oder das Fotodiodenarray 9 exakt im optischen Pfad 3 der Lichtquelle 4 angeordnet werden.
Ein Kalibrierungsprozess für das Messsystem, der vordefiniert sein kann, kann durch Softwarefunktionen unterstützt werden und kann die folgenden Schritte aufweisen, durch die die präzisesten Messergebnisse erhalten werden:

1. Kalibrieren des Fotodiodenarray 9 (Intervall: etwa 2 Monate)
2. Kalibrieren der Ungleichmäßigkeit der Lichtquelle 4 (Intervall: etwa 10 Tage)
3. Kalibrieren der Intensität der Lichtquelle 4 (Intervall: etwa 10 Tage (vorzugsweise zusammen mit der Kalibrierung der Ungleichmäßigkeit der Lichtquelle))

Daher kann folgendes Ablaufdiagramm für den Kalibrierungsprozess angegeben werden:

Wartungsaufgaben und Intervalle können zum Erhalten präzisester Messergebnisse folgendermaßen festgelegt werden:

Wartungsaufgabe	Wartungsintervall
Visuelle Prüfung der Lampen	Monatlich
Prüfen der Schraubfassung am Lampensockel	Alle sechs Monate
Prüfen des Lampenventilators	Monatlich
Reinigen des Luftfilters	Monatlich
Reinigen der optischen Elemente (Spiegel, Linsen, halbdurchlässiger Spiegel)	Vierteljährlich
Austauschen der Lampe	Am Ende der Lebensdauer, aber sicher nach 2000 Betriebsstunden
Einstellen der Lampenposition	Nach dem Austausch der Lampe, oder wenn die Ungleichmäßigkeit > 6% ist (Empfehlung von Oerlikon Solar: Zweiwochenintervall)
Einstellen der Lampenleistung	Nach dem Austausch der Lampe, oder wenn die Strahlung um mehr als 2% von STC-Bedingungen abweicht (Empfehlung von Oerlikon Solar: Zweiwochenintervall)

Die Messsystemsoftware, die beispielsweise auf der graphischen Benutzerschnittstelle 5 läuft, ermöglicht die Analyse aller Messdaten auf verschiedene Weisen. Es werden Histogrammfunktionen zum Analysieren der folgenden Parameter von I-V-(Strom-Spannung) Messungen bereitgestellt: Kurzschlussstrom (I_SC), Kurzschlussstromdichte (J_SC), Leerlaufspannung (V_OC), Leistung am maximalen Leistungspunkt (P_mpp oder P_max), Strom am maximalen Leistungspunkt (I_mpp), Spannung am maximalen Leistungspunkt (V_mpp), Füllfaktor (FF), Wirkungsgrad (η), Serienwiderstand (R_S), Nebenschluss- oder Parallelwiderstand (R_sh oder R_p). Es können verschiedene Plotoptionen (I-V; P-V) aktiviert werden, um die im Messsystem ausgeführten Messungen visuell darzustellen.

Claims

Kontaktierungsvorrichtung für eine Dünnschichtsolarzelle, mit einer Positionierungsebene zum Positionieren der Solarzelle auf der Positionierungsebene, einem Kontaktelement zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit der Solarzelle und einem Saugelement; wobei die Solarzelle auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet werden kann, das Kontaktelement senkrecht zur Positionierungsebene gleitend angeordnet ist und durch eine Öffnung in der Positionierungsebene hindurch gleitend angeordnet ist, und das Saugelement an der Unterseite der Positionierungsebene angeordnet und dazu geeignet ist, Luft durch die Öffnung abzusaugen.
Kontaktierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kontaktelement dazu geeignet ist, die Solarzelle zu kontaktieren, wenn die Solarzelle auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet ist und das Saugelement Luft durch die Öffnung absaugt.
Kontaktierungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement einen goldenen Kontaktstift zum Kontaktieren der Solarzelle aufweist.
Kontaktierungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement eine Spitze zum elektrischen Kontaktieren der Solarzelle aufweist, wobei die Spitze an einer ersten Position zwischen der Oberseite und der Unterseite der Positionierungsebene angeordnet ist, wenn die Solarzelle nicht auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet ist, und wobei die Spitze an einer zweiten Position innerhalb der Solarzelle angeordnet ist, wenn die Solarzelle auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet ist.
Kontaktierungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Abdeckung zum lichtdichten Abdecken der Solarzelle, wenn diese auf der Oberseite der Positionierungsebene angeordnet ist.
Kontaktierungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Temperaturelement zum Kühlen und/oder Heizen der Kontaktierungsvorrichtung und einem Peltier-Element zum Messen der Temperatur der Kontaktierungsvorrichtung, wobei das Temperaturelement durch das Peltier-Element geregelt wird.
Messsystem für eine Dünnschichtsolarzelle, mit einer Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, einer Lichtquelle und einem Drehtisch, wobei die Kontaktierungsvorrichtung auf dem Drehtisch derart angeordnet ist, dass die Oberseite der Positionierungsebene der Kontaktierungsvorrichtung in den optischen Pfad der Lichtquelle gedreht werden kann.
Messsystem nach Anspruch 7, mit einem Filter, wobei der Filter im optischen Pfad der Lichtquelle angeordnet ist.
Messsystem nach Anspruch 7 oder 8, mit einer Referenzzelle und/oder einem Fotodiodenarray, wobei die Referenzzelle und/oder das Fotodiodenarray auf dem Drehtisch derart angeordnet ist, dass die Referenzelektrode und/oder das Fotoelektrodenarray in den optischen Pfad der Lichtquelle gedreht werden kann.
Messsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, mit einem magnetischen Positionierungshalter zum Positionieren des Drehtischs derart, dass die Kontaktierungsvorrichtung im optischen Pfad der Lichtquelle angeordnet wird.
Messsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, mit einem Niedrigstrom-Schaltelement zum Messen eines Stroms und/oder einer Spannung der Solarzelle.
Messsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, mit einer zweiten Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite Kontaktierungsvorrichtung auf dem Drehtisch derart angeordnet ist, dass die zweite Kontaktierungsvorrichtung in den optischen Pfad der Lichtquelle gedreht werden kann.