EP2406645A1 - Messvorrichtung zur elektrischen vermessung einer flachen, einseitig kontaktierbaren messstruktur - Google Patents

Messvorrichtung zur elektrischen vermessung einer flachen, einseitig kontaktierbaren messstruktur

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Publication number
EP2406645A1
EP2406645A1 EP10710201A EP10710201A EP2406645A1 EP 2406645 A1 EP2406645 A1 EP 2406645A1 EP 10710201 A EP10710201 A EP 10710201A EP 10710201 A EP10710201 A EP 10710201A EP 2406645 A1 EP2406645 A1 EP 2406645A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contacting
measuring
support element
vacuum chamber
suction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10710201A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Glatthaar
Stefan Rein
Daniel Biro
Florian Clement
Michael MENKÖ
Alexander Krieg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2406645A1 publication Critical patent/EP2406645A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/073—Multiple probes
    • G01R1/07307—Multiple probes with individual probe elements, e.g. needles, cantilever beams or bump contacts, fixed in relation to each other, e.g. bed of nails fixture or probe card
    • G01R1/07314—Multiple probes with individual probe elements, e.g. needles, cantilever beams or bump contacts, fixed in relation to each other, e.g. bed of nails fixture or probe card the body of the probe being perpendicular to test object, e.g. bed of nails or probe with bump contacts on a rigid support
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851—Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2886—Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks
    • G01R31/2887—Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks involving moving the probe head or the IC under test; docking stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a measuring device and a method for the electrical measurement of a measuring structure on one side electrically jorierba- ren measuring structure, in particular an optoelectronic element, such as a solar cell.
  • BESTATIGUNGSKOPIE Measuring devices for solar cells which can be contacted on one side are already known, in which a solar cell with the measuring side is placed on a support element of the measuring device and pressed against the support element by means of a glass pane. On the side of the support element contact pins are pressed against the contact points of the solar cell, so that an electrical contact takes place.
  • a disadvantage of this measuring device is that on the one hand the placement of the solar cell on the support element and the subsequent pressing by means of a Glasectomy represents a complex process that requires a lot of time, especially in a measurement of a plurality of solar cells in a production line.
  • the glass sheets used have absorption and reflection properties, which falsify the measurement results, or must be taken into account in the measurement results by appropriate calibrations.
  • the glass pane can become dirty or damaged during use, so that additional distortions occur during the measuring process.
  • the electrical contacting of the measuring structure in relation to the previously known measuring devices shorter period of time should be possible and the measuring device to be improved in terms of susceptibility due to contamination or damage.
  • the measuring device comprises at least one suction line for connection to a suction unit and at least one suction-connected to the suction line, at least gas-conducting, connected suction port.
  • the suction opening is arranged in and / or on the support element in such a way that the measurement structure can be pressed by suction on the support element by means of the suction opening.
  • the contacting units are arranged to be movable relative to the support element, such that, when the measurement structure resting on the support element, the contacting units can be pressed against the measurement side of the measurement structure for their electrical contacting.
  • the measuring device comprises an active movement unit, which is in operative connection with the contacting units, such that by means of the movement unit the contacting units can be selectively pressed against the measuring structure resting on the support element for contacting them.
  • the measuring device is embodied such that, in the case of contacting units pressed onto the measuring structure, the measuring structure is pressed against the support element exclusively by the suction and optionally the weight of the measuring structure.
  • the measuring structure is pressed against the support element exclusively by suction by means of at least one suction opening.
  • a measurement is carried out with a horizontal measuring structure, with the measuring side pointing downwards, so that the weight of the measuring structure also leads slightly to a contact pressure force on the support element. Since typical measuring structures, in particular solar cells, however, have only a low intrinsic weight, the weight force is typically negligible in comparison to the forces resulting from the suction on the one hand and the pressing of the contacting units on the measuring structure on the other hand.
  • a significant difference of the measuring device according to the invention over the previously known measuring devices is thus that the forces exerted on the measuring structure by the contacting units are compensated exclusively by the suction of the measuring structure and optionally its weight, whereas in previously known measuring devices mechanical aids such as those already mentioned Glass pane are necessary.
  • the pressing of the measuring structure to the support element is done only by turning on or off the suction by means of the suction port. It is therefore not necessary to arrange mechanical aids such as a glass sheet over the measuring structure, so that a much faster contacting compared to measuring devices of the prior art is possible.
  • there are no elements of the measuring device on the side opposite the measuring side of the measuring structure so that electromagnetic radiation can penetrate unhindered into the measuring structure and. In particular, therefore, no correction or calibration of a measurement due to a possible reflection or absorption of electromagnetic radiation by elements of the measurement structure is necessary.
  • no mechanical stress of the measurement side opposite side of the measuring structure such as by the known from the prior art pressing elements. In this way, it is precluded that such pressing elements cause damage to the side opposite the measuring side.
  • the measuring structure comprises a vacuum control unit, which is interposed between the suction unit and the suction line, for selectively switching on and off the suction.
  • the movement unit in such a way that the suctioning of the contacting units to the measurement structure and the pressing operation of the contacting units on the measurement side of the measurement structure are such that the sum of the suction forces with which the measurement structure is pressed against the support element , is always greater than the sum of the contacting forces with which the contacting units are pressed against the measuring side of the measuring structure. In this way, in particular, it is avoided that the measuring structure is lifted off the support element during the pressing operation of the contacting units on the measuring structure.
  • the movement unit is preferably designed such that the contacting units by means of the movement unit optionally in a rest position, in which no electrical contact of the resting on the support member measuring structure and a contacting position, in which the resting on the support element measuring structure is contacted by the contacting units, movable are.
  • the measuring device has at least two suction openings, wherein in each case one suction opening is arranged in the region of the contacting unit for each of the two contacting units.
  • the contacting unit it is advantageous to arrange the contacting unit at a distance of less than 1 cm, and in particular below 5 mm, to the associated contacting unit. This ensures that transverse stresses in the measuring structure between intake opening and contacting unit due to the opposing forces acting on suction port and contacting only a small portion of the measuring structure and therefore reduces the risk of destruction of the measuring structure due to the shear forces occurring.
  • the active movement unit preferably has moving means for moving the contacting units, by means of which the contacting units can be pressed against the measuring side of the measuring structure resting on the support element.
  • the movement means may comprise, for example, electric motors for moving the contacting units.
  • the vacuum chamber has an approximately parallel to the support element aligned bottom, on which the contacting units are mounted and the vacuum chamber is designed such that moves when compressing the vacuum chamber whose bottom in the direction of the support element, the bottom always substantially parallel to the support element is. This is preferably ensured by corresponding guide rails between the support element and the bottom of the vacuum chamber.
  • the contacting units are preferably designed as known per se spring contacts.
  • Such spring contacts have a typically cylindrical plunger, which is spring-loaded in a cylinder housing, so that the Why istsstempel is retracted when force is applied in the cylinder housing, wherein the spring force counteracts this retraction.
  • These spring contact pins are commercially available in various designs with respect to the shape of the Whyssenskopfes (for example, round or with tips) and the spring force available, so that the advantageous for the current measurement situation contact forces can be realized in the contact by the appropriate choice of commercial spring contact pins.
  • the delay unit is designed as a damping element, in particular a hydraulic damping element, which with the Movement unit is designed cooperatively such that the method of the contacting units for pressing the same is delayed to the measuring side of the measuring structure.
  • the invention further comprises a method for contacting a measuring structure, in particular an optoelectronic element, such as a solar cell, which is electrically contactable on one side of a measuring side, wherein the method is preferably carried out with a measuring structure according to the invention or an advantageous embodiment mentioned above.
  • the method according to the invention comprises the following method steps:
  • step B it is essential that the measuring structure is sucked in step B for contacting by means of a negative pressure to the support element via suction on and / or in the support element and that upon contacting the measuring structure this is pressed exclusively by suction and optionally the weight of the measuring structure to the support element.
  • the suction force by means of which the measuring structure is pressed against the support element is always greater than the sum of the contacting forces by means of which the contacting units touch the measuring side the measuring structure are pressed. As a result, a lifting of the measuring structure is avoided by the support element.
  • Figure 3 shows another embodiment of a measuring device according to the invention in plan view from above, wherein a plurality of vacuum chambers are fluidly connected by means formed in a support element channels and
  • FIG. 4 shows a cross section along the line marked A in FIG. 3 and perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 3, the illustration in FIG. 4 not being to scale to FIG.
  • FIG. 1 schematically shows a section through an exemplary embodiment of a measuring device 1 according to the invention, the section being perpendicular to a support element 2.
  • the support element 2 is formed in one piece and has two recesses through which the section shown in FIG. 1 runs.
  • the measuring device comprises a multiplicity of contacting units 3, of which two (3, 3 ') are shown in the section shown in FIG.
  • the contacting units 3 are designed as spring contact pins, with a punch 3a, which is mounted in Figure 1 displaceable upwards and downwards in a cylinder housing 3b.
  • the punch 3a is pressurized by means of a spring, so that the punch is extended in the unloaded state upwards.
  • the measuring device 1 When approaching the contacting units to the solar cell by lifting the bottom of the first vacuum chamber, the contact stamps 3a are pressed into the cylindrical housing 3b, wherein the spring described causes increasing with increasing impressions of the contact stamp in the cylindrical housing pressing force of the contact stamp to the solar cell.
  • the measuring device 1 therefore comprises two stops 9a and 9b, which limit the maximum compression of the vacuum chamber 1 and corresponding to the maximum travel of the bottom of the first vacuum chamber in the direction of the support element 2 and the solar cell lying thereon. This maximum propagation path is chosen such that a predetermined contact pressure of the contacting punches 3a of the contacting units 3 is achieved.
  • the delay vacuum chamber 7 is hermetically sealed and only connected via an adjustable pressure relief valve 10 to the first vacuum chamber 4.
  • the overpressure valve is designed in such a way that as of a predetermined pressure difference between the first and second vacuum chamber, a gas flow takes place from the deceleration vacuum chamber into the first vacuum chamber. Before reaching the predetermined pressure difference no gas flow takes place, d. H. the two vacuum chambers are hermetically sealed against each other.
  • a predetermined pressure of 0.3 bar to 0.4 bar ie a negative pressure of 0.7 to 0.6.
  • the first vacuum chamber is again led to ambient pressure, so that the first vacuum chamber expands again and accordingly move the contacting units 3, 3 'in Figure 1 down and thus the electrical contact of the solar cell is interrupted. Due to the negative pressure of the delay vacuum chamber 7, the expansion of the first vacuum chamber 4 and thus the shutdown of the contacting units is additionally accelerated.
  • each contacting unit associated with a respective vacuum chamber 24.
  • a measuring structure 8 designed as a solar cell is placed on the support element 22, wherein here the support element has not shown stops for the exact positioning of the solar cell such that the contacting points of the solar cell are above the recesses of the support element come to rest and are electrically contacted by means of contacting.
  • the maximum travel when retracting is selected such that at a predetermined working height of the contacting units is reached ximal drawn into the vacuum chamber, ie as described in Figure 1, the punch of Kunststoffssensöen a predetermined distance are pressed into the associated cylindrical housing, so that a vorge- bez ⁇ e Andschreibkraft the contacting units is reached to the solar cell.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a measuring device according to the invention in plan view from above.
  • a support element 32 four vacuum chambers are formed, of which by way of example the two lower vacuum chambers are designated by the reference numerals 34 and 34 '.
  • the vacuum chambers are fluid-conductively connected to one another by channels 38. These channels are designed to be open at the top in the support element, so that placing a measurement structure on the support element 32 effects a sealing of the channels in the direction of the measurement structure and the fluid-conducting connection between the vacuum chambers is created. As a result, the measuring structure is pressed against the support element 32 not only by means of the vacuum chambers, but additionally by means of the channels 38.
  • the measuring device according to FIG. 3 comprises four contacting units, which are each arranged in a vacuum chamber.
  • Figure 4 is a section along the line A in Figure 3 and shown perpendicular to the plane in Figure 3, wherein the representation 4 is not to scale, the thickness of the support member 32 is compared to the distance of the vacuum chambers 34 and 34 'for better representation strong increased.
  • the channel 38 connects the vacuum chambers 34 and 34 'fluidly and extends through the vacuum chambers to close to the edge of the support member 32 in order to additionally increase the area at which the measuring structure is sucked.
  • a contacting unit (33, 33 ') is arranged in the vacuum chambers 34, 34'.
  • the contacting units each have movable fastening elements designed as movable pistons 35, 35 ', which are mounted movably in the support element 32 in such a way that they can be displaced upwards and downwards in FIG. 4 and thus can be moved in and out of the vacuum chambers.
  • the pistons 35 and 35 ' are movably supported in the support element 32 in such a way that the vacuum chambers 34 and 34' are fluid-tight in the downward direction as shown in FIG.
  • a measuring structure is now placed on the support element 32, then the vacuum chambers 34 and 34 'and the channels 38 are sealed fluid-tight by the measuring structure. Subsequently, a negative pressure is generated in one, preferably in a plurality of vacuum chambers by means of a suction line (not shown). Due to the fluid-conducting connection of the vacuum chambers by means of the channels 38, a vacuum of the same magnitude arises in all vacuum chambers, and accordingly the measuring structure is sucked onto the support element 32 with the same force on the entire suction surface. Due to the negative pressure in the vacuum chambers 34 and 34 ", the pistons 35 and 35 'of the contacting units 33 and 33' in FIG. 4 move upwards, ie into the vacuum chambers, so that the spring-loaded contact pins of the contacting units contact the measuring side of the measuring side of the measuring structure be pressed and form an electrical contact to this.
  • the contacting units each have not shown electrical contacting cables, which are guided to corresponding connection sockets on the measuring device, so that via the connection socket electrical contacting with measuring equipment such as current / voltage measuring devices is possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur elektrischen Vermessung einer einseitig an einer Messseite elektrisch kontaktierbaren Messstruktur, insbesondere eines optoelektronischen Elements, wie einer Solarzelle, umfassend mindestens zwei Kontaktierungseinheiten zur elektrischen Kontaktierung der Messstruktur und mindestens ein Auflageelement zum Auflegen der Messstruktur mit der Messseite auf das Auflageelement. Wesentlich ist, dass die Messvorrichtung mindestens eine Ansaugleitung zur Verbindung mit einer Ansaugeinheit und mindestens eine mit der Ansaugleitung fluidleitend verbundene Ansaugöffnung umfasst, wobei die Ansaugöffnung derart in und/oder an dem Auflageelement angeordnet ist, dass die Messstruktur mittels der Ansaugöffnung an das Auflageelement durch Ansaugen anpressbar ist, und dass bei auf dem Auflageelement aufliegender Messstruktur die Kontaktierungseinheiten an die Messseite der Messstruktur zu deren elektrischen Kontaktierung andrückbar sind.

Description

MESSVORRICHTUNG ZUR ELEKTRISCHEN VERMESSUNG EINER FLACHEN,
EINSEITIG
KONTAKTIERBAREN MESSSTRUKTUR
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung sowie ein Verfahren zur elektrischen Vermessung einer einseitig an einer Messseite elektrisch kontaktierba- ren Messstruktur, insbesondere eines optoelektronischen Elementes, wie einer Solarzelle.
Bei optoelektronischen Elementen und insbesondere bei Solarzellen sind Strukturen bekannt, bei denen sämtliche Kontakte zur elektrischen Kontaktie- rung auf einer Messseite der Messstruktur angeordnet sind. Zu Testzwecken, zur Kalibrierung oder Vermessung ist es daher notwendig, in einem Messauf- bau die Messstruktur einseitig an den vorgesehenen Kontaktierungspunkten elektrisch zu kontaktieren. Insbesondere bei Messstrukturen, welche zum Aussenden oder zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung an der der Messseite gegenüberliegenden Seite ausgebildet sind, ergibt sich die Problemstellung, dass einerseits an der Messseite eine Kontaktierung erfolgen soll und andererseits die der Messseite gegenüberliegende Seite nur geringfügig hinsichtlich der Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung während des Mess- oder Kalibriervorgangs beeinträchtigt werden soll, da während der Messung bzw. der Kalibrierung eine Beaufschlagung der Messstruktur mit elektromagnetischer Strahlung erfolgt und/oder die während des Messvorgangs abge- gebene elektromagnetische Strahlung vermessen werden soll. Dies ist insbesondere bei der Vermessung von einseitig kontaktierbaren Solarzellen und großflächigen LED bzw. OLED-Elementen der Fall.
BESTATIGUNGSKOPIE Es sind bereits Messvorrichtungen für einseitig kontaktierbare Solarzellen bekannt, bei denen eine Solarzelle mit der Messseite auf ein Auflageelement der Messvorrichtung aufgelegt wird und mittels einer Glasscheibe an das Auflageelement angedrückt wird. Auf der Seite des Auflageelementes werden Kontakt- stifte an die Kontaktierungspunkte der Solarzelle angedrückt, so dass eine e- lektrische Kontaktierung erfolgt.
Nachteilig bei dieser Messvorrichtung ist, dass einerseits das Auflegen der Solarzelle auf das Auflageelement und das anschließende Andrücken mittels ei- ner Glasscheibe einen aufwendigen Vorgang darstellt, der insbesondere bei einer Vermessung einer Vielzahl von Solarzellen in einer Produktionslinie einen hohen Zeitaufwand erfordert. Andererseits weisen die verwendeten Glasscheiben Absorptions- und Reflektionseigenschaften auf, welche die Messergebnisse verfälschen, bzw. bei den Messergebnissen durch entsprechende Kalibrierungen berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus kann die Glasscheibe während des Gebrauchs verschmutzen oder beschädigt werden, so dass zusätzliche Verfälschungen bei dem Messvorgang auftreten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messvor- richtung und ein Verfahren zur Vermessung an einseitig an eine Messseite e- lektrisch kontaktierbaren Messstruktur zu schaffen, bei der die der Messseite gegenüberliegende Seite der Messstruktur während des Messvorgangs eine geringfügigere Beeinträchtigung hinsichtlich in die Messstruktur eintretender oder aus der Messstruktur austretender elektromagnetischer Strahlung auf- weist und die der Messseite gegenüberliegende Seite einer geringeren mechanischen Belastung ausgesetzt wird. Darüber hinaus soll die elektrische Kontaktierung der Messstruktur in gegenüber den vorbekannten Messvorrichtungen kürzerer Zeitspanne möglich sein und die Messvorrichtung verbessert werden hinsichtlich der Anfälligkeit aufgrund von Verschmutzungen oder Beschädigun- gen.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Messvorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Messvorrichtung finden sich in den Ansprüchen 2 bis 1 1 und vorteilhafte Ausgestaltun- gen des Verfahrens in den Ansprüchen 13 bis 15. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur elektrischen Vermessung einer einseitig an einer Messseite elektrisch kontaktierbaren Messstruktur, insbesondere eines optoelektronischen Elementes, wie einer Solarzelle, umfasst somit mindestens zwei Koπiaktieruπgseinheiten zur elektrischen Kontaktierung der Messstruktur und mindestens ein Auflageelement zum Auflegen der Messstruktur mit der Messseite auf das Auflageelement. Das Auflageelement und die Kontaktierungseinheiten sind derart angeordnet, dass die auf dem Auflageelement aufliegende Messstruktur mittels der Kontaktierungseinheiten an der Messseite elektrisch leitend kontaktierbar ist. Weiterhin sind die beiden Kontaktierungseinheiten voneinander elektrisch isoliert, da typischerweise mit den beiden Kontaktierungseinheiten elektrisch entgegengesetzte Pole der Messstruktur kontaktiert werden.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung umfasst mindestens eine Ansaugleitung zur Verbindung mit einer Ansaugeinheit und mindestens eine mit der Ansaugleitung fluidleitend, zumindest gasleitend, verbundene Ansaugöffnung. Die Ansaugöffnung ist derart in und/oder an dem Auflageelement angeordnet, dass die Messstruktur mittels der Ansaugöffnung an das Auflageelement durch An- saugen anpressbar ist.
Weiterhin sind die Kontaktierungseinheiten relativ zu dem Auflageelement beweglich angeordnet, derart, dass bei auf dem Auflageelement aufliegender Messstruktur die Kontaktierungseinheiten an die Messseite der Messstruktur zu deren elektrischen Kontaktierung andrückbar sind. Zum Andrücken der Kontaktierungseinheiten umfasst die Messvorrichtung eine aktive Bewegungseinheit, welche mit den Kontaktierungseinheiten in Wirkverbindung steht, derart dass mittels der Bewegungseinheit die Kontaktierungseinheiten wahlweise an die auf dem Auflageelement aufliegende Messstruktur zu deren Kontaktierung andrückbar sind.
Hierbei ist die Messvorrichtung derart ausgeführt, dass bei an die Messstruktur angedrückten Kontaktierungseinheiten die Messstruktur ausschließlich durch das Ansaugen und gegebenenfalls die Gewichtskraft der Messstruktur an das Auflageelement angedrückt wird. Im Gegensatz zum vorbekannten Stand der Technik erfolgt somit kein mechanisches Anpressen der Messstruktur an das Auflageelement durch eine Glasplatte oder ähnliche Hilfsmittel. Hingegen wird bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung die Messstruktur ausschließlich durch Ansaugen mittels mindestens einer Ansaugöffnung an das Auflageelement angedrückt. Typischerweise erfolgt eine Vermessung mit waagrecht liegender Messstruktur, wobei die Messseite nach unten zeigt, so dass auch die Gewichtskraft der Messstruktur geringfügig zu einer Anpresskraft an das Auflageelement führt. Da typische Messstrukturen, insbesondere Solarzellen, jedoch ein nur geringes Eigengewicht aufweisen, ist die Gewichtskraft typischerweise vernachlässigbar im Vergleich zu den durch das Ansaugen einerseits und das Andrücken der Kontak- tierungseinheiten an die Messstruktur andererseits entstehenden Kräfte.
Ein wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Messvorrichtung gegenüber den vorbekannten Messvorrichtungen ist somit, dass die durch die Kon- taktierungseinheiten auf die Messstruktur ausgeübten Kräfte ausschließlich durch das Ansaugen der Messstruktur und gegebenenfalls deren Gewichtskraft kompensiert werden, wohingegen bei vorbekannten Messvorrichtungen mecha- nische Hilfsmittel wie die bereits erwähnte Glasscheibe notwendig sind.
Hierdurch ergeben sich bei den erfindungsgemäßen Messvorrichtungen einige Vorteile:
Das Anpressen der Messstruktur an das Auflageelement erfolgt lediglich durch An- bzw. Abschalten des Ansaugens mittels der Ansaugöffnung. Es ist somit nicht notwendig, mechanische Hilfsmittel wie beispielsweise eine Glasscheibe über der Messstruktur anzuordnen, so dass ein wesentlich schnelleres Kontaktieren verglichen mit Messvorrichtungen aus dem Stand der Technik möglich ist. Darüber hinaus befinden sich keine Elemente der Messvorrichtung auf der der Messseite gegenüberliegenden Seite der Messstruktur, so dass elektromagnetische Strahlung ungehindert in die Messstruktur ein- und ausdringen kann. Insbesondere ist somit keine Korrektur oder Kalibrierung einer Messung aufgrund einer eventuellen Reflektion oder Absorption elektromagnetischer Strahlung durch Elemente der Messstruktur notwendig. Zusätzlich erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine mechanische Belastung der der Messseite gegenüberliegenden Seite der Messstruktur, wie beispielsweise durch die aus dem Stand der Technik bekannten Andrückelemente. Hierdurch wird ausgeschlossen, dass durch solche Andrückelemente eine Beschädigung der der Messseite gegenüberliegenden Seite erfolgt.
Vorzugsweise umfasst die Messvorrichtung daher eine Steuereinheit, welche sowohl die Bewegungseinheit, als auch die zuvor genannte Vakuumsteuereinheit steuert, so dass nach Einschalten des Vakuums und somit Beginn des An- saugvorgangs der Messstruktur an das Auflageelement die Kontaktierungsein- heiten mittels der Bewegungseinheit an die Messstruktur angedrückt werden, jedoch der zeitliche Ablauf des Andrückens der Kontaktierungseinheiten derart abgestimmt ist, dass kein Abheben der Messstruktur von dem Auflageelement erfolgt. Vorzugsweise werden die Kontaktierungseinheiten zeitverzögert nach Starten des Ansaugvorgangs mittels der Bewegungseinheit an die Messstruktur angedrückt, so dass zunächst ein ausreichender Unterdruck zum Anpressen der Messstruktur an das Auflageelement ausbildet und anschließend das Andrücken der Kontaktierungseinheiten an die Messstruktur erfolgt.
Vorzugsweise umfasst die Messstruktur eine Vakuumsteuereinheit, welche zwischen Ansaugeinheit und Ansaugleitung zwischengeschaltet ist, zum wahlweisen Ein- und Ausschalten des Ansaugens.
Nach Auflegen der Messstruktur auf das Auflageelement erfolgt somit ein An- saugen mittels der Ansaugleitung und der Ansaugöffnung, d. h. es wird in der Ansaugleitung ein Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck erzeugt, welcher zu einer Anpresskraft der Messstruktur im Bereich der Ansaugöffnung auf das Auflageelement führt. Da sich der Unterdruck nicht instantan aufbaut, liegt auch die Anpresskraft der Messstruktur an das Auflageelement nicht instantan vor. Ein wesentliches Element der Messvorrichtung ist daher die aktive Bewegungseinheit, mittels derer die Kontaktierungseinheiten wahlweise an die auf dem Auflageelement aufliegende Messstruktur andrückbar sind. Über die Bewegungseinheit kann somit gesteuert werden, zu welchem Zeitpunkt und mit welchem zeitlichen Verlauf die Kontaktierungseinheiten mit der zur elektrischen Kontaktierung gewünschten Kraft an die Messseite der Messstruktur angedrückt werden.
Vorteilhafterweise sind Ansaugöffnung und Bewegungseinheit daher derart ausgebildet, dass bei Ansaugen der Messstruktur an das Auflageelement und Andrücken der Kontaktierungsstifte an die Messstruktur zu deren elektrischen Kontaktierung die Summe der Ansaugkräfte, mit der die Messstruktur an das Auflageelement angedrückt wird, stets größer ist als die Summe der Kontaktie- rungskräfte, mit der die Kontaktierungseinheiten an die Messseite der Mess- struktur angedrückt werden. Hierdurch ist somit ausgeschlossen, dass durch Andrücken der Kontaktierungskräfte an die Messstruktur ein Abheben der Messstruktur von dem Auflageelement erfolgt.
Insbesondere ist es möglich, die Bewegungseinheit derart auszubilden, dass während des Ansaugens das Heranfahren der Kontaktierungseinheiten an die Messstruktur und entsprechend der Andrückvorgang der Kontaktierungseinheiten an die Messseite der Messstruktur derart erfolgt, dass die Summe der Ansaugkräfte, mit der die Messstruktur an das Auflageelement angedrückt wird, stets größer ist, als die Summe der Kontaktierungskräfte, mit der die Kontaktie- rungseinheiten an die Messseite der Messstruktur angedrückt werden. Hierdurch wird insbesondere vermieden, dass während des Andrückvorgangs der Kontaktierungseinheiten an die Messstruktur ein Abheben der Messstruktur von dem Auflageelement erfolgt.
Die Bewegungseinheit ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Kontaktierungseinheiten mittels der Bewegungseinheit wahlweise in eine Ruhestellung, in der keine elektrische Kontaktierung der auf dem Auflageelement aufliegenden Messstruktur erfolgt und eine Kontaktierungsstellung, in der die auf dem Auflageelement aufliegende Messstruktur durch die Kontaktierungseinheiten elektrisch kontaktiert ist, verfahrbar sind.
Hierdurch kann vor und nach dem Messvorgang ein Verfahren der Kontaktierungseinheiten in die Ruhestellung erfolgen, so dass bei Auflegen und Abnehmen der Messstruktur ein Zerkratzen derselben durch die Kontaktierungsein- heiten vermieden wird. Darüber hinaus ist ein Justieren der Messstruktur, vor- zugsweise mittels auf der Messvorrichtung angebrachter Anschläge, möglich, ohne dass eine Beabstandung der Messstruktur von dem Auflageelement durch die Kontaktierungseinheiten vorliegt, welche zu einer instabilen Lage der Messstruktur führen könnte.
Vorteilhafterweise weist die Messrichtung eine Kontrolleinheit auf, mittels derer das vollständige Verfahren der Kontaktierungseinheiten in die Kontaktierungs- stellung detektierbar ist. Eine technisch besonders einfache Realisierung ergibt sich durch an sich bekannte elektrische Taster, welche derart angeordnet sind, dass deren Stromkreis lediglich bei vollständigem Verfahren der Kontaktie- rungselemente in die Kontaktierungsstellung geschlossen ist. Hierdurch kann in einfacher Weise, beispielsweise durch eine Kontrolllampe, durch den Benutzer das Erreichen der Kontaktierungsstellung kontrolliert werden. Zusätzlich oder alternativ ist der oder die Taster vorzugsweise mit einem Eingang der Steuereinheit verbunden, so dass die Steuerung des Messvorgangs, insbesondere des Hochfahrens der Kontaktierungseinheit in die Kontaktierungsstellung und der Beginn der Messvorgang abhängig vom Zustand der Taster gesteuert wird, so dass der Messvorgang erst bei vollständigem Verfahren der Kontaktie- rungselemente in die Kontaktierungsstellung durch die Steuereinheit iniziiert wird.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform weist die Messvorrichtung mindestens zwei Ansaugöffnungen auf, wobei für jede der beiden Kontaktierungseinheiten jeweils eine Ansaugöffnung im Bereich der Kontaktierungsein- heit angeordnet ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, die Kontaktierungseinheit in einem Abstand kleiner 1 cm, im Weiteren insbesondere kleiner 5 mm zu der zugeordneten Kontaktierungseinheit anzuordnen. Hierdurch ist gewährleistet, dass Querspannungen in der Messstruktur zwischen Ansaugöffnung und Kontaktierungseinheit aufgrund der entgegengesetzt wirkende Kräfte an Ansaug- Öffnung und Kontaktierungseinheit nur einen geringfügigen Bereich der Messstruktur umfassen und daher das Risiko eine Zerstörung der Messstruktur aufgrund der auftretenden Scherkräfte verringert wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Auflageelement mindestens eine Aus- nehmung aufweist und die Kontaktierungseinheiten bei elektrischer Kontaktie- rung der Messstruktur durch eine oder mehrere Ausnehmungen des Auflagee- lemtentes geführt sind. Weiterhin ist bei dieser vorzugsweisen Ausführungsform mindestens eine Ausnehmung, durch die bei Kontaktierung der Messstruktur mindestens eine Kontaktierungseinheit geführt ist, als Ansaugöffnung ausgeführt. Hierdurch ist ein minimaler Abstand zwischen der Ansaugkraft und der Andrückkraft durch die Kontaktierungseinheiten an der Messstruktur gewährleistet, da innerhalb der Ansaugöffnung gleichzeitig die Beaufschlagung der Messstruktur mit der Anpresskraft durch das Andrücken der Kontaktierungseinheit erfolgt. Hierdurch wird somit das Risiko einer Beschädigung der Messstruktur weiter verringert. Darüber hinaus ermöglicht diese Ausführungsform eine kostengünstige und einfache Herstellung der Messvorrichtung, da lediglich eine Ausnehmung sowohl für das Ansaugen, als auch für das Hindurchführen der Kontaktierungseinheit notwendig ist.
Insbesondere ist es vorteilhaft, mehrere Kontaktierungseinheiten durch eine Ansaugöffnung zu führen. Vorzugsweise ist die Messvorrichtung derart ausgebildet, dass bei Kontaktierung der Messstruktur mehrere Kontaktierungseinheiten durch die als Ansaugöffnung ausgeführte Ausnehmung geführt sind, insbesondere bevorzugt zwei, drei oder vier Kontaktierungseinheiten. Hierdurch ist die getrennte Messung von Spannung und Strom nach der an sich bekannten Methode der Vierleitermesstechnik möglich.
Weiterhin ist es vorteilhaft, durch zwei örtlich getrennte Ansaugöffnungen des Auflageelementes jeweils mindestens eine Kontaktierungseinheit zu führen und die Ansaugöffnungen mittels eines Kanals in dem Auflageelement fluidleitend miteinander zu verbinden. Hierdurch bewirkt eine Erzeugung eines Unterdrucks an einer Ansaugöffnung ebenso eine Erzeugung eines Unterdrucks an der fluidleitend verbundenen weiteren Ansaugöffnung. Vorzugsweise wird der fluidlei- tende Kanal in Richtung Messstruktur offen oder zumindest teilweise offen ausgebildet, so dass bei Erzeugung eines Unterdrucks die Messstruktur nicht nur an den Ansaugöffnungen selbst, sonder auch an den in Richtung der Messstruktur offenen Bereichen des fluidleitenden Kanals an das Auflagelement angepresst wird, so dass sich die Fläche, an der die Messstruktur an das Auflageelement angesaugt wird, vergrößert, und daher eine geringere mecha- nische Belastung der Messstruktur erfolgt. Typischerweise ist das Auflageelement als Kühlelement ausgebildet, welches vorzugsweise an eine Kühleinheit angeschlossen ist und insbesondere vorzugsweise mit Kühlmittel durchflossene Kühlschlangen aufweist.
Hierdurch kann eine Temperatur entsprechend vorgegebener Messbedingun- gen für die Messstruktur durch entsprechende Temperierung des Auflageelem- tentes erfolgen. In diesem Fall ist es wünschenswert, eine möglichst große thermische Kontaktfläche zwischen Messstruktur und Auflageelement zu er- zeugen, so dass sich ein weiterer Vorteil bei Hindurchführung der Kontaktie- rungseinheiten durch die Ansaugöffnung aufgrund der vergrößerten Kontaktfläche ergibt.
Die aktive Bewegungseinheit weist vorzugsweise Bewegungsmittel zum Verfah- ren der Kontaktierungseinheiten auf, mittels derer die Kontaktierungseinheiten an die Messseite der auf dem Auflageelement aufliegenden Messstruktur andrückbar sind. Die Bewegungsmittel können beispielsweise Elektromotoren zum Verfahren der Kontaktierungseinheiten umfassen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Bewegungseinheit mindestens eine Vakuumkammer, welche einerseits mit der Ansaugleitung und andererseits mit mindestens einer Ansaugöffnung fluidleitend verbunden ist. Die Vakuumkammer ist hinsichtlich ihres Volumens durch Erzeugen eines Unterdrucks in der Vakuumkammer komprimierbar ausgeführt. Weiterhin ist mindes- tens eine Kontaktierungseinheit und vorzugsweise sind alle Kontaktierungseinheiten derart in der Vakuumkammer angeordnet, dass bei Komprimierung der Vakuumkammer die Kontaktierungseinheit an die Messseite der auf dem Auflageelement aufliegenden Messstruktur angedrückt wird. In dieser vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Verfahren der Kontaktierungseinheiten somit durch den mittels an die Ansaugeinheit angeschlossene Ansaugleitung erzeugten Unterdruck. Der Unterdruck führt einerseits zu einem Ansaugen der Messstruktur an das Auflageelement, gleichzeitig erfolgt eine Komprimierung des Volumens der Vakuumkammer, welche wiederum ein Andrücken der Kontaktierungseinheiten an die Messseite der Messstruktur bewirkt. In dieser vorteilhaf- ten Ausführungsform sind somit keine weiteren Motoren oder sonstige aktiven Bewegungsmittel notwendig, die aktive Bewegung der Kontaktierungseinheiten erfolgt mittels der Ansaugeinheit über die Komprimierung der Vakuumkammer. Hierdurch wird insbesondere in einfacher Weise eine zeitliche Synchronisierung des Ansaugens der Messstruktur an das Auflageelement einerseits und des Ändrückens der Kontaktierungseinheiten an die Messseite der Messstruktur andererseits erzielt.
Vorzugsweise weist die Vakuumkammer ein in etwa parallel zu dem Auflageelement ausgerichteten Boden auf, auf welchem die Kontaktierungseinheiten angebracht sind und die Vakuumkammer ist derart ausgeführt, dass sich bei Komprimierung der Vakuumkammer deren Boden in Richtung des Auflageelementes bewegt, wobei der Boden stets im Wesentlichen parallel zu dem Auflageelement ist. Dies wird vorzugsweise durch entsprechende Führungsschienen zwischen Auflageelement und Boden der Vakuumkammer gewährleistet.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform umfasst die Bewegungseinheit mindestens zwei Vakuumkammern. Jede Vakuumkammer weist mindestens ein bewegliches Befestigungselement für die Kontaktierungseinheit, vorzugsweise einen beweglichen Kolben auf, der in die Vakuumkammer ein- und ausfahrbar gelagert ist. Auf oder an jedem Befestigungselement ist mindestens eine Kontaktierungseinheit angeordnet, so dass bei Einfahren des Befestigungselementes in die Vakuumkammer die Kontaktierungseinheit gegen die Messseite der auf dem Auflageelement aufliegenden Messstruktur angedrückt wird. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das Befestigungselement ein Element der Kontaktierungseinheit, beispielsweise deren Gehäuse, ist.
Jede Vakuumkammer ist über die Ansaugleitung oder jeweils über eine eigene Ansaugleitung mit der Ansaugeinheit verbunden. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform erfolgt durch einen in der Vakuumkammer erzeugten Unterdruck somit eine Komprimierung der Vakuumkammer derart, dass sich das bewegliche Befestigungselement in die Vakuumkammer hineinbewegt, so dass sich das Volumen der Vakuumkammer verringert. Diese vorteilhafte Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass durch Wahl des Verhältnisses zwischen Querschnittsfläche des beweglichen Befestigungselementes und Grundfläche der Vakuumkammer senkrecht zur Bewegungsrichtung des Befestigungselementes das Kräfteverhältnis zwischen Ansaugkraft zum Ansaugen der Messstruktur an das Auflageelement und Anpresskraft, mit der die Kontaktierungseinheit oder Kontaktierungseinheiten an die Messstruktur angedrückt werden, wählbar ist. Für ein vorgegebenes Kräfteverhältnis kann somit in einfacher Weise eine ent- sprechende Dimensionierung zwischen Öffnungsfläche der Vakuumkammer zur Probe hin und Querschnittsfläche des Befestigungselementes gewählt werden, die bei Erzeugung eines Unterdrucks zu dem vorgegebenen Kräfteverhältnis führt. Hierdurch sind aufwendige Regelungen, beispielsweise zur Synchronisation zwischen der Erzeugung eines Vakuums und des Verfahrens eines Kon- taktstiftes mittels eines Elektromotores, nicht notwendig.
Vorzugsweise ist der Stempel derart in der Vakuumkammer angeordnet, dass er im Wesentlichen senkrecht zu dem Auflageelement in die Vakuumkammer ein- und ausfährt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn bei den beiden vorge- nannten vorzugsweisen Ausführungsbeispielen jeweils die Kontaktierungseinheiten durch die Ansaugöffnung der Vakuumkammer an die Messstruktur angedrückt werden.
Vorzugsweise ist bei der vorgenannten vorteilhaften Ausführungsform das Auf- lageelement in einer ausreichenden Dicke ausgeführt, so dass die Vakuumkammern als Ausnehmungen in dem Auflageelement ausgebildet sind und die Befestigungselemente entsprechend beweglich an dem Auflageelement angeordnet sind, so dass die Befestigungselemente in die in dem Auflageelement ausgebildeten Vakuumkammern ein- und ausfahrbar sind.
Die Ansaugöffnung ist vorteilhafterweise derart ausgebildet und angeordnet, dass bei auf dem Auflageelement aufliegender Messstruktur die Ansaugöffnung im Wesentlichen fluiddicht an der Messstruktur anliegt.
Die Kontaktierungseinheiten sind vorzugsweise als an sich bekannte Federkontakte ausgeführt. Solche Federkontakte weisen einen typischerweise zylindrischen Stempel auf, der federbeaufschlagt in einem Zylindergehäuse angeordnet ist, so dass der Kontaktierungsstempel bei Kraftbeaufschlagung in das Zylindergehäuse einfahrbar ist, wobei die Federkraft diesem Einfahren entgegen- wirkt. Diese Federkontaktstifte sind handelsüblich in vielfältigen Ausführungen hinsichtlich der Form des Kontaktierungskopfes (beispielsweise rund oder mit Spitzen versehen) und der Federkraft erhältlich, so dass die für die aktuelle Messsituation vorteilhaften Anpresskräfte bei der Kontaktierung durch die entsprechende Wahl handelsüblicher Federkontaktstifte realisiert werden können.
Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Bewegungseinheit mindestens einen Anschlag aufweist, der den maximalen Verfahrweg der Kontaktierungseinheiten in Richtung der Messstruktur begrenzt. Hierdurch liegt bei maximalem Verfahren der Kontaktierungseinheiten bis zu dem genannten Anschlag ein vorgewählter Hub vor, mit dem die Stempel der Federkontaktstifte in das Zylindergehäuse eingedrückt sind. Entsprechend kann durch die Anordnung des Anschlags die Anpresskraft, mit der die Stempel der Federkontaktstifte an die Messseite der Messstruktur angepresst werden, vorgewählt werden. Hierdurch sind insbesondere gleichbleibende Messbedingungen bei aufeinander folgenden Messungen durch gleich bleibende Anpresskräfte der Kontaktierungseinheiten an die Messstruktur realisierbar.
Wie bereits erwähnt, stellt sich der Unterdruck bei Ansaugen der Messstruktur nicht instantan ein, sondern es folgt ein ansteigender Aufbau der Anpresskraft der Messstruktur an das Auflageelement durch das Ansaugen. In einer vorzugsweisen Ausführungsform umfasst die Bewegungseinheit daher mindestens ein Verzögerungselement, welches derart mit den Kontaktierungseinheiten zu- sammenwirkend ausgestaltet ist, dass bei einem Verfahren der Kontaktierungseinheiten mittels der Bewegungseinheit die Verfahrgeschwindigkeit der Kontaktierungseinheiten durch das Verzögerungselement verringert wird. Hierdurch wird verhindert, dass bei Aufbau des Unterdrucks und entsprechend Aufbau der Ansaugkraft die Gesamtsumme der Anpresskraft der Kontaktierungs- einheiten an die Messstruktur größer ist als die sich aufbauende Ansaugkraft. Entsprechend wird durch das Verzögerungselement ein Abheben der Messstruktur von dem Auflageelement vermieden.
Vorteilhafterweise ist die Verzögerungseinheit als ein Dämpfungselement, ins- besondere ein hydraulisches Dämpfungselement ausgeführt, welches mit der Bewegungseinheit derart zusammenwirkend ausgestaltet ist, dass das Verfahren der Kontaktierungseinheiten zum Andrücken derselben an die Messseite der Messstruktur verzögert wird.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, das Verzögerungselement als Pneumatikzylinder auszuführen, welcher vorzugsweise passiv über ein Überdruckventil gesteuert wird, so dass eine vorgegebene Verzögerungswirkung erfolgt. In einer weiteren Ausführungsform ist das Verzögerungselement als vorgespannte Spiralfeder ausgeführt, welche dem Verfahren der Kontaktierungsein- heiten zum Kontaktieren der Messseite der Messstruktur mittels der Federkraft entgegenwirkt.
Bei den zuvor beschriebenen vorzugsweisen Ausführungsformen der Messvorrichtung mit Vakuumkammer ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das Verzö- gerungselement als Verzögerungs-Vakuumkammer ausgebildet ist. Diese Ver- zögerungs-Vakuumkammer ist derart mit der ersten Vakuumkammer zusammenwirkend angeordnet, dass eine Komprimierung der ersten Vakuumkammer durch einen Unterdruck in der zweiten Vakuumkammer verzögert wird. Die Verzögerungs-Vakuumkammer bewirkt somit eine Kraft, die der Komprimierung der ersten Vakuumkammer entgegenwirkt, so dass die Komprimierung verzögert wird und entsprechend das Heranfahren der Kontaktierungseinheiten an die Messstruktur ebenfalls verzögert wird. Vorteilhafterweise weist die Messvorrichtung eine zweite Ansaugleitung auf, welche mit der Verzögerungs- Vakuumkammer fluidleitend verbunden ist, so dass über die zweite Ansauglei- tung mittels einer Ansaugeinheit ein Unterdruck in der Verzögerungs- Vakuumkammer vorgebbar ist.
Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn zwischen erster und zweiter Vakuumkammer ein regulierbares Überdruckventil angebracht ist, das ab einer vorab eingestellten Druckdifferenz einen Gasfluss aus der Verzögerungs- Vakuumkammer in die erste Vakuumkammer freigibt, in der Gegenrichtung jedoch sperrt. Durch die Vorgabe der Druckdifferenz, ab der ein Gasfluss aus der Verzögerungs-Vakuumkammer in die erste Vakuumkammer erfolgt, ist die Verzögerungswirkung der Verzögerungs-Vakuumkammer vorgebbar. Je größer die vorgegebene Druckdifferenz, desto größer ist die Verzögerungswirkung. Unter- suchungen der Anmelderin haben ergeben, dass für typische Anwendungen bei rückseitenkontaktierten Solarzellen in der industriellen Fertigung vorzugsweise eine Druckdifferenz im Bereich von 0,02 bis 0,3 bar, vorzugsweise im Bereich 0,05 bis 0, 1 bar, insbesondere 0, 1 bar vorgegeben wird, um für typischerweise bei solchen Anwendungen verwendete Federkontaktstifte eine hinreichende Verzögerung zu erwirken.
Bei der zuvor beschriebenen vorzugsweisen Ausführungsform der Messvorrichtung mit Vakuumkammer und dem als Verzögerungs-Vakuumkammer ausgebil- deten Verzögerungselement erfolgt eine Messung vorzugsweise derart, dass zunächst die Messstruktur auf die Messvorrichtung aufgelegt wird, wobei sich die Kontaktierungseinheiten in der Ruhestellung befinden und in der Vakuumkammer der Umgebungsdruck herrscht. Nach Auflegen der Messstruktur wird der Druck in der Vakuumkammer gegenüber dem Umgebungsdruck verringert, wobei jedoch stets der Druck in der Verzögerungs-Vakuumkammer kleiner ist als der Druck in der Vakuumkammer, so dass einerseits durch Komprimierung der Vakuumkammer die Kontaktierungseinheiten in die Kontaktierungsstellung gefahren werden, diese Bewegung jedoch dadurch verzögert wird, dass in der Verzögerungs-Vakuumkammer ein kleinerer Druck gegenüber der Vakuum- kammer herrscht. Der Druck in der Vakuumkammer wird weiter verringert, bis er gleich oder vorzugsweise kleiner dem Druck in der Verzögerungs- Vakuumkammer ist und die Kontaktierungseinheiten vollständig in die Kontaktierungsstellung gefahren sind. Die Messstruktur ist nun kontaktiert und es erfolgt die Messung. Anschließend wird der Druck der Vakuumkammer wieder dem Umgebungsdruck angeglichen, d. h. es folgt ein „Lüften" der Vakuumskammer, so dass die Messstruktur nicht mehr an die Messvorrichtung angesaugt wird und die Kontaktierungselemente in die Ruhestellung verfahren. Vorzugsweise ist hierbei der Druck in der Verzögerungskammer stets kleiner dem Umgebungsdruck, so dass das Verfahren der Kontaktierungselemente von der Kontaktierungsstellung in die Ruhestellung durch den gegenüber dem Umgebungsdruck kleineren Druck in der Verzögerungs-Vakuumkammer beschleunigt wird, bei diesem Schritt saugt die Verzögerungs-Vakuumkammer sozusagen die Kontaktierungselemente in die Ruhestellung, so dass ein schnelleres Verfahren der Kontaktierungselemente in Ruhestellung erfolgt, verglichen mit dem gleichen Verfahrensschritt, bei dem die Verzögerungs-Vakuumkammer Umgebungsdruck aufweisen würde.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform weist die Messvorrichtung wie zuvor beschrieben eine Vakuumkammer auf und eine zweite Vakuumkammer, welche identisch zu der Verzögerungs-Vakuumkammer ausgebildet, jedoch in anderer Weise verwendet wird: In dieser vorzugsweisen Ausführungsform wird wie zuvor beschrieben zunächst die Messstruktur auf die Messvorrichtung aufgelegt und es erfolgt anschließend durch Verringerung des Drucks in der Vakuumkammer ein Verfahren der Kontaktierungselemente in die Kon- taktierungsstellung, wobei im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Vorgehen in diesem Fall die zweite Vakuumkammer stets Umgebungsdruck aufweist, so dass keine Verzögerung des Verfahrens der Kontaktierungselemente in die Kontaktierungsstellung durch die zweite Vakuumkammer erfolgt. Nach voll- ständigem Verfahren der Kontaktierungselemente in der Kontaktierungsstellung ist die Messstruktur kontaktiert und es erfolgt die Messung. Anschließend erfolgt ein Verfahren der Kontaktierungselemente in die Ruhestellung dadurch, dass die Vakuumkammer „gelüftet" wird, d. h. der Druck der Vakuumkammer dem Umgebungsdruck angeglichen wird, wobei gleichzeitig der Druck in der zweiten Vakuumkammer verringert wird, so dass, wie zuvor beschrieben, ein „Ansaugen" der Kontaktierungselemente in die Ruhestellung aufgrund des geringeren Drucks in der zweiten Vakuumkammer erfolgt und somit die Bewegung der Kontaktierungselemente aus der Kontaktierungsstellung in die Ruhestellung aufgrund des verminderten Drucks in der zweiten Vakuumkammer be- schleunigt wird. In diesem Fall erfolgt somit eine Beschleunigung des Verfahrens aus der Kontaktierungsstellung in die Ruhestellung durch Unterdruck in der zweiten Vakuumkammer, nicht jedoch eine Verzögerung des Verfahrens der Kontaktierungselemente aus der Ruhestellung in die Kontaktierungsstellung.
Die beiden beschriebenen Kammern sind derart zusammenwirkend ausgestaltet, dass eine Volumenverringerung der einen Kammer eine Volumenvergrößerung der anderen Kammer bewirkt und umgekehrt. Dies ist unabhängig davon, ob die zweite Kammer zur Verzögerung des Verfahrens aus der Ruhestellung in die Kontaktierungsstellung, zur Bescheunigung des Verfahrens aus der Kon- taktierungsstellung in die Ruhestellung oder zu beidem ausgebildet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvor- richtung ist das Auflageelement austauschbar ausgebildet und die Messvorrichtung umfasst mehrere Auflageelemente für unterschiedliche Kontaktierungs- punkte einer Messstruktur, wobei jedes Auflageelement Ausnehmungen entsprechend den jeweils vorgegebenen Kontaktierungspunkten aufweist. Hierdurch kann die Messvorrichtung in einfacher Weise durch Austausch der Aufla- geelemente an verschiedene Messstrukturen mit unterschiedlich angeordneten Kontaktierungspunkten angepasst werden. Vorteilhafterweise sind die Kontak- tierungseinheiten an mehreren Orten der Bewegungseinheit anordbar, so dass für unterschiedliche Messstrukturen die Kontaktierungseinheiten durch Versetzen den jeweiligen Kontaktierungspunkten entsprechend angeordnet werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist auch die Bewegungseinheit austauschbar und die Messvorrichtung umfasst mehrere Bewegungseinheiten, wobei die Bewegungseinheiten entsprechend den Auflageelementen jeweils den Anordnungen der Kontaktierungspunkte unterschiedlicher Messstrukturen entsprechend ausgebildet sind.
Weiterhin ist es vorteilhaft, das Auflageelement der erfindungsgemäßen Messvorrichtung austauschbar auszubilden und dass die Messvorrichtung mehrere Auflageelemente mit Ansaugöffnungen für unterschiedliche Ansaugkräfte umfasst, wobei sich die Auflageelemente hinsichtlich der Gesamtgröße der Ansaugöffnungen unterscheiden.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Kontaktierung einer einseitig an einer Messseite elektrisch kontaktierbaren Messstruktur, insbesondere eines optoelektronischen Elementes, wie einer Solarzelle, wobei das Verfahren vorzugsweise mit einer erfindungsgemäßen Messstruktur bzw. einer zuvor genannten vorteilhaften Ausführungsform durchgeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
A Auflegen der Messstruktur mit einer Messseite auf ein Auflageelement und
B Elektrisches Kontaktieren der Messstruktur, indem mindestens zwei elektrisch voneinander isolierte Kontaktierungseinheiten an die Messseite der Messstruktur angedrückt werden
Wesentlich ist, dass die Messstruktur in Schritt B zur Kontaktierung mittels eines Unterdrucks an das Auflageelement über Ansaugöffnungen an und/oder in dem Auflageelement angesaugt wird und dass bei Kontaktierung der Messstruktur diese ausschließlich mittels Ansaugen und gegebenenfalls der Gewichtskraft der Messstruktur an das Auflageelement angedrückt wird.
Hierdurch wird wie zuvor beschrieben vermieden, dass auf der Messseite der gegenüberliegenden Seite der Messstruktur ein- oder ausdringende elektromagnetische Strahlung durch zusätzliche Elemente wie beispielsweise eine Glasplatte beeinträchtigt wird. Darüber hinaus ist ein schnelleres Wechseln der Messstrukturen und entsprechend eine schnellere Abfolge der Vermessung an unterschiedlichen Messstrukturen möglich.
Vorzugsweise ist während des Andrückvorgangs der Kontaktierungseinheiten an die Messseite der Messstruktur und während eines Messvorgangs mit an die Messstruktur angedrückten Kontaktierungseinheiten die Ansaugkraft, mittels derer die Messstruktur an das Auflageelement angedrückt wird, stets größer als die Summe der Kontaktierungskräfte, mittels derer die Kontaktierungseinheiten an die Messseite der Messstruktur angedrückt werden. Hierdurch wird ein Abheben der Messstruktur von dem Auflageelement vermieden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in Schritt B ein verzögertes Heranfahren der Kontaktierungseinheiten an die Messseite der Messstruktur. Hierdurch wird ein Abheben der Messstruktur von dem Auflageelement bei Heranfahren der Kontaktierungseinheiten vermieden, da durch die Verzögerung genügend Zeit zum Aufbau eines ent- sprechenden Unterdrucks und somit einer entsprechenden Ansaugkraft der Messstruktur an das Auflageelement verbleibt.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels einer Messvorrich- tung mit mindestens einer Vakuumkammer ausgeführt, die wie zuvor beschrieben hinsichtlich ihres Volumens durch Erzeugen eines Unterdrucks komprimierbar ist und mindestens eine Kontaktierungseinheit ist in oder an dieser Vakuumkammer angeordnet, wobei das Andrücken der Kontaktierungseinheit an die Messstruktur dadurch erfolgt, dass ein Unterdruck in der Vakuumkammer erzeugt wird.
Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Ausführungsbeispiele und der Figuren erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit zwei Vakuumkammern, wobei die zweite Vakuumkammer eine Verzögerungs-Vakuumkammer ist,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit zwei Vakuumkammern, wobei jede Vakuumkammer einen als beweglichen Kolben ausgeführtes bewegliches Befestigungselement aufweist, der in die Vakuumkammer ein- und ausfahrbar gelagert,
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung in Draufsicht von oben, wobei mehrere Vakuumkammern mittels in einem Auflageelement ausgebildeter Kanäle fluid- leitend verbunden sind und
Figur 4 ein Querschnitt entlang der in Figur 3 mit A gekennzeichneten Linie und senkrecht zur Zeichenebene in Figur 3, wobei die Darstellung in Figur 4 nicht maßstabsgerecht zu Figur 3 ist. In Figur 1 ist schematisch ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1 dargestellt, wobei der Schnitt senkrecht zu einem Auflageelement 2 verläuft. Das Auflageelement 2 ist einstückig ausgebildet und weist zwei Ausnehmungen auf, durch die der in Figur 1 dargestell- te Schnitt verläuft.
Die Messvorrichtung umfasst eine Vielzahl von Kontaktierungseinheiten 3 von denen in dem in Figur 1 dargestellten Schnitt zwei (3,3') dargestellt sind. Die Kontaktierungseinheiten 3 sind als Federkontaktstifte ausgeführt, mit einem Stempel 3a, der in Figur 1 nach oben und nach unten verschiebbar in einem Zylindergehäuse 3b gelagert ist. Der Stempel 3a ist mittels einer Feder druckbeaufschlagt, so dass der Stempel in unbelastetem Zustand nach oben ausgefahren ist.
Die Kontaktierungseinheiten 3 sind an einem Bodenelement einer ersten Vakuumkammer 4 angeordnet. Diese Vakuumkammer wird nach oben durch das Auflageelement 2 und nach unten durch das bereits beschriebene Bodenelement begrenzt. Seitlich ist die Vakuumkammer durch balgartige Elemente abgedichtet. Der Boden der ersten Vakuumkammer ist weiterhin über Gleitfüh- rungen 5a und 5b mit dem Gehäuse der Messvorrichtung verbunden, so dass bei Komprimierung des Volumens der ersten Vakuumkammer 4 eine Annäherung des Bodens der Vakuumkammer an das Auflageelement 2 erfolgt, wobei der Boden stets parallel zu dem Auflageelement ist.
Die Messvorrichtung umfasst ferner eine Ansaugleitung 6, welche mit einer nicht dargestellten Ansaugeinheit zur Erzeugung eines Unterdrucks in der ersten Vakuumkammer 4 fluidleitend verbunden ist.
Die Messvorrichtung umfasst ferner eine Verzögerungs-Vakuumkammer 7, welche unterhalb der ersten Vakuumkammer 4 angeordnet ist.
Zur Durchführung einer Messung wird eine Messstruktur 8, hier eine rückseitig kontaktierbare Silizium-Solarzelle, auf das Auflageelement 2 aufgelegt. Vor Auflegen der Solarzelle herrschte in der ersten Vakuumkammer 4 Umgebungs- druck und aufgrund des Gewichts des Bodens der ersten Vakuumkammer be- fand sich dieser maximal entlang der Gleitführungen 5a und 5b nach unten verfahren. Diese Stellung ist derart gewählt, dass die Kontaktierungseinheiten 3 bei maximal ausgefahrenen Kontaktstiften zwar die Ausnehmungen des Auflageelementes 2 durchgreifen, jedoch noch keinen Kontakt zu einer auf dem Auf- lageelement 2 aufliegenden Solarzelle haben.
Das Auflageelement 2 besitzt nicht dargestellte Anschlagstifte, so dass nach Auflegen der Solarzelle mittels der Anschlagstifte eine vorgegebene Positionierung der Solarzelle auf dem Auflageelement erfolgt. Diese ist derart gewählt, dass die Kontaktierungspunkte der Solarzelle über den Ausnehmungen des Auflageelementes 2 zu liegen kommen und entsprechend von den die Ausnehmungen durchgreifenden Kontaktierungseinheiten 3 elektrisch kontaktierbar sind.
Nach Auflegen der Solarzelle auf das Auflageelement 2 sind somit die Ausnehmungen des Auflageelementes durch die Solarzelle im Wesentlichen luftdicht gegenüber der Umgebung abgeschlossen, so dass in der ersten Vakuumkammer ein Unterdruck gegenüber der Umgebung herstellbar ist.
Entsprechend wird nun mittels der Ansaugeinheit über die Ansaugleitung 6 ein Unterdruck in der ersten Vakuumkammer erzeugt. Dieser Unterdruck führt zum Einen dazu, dass über die Ausnehmungen des Auflageelementes 2 aufgrund des Unterdrucks die Solarzelle an das Auflageelement 2 angesaugt wird. Zum Anderen wird das Volumen der ersten Vakuumkammer 4 aufgrund des Unter- drucks komprimiert, so dass sich der Boden der ersten Vakuumkammer 4 in Figur 1 nach oben bewegt und entsprechend die Kontaktierungseinheiten gegen die Solarzelle gedrückt werden und eine elektrische Kontaktierung erfolgt.
Bei Heranfahren der Kontaktierungseinheiten an die Solarzelle durch Anheben des Bodens der ersten Vakuumkammer werden die Kontaktstempel 3a in die zylindrischen Gehäuse 3b eingedrückt, wobei die zuvor beschriebene Feder eine mit zunehmenden Eindrücken der Kontaktstempel in die zylindrische Gehäuse zunehmende Anpresskraft der Kontaktstempel an die Solarzelle bewirkt. Die Messvorrichtung 1 umfasst daher zwei Anschläge 9a und 9b, welche die maximale Komprimierung der Vakuumkammer 1 und entsprechend dem maximalen Verfahrweg des Bodens der ersten Vakuumkammer in Richtung des Auflageelements 2 und der darauf liegenden Solarzelle begrenzen. Dieser maxi- maie Verfaπrweg ist derart gewählt, dass eine vorgegebene Anpresskraft der Kontaktierungsstempel 3a der Kontaktierungseinheiten 3 erreicht wird.
Wie zuvor beschrieben, baut sich der Unterdruck in der ersten Vakuumkammer nicht instantan auf und entsprechend baut sich auch die Ansaugkraft, mittels derer die Solarzelle an das Auflageelement 2 angesaugt wird, erst allmählich auf.
Die in Figur 1 dargestellte Messvorrichtung umfasst daher eine Verzögerungs- Vakuumkammer 7, welche als Verzögerungselement wirkt und das Hochfahren des Bodens der ersten Vakuumkammer verzögert:
Die Verzögerungs-Vakuumkammer 7 ist luftdicht abgeschlossen und lediglich über ein regulierbares Überdruckventil 10 mit der ersten Vakuumkammer 4 verbunden. Das Überdruckventil ist derart ausgebildet, dass ab einer vorgege- benen Druckdifferenz zwischen erster und zweiter Vakuumkammer ein Gas- fluss aus der Verzögerungs-Vakuumkammer in die erste Vakuumkammer erfolgt. Vor Erreichen der vorgegebenen Druckdifferenz erfolgt kein Gasfluss, d. h. die beiden Vakuumkammern sind gegeneinander luftdicht abgeschlossen. Bei einem Messvorgang wird zunächst über eine zweite Ansaugleitung 1 1 , wel- che mit der Verzögerungs-Vakuumkammer 7 verbunden ist, ein vorgegebener Druck von 0,3 bar bis 0,4 bar, (d.h. ein Unterdruck von 0,7 bis 0,6 bar gegenüber einem Umgebungsdruck von 1 bar) in der Verzögerungs-Vakuumkammer erzeugt.
Anschließend wird wie beschrieben, die Solarzelle auf das Auflageelement aufgelegt und ein Unterdruck mittels der Ansaugleitung 6 in der ersten Vakuumkammer 4 erzeugt. Vorteilhafterweise wird in der ersten Vakuumkammer ein Druck von 0,2 bis 0,3 erzeugt (d.h. ein Unterdruck von 0,8 bis 0,7 gegenüber einem Umgebungsdruck von 1 bar). Sofern die Druckdifferenz zwischen erster und zweiter Vakuumkammer die an dem Überdruckventil 10 vorgegebene Druckdifferenz von 0,1 bar noch nicht überschreitet, erfolgt kein Gasfluss aus der Verzögerungs-Vakuumkammer in die erste Vakuumkammer und der Unterdruck in der zweiten Vakuumkammer wirkt der Komprimierung der ersten Vakuumkammer entgegen. Die Verzögerungs-Vakuumkammer verzögert somit die Komprimierung des Volumens der ersten Vakuυmkammer und damit ebenso das Hochfahren des Bodens der ersten Vakuumkammer und das Andrücken der Kontaktierungseinheiten an die Solarzelle. Der Aufbau der Ansaugkraft wird hingegen nicht verzögert.
Überschreitet die Druckdifferenz den vorgegebenen Wert, so fließt Gas aus der Verzögerungs-Vakuumkammer in die erste Vakuumkammer. Hierdurch ist gewährleistet, dass bei einer geringfügigen Undichtigkeit der Verzögerungs- Vakuumkammer, die zu einem Abfall des zu Beginn vorgegebenen Unterdrucks führt, während des Messvorgangs durch den Gasfluss aus der Verzögerungs- Vakuumkammer in die erste Vakuumkammer der Unterdruck in der Verzögerungs-Vakuumkammer wieder erhöht wird.
Nach erfolgter Messung wird die erste Vakuumkammer wieder auf Umgebungsdruck geführt, so dass sich die erste Vakuumkammer wieder ausdehnt und entsprechend die Kontaktierungseinheiten 3, 3' in Figur 1 nach unten bewegen und somit die elektrische Kontaktierung der Solarzelle unterbrochen wird. Durch den Unterdruck der Verzögerungs-Vakuumkammer 7 wird das Ausdehnen der ersten Vakuumkammer 4 und damit das Herunterfahren der Kontaktierungseinheiten zusätzlich beschleunigt.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 21 mit einem Auflageelement 22, welches ebenfalls Ausnehmungen aufweist, die als Ansaugöffnungen ausgebildet sind und gleichzeitig von Kontaktierungseinheiten 23 durchgriffen werden können, zur Kontaktierung einer auf dem Auflageelement 22 aufliegenden Messstruktur.
Die Kontaktierungseinheiten sind wie bereits in dem in Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel als Federkontaktstifte ausgebildet. Figur 2 stellt wie auch Figur 1 eine schematische Schnittzeichnung senkrecht zu dem Auflageelement 22 dar.
Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 ist bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispie! jeder Kontaktierungseinheit jeweils eine Vakuumkammer 24 zugeordnet.
Die Vakuumkammern sind nach oben hin mit den Ausnehmungen des Auflageelementes 22 verbunden. Am Boden der Vakuumkammern befindet sich ein ein- und ausfahrbarer Kolben (25, 25'), auf dessen Oberseite jeweils die Kontaktierungseinheit (23, 23') angeordnet ist.
Die Messvorrichtung umfasst ebenfalls eine Ansaugleitung 26, welche mit einer nicht dargestellten Ansaugeinheit verbunden ist. Die Ansaugleitung ist fluidlei- tend mit jeder der Vakuumkammern verbunden. In Figur 2 auf der linken Seite ist dargestellt, dass die Ansaugleitung durch den Boden der Vakuumkammer geführt ist. Alternativ ist es jedoch auch möglich, wie in Figur 2 bei der rechten Vakuumkammer dargestellt, die Ansaugleitung durch den Kolben hindurchzuführen.
Zur Vermessung wird wie bereits bei Figur 1 beschrieben, zunächst eine als Solarzelle ausgebildete Messstruktur 8 auf das Auflageelement 22 aufgelegt, wobei auch hier das Auflageelement nicht dargestellte Anschläge aufweist, zur exakten Positionierung der Solarzelle derart, dass die Kontaktierungspunkte der Solarzelle über den Ausnehmungen des Auflageelementes zu liegen kommen und mittels der Kontaktierungseinheiten elektrisch kontaktierbar sind.
Anschließend wird mittels der Ansaugleitung 26 in den beiden Vakuumkammern ein Unterdruck erzeugt, so dass einerseits die Solarzelle an das Auflage- element angesaugt wird und andererseits aufgrund des Unterdrucks der Kolben in die Vakuumkammer hineingezogen wird und entsprechend ein Andrücken der Kontaktierungseinheiten an die Solarzelle erfolgt. Die Kolben 25, 25' weisen sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite Anschläge auf, so dass der maximale Verfahrweg sowohl beim Ein- als auch beim Ausfahren begrenzt ist. Der maximale Verfahrweg beim Einfahren ist derart gewählt, dass bei ma- ximal in die Vakuumkammer eingezogenen Kolben eine vorgegebene Arbeitshöhe der Kontaktierungseinheiten erreicht wird, d. h. wie in Figur 1 beschrieben die Stempel der Kontaktierungseinheiten eine vorgegebene Wegstrecke in die zugeordneten zylindrischen Gehäuse eingedrückt sind, so dass eine vorge- gebeπe Andrückkraft der Kontaktierungseinheiten an die Solarzelle erreicht wird.
In Figur 2 wird das Verhältnis der Ansaugkraft, mittels derer die Solarzelle an das Auflageelement angedrückt wird und der Anpresskraft der Kontaktierungs- einheiten bzw. der Geschwindigkeit, mittels derer die Kontaktierungseinheiten in Figur 2 nach oben verfahren über das Verhältnis der Querschnittsfläche (waagrecht in Figur 2) der Vakuumkammer und der Querschnittsfläche des Kolbens definiert:
Je größer die Querschnittsfläche der Vakuumkammer gegenüber der Querschnittsfläche des Kolben, desto größer ist die Ansaugkraft gegenüber der Anpresskraft der Kontaktierungseinheiten an die Solarzelle.
Durch entsprechende Dimensionierung kann somit vermieden werden, dass bei Kontaktieren der Solarzelle ein Abheben der Solarzelle von dem Auflageelement erfolgt. Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist somit kein weiteres Verzögerungselement notwendig.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mess- Vorrichtung in Draufsicht von oben dargestellt.
In einem Auflageelement 32 sind vier Vakuumkammern ausgebildet, von denen beispielhaft die beiden unteren Vakuumkammern mit den Bezugszeichen 34 und 34' gekennzeichnet sind. Die Vakuumkammern sind durch Kanäle 38 mit- einander fluidleitend verbunden. Diese Kanäle sind in dem Auflageelement nach oben offen ausgebildet, so dass ein Auflegen einer Messstruktur auf das Auflageelement 32 ein Abdichten der Kanäle in Richtung der Messstruktur bewirkt und die fluidleitende Verbindung zwischen den Vakuumkammern entsteht. Hierdurch wird die Messstruktur nicht nur mittels der Vakuumkammern, son- dem zusätzlich mittels der Kanäle 38 an das Auflageelement 32 angepresst. Die Messvorrichtung gemäß Figur 3 umfasst vier Kontaktierungseinheiten, die jeweils in einer Vakuumkammer angeordnet sind.
In Figur 4 ist ein Schnitt gemäß der Linie A in Figur 3 und senkrecht zur Zeichenebene in Figur 3 dargestellt, wobei die Darstellung 4 nicht maßstabsgerecht ist, die Dicke des Auflageelementes 32 ist verglichen mit dem Abstand der Vakuumkammern 34 und 34' zur besseren Darstellbarkeit stark vergrößert.
Der Kanal 38 verbindet die Vakuumkammern 34 und 34' fluidleitend und erstreckt sich über die Vakuumkammern bis nahe an den Rand des Auflageelementes 32, um zusätzlich die Fläche, an der die Messstruktur angesaugt wird, zu vergrößern.
In den Vakuumkammern 34, 34' ist jeweils eine Kontaktierungseinheit (33, 33') angeordnet.
Die Kontaktierungseinheiten weisen jeweils als bewegliche Kolben 35, 35' ausgeführte bewegliche Befestigungselemente auf, die in dem Auflageelement 32 derart beweglich gelagert sind, dass sie in Figur 4 nach oben und unten verschiebbar sind und somit in die Vakuumkammern ein- und ausfahrbar sind. Die Kolben 35 und 35' sind dabei derart beweglich in dem Auflageelement 32 gelagert, dass die Vakuumkammern 34 und 34' nach unten gemäß Darstellung in Figur 4 fluiddicht sind.
Wird nun eine Messstruktur auf das Auflageelement 32 aufgelegt, so sind durch die Messstruktur die Vakuumkammern 34 und 34' sowie die Kanäle 38 fluiddicht abgedichtet. Anschließend wird in einer, vorzugsweise in mehreren Vakuumkammern mittels einer (nicht dargestellten) Ansaugleitung ein Unter- druck erzeugt. Aufgrund der fluidleitenden Verbindung der Vakuumkammern mittels der Kanäle 38 entsteht in allen Vakuumkammern ein gleich großer Unterdruck und entsprechend wird die Messstruktur an der gesamten Ansaugfläche mit gleicher Kraft an das Auflageelement 32 angesaugt. Aufgrund des Unterdrucks in den Vakuumkammern 34 und 34" bewegen sich die Kolben 35 und 35' der Kontaktierungseinheiten 33 und 33' in Figur 4 nach oben, d. h. in die Vakuumkammern hinein, so dass die federbeaufschlagten Kontaktstifte der Kontaktierungseinheiten an die Messseite der Messseite der Messstruktur angepresst werden und eine elektrische Kontaktierung zu diesem ausbilden.
Die Kolben 35, 35' weisen (nicht dargestellte) Anschläge auf, welche die maximalen Positionen beim Ein- und Ausfahren begrenzen.
Die Kontaktierungseinheiten sind in den Figuren 1 bis 4 nicht in Schnittdarstellung gezeigt, d. h. insbesondere die Federn zur Beaufschlagung der Kontaktstifte der Kontaktierungseinheiten sind in Figur 4 nicht dargestellt.
Bei den Ausführungsbeispielen weisen die Kontaktierungseinheiten jeweils nicht dargestellte elektrische Kontaktierungskabel auf, welche zu entsprechenden Anschlussbuchsen an der Messvorrichtung geführt sind, so dass über die Anschlussbuchse eine elektrische Kontaktierung mit Messapparaturen wie beispielsweise Strom-/Spannungsmessgeräten möglich ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Messvorrichtung (1 , 21 ) zur elektrischen Vermessung einer einseitig an einer Messseite elektrisch kontaktierbaren Messstruktur (8), insbesondere eines optoelektronischen Elementes, wie einer Solarzelle, umfassend mindestens zwei Kontaktierungseinheiten (3, 3', 23, 23',
33, 33') zur elektrischen Kontaktierung der Messstruktur (8) und mindestens ein Auflageelement (2, 22, 32) zum Auflegen der Messstruktur (8) mit der Messseite auf das Auflageelement (2, 22, 32), wobei das Auflageelement (2, 22, 32) und die Kontaktierungseinheiten (3, 3', 23, 23', 33, 33') derart angeordnet sind, dass die auf dem Auflageelement (2, 22, 32) aufliegende Messstruktur (8) mittels der Kontaktierungseinheiten an der Messseite elektrisch leitend kontaktierbar ist, wobei die beiden Kontaktierungseinheiten voneinander elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (1 , 21 ) mindestens eine Ansaugleitung (6, 26) zur Verbindung mit einer Ansaugeinheit und mindestens eine mit der Ansaugleitung (6, 26) fluidleitend verbundene Ansaugöffnung um- fasst, wobei die Ansaugöffnung derart in und/oder an dem Auflage- element (2, 22, 32) angeordnet ist, dass die Messstruktur (8) mittels der Ansaugöffnung an das Auflageelement (2, 22, 32) durch Ansaugen anpressbar ist, dass die Kontaktierungseinheiten (3, 3', 23, 23', 33, 33') relativ zu dem Auflageelement (2, 22, 32) beweglich angeordnet sind und die Mess- Vorrichtung (1 , 21 ) weiterhin eine Bewegungseinheit umfasst, welche mit den Kontaktierungseinheiten (3, 31, 23, 23', 33, 33') derart in Wirkverbindung steht, dass bei auf dem Auflageelement (2, 22, 32) aufliegender Messstruktur (8) die Kontaktierungseinheiten mittels der Be- wegungseinheit wahlweise an die auf dem Auflageelement (2, 22, 32) aufliegende Messstruktur (8) zu deren elektrischen Kontaktierung andrückbar sind und dass die Messvorrichtung (1 , 21 ) derart ausgeführt ist, dass bei an die Messstruktur (8) angedrückten Kontaktierungseinheiten (3, 3', 23, 23', 33, 33') die Messstruktur (8) ausschließ- lieh durch das Ansaugen und gegebenenfalls die Gewichtskraft der
Messstruktur (8) an das Auflageelement (2, 22, 32) angedrückt wird.
2. Messvorrichtung (1 , 21 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Ansaugöffnung und Bewegungseinheit derart ausgebildet sind, dass bei Ansaugen der Messstruktur (8) an das Auflageelement (2, 22, 32) und Andrücken der Kontaktierungsstifte an die Messstruktur (8) zur elektrischen Kontaktierung die Summe Ansaugkräfte, mit der die Messstruktur (8) an das Auflageelement (2, 22, 32) angedrückt wird, stets größer ist als die Summe Kontaktierungskräfte, mit der die Kontaktierungseinheiten (3, 3', 23, 23', 33, 33') an die Messseite der Messstruktur (8) angedrückt werden.
3. Messvorrichtung (1 , 21 ) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinheit derart ausgebildet ist, dass die Kontaktierungseinheiten (3, 3', 23, 23', 33, 33') mittels der Bewegungseinheit wahlweise in eine Ruhestellung, in der keine Kontaktierung der auf dem Auflageelement (2, 22, 32) aufliegenden Messstruktur (8) erfolgt und eine Kontaktierungsstellung, in der die auf dem Auflageelement (2, 22, 32) aufliegende Messstruktur (8) durch die Kontaktierungseinheiten elektrisch kontaktiert ist, verfahrbar sind.
4. Messvorrichtung (1 , 21 ) nach mindestens einem der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung ( 1 , 21 ) mindestens zwei Ansaugöffnungen aufweist wobei für jede der Kontaktierungseinheiten (3, 3', 23, 23', 33, 33') jeweils eine Ansaugöffnung im Bereich der Kontaktierungseinheit angeordnet ist, insbesondere in einem Abstand kleiner 1 cm, im Weiteren insbesondere kleiner 5 mm.
5. Messvorrichtung (1 , 21 ) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflageelement (2, 22, 32) mindestens eine Ausnehmung aufweist und die Kontaktierungseinheiten (3, 3' , 23, 23', 33, 33') bei elektrischer Kontaktierung der Messstruktur (8) durch eine oder mehrere Ausnehmung des Auflageelementes geführt sind und dass min- destens eine Ausnehmung , durch die bei Kontaktierung der Messstruktur (8) mindestens eine Kontaktierungseinheit geführt ist, als Ansaugöffnung ausgeführt ist.
6. Messvorrichtung (1 , 21 ) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinheit mindestens eine Vakuumkammer (4, 24, 24', 34) aufweist, welche einerseits mit der Ansaugleitung (6, 26) und andererseits mit mindestens einer Ansaugöffnung fluidleitend verbun- den ist, und die Vakuumkammer (4, 24, 24', 34) hinsichtlich ihres Volumens durch Erzeugen eines Unterdrucks in der Vakuumkammer (4, 24, 24', 34) komprimierbar ausgeführt ist und dass mindestens eine Kontaktierungseinheit derart in der Vakuumkammer (4, 24, 24', 34) angeordnet ist, dass eine Komprimierung der Vakuumkammer (4, 24, 24', 34) ein Andrücken der Kontaktierungseinheit an die Messseite der auf dem Auflageelement (2, 22, 32) aufliegenden Messstruktur (8) bewirkt.
7. Messvorrichtung (1 , 21 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinheit mindestens zwei Vakuumkammern (24, 24', 34) umfasst, wobei jede Vakuumkammer (24, 24', 34) jeweils min- destens ein bewegliches Befestigungselement für die Kontaktierungs- einheit, vorzugsweise mindestens einen beweglichen Kolben (25, 25', 35, 35') aufweist, das in die Vakuumkammer (24, 24', 34) ein- und ausfahrbar gelagert ist, wobei mindestens eine Kontaktierungseinheit (23, 23') auf dem Befestigungselement (25, 25', 35, 35') angeordnet ist, derart, dass bei Einfahren des Befestigungselementes in die Vakuumkammer (24, 24', 34) die Kontaktierungseinheit gegen die Messseite der auf dem Auflageelement (22) aufliegenden Messstruktur angedrückt wird, insbesondere, dass die Kontaktierungseinheit das bewegliche Befestigungselement umfasst.
8. Messvorrichtung (1 , 21 ) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinheit mindestens ein Verzögerungselement um- fasst, welches derart mit den Kontaktierungseinheiten (3, 3', 3", 23,
23', 33, 33') zusammenwirkend ausgestaltet ist, dass bei einem Verfahren der Kontaktierungseinheiten mittels der Bewegungseinheit die Verfahrgeschwindigkeit der Kontaktierungseinheiten durch das Verzögerungselement verringert wird.
9. Messvorrichtung (1 , 21 ) mindestens nach Anspruch 8 und mindestens einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögerungselement als Verzögerungs-Vakuumkammer (7, 34') ausgebildet ist, welche derart mit der ersten Vakuumkammer (4) zusammenwirkend angeordnet ist, dass eine Komprimierung der ersten Vakuumkammer (4) durch einen Unterdruck in der zweiten Vakuumkammer (7) verzögert wird.
1 0. Messvorrichtung (1 , 21 ) nach mindestens einem der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflageelement (2, 22, 32) austauschbar ausgebildet ist und die Messvorrichtung (1 , 21 ) mehrere Auflageelemente für unterschiedliche Kontaktierungspunkte einer Messstruktur (8) umfasst, wobei je- des Auflageelement (2, 22, 32) Ausnehmungen entsprechend den jeweils vorgegebenen Kontaktierungspunkten aufweist.
1 1 . Messvorrichtung (1 , 21 ) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflageelement (2, 22, 32) austauschbar ausgebildet ist und die Messvorrichtung (1 , 21 ) mehrere Auflageelemente mit Ansaugöffnungen für unterschiedliche Ansaugkräfte umfasst, wobei sich die Auflageelemente hinsichtlich der Gesamtgröße der Ansaugöffnungen un- terscheiden.
12. Verfahren zur Kontaktierung einer einseitig an einer Messseite elektrisch kontaktierbaren Messstruktur (8), insbesondere eines optoelektronischen Elementes, wie einer Solarzelle, folgende Verfahrensschritte umfassend:
A Auflegen der Messstruktur (8) mit einer Messseite auf ein Auflageelement (2, 22, 32) und
B Elektrisches Kontaktieren der Messstruktur (8), indem mindestens zwei elektrisch voneinander isolierte Kontaktierungseinheiten (3, 3', 3", 23, 23', 33, 33') an die Messseite der Messstruktur (8) angedrückt werden
dadurch gekennzeichnet, dass die Messstruktur (8) in Schritt B zur Kontaktierung mittels eines Unterdrucks an das Auflageelement (2, 22, 32) über Ansaugöffnungen an und/oder in dem Auflageelement (2, 22, 32) angesaugt wird und bei Kontaktierung der Messstruktur (8) diese ausschließlich mittels Ansau- gen und gegebenenfalls der Gewichtskraft der Messstruktur (8) an das
Auflageelement (2, 22, 32) angedrückt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass während des Andrückvorgangs der Kontaktierungseinheiten (3, 3', 3", 23, 23', 33, 331) an die Messseite der Messstruktur (8) und während eines Messvorganges mit an die Messstruktur (8) angedrückten Kontaktierungseinheiten die Ansaugkraft, mittels derer die Messstruktur (8) an das Auflageelement (2, 22, 32) angedrückt wird, stets größer ist als die Summe der Kontaktierungskräfte, mittels derer die Kontak- tierungseinheiten an die Messseite der Messstruktur (8) angedrückt werden.
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt B ein verzögertes Heranfahren der Kontaktierungseinheiten (3, 3', 3", 23, 23', 33, 33') an die Messseite der Messstruktur (8) erfolgt.
15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kontaktierungseinheit in oder an einer hinsichtlich ihres Volumens durch Erzeugen eines Unterdrucks komprimierbaren Vakuumkammer (4, 24, 24', 34) angeordnet ist und das Andrücken der Kontaktierungseinheit an die Messstruktur dadurch erfolgt, dass ein Unterdruck in der Vakuumkammer erzeugt wird.
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