DE60028452T2

DE60028452T2 - Eine umgekehrte Vorspannung liefernder Generator für ein Solarzellenmodul

Info

Publication number: DE60028452T2
Application number: DE60028452T
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Hayashi; Hideo Kyotanabe Yamagishi
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2020-03-22
Also published as: EP1670067A3; EP1052704B1; EP1052704A3; US6365825B1; DE60028452D1; EP1052704A2; AU2239800A; EP1670067B1; DE60038990D1; ATE329372T1; ES2303705T3; EP1670067A2; AU766466B2; ATE396505T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine umgekehrte Vorspannung liefernde Vorrichtung für ein Solarzellenmodul, speziell für ein amorphes Dünnschicht-Solarzellenmodul. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die eine umgekehrte Vorspannung anlegt, die niedriger ist als eine Durchschlagsspannung zwischen einer substratseitigen Elektrode und einer Gegenelektrode in einem Dünnschicht-Solarzellenmodul, zwischen denen eine Foto-Halbleiterschicht angeordnet ist, die zur Energieerzeugung beiträgt, wobei dadurch kurz geschlossene Teile beseitigt oder oxidiert werden, um sie mittels Joule'scher Wärme zu Isolatoren zu machen.
1A und 1B zeigen einen Aufbau eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls 10. Gemäß diesen Abbildungen ist eine erste Elektrodenschicht (transparente Elektrode) 2 aus einem transparenten, leitenden Oxid wie SnO₂ auf einem isolierenden Substrat 1 wie Glas ausgebildet und durch Laserritzen in Streifen geteilt. Eine Foto-Halbleiterschicht 3 mit einem geschichteten Aufbau aus zum Beispiel einer p-Typ a-Si-Schicht (a-Si – amorphes Silizium), einer i-Typ (i-Typ für intrinsic – eigenleitend) a-Si-Schicht und einer n-Typ a-Si-Schicht ist auf der transparenten Elektrode 2 ausgebildet und durch Laserritzen an Stellen in Streifen geteilt, die sich von den Ritzlinien der transparenten Elektrode 2 unterscheiden. Eine zweite Elektrodenschicht (Gegenelektrode) 4 aus Metall ist auf der Halbleiterschicht 3 ausgebildet und durch Laserritzen an Stellen in Streifen geteilt, die sich von den Ritzlinien der Halbleiterschicht 3 unterscheiden. Ein Verschieben der Ritzlinien von jeder Schicht ermöglicht es, dass der Endbereich der zweiten Elektrodenschicht 4 einer vorgegebenen Solarzelle mit dem Endbereich der ersten Elektrodenschicht 2 einer benachbarten Solarzelle durch die Halbleiter-Ritzlinie verbunden wird, so dass mehrere Solarzellen in Reihe verbunden werden.
Wenn während der Fertigung ein Pinhole bzw. eine Defektstelle in der Foto-Halbleiterschicht in den einzelnen Solarzellen gebildet wird, die das Solarzellenmodul ausmachen, können die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht der Solarzelle miteinander kurzgeschlossen werden. Da die kurzgeschlossene Solarzelle nicht mehr zur Energieerzeugung beiträgt, ist die Energieerzeugungseigenschaft der Solarzelle verschlechtert. Die Energieerzeugungseigenschaft wird durch Durchführung eines Verfahrens zum Anlegen einer umgekehrten Vorspannung an die Solarzellen verbessert, um die kurzgeschlossen Bereiche zu entfernen (umgekehrtes Vorspannungsverfahren).
Mit Bezug auf 1A und 1B wird der Fall beschrieben, in dem ein kurzgeschlossener Bereich S, der in einer Foto-Halbleiterschicht 3b einer Solarzelle 5b erzeugt wurde, beseitigt wird. In diesem Fall wird ein Paar Sonden 6a und 6b mit der zweiten Elektrodenschicht 4b der Solarzelle 5b bzw. der zweiten Elektrodenschicht 4c der angrenzenden Solarzelle 5c (die zweite Elektrodenschicht 4c ist mit der ersten Elektrodenschicht 2b der Solarzelle 5b in Reihe verbunden) in Kontakt gebracht, wobei eine umgekehrte Vorspannung angelegt wird, die niedriger ist als die Durchschlagsspannung zwischen der ersten Elektrodenschicht 2b und der zweiten Elektrodenschicht 4b, zwischen denen die Foto-Halbleiterschicht 3b angeordnet ist, die zur Energieerzeugung beiträgt. Wenn die umgekehrte Vorspannung angelegt wird, konzentriert sich ein Strom auf den kurzgeschlossen Bereich und erzeugt dadurch eine Joule'sche Wärme, wobei das Metallmaterial, das die zweite Elektrodenschicht bildet, am kurzgeschlossen Bereich S unterbrochen oder in eine isolierende Schicht oxidiert wird. Dies beseitigt die kurzgeschlossen Bereiche, so dass eine Verschlechterung der Energieerzeugungseigenschaft zur Zeit des Betriebs unterdrückt werden kann.
Es werden jedoch mehrere Defektstellen wahllos in jeder Solarzelle erzeugt. Wenn es in dem Fall, in dem die umgekehrte Vorspannung mit einem Paar Sonden, die sich damit in Kontakt befinden, an eine solche Solarzelle mit Defektstellen angelegt wird, einen kurzgeschlossen Bereich S gibt, der von den Sonden in Längsrichtung der Solarzelle entfernt ist, kann ein Spannungsabfall nicht vernachlässigt werden. Dies verursacht verschiedene Probleme. In dem Fall, in dem der Abstand von den Sonden zu einem kurzgeschlossen Bereich kurz ist, fließt ein ausreichender Strom durch den kurzgeschlossen Bereich, so dass der kurzgeschlossene Bereich entfernt werden kann, da der kurzgeschlossene Bereich unterbrochen oder oxidiert wird, wie oben beschrieben wurde. Andererseits wird in dem Fall, in dem der Abstand von den Proben zum kurzgeschlossen Bereich weit ist, ein Strom, der durch den kurzgeschlossen Bereich fließt, unzureichend, so dass der kurzgeschlossene Bereich nicht entfernt werden kann, weil der kurzgeschlossene Bereich nicht unterbrochen oder oxidiert werden kann. Wenn die umgekehrte Vorspannung erhöht wird, um den von den Sonden entfernten, kurzgeschlossen Bereich sicher zu entfernen, fließt ein hoher Strom durch einen kurzgeschlossen Bereich, der sich in der Nähe der Sonden befindet, und erzeugt eine große Wärmemenge, die die Defektstellen vergrößern kann. Außerdem kann eine Spannung, die höher ist als sie Durchschlagsspannung, an die normalen Re gionen der Vorrichtung angelegt werden, wobei damit die normalen Regionen beschädigt werden.
Die gegenwärtigen Erfinder offenbaren in der japanischen Patentanmeldung, KOKAI Veröffentlichungs-Nr. 10-4202, eine umgekehrte Vorspannung liefernde Vorrichtung, die ein Paar von Sondenlinien hat, wobei jede Sondenlinie mehrere Punktkontakt-Sonden pro Streifen oder eine oder mehrere Linienkontakt-Sonden oder Flächenkontakt-Sonden pro Streifen entlang der Längsrichtung der Solarzellen hat. Die umgekehrte Vorspannung liefernde Vorrichtung kann den Abstand zwischen den Sonden und beliebigen kurzgeschlossenen Bereichen genügend verkürzen, um den Spannungsabfall vernachlässigbar zu machen. Daher kann die Vorrichtung die Probleme überwinden, dass einige kurzgeschlossenen Bereiche nicht beseitigt oder normale Bereiche beschädigt werden können.
Bei der herkömmlichen, die Vorspannung liefernden Vorrichtung wird ein Paar Sonden (oder ein Paar Sondenleitungen) nach unten bewegt, um mit den zweiten Elektrodenschichten von einem Paar von Solarzellen in Kontakt zu kommen, wobei ein eine umgekehrte Vorspannung lieferndes Verfahren ausgeführt wird und dann ein Paar Sonden nach oben und in die Position des anschließenden Paares von Solarzellen bewegt wird. Diese Vorgänge werden entsprechend der Anzahl von Streifen der Solarzellen wiederholt. Da in diesem Fall mehrere Punktkontakt-Sonden pro Streifen bereitgestellt werden oder eine oder mehrere Linienkontakt-Sonden oder Flächenkontakt-Sonden pro Streifen in der Längsrichtung der Solarzellen bereitgestellt werden, kann zwischen den Sonden und den Solarzellen abhängig von der Lage der Sonden unvermeidlich ein Höhenunterschied erzeugt werden. Um die Solarzellen vor mechanischen Beschädigungen zu schützen, die durch eine große, lokal erzeugte Beanspruchung verursacht wird, sollten die Sonden langsam nach unten bewegt werden. Daher benötigt man eine lange Zeit, um das eine umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren für alle der mehreren zig Streifen der Solarzellen abzuschließen, wobei damit die Produktionseffektivität des Solarzellenmoduls verringert wird. Da die Sonden zusätzlich viele Male auf und ab bewegt werden, erhöht sich die Möglichkeit eines durch Abnutzung verursachten Maschinenausfalls.
Herkömmlicherweise wird ein eine umgekehrte Vorspannung lieferndes Verfahren durch Anlegen einer umgekehrten Gleichstrom-Vorspannung oder durch Anlegen einer umgekehrten Vorspannung mit einer impulsartigen, rechteckigen Wellenform zwischen einem Paar Sonden 6a und 6b ausgeführt.
Eine Solarzelle ist jedoch gleichbedeutend mit einer Diode. Wenn die umgekehrte Vorspannung an die erste Elektrodenschicht 2 und die zweite Elektrodenschicht 4 angelegt wird, wirkt daher die Solarzelle 5, die die erste Elektrodenschicht 2, die Foto-Halbleiterschicht 3 und die zweite Elektrodenschicht 4 umfasst, als ein Kondensator, so dass die Ladungen wahrscheinlich gespeichert werden, selbst nachdem das Anlegen der Spannung unterbrochen ist. Man hat herausgefunden, dass eine durch die gespeicherten Ladungen induzierte Spannung einen schwachen Bereich der Foto-Halbleiterschicht 3 anders als dem kurzgeschlossenen Bereich beschädigen kann. Es wurde außerdem deutlich, dass das Speichern von Ladungen durch Anlegen der umgekehrten Vorspannung sehr leicht auftritt und die nachteilige Auswirkung der gespeicherten Ladungen größer ist als erwartet.
Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine umgekehrte Vorspannung liefernde Vorrichtung bereitzustellen, die ein eine umgekehrte Vorspannung lieferndes Verfahren an einem Solarzellenmodul mit integrierten Mehrfach-Streifen von Solarzellen wirksam durchführen kann. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorspannung liefernde Vorrichtung bereitzustellen, die verhindert, dass andere Bereiche als die kurzgeschlossenen Bereiche beschädigt werden, indem ein Speichern von Ladungen zwischen Elektroden zum Zeitpunkt der Durchführung eines eine umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahrens an einem Solarzellenmodul so weit wie möglich unterdrückt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine umgekehrte Vorspannung liefernde Vorrichtung bereitgestellt, die kurzgeschlossene Bereiche in einem Solarzellenmodul mit mehreren Solarzellen entfernt, wobei jede eine erste Elektrodenschicht, eine Foto-Halbleiterschicht und eine zweite Elektrodenschicht aufweist, die alle auf einem Substrat ausgebildet sind, indem eine umgekehrte Vorspannung an einzelne Solarzellen angelegt wird, wobei die Vorrichtung Sonden, die mit den zweiten Elektrodenschichten von benachbarten drei oder mehr Solarzellen in Kontakt sind, ein Betätigungselement, um die Sonden auf und ab zu betätigen, und einen Relaisschalter umfasst, der aus den Sonden ein Paar von Sonden auswählt, das mit den zweiten Elektrodenschichten eines willkürlichen Paares benachbarter Solarzellen in Kontakt kommt.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sollte vorzugsweise Sonden haben, die mit den zweiten Elektrodenschichten von fünf bis zehn benachbarten Solarzellen in Kontakt sind. Es ist vorzuziehen, dass mehrere Punktkontakt-Sonden pro einem einzelnen Streifen der Solarzelle entlang deren Längsrichtung bereitgestellt werden sollten.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren einen Funktionsgenerator, um den Solarzellen durch das Paar Sonden eine umgekehrte Vorspannung mit einer periodisch wechselnden Wellenform zuzuführen, und eine Steuereinheit umfassen, um die Anwendungszeit für die durch den Funktions generator angelegte, umgekehrte Vorspannung zu steuern. Zwischen dem Funktionsgenerator und den Sonden kann ein Verstärker bereitgestellt werden, der einen Strombegrenzer enthält.
Mit dem obigen Aufbau wird ein eine umgekehrte Vorspannung lieferndes Verfahren ausgeführt, indem bewirkt wird, dass der Funktionsgenerator den Sonden eine umgekehrte Vorspannung mit einer periodisch wechselnden Wellenform und einem vorgegebenen Spitzenwert für eine vorgegebene Zeitdauer zuführt und den Sonden dann eine umgekehrte Vorspannung mit einer periodisch wechselnden Wellenform und einem Spitzenwert, der höher ist als der vorgegebene Spitzenwert, für eine weitere vorgegebene Zeitdauer zuführt. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass die Steuereinheit eine Zuführungszeit einer umgekehrten Vorspannung mit einer periodisch wechselnden Wellenform und einem vorgegebenen Spitzenwert auf 0,2 Sekunden oder weniger regulieren sollte. Es ist außerdem vorzuziehen, dass eine anfängliche umgekehrte Vorspannung, die den Sonden vom Funktionsgenerator zugeführt wird, einen Spitzenwert von 2 V oder niedriger hat. Es ist vorzuziehen, dass der im Verstärker enthaltene Strombegrenzer eine Steuerung derart durchführen sollte, dass ein absoluter Wert eines maximalen Stroms zum Zeitpunkt des Anlegens der umgekehrten Vorspannung gleich oder kleiner ist als das Doppelte eines Kurzschlussstroms, wenn Sonnenlicht von AM 1,5 auf die Solarzellen einstrahlt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat die umgekehrte Vorspannung bei Nutzung eine Wellenform einer Sinuswelle, einer Halbsinuswelle, einer Sägezahnwelle oder einer rechteckigen Welle. Die umgekehrte Vorspannung kann im Wesentlichen eine in Sperrrichtung vorgespannte Komponente und teilweise eine in Durchlassrichtung vorgespannte Komponente aufweisen. Die umgekehrte Vorspannung hat vorzugsweise eine Frequenz von 20 bis 1000 Hz und besser eine Frequenz von 50 bis 120 Hz. Der Funktionsgenerator kann den Sonden eine Vorspannung in Durchlassrichtung zwischen einem Zeitpunkt zum Zuführen einer umgekehrten Vorspannung mit einem vorgegebenen Spitzenwert und einem Zeitpunkt zum Zuführen einer umgekehrten Vorspannung zuführen, deren Spitzenwert höher ist als der vorgegebene Spitzenwert.
Diese Zusammenfassung der Erfindung beschreibt nicht unbedingt alle notwendigen Merkmale, so dass die Erfindung auch eine Unterkombination dieser beschriebenen Merkmale sein kann.
Die Erfindung kann anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung vollständiger verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, in denen zeigen:
1A und 1B eine Perspektivansicht und eine Querschnittsansicht, um ein eine umgekehrte Vorspannung lieferndes Verfahren zu erläutern;
2A eine Draufsicht, die eine umgekehrte Vorspannung liefernde Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
2B eine Seitenansicht der eine umgekehrte Vorspannung liefernden Vorrichtung in deren Längsrichtung und
2C eine Seitenansicht der die umgekehrte Vorspannung liefernden Vorrichtung in deren Breiten-Richtung;
3 eine grafische Darstellung, die eine Schaltungsanordnung der Sonden in der die umgekehrte Vorspannung liefernden Vorrichtung in 2 veranschaulicht;
4 eine Perspektivansicht, die eine umgekehrte Vorspannung liefernde Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine Perspektivansicht, die eine umgekehrte Vorspannung liefernde Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine grafische Darstellung, die einen Schaltungsaufbau der die umgekehrte Vorspannung liefernden Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
7A bis 7C grafische Darstellungen, die die Wellenformen einer in der vorliegenden Erfindung verwendeten, umgekehrten Vorspannung beispielhaft zeigen;
8A bis 8D grafische Darstellungen, die unterschiedliche Beispiele der Wellenformen der in der vorliegenden Erfindung verwendeten, umgekehrten Vorspannung zeigen;
9 eine grafische Darstellung, die ein weiteres Beispiel der Wellenform der in der vorliegenden Erfindung verwendeten umgekehrten Vorspannung zeigt; und
10 ein Spannungs-Strom-Kennliniendiagramm, um ein Beispiel eines eine umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahrens zu erläutern, das durch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
In der vorliegenden Erfindung hat ein Dünnschicht-Solarzellenmodul, das das Objekt eines eine umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahrens ist, mehrere Solarzellen, die jeweils eine erste Elektrodenschicht, eine Foto-Halbleiterschicht und eine zweite Elektrodenschicht umfassen, die in der Reihenfolge auf einem isolierenden Substrat aufgebracht und in vorgegebene Muster verarbeitet sind. Die Solarzellen sind miteinander in Reihe verbunden.
Wenn ein Glassubstrat oder ein transparentes Harzsubstrat als das isolierende Substrat verwendet wird, wird ein transparentes Elektrodenmaterial wie ITO (Induim Tin Oxide – Indium-Zinnoxid) für die erste Elektrodenschicht und ein Metall-Elektrodenmaterial für die zweite Elektrodenschicht genutzt. Wenn ein Substrat-Material ohne eine transparente Eigenschaft für das isolierende Substrat verwendet wird, wird andererseits ein Metall-Elektrodenmaterial für die erste Elektrodenschicht und ein transparentes Elektrodenmaterial für die zweite Elektrodenschicht genutzt.
Wenn die Foto-Halbleiterschicht aus einem amorphen Halbleiter auf Siliziumsbasis besteht, weisen die Materialien für die Schicht amorphes Silizium, wasserstoffhaltiges amorphes Silizium, wasserstoffhaltiges amorphes Siliziumkarbid, amorphes Siliziumnitrid und auf amorphem Silizium basierende Legierungen auf, die Silizium und anderes Metall wie Germanium und Zinn enthalten. Des Weiteren ist das Material für die Halbleiterschicht nicht auf ein Material auf Siliziumbasis beschränkt, sondern kann ein Material auf CdS-Basis (Cadmiumsulfid), ein Material auf GaAs-Basis (Galliumarsenid) oder Material auf InP-Basis (Indiumphosphid) sein. Diese amorphen Halbleiterschichten oder mikrokristallinen Halbleiterschichten sind ausgelegt um einen pin-, nip-, ni-, pn- oder MIS (metal-insulator-semiconductor – Metall-Isolator-Halbleiter) Übergang, Heteroübergang, homogenen Übergang, Schottky-Übergang oder eine Kombination dieser Übergänge zu bilden.
Der Begriff "Sonde" hier bedeutet eine gewisse Einrichtung (eine Elektrode), um eine umgekehrte Vorspannung an eine Solarzelle anzulegen. Der Kontaktbereich der Sonde mit der zweiten Elektrodenschicht kann ein Punkt, eine Linie oder eine Fläche sein. Es ist vorzuziehen, mehrere Punktkontakt-Sonden oder eine oder mehrere Linienkontakt-Sonden oder Flächenkontakt-Sonden pro einem einzelnen Streifen einer Solarzelle in deren Längsrichtung bereitzustellen. Werden die Sonden auf diese Weise bereitgestellt, würden sich keine kurzgeschlossenen Bereiche entfernt von den Sonden befinden, wobei es dadurch möglich wird, eine von einem Spannungsabfall hervorgerufene nachteilige Beeinflussung zu vermeiden.
Wenn eine Linienkontakt- oder Flächenkontakt-Sonde verwendet wird, die mit der zweiten Elektrodenschicht der Solarzelle in Kontakt kommt, sollte die gesamte Kontaktlänge von einer oder mehreren Sonden in der Längsrichtung vorzugsweise gleich oder größer als 50% der Länge der Solarzellen sein.
Bei der umgekehrte Vorspannung liefernden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung werden zwei Sondenlinien verwendet, um ein eine umgekehrte Vorspannung lieferndes Verfahren an einem Streifen einer Solarzelle durch Umschalten durchzuführen. Daher werden (n – 1) Streifen von Solarzellen dem die umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahren durch Umschalten von n Sondenlinien unterzogen, die sich mit den Elektroden der Solarzellen in Kontakt befinden. Während gemäß der vorliegenden Erfindung drei oder mehr Sondenlinien genügen, ist es eher vorzuziehen, fünf bis zehn Sondenlinien bereitzustellen. Wenn die Anzahl der Sondenlinien klein ist, ist die Gesamtwirksamkeit des die umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahrens nicht sehr verbessert. Wenn die Anzahl der Sondenlinien jedoch zu groß ist, wird es schwierig, alle Sonden mit den Elektroden der Solarzellen mit einem gleichförmigen Druck in Kontakt zu bringen, so dass die Zellen wahrscheinlich lokale mechanische Beschädigungen erleiden.
Mit der Nutzung der umgekehrte Vorspannung liefernden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung werden die Sonden nach unten bewegt, um mit den zweiten Elektrodenschichten der Solarzellen in Kontakt zu kommen, wobei dann mehrere Streifen von Solarzellen dem die umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahren durch einen Schaltvorgang unterzogen werden können. Dies kann die Anzahl von Betätigungsvorgängen der Sonden in der vertikalen Richtung, die verglichen mit dem Stand der Technik die längste Zeit verbrauchen, erheblich verringern und kann damit die Gesamtwirksamkeit des die umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahrens verbessern.
Es werden nun einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert. 2A ist eine Draufsicht einer umgekehrte Vorspannung liefernden Vorrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert, wobei 2B eine Seitenansicht der Vorrichtung in deren Längsrichtung und 2C eine Seitenansicht der Vorrichtung in deren Breiten-Richtung ist.
Gemäß 2A ist ein Solarzellenmodul 10 als ein Werkstück auf einem Tisch 11 angeordnet. Das Solarzellenmodul 10 hat eine erste Elektrodenschicht (transparente Elektrode), eine Halbleiterschicht und eine zweite Elektrodenschicht (Gegenelektrode), die auf einem Glassubstrat aufgeschichtet sind. Das Solarzellenmodul 10 wird durch eine Beförderungseinrichtung (nicht dargestellt) von einer Seite in der Längsrichtung (angezeigt durch den Pfeil in 2A) der Vorrichtung, zum Beispiel der linken Seite in der Abbildung, hereingeführt und durch eine andere Beförderungseinrichtung (nicht dargestellt), die auf der anderen Seite, z. B. der rechten Seite in der Abbildung bereitgestellt wird, herausgeführt. Das Solarzellenmodul 10 hat eine Größe von 840 bis 910 mm in der Länge und 423 bis 910 mm in der Breite und ist auf dem Tisch 11 angeordnet, wobei die Längsrichtung der Solarzellen (die Richtung der Ritzlinien) rechtwinklig zur Längsrichtung der Vorrichtung eingerichtet ist. Es wird unterstellt, dass das Solarzellenmodul 40 Streifen von darin integrierten Solarzellen hat.
Am oberen Bereich von einer Seite des Tisches 11 wird ein Schrittmechanismus 12 bereitgestellt, der die Sonden horizontal bewegt. Am oberen Bereich des Schrittmechanismus 12 wird ein Hebemechanismus 13 bereitgestellt, der die Sonden vertikal bewegt. Ein Sondenhalter 14 ist am Hebemechanismus 13 befestigt, wobei mehrere Sonden 15 an der Unterseite des Halters 14 befestigt sind.
Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel der Schrittmechanismus 12 verwendet wird, kann stattdessen ein X-Y-Tisch verwendet werden, um das Solarzellenmodul horizontal zu bewegen.
Gemäß 3 werden sechs Sondenlinien 15 so bereitgestellt, dass sie zusammen angehoben werden, wobei jede Sondenlinie annähernd 30 Sonden hat, die in gleichen Abständen von 30 mm bereitgestellt werden, so dass sie die gesamte Länge eines Solarzellenstreifens abdecken können. Die Sonden 15 in jeder Linie sind miteinander durch einen gemeinsamen Verbindungsdraht 16 verbunden. Die einen Enden der Verbindungsdrähte 16 sind mit den zugehörigen Schaltern in einem Relaisschalter 17 verbunden, der aus sechs Sondenlinien ein Paar von Sondenlinien auswählt, das die umgekehrte Vorspannung zwischen den Elektroden eines beliebigen vorgegebenen Paares von benachbarten Solarzellen anlegt. Die Schaltfolge des Relaisschalters 17 wird durch R1 bis R5 gekennzeichnet. Diese Schalter im Relaisschalter 17 sind mit einer Umkehr-Vorspannungszuführung 18 verbunden.
Die Wirkungsweise der umgekehrte Vorspannung liefernden Vorrichtung wird unten erläutert. Das Solarzellenmodul wird durch eine Beförderungseinrichtung (nicht dargestellt) auf den Tisch 11 befördert und auf der Basis von Ausrichtungsmarkierungen (nicht dargestellt) positioniert. Als Nächstes wird der Schrittmechanismus 12 aktiviert, um den Hebemechanismus 13, den Halter 14 und die Sonden 15 über die Solar zellen zu bewegen, die dem die umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahren unterzogen werden. Dann wird der Hebemechanismus 13 aktiviert, um den Halter 14 und die Sonden 15 langsam mit einer solchen Sorgfalt nach unten zu bewegen, so dass sie mit den zweiten Elektrodenschichten an den Oberflächen der Solarzellen in Kontakt kommen, dass eine örtliche Anwendung einer hohen Belastung vermieden wird, die die Zellen mechanisch beschädigen kann.
Als erstes wird der Schalter R1 des Relaisschalters 17 zugeschaltet, um zwei Sondenlinien am rechten Ende zu speisen, so dass an den Solarzellen ganz rechts das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren durchgeführt wird. Dann wird der Schalter R2 zugeschaltet, um zwei Sondenlinien auf dem zweiten und dem dritten Streifen vom rechten Ende zu speisen, so dass das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren auf dem zweiten Streifen der Solarzellen von der ganz rechts ausgeführt wird. Der Schaltvorgang wird auf diese Weise durchgeführt, bis das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren auf dem fünften Streifen der Solarzellen durchgeführt ist. Da das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren auf einem Streifen von Solarzellen mittels einem Paar Sondenlinien durchgeführt wird, kann es das Umschalten von sechs Sondenlinien durch den Relaisschalter 17 ermöglichen, dass fünf Streifen von Solarzellen dem die umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahren unterzogen werden. Da mehrere (annähernd 30) Sonden für einen Streifen von Solarzellen bereitgestellt werden, fällt der Abstand von den Sonden zu den kurzgeschlossenen Bereichen in einen Bereich (maximal 15 mm, eine Hälfte des Abstands von 30 mm zwischen den Sonden), in dem ein Spannungsabfall unbedeutend ist. Die Vorrichtung ist daher von einem Problem befreit, dass einige kurzgeschlossenen Bereiche nicht entfernt oder normale Bereiche beschädigt werden können.
Anschließend wird der Hebemechanismus 13 aktiviert, um den Halter 14 und die Sonden 15 nach oben zu bewegen, wobei der Schrittmechanismus 12 dann den Hebemechanismus 13 so bewegen kann, dass sich der Halter 14 und die Sonden 15 über den Solarzellen befinden, die als Nächstes dem die umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahren unterzogen werden. Dann wird das oben beschriebene Anlegen der Spannung wiederholt. Um das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren an 40 Streifen von Solarzellen mittels der umgekehrte Vorspannung liefernden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung durchzuführen, muss eine Folge der Schrittbewegung der Sonden, des Absenkens der Sonden, des die umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahrens mittels des Relaisschalters 17 und des Anhebens der Sonden nur achtmal wiederholt werden. Dieses bedeutet eine Verbesserung der Produktionseffektivität um etwa das fünffache des Falles der Nutzung der herkömmlichen, die umgekehrte Vorspannung liefernden Vorrichtung, die 40 Wiederholungen einer solchen Abfolge erfordert, um das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren an 40 Streifen von Solarzellen durchzuführen. Da die umgekehrte Vorspannung liefernde Vorrichtung der vorliegenden Erfindung weniger Aufwärts- und Abwärtsbewegungen der Sonden mit sich bringt als die herkömmliche Vorrichtung, wird die Anzahl der wahrscheinlichen, durch Abnutzung verursachten Maschinenausfälle verringert.
Übrigens ist die Form der Sonden nicht besonders begrenzt. Zum Beispiel ist es möglich, Liniensonden 21 zu verwenden, die gemäß 4 einen Linienkontakt mit den Gegenelektroden 4 der Solarzellen 10 herstellen. Alternativ können gemäß 5 Blocksonden 22 verwendet werden, die einen Flächenkontakt mit den Gegenelektroden 4 der Solarzellen 10 herstellen.
Die umgekehrte Vorspannung liefernde Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren einen Funktionsgenerator, der den Solarzellen durch ein Paar von Sonden eine umgekehrte Vorspannung mit einer periodisch wechselnden Wellenform zuführt, und eine Steuereinheit umfassen, die eine Anwendungszeit für die umgekehrte Vorspannung steuert, die durch den Funktionsgenerator zugeführt wird. Zwischen dem Funktionsgenerator und den Sonden kann ein Verstärker bereitgestellt werden, der einen Strombegrenzer enthält. Diese Einrichtung kann eine Wellenform der umgekehrten Vorspannung, deren Spitzenwert, eine Anwendungszeit und eine Weise, um die umgekehrte Vorspannung anzulegen, steuern. Dadurch ist es möglich, zu verhindern, dass andere Bereiche als die kurzgeschlossenen Bereiche beschädigt werden, indem die Ladungsspeicherung zwischen den Elektroden zu der Zeit, in der das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren am Solarzellenmodul durchgeführt wird, so weit wie möglich unterdrückt wird. Die Einrichtung und das Schema, die unten erörtert werden, können auf eine umgekehrte Vorspannung liefernde Vorrichtung angepasst werden, die nur ein Paar von Sonden (oder Sondenlinien) hat.
Mit Bezug auf 6 wird die umgekehrte Vorspannung liefernde Vorrichtung mit der zuvor erwähnten Einrichtung speziell beschrieben. Gemäß 6 wird ein Paar Sonden 6a und 6b mit einer zweiten Elektrodenschicht 4a einer Solarzelle 5a und einer zweiten Elektrodenschicht 4b einer benachbarten Solarzelle 5b in Kontakt gebracht. Diese Sonden 6a und 6b werden von einem Funktionsgenerator 31 über einen Verstärker 32, der einen Strombegrenzer enthält, mit einer umgekehrten Vorspannung versorgt, die eine periodisch wechselnde Wellenform hat. Die Anwendungszeit für die vom Funktionsgenerator 31 zugeführte, umgekehrte Vorspannung wird durch einen Computer 33 gesteuert. Zwischen der Sonde 6a und dem Verstärker 32 wird ein Widerstand 34 eingefügt, wobei eine über den Widerstand 34 angelegte Spannung durch einen digitalen Spannungsmesser 35 gemessen wird. Der Spitzenwert der durch den digitalen Spannungsmesser 35 gemessenen umgekehrten Vorspannung wird in den Computer 33 eingegeben und zum Funktionsgenerator 31 zurückgekoppelt, so dass die umgekehrte Vorspannung mit einem vorgegebenen Spitzenwert an die Sonden angelegt wird. Der Computer 33 steuert außerdem die X-Y-Bewegung des Tisches (nicht dargestellt), auf dem das Solarzellenmodul 10 angeordnet ist, sowie die Höhe des Tisches und der Sonden.
7A bis 7C zeigen beispielhaft die Wellenformen der umgekehrten Vorspannung, die eine periodisch wechselnde Wellenform hat und den Solarzellen über die Sonden zugeführt wird. 7A zeigt eine umgekehrte Vorspannung mit einer Sinuswelle. In 7B hat die umgekehrte Vorspannung eine Halbsinuswelle. 7C zeigt die umgekehrte Vorspannung mit einer Sägezahnwelle.
Das Anlegen einer umgekehrten Vorspannung kann ein wirksames Entladen von Ladungen gewährleisten, die in einem Zeitraum, in dem der Spannungswert 0 V beträgt, und in einem Zeitraum gespeichert wurden, in dem sich der Spannungswert den 0 V vom Spitzenwert her nähert. Dies kann Beschädigungen unterdrücken, die durch die gespeicherten Ladungen an anderen Bereichen als den kurzgeschlossenen Bereichen verursacht werden.
Es ist vorzuziehen, dass die Frequenz der umgekehrten Vorspannung mit der Zeitkonstanten übereinstimmt, die durch die Kapazität C der Solarzelle und den Widerstand R in der umgekehrten Richtung definiert wird. Das Einstellen der Frequenz der umgekehrten Vorspannung in der oben genannten Weise kann es ermöglichen, dass die Wellenform der angelegten Spannung der Wellenform der Versorgungsspannung folgt. Spe ziell wird die Frequenz der umgekehrten Vorspannung in einem Bereich von 20 bis 1000 Hz, besser in einem Bereich von 50 bis 120 Hz eingestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die umgekehrte Vorspannung mit einer periodisch wechselnden Wellenform, die den Solarzellen vom Funktionsgenerator über die Sonden zugeführt wird, im Wesentlichen eine in Sperrrichtung vorgespannte Komponente und teilweise eine in Durchlassrichtung vorgespannte Komponente aufweisen. Die Wellenformen einer solchen umgekehrten Vorspannung werden in 8A–8D beispielhaft gezeigt. Die umgekehrte Vorspannung gemäß 8A hat eine Sinuswelle, die teilweise eine in Durchlassrichtung vorgespannte Komponente enthält. Die umgekehrte Vorspannung gemäß 8B hat ähnlich eine Halbsinuswelle, die teilweise eine in Durchlassrichtung vorgespannte Komponente enthält. Die umgekehrte Vorspannung gemäß 8C hat eine rechteckige Welle, die teilweise eine in Durchlassrichtung vorgespannte Komponente enthält. Die umgekehrte Vorspannung gemäß 8D hat eine Sägezahnwelle, die teilweise eine in Durchlassrichtung vorgespannte Komponente enthält.
Wenn die umgekehrten Vorspannungen mit den obigen Wellenformen angelegt werden, ist es möglich, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenschicht 2 und 4 gespeicherten Ladungen zu einem Zeitpunkt weiter zu verringern, an dem die in Durchlassrichtung vorgespannte Komponente angelegt wird. Dies führt zur Unterdrückung von Beschädigungen an normalen Regionen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, die Anwendungszeit für die umgekehrte Vorspannung (in 7 und 8 durch T₁ angezeigt) auf 0,2 Sekunden oder weniger einzustellen. In diesem Fall ist es ausreichend, dass die Anwendungszeit für die umgekehrte Vorspannung ein reziproker Wert der Frequenz der umgekehrten Vorspannung oder mehr ist. Wenn zum Beispiel eine Sinuswelle mit einer Frequenz von 60 Hz als umgekehrte Vorspannung in der vorliegenden Erfindung angelegt wird, ist die Anwendungszeit für die umgekehrte Vorspannung äquivalent zu einer Zeit von 1 bis 12 Zyklen. Anscheinend ist es möglich, die Ladungsspeicherung in den Solarzellen so weit wie möglich zu unterdrücken, indem die umgekehrte Vorspannung für eine kurze Zeitdauer von 0,2 Sekunden oder weniger angelegt wird.
Es ist außerdem vorzuziehen, dass eine anfängliche umgekehrte Vorspannung, die den Sonden vom Funktionsgenerator zugeführt wird, einen Spitzenwert von 2 V oder niedriger hat.
Es ist vorzuziehen, dass der im Verstärker enthaltene Strombegrenzer eine Steuerung derart durchführen sollte, dass der absolute Wert des maximalen Stroms zum Zeitpunkt des Anlegens der umgekehrten Vorspannung gleich oder kleiner ist als das Doppelte des Kurzschlussstroms, wenn Sonnenlicht von AM 1,5 auf die Solarzellen einstrahlt. Diese Steuerung kann verhindern, dass der Aufbau der Solarzellen durch Anwendung von übermäßiger Energie beschädigt wird. Es ist auch möglich, ein wirksames, die umgekehrte Vorspannung lieferndes Verfahren zu realisieren, indem das Verfahren mit einem Zwischenstrom (gleich oder kleiner als das Doppelte des Kurzschlussstroms) und einer hohen Spannung (niedriger als die Durchschlagsspannung) und nicht mit einem hohen Strom und einer niedrigen Spannung ausgeführt wird.
Es ist ferner vorzuziehen, das Anlegen der umgekehrten Vorspannung mit einer periodisch wechselnden Wellenform für 0,2 Sekunden oder weniger zu wiederholen, während der Spitzenwert der umgekehrten Vorspannung aufeinander folgend erhöht wird.
Die obige Steuerung bietet die folgenden Vorteile. Im Allgemeinen beträgt die Durchschlagsspannung von Solarzellen 8 bis 10 V. Wenn eine relativ hohe umgekehrte Vorspannung von 4 V oder höher, obwohl sie niedriger ist als die Durchschlagsspannung, an solche Solarzellen von Anfang an angelegt wird, kann es in einigen Fällen schwierig werden, die kurzgeschlossenen Bereiche zu entfernen. Das heißt, wenn einige kurzgeschlossenen Bereiche verbleiben, würden die umgekehrte Vorspannung und der Ableitungsstrom, der durch den kurzgeschlossenen Bereich fließt, zueinander proportional sein und eine lineare V-I-Kennlinie zeigen, so dass der Ableitungsstrom rapide abnehmen würde, nachdem die kurzgeschlossenen Bereiche entfernt sind. Wenn jedoch eine umgekehrte Vorspannung mit einem hohen Spitzenwert von Anfang an angelegt wird, kann der beobachtete Ableitungsstrom größer werden als die gerade Linie der geschätzten V-I-Kennlinie. Wenn eine umgekehrte Vorspannung mit einem höheren Spitzenwert weiterhin angelegt wird, wird die ansteigende Tendenz des Ableitungsstroms häufig markanter, wobei es noch schwieriger wird, die kurzgeschlossenen Bereiche zu entfernen.
Durch das Wiederholen des umgekehrten Vorspannens in einer kurzen Zeit, während der Spitzenwert der umgekehrten Vorspannung von einem Wert von 2 V oder niedriger auf einen höheren Wert geändert wird, ist es möglich, anhand der Wechseltendenz des Ableitungsstroms zu bestimmen, ob sich kurzgeschlossene Bereiche in einer Solarzelle entfernen lassen oder ob es schwierig ist, sie zu beseitigen. Dadurch ist es möglich, adäquat zu bestimmen, ob das umgekehrte Vorspannen weitergeführt oder unterbrochen werden sollte, wobei damit ein optimales, die umgekehrte Vorspannung lieferndes Verfahren gewährleistet wird.
Gemäß 9 kann eine Vorspannung in Durchlassrichtung von –0,5 V oder weniger für eine Zeit T₂ im oben beschriebenen, die umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahren zwischen der Zeit (T₁) für ein bestimmtes Anlegen der umgekehrten Vorspannung mit einem anfänglichen Spitzenwert und der Zeit für das nächste Anlegen der umgekehrten Vorspannung angelegt werden, dessen Spitzenwert höher ist als der frühere Spitzenwert. Das Anlegen der Vorspannung in Durchlassrichtung für die Zeit T₂ kann die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 2 und 4 gespeicherten Ladungen weiter verringern, wobei damit Beschädigungen an den normalen Regionen unterdrückt werden.
Das folgende beschreibt die eigentlichen Ergebnisse des Vergleiches der Wirkungen des vorliegenden Verfahrens mit dem herkömmlichen Verfahren, das im Fall der Durchführung des die umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahrens an den einzelnen Zellen eines Solarzellenmoduls verwendet wird, das 60 in Reihe integrierte Solarzellen hat.
Das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren wurde mittels der umgekehrte Vorspannung liefernden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung unter der folgenden Zusammenstellung ausgeführt, während die umgekehrte Vorspannung und die Vorspannung in Durchlassrichtung angelegt werden. Zu dieser Zeit wurde der zu messende Strom auf einen Wert kleiner als das Doppelte des Kurzschlussstroms beschränkt.

(1) Eine umgekehrte Vorspannung mit einer Sinuswelle mit einer Frequenz von 60 Hz und einem Spitzenwert von 2 V wurde für 0,17 Sekunden angelegt.
(2) Eine Gleichspannung in Durchlassrichtung von –0,1 V wurde für 0,17 Sekunden angelegt.
(3) Eine umgekehrte Vorspannung mit einer Sinuswelle mit einer Frequenz von 60 Hz und einem Spitzenwert von 4 V wurde für 0,17 Sekunden angelegt.
(4) Eine Gleichspannung in Durchlassrichtung von –0,1 V wurde für 0,17 Sekunden angelegt.
(5) Eine umgekehrte Vorspannung mit einer Sinuswelle mit einer Frequenz von 60 Hz und einem Spitzenwert von 6 V wurde für 0,17 Sekunden angelegt.
(6) Eine Gleichspannung in Durchlassrichtung von –0,1 V wurde für 0,17 Sekunden angelegt (die gesamte Verfahrenszeit betrug 1,02 Sekunden). In diesem Fall zeigten 58 Zellen von 60 Zellen eine ausgezeichnete Umwandlungskennlinie.

Im Gegensatz dazu wurde das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren durch Anlegen von rechteckigen Impulsen mit einer Frequenz von 60 Hz und einem Spitzenwert von 4 V für 1,0 Sekunden gemäß dem herkömmlichen Verfahren ohne irgendeine Strombegrenzung durchgeführt. In diesem Fall zeigten nur 50 Zellen von 60 Zellen eine ausgezeichnete Umwandlungskennlinie. Die Vergleichsergebnisse beweisen, dass das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung äußerst wirksam ist.
Es ist anzumerken, dass die Art zum Wechseln der umgekehrten Vorspannung nicht auf die in 9 veranschaulichte beschränkt ist, sondern verschiedene Möglichkeiten verfügbar sind, um die umgekehrte Vorspannung zu wechseln.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Ableitungsstrom durch Anlegen einer umgekehrten Vorspannung an eine Solarzelle gemessen werden, wobei das umgekehrte Vorspannen beendet werden kann, wenn der Ableitungsstrom gleich oder kleiner als der zulässige Wert wird. Ferner gibt es eine Folge zum Messen des Ableitungsstroms durch Anlegen einer umgekehrten Vorspannung mit einem ersten Spitzenwert an die Solarzellen, dann zum Messen des Ableitungsstroms durch Anlegen einer umgekehrten Vorspannung, deren Spitzenwert höher ist als der erste Wert, wenn der Ableitungsstrom den zulässigen Wert überschreitet. Wenn der Ableitungsstrom in dieser Zeit keine Tendenz zum Ansteigen zeigt, dann kann die Messung des Ableitungsstroms durch Anlegen einer umgekehrten Vorspannung mit einem höheren Spitzenwert als dem früheren Wert wiederholt werden. Wenn andererseits der Ableitungs strom eine Tendenz zum Ansteigen zeigt, dann kann das Anlegen der umgekehrten Vorspannung beendet werden.
Ein Beispiel eines solchen umgekehrten Vorspannens wird nun mit Bezug auf die Spannungs-Strom (V-I)-Kennlinie gemäß 10 erörtert. Der in 10 gezeigte "Stand der Technik" kennzeichnet die V-I-Kennlinie der Solarzellen, wenn eine relativ hohe umgekehrte Gleichstromvorspannung oder eine umgekehrte Vorspannung mit einer pulsierenden rechteckigen Wellenform von 4 V oder höher von Beginn an angelegt wird, so dass es schwierig wird, die kurzgeschlossenen Bereiche zu beseitigen.
Zum Beispiel zeigt (A) in 10 den Fall, in dem der Ableitungsstrom durch Anlegen einer umgekehrten Vorspannung von 1 V niedriger wird als ein zulässige Stromwert, so dass das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren beendet wird.
Des Weiteren zeigt (B) in 10 ein Beispiel des die umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahrens in dem Fall, in dem der gemessene Ableitungsstrom größer ist als der zulässige Stromwert, wenn die erste umgekehrte Vorspannung angelegt wird. In diesem Fall ist der Ableitungsstromwert I₁, der durch erstmaliges Anlegen der umgekehrten Vorspannung von 1 V gemessen wird, größer als der zulässige Stromwert. Demzufolge wird eine umgekehrte Vorspannung mit einem höheren Spannungswert als dem ersten Spannungswert (2 V in diesem Beispiel, was das Doppelte des Spannungswerts beim ersten Anlegen ist) angelegt, wobei wieder ein Ableitungsstromwert I₂ gemessen wird, der mit den ersten Ableitungsstromwert I₁ verglichen wird. Wenn das Verhältnis des zweiten Ableitungsstromwerts zum ersten Ableitungsstromwert (I₂/I₁) kleiner ist als das Doppelte (wobei der Ableitungsstrom keine Tendenz zum Ansteigen zeigt), ist es zum Beispiel möglich zu überlegen, dass die kurzgeschlossenen Bereiche in der Solar zelle beseitigt werden können. Daher wird eine umgekehrte Vorspannung mit einem höheren Spannungswert als dem beim zweiten Anlegen (in diesem Beispiel 3 V) angelegt, wobei wiederum der Ableitungsstromwert I₃ gemessen wird, der mit dem ersten und dem zweiten Ableitungsstromwert verglichen wird. Wenn der dritte Ableitungsstrom wie im vorherigen Fall keine Tendenz zum Ansteigen zeigt, ist es möglich, zu überlegen, dass die kurzgeschlossenen Bereiche in der Solarzelle beseitigt werden können. Demzufolge wird eine noch höhere umgekehrte Vorspannung als die beim dritten Anlegen (in diesem Beispiel 4 V) angelegt, wobei der Ableitungsstromwert wieder gemessen wird. Da in diesem Beispiel das Anlegen der umgekehrten Vorspannung von 4 V den Ableitungsstromwert niedriger macht als den zulässigen Stromwert, wird dann das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren beendet. Dieses Verfahren kann entfernbare kurzgeschlossene Bereiche zuverlässig entfernen.
Es wird nun eine Beschreibung eines weiteren Beispiels des die umgekehrte Vorspannung liefernden Verfahrens in dem Fall gegeben, in dem der gemessene Ableitungsstrom größer ist als der zulässige Stromwert, wenn die erste umgekehrte Vorspannung angelegt wird (dieses Beispiel ist in 10 nicht dargestellt). Es wird gleichfalls angenommen, dass der Ableitungsstromwert I₁, der durch erstmaliges Anlegen der umgekehrten Vorspannung von 1 V gemessen wird, größer ist als der zulässige Stromwert. Demzufolge wird eine umgekehrte Vorspannung mit einem höheren Spannungswert als dem beim ersten Anlegen (in diesem Beispiel 2 V) angelegt, wobei der Ableitungsstromwert I₂ wiederum gemessen wird, der mit dem ersten Ableitungsstromwert I₁ verglichen wird. Wenn das Verhältnis des zweiten Ableitungsstromwerts zum ersten Ableitungsstromwert (I₂/I₁) größer ist als das Doppelte, zum Beispiel das dreifache oder mehr (wobei der Ableitungsstrom ei ne gewisse Tendenz zum Ansteigen zeigt), ist es möglich, zu überlegen, dass die Beseitigung der kurzgeschlossenen Bereiche schwierig wird. Wenn eine solche Tendenz des Ableitungsstroms zum Ansteigen beobachtet wird, wird daher dann das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren beendet. Dieses Verfahren kann verhindern, dass sich der Zustand des kurzgeschlossenen Bereiches verschlechtert.
Das Verfahren zum Bestimmen, ob der Ableitungsstromwert wahrscheinlich ansteigen wird oder nicht, ist nicht auf die oben beschriebene Weise zum Überprüfen beschränkt, ob das Verhältnis des zweiten Ableitungsstromwerts I₂ zum ersten Ableitungsstromwert I₁ größer oder kleiner ist als das Verhältnis des zweiten umgekehrten Vorspannungswerts zum ersten umgekehrten Vorspannungswert, sondern kann durch das folgende Schema durchgeführt werden. Bei der ersten Anwendung wird der Ableitungsstromwert I₁ durch Anlegen der umgekehrten Vorspannung von 1 V erfasst. Bei der zweiten Anwendung wird der Ableitungsstromwert I₂ durch Anlegen der umgekehrten Vorspannung von 2 V erfasst. Bei der dritten Anwendung wird der Ableitungsstromwert I₁' wiederum durch Anlegen der umgekehrten Vorspannung von 1 V erfasst. Wenn der dritte Ableitungsstromwert I₁' größer ist als der erste Ableitungsstromwert I₁ und zum Beispiel das 1,5-fache von I₁ beträgt, ist zu überlegen, dass der Ableitungsstromwert wahrscheinlich ansteigt, wobei das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren dann beendet wird.
Tatsächlich wurde das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und dem herkömmlichen Verfahren durchgeführt, wobei deren Wirkungen miteinander verglichen wurden. Wenn das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren an den einzelnen Zellen eines Solarzellenmoduls mit 60 in Reihe integrierten Solarzellen mittels der Verfahren (A) und (B) in 10 durchgeführt wurde, zeigten 55 Zellen von 60 Zellen eine ausgezeichnete Umwandlungskennlinie. Wenn andererseits das die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren durch Anlegen von rechteckigen Impulsen mit einem Spitzenwert von 4 V gemäß dem herkömmlichen Verfahren durchgeführt wurde, zeigten nur 50 Zellen von 60 Zellen eine ausgezeichnete Umwandlungskennlinie. Die Vergleichergebnisse beweisen, dass das vorliegende Verfahren zum Beseitigen kurzgeschlossener Bereiche äußerst wirksam ist.
Da sich die Bedingungen der kurzgeschlossenen Bereiche von einer Solarzelle zu anderen unterscheiden, wird das oben beschriebene, die umgekehrte Vorspannung liefernde Verfahren in verschiedenen Weisen für die einzelnen Solarzellen ausgeführt.

Claims

Eine umgekehrte Vorspannung liefernde Vorrichtung zum Entfernen kurzgeschlossener Bereiche in einem Solarzellenmodul (10) mit mehreren Solarzellen, wobei jede eine auf einem Substrat ausgebildete erste Elektrodenschicht, eine Foto-Halbleiterschicht und eine zweite Elektrodenschicht aufweist, durch Anlegen einer umgekehrten Vorspannung an einzelne Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: Sonden (15), die sich mit den zweiten Elektrodenschichten von benachbarten drei oder mehr Solarzellen in Kontakt befinden; ein Betätigungselement (14), um die Sonden auf und ab zu betätigen; und einen Relaisschalter (17) um aus den Sonden (15) ein Paar von Sonden auszuwählen, die sich mit den zweiten Elektrodenschichten eines beliebigen Paares von benachbarten Solarzellen in Kontakt befinden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Sonden (15) hat, die sich mit den zweiten Elektrodenschichten von fünf bis zehn benachbarten Solarzellen in Kontakt befinden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Punktkontakt-Sonden (15) pro Streifen der Solarzelle entlang deren Längsrichtung bereitgestellt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie des weiteren aufweist: einen Funktionsgenerator (31), der den Solarzellen durch das Paar Sonden (15) eine umgekehrte Vorspannung mit einer periodisch wechselnden Wellenform zuführt; und eine Steuereinheit (33), die eine Anwendungszeit für die durch den Funktionsgenerator zugeführte, umgekehrte Vorspannung steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie des weiteren einen Verstärker (32) aufweist, der mit einem Strombegrenzer zwischen dem Funktionsgenerator (31) und den Sonden (15) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsgenerator (31) den Sonden (15) eine umgekehrte Vorspannung mit einer periodisch wechselnden Wellenform und einem vorgegebenen Spitzenwert für eine vorgegebene Zeitdauer zuführt und dann den Sonden (15) eine umgekehrte Vorspannung mit einer periodisch wechselnden Wellenform und einem Spitzenwert, der höher ist als der vorgegebene Spitzenwert, für eine weitere vorgegebene Zeitdauer zuführt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (33) die Zuführungszeit einer umgekehrten Vorspannung mit einer periodisch wechselnden Wellenform und einem vorgegebenen Spitzenwert auf 0,2 Sekunden oder weniger steuert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die anfängliche umgekehrte Vorspannung, die den Sonden (15) von dem Funktionsgenerator (31) zugeführt wird, einen Spitzenwert von 2 V oder weniger hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Verstärker (32) enthaltene Strombegrenzer die Steuerung derart durchführt, dass der absolute Wert des maximalen Stroms zu einer Zeit des Anlegens der umgekehrten Vorspannung gleich oder kleiner ist als das Doppelte eines Kurzschlussstroms, wenn Sonnenlicht von AM 1,5 auf die Solarzellen einstrahlt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die umgekehrte Vorspannung eine Wellenform einer Sinuswelle, einer Halbsinuswelle, einer Sägezahnwelle oder einer rechteckigen Welle hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die umgekehrte Vorspannung eine in umgekehrter Richtung vorgespannte Komponente und teilweise eine in Vorwärtsrichtung vorgespannte Komponente aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die umgekehrte Vorspannung eine Frequenz von 20 bis 1000 Hz hat.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die umgekehrte Vorspannung eine Frequenz von 50 bis 120 Hz hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsgenerator (31) den Sonden (15) eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung zwischen einer Zeit, in der eine umgekehrte Vorspannung mit einem vorgegebenen Spitzenwert zugeführt wird, und einer Zeit, in der eine umgekehrte Vorspannung zugeführt wird, deren Spitzenwert höher ist als der vorgegebene Spitzenwert.