DE4011485C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Temperatur beim Anschweißen eines Verbinders an eine Solarzelle.The invention relates to a method for measuring the temperature when welding a connector to a solar cell.
Anhand von Fig. 4 wird im folgenden ein Verfahren beschrieben, wie es von der Patentinhaberin in der Fertigungskontrolle bei der Herstellung von Solarzellen verwendet wird. Mit Hilfe einer Schweißelektrode 1 wird ein Verbinder 2 auf ein Solarzellenelement 3 geschweißt. Die Temperatur wird mit Hilfe eines Thermoelementes 7 und einer Temperaturmeßeinrichtung 8 erfaßt. Das Schweißgerät ist nicht dargestellt.A method is described below with reference to FIG. 4, as is used by the patent holder in production control in the production of solar cells. A connector 2 is welded onto a solar cell element 3 with the aid of a welding electrode 1 . The temperature is detected using a thermocouple 7 and a temperature measuring device 8 . The welding machine is not shown.
Der Verbinder 2 und das Solarzellenelement 3 werden aufgrund der Hitze miteinander verschweiß, die durch den Strom erzeugt wird, der durch die Schweißelektrode 1 fließt. Die dabei erzeugte Temperatur wird mit Hilfe des Thermoelementes 7 erfaßt. The connector 2 and the solar cell element 3 are welded together due to the heat generated by the current flowing through the welding electrode 1 . The temperature generated is detected with the help of the thermocouple 7 .
Um zu vermeiden, daß das Solarzellenelement durch Stromfluß durch den PN-Übergang beim Schweißen zerstört wird, wird eine Schweißmethode mit einer Schweißelektrode mit zentrischer Lücke eingesetzt. Strom fließt dann nur durch den Verbinder und erhitzt diesen so weit, daß er verschweißt wird.To avoid the solar cell element from flowing current is destroyed by the PN transition during welding a welding method with a welding electrode with a centric Gap used. Then electricity only flows through the Connector and heats it so far that it welds becomes.
Die Schweißpunktfestigkeit ist ein wichtiger Parameter für den Schweißvorgang. Sie kann jedoch nur mit einem zerstörenden Test festgestellt werden. Die Festigkeit wird daher entweder stichprobenweise ausgeführt, oder es werden Ersatzeigenschaften gemessen. Ersatzeigenschaften sind z. B. der Schweißstrom, die Schweißspannung oder die Temperatur im Schweißbereich.The weld spot strength is an important parameter for the welding process. However, it can only be done with a destructive Test can be determined. The firmness is therefore either carried out on a random basis or replacement properties measured. Replacement properties are e.g. B. the welding current, the welding voltage or the temperature in the welding area.
Fig. 5 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen der Elementtemperatur beim Schweißen und der Zugfestigkeit. Der dargestellte Zusammenhang zeigt, daß die Zugfestigkeit durch Überwachen der Elementtemperatur beim Schweißen überwacht werden kann. Zu diesem Zweck ist das Thermoelement 7 vorhanden, das in Kontakt mit der Oberfläche des Solarzellenelementes gebracht wird. Es ist auch bekannt, nach dem Schweißen weitere Eigenschaften zu messen, um zu überprüfen, ob die aufgrund der Temperaturmessung wahrscheinlich vorhandene Zugfestigkeit erzielt ist. Fig. 5 illustrates the relation between the element temperature during welding and the tensile strength. The relationship shown shows that the tensile strength can be monitored by monitoring the element temperature during welding. For this purpose, the thermocouple 7 is provided, which is brought into contact with the surface of the solar cell element. It is also known to measure other properties after welding in order to check whether the tensile strength that is likely to be achieved based on the temperature measurement has been achieved.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 4 kommt es häufig zu Temperaturmeßfehlern. Daß solche Fehler auftreten, ist unmittelbar aus der relativ starken Streuung der Meßwerte in Fig. 5 erkennbar.4, temperature measurement errors frequently occur. The fact that such errors occur can be seen directly from the relatively large scatter of the measured values in FIG. 5.
Zu Meßfehlern kommt es u. a., da der Meßpunkt aufgrund mechanischer Gegebenheiten nicht mit dem Schweißpunkt zusammenfällt und da im Schweißbereich ein relativ hoher Temperaturgradient von etwa 100°C/mm bei einer Schweißtemperatur von etwa 500-600°C besteht. Kleine Schwankungen im Abstand zwischen Schweißpunkt und Meßpunkt führen daher zu Meßfehlern, ebenso wie Änderungen in der Meßspitze des Thermoelements oder Schwankungen in den Oberflächeneigenschaften unterschiedlicher Solarzellenelemente. Außerdem hängt der Wärmeübergang von der Anpreßkraft ab. Auch die thermische Kapazität des Thermoelements führt zu Meßfehlern, da der Schweißpuls nur sehr kurz, nämlich etwa 100- 200 ms dauert.Measurement errors may occur. a., because the measuring point due to mechanical Conditions do not coincide with the welding point and since there is a relatively high temperature gradient in the welding area of about 100 ° C / mm at a welding temperature of about 500-600 ° C. Small fluctuations in Distance between welding point and measuring point therefore lead to Measurement errors, as well as changes in the measuring tip of the Thermocouples or fluctuations in the surface properties different solar cell elements. Furthermore the heat transfer depends on the contact pressure. Also the thermal capacitance of the thermocouple leads to measurement errors, since the welding pulse is very short, namely about 100- Lasts 200 ms.
Aufgrund der genannten erheblichen Temperaturmeßfühler ist es beim bekannten Verfahren nicht in zuverlässiger Weise möglich, die Schweißpunktfestigkeit mit Hilfe der Temperaturmessung zu kontrollieren. Häufig zeigen erst anschließende Messungen an, daß die Schweißpunkte zu schwach sind. Aufgrund der Zeitverzögerung zwischen dem Schweißvorgang und den anschließenden Messungen kommt es dann zur Produktion zahlreicher mangelhafter Elemente.Because of the considerable temperature sensor mentioned it is not reliable in the known method possible the spot weld strength with the help of temperature measurement to control. Often show only afterwards Measurements indicate that the welding spots are too weak. Due to the time delay between the welding process and the subsequent measurements then lead to production numerous defective elements.
Aus der DE 38 31 012 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der beim Betrieb von MOS-Schaltungen auftretenden Selbsterhitzung bekannt. Die Temperaturbestimmung erfolgt dort durch Messung des temperaturabhängigen elektrischen Widerstands des Gategebietes eines Meß-MOS-FET's, in dem ein Meßstrom durch die Anordnung geführt und der Spannungsabfall ermittelt wird.DE 38 31 012 A1 describes a method for determining when operating MOS circuits self-heating occurs. The temperature is determined there by measurement the temperature-dependent electrical resistance of the gate region of a measuring MOS-FET, in which a measuring current is passed through the arrangement and the voltage drop is determined.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen der Temperatur beim Anschweißen eines Verbinders an eine Solarzelle anzugeben, mit dem es möglich ist, bereits während des Schweißvorgangs eine sehr zuverlässige Aussage über die Schweißpunktfestigkeit zu treffen.The invention has for its object a method for Measure the temperature when welding a connector specify a solar cell with which it is already possible a very reliable statement during the welding process about the spot weld strength.
Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The invention is given by the features of claim 1. Advantageous further developments and refinements are Subject of the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Temperatur nicht mehr unmittelbar mit Hilfe eines Thermoelementes gemessen wird, sondern daß sie indirekt aus der Leerlaufspannung des Elements bestimmt wird, wie sie auftritt, wenn dieses mit Licht bestrahlt wird. Der Wert der Leerlaufspannung hängt unmittelbar von der Temperatur des Solarzellenelementes ab. Die Leerlaufspannung wird dabei an Kontakten abgegriffen, die im folgenden als Leerlaufkontakte bezeichnet werden. The method according to the invention is characterized in that that the temperature is no longer directly using a Thermocouple is measured, but that it is indirect the open circuit voltage of the element is determined as it occurs when it is irradiated with light. The value the open circuit voltage depends directly on the temperature of the solar cell element. The open circuit voltage is thereby tapped on contacts, hereinafter referred to as open-circuit contacts be designated.
Von besonderem Vorteil ist es, die Schweißpunkteigenschaften dadurch zu überprüfen, daß die Leerlaufspannungen vor und nach dem Schweißen gemessen und miteinander verglichen werden. Für eine entsprechende Kontrolle kann auch die Vorwärtsspannung vor und nach dem Schweißen gemessen werden, die zwischen den Leerlaufkontakten abfällt, wenn ein Strom in Vorwärtsrichtung durch das Element geschickt wird.It is of particular advantage the welding spot properties thereby checking that the open circuit voltage before and measured after welding and compared will. The forward tension can also be used for a corresponding control be measured before and after welding, which drops between the open contacts when there is a current in the forward direction is sent through the element.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1-3 näher erläutert. Die Fig. 4 und 5 wurden bereits beschrieben. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1-3. FIGS. 4 and 5 have already been described. It shows
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung zum Erläutern eines Verfahrens, bei dem während des Anschweißens eines Verbinders an ein Solarzellenelement die Leerlaufspannung des Elements gemessen wird, Fig. 1 is a schematic perspective view for explaining a process in which the open circuit voltage of the element is measured during the welding a connector to a solar cell element,
Fig. 2 ein Diagramm betreffend die Abhängigkeit der Leerlaufspannung von der Elementtemperatur, Fig. 2 is a diagram relating to the dependence of the open circuit voltage of the element temperature,
Fig. 3 ein Diagramm betreffend die Abhängigkeit der Zugfestigkeit einer Schweißverbindung von der Elementtemperatur, Fig. 3 is a diagram relating to the dependence of the tensile strength of a welded connection of the element temperature,
Fig. 4 eine Darstellung entsprechend der von Fig. 1, jedoch für die eingangs beschriebene Anordnung und Fig. 4 is a representation corresponding to that of Fig. 1, but for the arrangement described above and
Fig. 5 ein Diagramm entsprechend dem von Fig. 3, wobei jedoch die Elementtemperatur mit der Anordnung gemäß Fig. 4 erfaßt wurde, statt indirekt über die Leerlaufspannung mit der Anordnung gemäß Fig. 1 ermittelt wurde. Fig. 5 is a diagram corresponding to the rather was determined indirectly via the open-circuit voltage with the arrangement shown in Fig. 1 of Fig. 3, however, the element temperature is detected with the arrangement shown in Fig. 4.
Fig. 1 zeigt ein Solarzellenelement 3, auf das mit Hilfe einer Schweißelektrode 1 mit zentrischer Lücke ein Verbinder 2 aufgeschweißt wird. Mit Hilfe von Meßspitzen 4 wird die Leerlaufspannung mit Hilfe eines Voltmeters 5 gemessen. Die Leerlaufspannung wird dadurch erzeugt, daß das Solarzellenelement 3 mit Licht von einer Pseudosonnenlichtquelle 6 bestrahlt wird, z. B. Licht von einer Xenonlampe. Fig. 1 shows a solar cell element 3, is welded on with the aid of a welding electrode 1 with a central gap, a connector 2. With the help of measuring tips 4 , the open circuit voltage is measured with the aid of a voltmeter 5 . The open circuit voltage is generated in that the solar cell element 3 is irradiated with light from a pseudo-sun light source 6 , e.g. B. light from a xenon lamp.
Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen der Elementtemperatur und der Leerlaufspannung einer in Reihe geschalteten GaAs-Solarzelle. Entlang der Abszisse ist die Elementtemperatur und entlang der Ordinate die Leerlaufspannung aufgetragen. Fig. 2 shows the relation between the element temperature and the open circuit voltage of a series GaAs solar cell. The element temperature is plotted along the abscissa and the open circuit voltage is plotted along the ordinate.
Die Messung wird wie folgt ausgeführt.The measurement is carried out as follows.
Wenn während des Bestrahlens des Elements 3 mit Licht von der Lichtquelle 6 Strom durch die Schweißelektrode 1 fließt, steigt die Temperatur des PN-Übergangs, und die vom Voltmeter 5 angezeigte Spannung sinkt. Für den Spitzenwert VT der angezeigten Spannung gilt:If current flows through the welding electrode 1 during the irradiation of the element 3 with light from the light source 6 , the temperature of the PN junction increases and the voltage indicated by the voltmeter 5 decreases. The following applies to the peak value V T of the displayed voltage:
T = (VT - V0)/(α × V0) + T0 T = (V T - V 0 ) / (α × V 0 ) + T 0
wobei
T: Temperatur des PN-Übergangs bei der Spitzenspannung,
T0: Bezugstemperatur,
V0: Leerlaufspannung bei der Bezugstemperatur T0,
α: Temperaturkoeffizient, wie er aus Fig. 2 für den
Zusammenhang zwischen Elementtemperatur und
Leerlaufspannung gilt.in which
T: temperature of the PN junction at the peak voltage,
T 0 : reference temperature,
V 0 : open circuit voltage at the reference temperature T 0 ,
α: Temperature coefficient as it applies from FIG. 2 for the relationship between element temperature and open circuit voltage.
Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen Elementtemperatur und Zugfestigkeit, wie er erhalten wird, wenn die Elementtemperatur aus dem Zusammenhang gem. Fig. 2 bestimmt wird. Es fällt auf, daß die Streuung der Meßwerte geringer ist als in Fig. 5. Dies bedeutet, daß die indirekte Temperaturmessung mit Hilfe der Leerlaufspannung genauer ist als die direkte Temperaturmessung mit Hilfe eines Thermoelements. Fig. 3 shows the relationship between the element temperature and tensile strength, as it is obtained when the element temperature according to the relationship. Fig. 2 is determined. It is striking that the scatter of the measured values is less than in FIG. 5. This means that the indirect temperature measurement using the open circuit voltage is more precise than the direct temperature measurement using a thermocouple.
Es wird nun erläutert, wie die Solarzelleneigenschaften ebenfalls überprüft werden können.It will now be explained how the solar cell properties can also be checked.
Bei der zweiten Ausführungsform werden die Leerlaufspannungen auch vor und nach dem Schweißen auf entsprechende Weise gemessen, wie vorstehend beschrieben. Die gemessenen Spannungen werden verglichen, und Eigenschaftsverschlechterungen werden aufgrund des Unterschieds in den beiden Spannungen festgestellt.In the second embodiment, the open circuit voltages also before and after welding on appropriate Measured as described above. The measured Tensions are compared and property deteriorations are due to the difference in the two Tensions detected.
Eigenschaftsverschlechterungen können auch wie folgt ermittelt werden. Es wird nämlich ein Strom IF in Vorwärtsrichtung vor und nach dem Schweißen durch das Solarzellenelement durch Anlegen von Spannung an den Leerlaufanschluß geschickt. Der im Element auftretende Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung VF wird vor und nach dem Schweißen gemessen, und die Werte werden miteinander verglichen. Dadurch kann die Genauigkeit der Überprüfung gesteigert werden.Property deteriorations can also be determined as follows. Namely, a forward current I F is sent through the solar cell element before and after welding by applying voltage to the idle terminal. The forward voltage drop V F occurring in the element is measured before and after welding and the values are compared. This can increase the accuracy of the check.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, wird zum Voraussagen der Zugfestigkeit bereits während des Schweißens und damit zum Einregeln des Schweißvorgangs nicht eine direkte Temperaturmessung verwendet, sondern eine indirekte Temperaturmessung mit Hilfe der Leerlaufspannung der Zelle. Diese indirekte Messung ist erheblich genauer als die herkömmliche direkte. Eigenschaftsverschlechterungen werden vorteilhafterweise durch Vergleich der Leerlaufspannungen nachkontrolliert, wie sie vor und nach dem Schweißen vorliegen. Der Wirkungsgrad des Schweißvorgangs wird daher erheblich verbessert.As can be seen from the above, it becomes a prediction tensile strength already during welding and thus not a direct temperature measurement to adjust the welding process used, but an indirect temperature measurement using the open circuit voltage of the cell. This indirect Measurement is considerably more accurate than the conventional one direct. Characteristic deteriorations are advantageous checked by comparing the open circuit voltages, as they exist before and after welding. The efficiency of the welding process is therefore considerable improved.
Claims (4)
- - die Solarzelle während des Anschweißens des Verbinders mit Licht bestrahlt wird,
- - die Leerlaufspannung während des Schweißens mit Hilfe von Leerlaufkontakten gemessen wird und
- - aus der gemessenen Leerlaufspannung die Temperatur der Solarzelle während des Schweißens aus einem bekannten Zusammenhang zwischen Leerlaufspannung und Solarzellentemperatur bestimmt wird.
- - the solar cell is irradiated with light during the welding of the connector,
- - the open circuit voltage is measured during welding using open circuit contacts and
- - From the measured open circuit voltage, the temperature of the solar cell during welding is determined from a known relationship between the open circuit voltage and the solar cell temperature.
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