JP2015527863A - 光電変換モジュールをテストするための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】暗い部屋を必要とせず、単純化された行程を実行できる、光電変換モジュールをテストするための改良された方法および改良された装置を提供する。【解決手段】光電変換モジュール（１２）が出力されまたはそこから引き出される電力を変調し、光電変換モジュール（１２）を、カメラ（２６）を用いて走査する。カメラ（２６）によって生じるカメラ信号を評価し、光電変換モジュール（１２）の蛍光画像（３２）を得る。そこにおいて、光電変換モジュール（１２）は順方向においてのみ作動され、カメラ信号はフィルタ好ましくはデジタルフィルタを使用して評価される。【選択図】図１
Description
本発明は光電変換（photovoltaic）モジュールをテストする方法に関するものである。この方法は次の工程から成る：
ＡＣ電圧が、光電変換モジュール上へ変調される、
光電変換モジュールがカメラを使用して走査される、そして、
カメラによって作られたカメラ信号が光電変換モジュールの蛍光画像を得るために評価される。
ＡＣ電圧が、光電変換モジュール上へ変調される、
光電変換モジュールがカメラを使用して走査される、そして、
カメラによって作られたカメラ信号が光電変換モジュールの蛍光画像を得るために評価される。
本発明はさらに、光電変換モジュール上へＡＣ電圧信号を変調する装置と、光電変換モジュールを走査するためカメラ信号を出力するカメラと、カメラ信号に基づき蛍光画像を計算するための評価装置とを有する光電変換モジュールをテストする装置に関する。
この種の方法およびこの種の装置は、特許文献１から公知である。
公知の方法および公知の装置によれば、ＡＣ電圧信号は光電変換モジュールの両方の端子に接続される。そして、変調は順方向において、そして、光電変換モジュールの逆方向において実行され、結果として生じるエレクトロルミネセンス（蛍光）が評価される。蛍光画像は順方向において、そして、逆方向において撮影されて、互いに重畳させられる。
前記公知の方法は、光電変換モジュールの製造時、品質管理のために用いられる。蛍光に基づくすべての現在公知の方法のように、それは、光電変換モジュールそのものからも離れて、いかなる照明もない暗い部屋において実行されることを必要とする。加えて、その方法は統合されたバイパス・ダイオードを備えた光電変換モジュールに使用することはできない。
非特許文献１は、エレクトロルミネセンスによって、大規模な光電変換モジュールを製造する時の品質管理を開示する。この場合、光電池は順方向に直流電圧が印加されると、それらは近赤外範囲においてルミネッセンスを放射する。この場合も、試験は昼光の存在しない暗い部屋において実行される。
J. Coello, "Introducing Electroluminescence Technique as a Quality Control of Large PV Plants" 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 3469-3472、2011年
O. Breitenstein、W. WartaおよびM. Langenkamp, "Lock- in Thermography" Basics and Use for Evaluating Electronic Devices and Materials online issue（Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 2010年）
この種の試験方法は光電池の製造時、良好な品質管理を確実にすることに基本的に適しているにもかかわらず、既存の光電変換モジュール上に使用するためには、問題のモジュールが暗い部屋において、取り外されて、点検されることを必要とする。
これは、経費の非常に高いレベルを意味して、点検の間、対応する損失をもたらす。
前記に鑑み、本発明は、好ましくは暗い部屋を必要とせず、単純化された工程を実行できる、光電変換モジュールをテストするための改良された方法および改良された装置を提供することを目的とする。
本発明の光電変換モジュールをテストする方法は、次の工程から成る：
少なくとも一つの変調周波数を用いて光電変換モジュールから引き出されるかまたはそれから出力される電力を変調する工程、
カメラを用いて光電変換モジュールを走査する工程、および、
光電変換モジュールの蛍光画像を得るために、カメラからのカメラ信号を評価する工程。
少なくとも一つの変調周波数を用いて光電変換モジュールから引き出されるかまたはそれから出力される電力を変調する工程、
カメラを用いて光電変換モジュールを走査する工程、および、
光電変換モジュールの蛍光画像を得るために、カメラからのカメラ信号を評価する工程。
光電変換モジュールはその順方向においてのみ作動され、カメラ信号はフィルタを使用して評価される。
本発明の装置に関しては、本発明の目的は、光電変換モジュールをテストする次の装置によって達成される。
光電変換モジュールをテストする装置は、少なくとも一つの変調周波数を用いて、光電変換モジュールによって引き出されるかまたは出力される電力上へＡＣ電圧信号を変調するための装置と、光電変換モジュールを走査するためカメラ信号を出力するカメラと、
カメラ信号から蛍光画像を計算するための評価装置とを有し、
光電変換モジュールは順方向においてのみ作動され、カメラ信号はフィルタを使用して評価される。
カメラ信号から蛍光画像を計算するための評価装置とを有し、
光電変換モジュールは順方向においてのみ作動され、カメラ信号はフィルタを使用して評価される。
このようにして、本発明の目的は、完全に達成される。
本発明によれば、モジュールの電力が変調されるときに、エレクトロルミネセンスの選択的な評価および光電変換モジュールの動作の間に現れる干渉源（例えば太陽からの、または、環境からの反射）の隔離は、フィルタを用いて可能になる。
「順方向」は、モジュールに存在する電圧が、無負荷における照明の下でのモジュールの電圧低下と同じ極性を有するという意味に理解される。
本発明の好適な態様において、カメラはその上流に接続されるフィルタシステムを備えている。フィルタシステムは、光電変換モジュールの蛍光信号を含む波長範囲を伝達する。特にフィルタシステムは、光電変換モジュールが結晶シリコンでできている場合、近赤外範囲（ＮＩＲ）を透過させる。その波長範囲（ＮＩＲ）の端において光学フィルタを使用することもできる。これにより、エレクトロルミネセンスの波長範囲の最適感度が得られ、干渉信号の残りからの良好な隔離が可能となる。
本発明によれば、光電変換モジュールは、昼光または他の照射において、好ましくは光電変換モジュールの動作の間、テストされることができる。
カメラ信号は、好ましくはデジタルフィルタにより評価される。
「デジタルフィルタ」は本明細書において、特定の周波数レンジを遮断するかまたは通過させる操作をするための数学的フィルタを意味するために、理解される。デジタルフィルタは、連続信号を処理しなくて、むしろ離散時間および散散値の信号を処理する。離散時間信号は、時間に応じた信号プロフィールを表す個々のパルスだけから成る（この場合：画像)。各サンプルは（この場合：画素の輝度値）、時間的に周期的なシーケンスとなる。サンプルはデジタル数の表現は有限解像度のみを提供するので離散的な値をとる。
デジタルフィルタは、例えば、昼光下の光電変換モジュールにおいて生ずる重いバックグラウンド・ノイズにもかかわらず、蛍光画像を取り出して、評価するために、用いることができる。
デジタルフィルタが用いられる場合、広帯域の干渉が広帯域の信号と同時に存在していない場合だけ、カメラの上流の（光学の）フィルタシステムの更なる接続が意味をなす。（ａ）広帯域の干渉があり、そして、狭帯域の信号（例えば昼の蛍光）が現れる場合、フィルタの正しい選択が与えられたなら、信号対雑音比（ＳＮＲ）は１０〜１００倍に増加できる。（ｂ）もし、干渉および信号のスペクトル範囲が全く異なる（例えば暗い部屋の光ルミネセンス）場合、ＳＮＲを１０６以上倍に増加することさえできる。
前記ケース（ａ）が概して続く場合、カメラの前段の光学的フィルタシステムの接続は、デジタルフィルタを使用する意味がある。
更なる本発明の好ましい実施例によれば、カメラ信号は、ロックイン法（lock-in method）を使用して評価される。
ロックイン法は、静的ノイズの背景に対して、信号を増幅する必要があるときに多用され、従来技術において、基本的に公知である。
非特許文献２で詳述するように（この文献は参照により本願明細書に組み込まれる）、ロックイン法は、検出より前に、そして、第１の利得段より前に周期的にパルス化された特定周波数（ロックイン周波数）を使用して振幅変調される主要信号を必要とする。
ロックイン法の目的は、検出された信号の振動しているＡＣ電圧部分だけを評価することである。ロックイン法のアナログ適用の場合、ノイズがないＡＣ基準信号は、信号生成プロセスに由来して、移相信号として、交替に、電子スイッチを使用して、または直接雑音の多い信号に重畳されるか、または反転された雑音の多い信号に重畳される。このようにして、ノイズが大いに低減された信号を抽出することができる。上述したアナログロックイン法の代わりに、デジタル形式においても実現できることは、言うまでもない（非特許文献２参照）。ロックイン法は、このようにデジタルフィルタ方法とよく似ている。
本発明の他の実施態様によれば、光電変換モジュールには、少なくとも２つの動作点（ＫＳ、ＬＬ、ＭＰＰ、ＶＲ）の間を周期的に変化する変調周波数（ｆＱ）が印加される。
この場合、使用する動作点は、短絡（ＫＳ）、無負荷（ＬＬ）、最大の電力点（ＭＰＰ）または順方向の任意の点（ＶＲ）からなるグループから、選択される少なくとも２つであってもよい。
本発明の好適な態様において、情報は、異なる動作点（ＫＳ、ＬＬ、ＭＰＰ、ＶＲ）の、形の違う蛍光信号から得られる。
さまざまな動作点の蛍光信号は、蛍光に関して異なる情報を含む。その情報は本発明により評価される。例えば短絡蛍光（ＫＬ）、光ルミネセンス（ＰＬ）、限られた抵抗のエレクトロルミネセンス（ＥＬ）および背景（Ｈ）が関係する。
例えば、無負荷（ＬＬ）、そして短絡（ＫＳ）の下で蛍光信号を減算することによって、光ルミネセンス（ＰＬ）を抽出することができる：ＬＬ−ＫＳ＝ＰＬ。
太陽電池の無負荷の電圧が、光電変換モジュールに取り入れられる。結果として、非接触（死んでいる）領域、マイクロ亀裂（microfissure）および電圧誘起出力低下（ＰＩＤ）が決められる。
加えて、順方向の蛍光信号（ＶＲ）から、無負荷（ＬＬ）の蛍光信号を減算することによって、限られた抵抗のエレクトロルミネセンス（ＥＬ）を、抽出できる：ＥＬ＝ＶＲ−ＬＬ。
これは、ローカルな直列抵抗に関して情報を提供する。劣った電気接続（割込されたフィンガー電極、貧しいハンダ接合部および壊れたセル間コネクタ）、更にはマイクロ亀裂を有する領域および電圧誘起出力低下（ＰＩＤ）を確認することが簡単にできる。
加えて、順方向（ＶＲ）の蛍光信号から、短絡（ＫＳ）の蛍光信号を減算することによって、混合された蛍光信号（ＥＬ＋ＰＬ）を抽出できる：ＥＬ＋ＰＬ＝ＶＲ−ＫＳ。
これは、特にマイクロ亀裂および電圧誘起出力低下について光電変換モジュールの一般の品質の情報を提供する。高いＳＮＲの利点が利用できる。
カメラ映像周波数（フレームレート）ｆＫは、明記されなくて、今日の技術によってむしろ制限される。現時点では、最大は、４００Ｈｚである、しかしながら、急な増加を、ここ数年に予想することができる。
従来は、ロックイン法で信号を増幅するとき、「オーバーサンプリング」が使われる。単相のロックインの場合、変調周波数ｆＱとしてｆＱ≦ｆＫ／２があてはまる。そして、二重位相ロックインの場合ｆＱ≦ｆＫ／４が有効である。これは、ナイキスト条件として公知である。
しかしながら、「過小サンプリング」を使用することもできる。この場合、ｆＱは、ｆＫから独立している。ｆＱはｆＫより大きくてもよい。しかしながら、この場合、「禁止」周波数といった若干の特色がある（非特許文献２を参照）。変調周波数ｆＱは、固定する必要はない。例えば画像のすべてのピクセルの合計からの抽出などで、変調信号がわかっている場合、非同期ロックインを、所望の信号を増幅するために用いることもできる。
ロックイン法が本発明の方法において用いられる場合、非常に弱いエレクトロルミネセンス信号でも（昼光下の光電変換モジュールに起こる）重いバックグラウンド・ノイズからきれいに分離することができて、光電変換モジュールの蛍光像を生成するために評価することができる。
ロックイン法の代わりに、弱い周期的信号を検出することに適している、他のいかなるデジタルまたはアナログフィルタ方法も使用することもできることは、言うまでもない。
非特許文献２から知られるロックインサーモグラフィ方法を基礎として、太陽電池は、外部電圧源または放射源を経て、ロックイン参照周波数を使用して変調される。評価の目的で、２μｍから５μｍの間の波長の中赤外領域において感度が高い赤外線カメラが使われる。雑音の多いフレームから熱画像を作り出すロックイン法を使用するために、変調された電圧源または放射源および赤外線カメラはこの場合極めて正確に互いに同期してある。そして、その熱画像は、太陽電池の欠陥およびその正確な位置を示す。
対照的に、本発明は、暗がりもしくは昼光下、または他の照射下において、蛍光画像を雑音が多い画像から評価しまたは作り出すために、ロックイン法の、または、弱い周期的信号が検出できる他の方法の使用を促す。この点で、非特許文献２に示される従来技術において、公知のサーモグラフィ方法は、本発明の主題を示すことに適していない。
周期的信号は、光学的に（加算または減算した（補足の）照射によって）、機械的に（例えばモジュールを振るか、またはチョッパーによって）、電気的に、または、熱的に（周期的な冷却または加熱によって）、または磁気的に作り出すことができる。
本発明のより有利な実施態様によれば、試験は、接続される負荷により好ましくはインバータを用いて、実行される。
この実施態様は、実際には特に都合よく使うことができる。その理由は、テストされる光電変換モジュールは取り外される必要はなくて、インバータ自体を利用する必要があれば動作の間にテストされることができるからである。
本発明のより有利な実施態様によれば、変調周波数ｆＱは、周期的な切換オン／オフによって、好ましくは半導体スイッチによって、作ることができる。
これは、変調周波数ｆＱを生じる特に単純な方法である。
この場合、インバータの周波数は、必要あれば、ＭＰＰ検索（Maximum PowerPoint Search）のために使うことができる。
本発明の他の実施例によれば、インバータは、変調周波数ｆＱを用いて被接続モジュールを変調するために、インタフェースを介して作動する。
最近のインバータが作動のためのインタフェースを通常備えているので、光電変換モジュール上へ、または、継続接続された光電変換モジュール上へ、インバータの位相で、ＡＣ電圧信号の特に単純な変調ができるようになる。
本発明の他の実施態様によれば、光電変換モジュールは、半導体スイッチを介して好ましくは周期的に短絡する。
この方法も、変調周波数の単純な生成を可能にする。
本発明の他の実施態様によれば、テストされる光電変換モジュールは、同じモジュール上、もしくは、同じ位相においてもしくは同じインバータによって接続されるモジュール上、または、前記モジュールの部分上への変調周波数ｆＱを用いた照射によって、変調される。
例えば、この方法は、特定の周期的なシェーディングにより行うことができる（例えば、変調周波数ｆＱで、チョッパーによって）。
この出願の範囲内で、照射は、いかなるタイプの電磁放射も含む：Ｘ線照射からＵＶまで、可視、赤外、中央赤外、遠赤外、マイクロ波。
５０Ｈｚのフレーム周波数を有するカメラが用いられるときに、例えば１から２５Ｈｚまでの範囲、または、好ましくは２から１０Ｈｚまでの範囲、より好ましくは３から７Ｈｚまで範囲の変調周波数を使用して、よい結果が得られた。
フィルタシステムは、比較的弱いエレクトロルミネセンス信号を除去する。該信号は結晶シリコンでできている光電変換モジュールの場合、バックグラウンド・ノイズの中で９５０から１３３０nmまでの範囲の近赤外範囲（１１３０nmで最大値を有する）である。このようにロックイン法を使用して良好な増幅を得ることができる。一般的に用いられるＣＣＤカメラは、ＮＩＲ範囲に比較的低い感度を有し、可視範囲により大きな感度を有する。
これらの不利な点は、前記フィルタに加えて、例えばモジュールの蛍光範囲と合致するカメラ（結晶シリコンでできているモジュールのための９５０から１３５０nmへの波長範囲に高感度を有するカメラ）を使用することにより、補償される。
カドミウム・テルル化物（ＣｄＴｅ）の薄い層のモジュールは、７００−９００nmから範囲の光を発する。これは、適応された光学的フィルタシステムを有するＳｉＣＣＤカメラの使用に適している。
層の構造に応じて、ＣＩＧＳ（また、ＣＩＧＳＳｅまたはＣＩＳ）の薄いレイヤ・モジュールは、８００―１３００nmの範囲の光を発する。これは、適応された光学的フィルタシステムを有するＳｉＣＣＤカメラの使用に適している。
市場に存在しているすべてのモジュール技術のために、低い波長（４００−１７００nm）の方へ延長されたスペクトル範囲を有するＩｎＧａＡｓカメラは、適切である。光学的フィルタシステムは、それに応じて適応されなければならない。
前述の特徴および更に下で説明される特徴は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、それぞれ示された組合せでだけでなく、他の組合せでも使用されることができる。
本発明の更なる特徴および効果は、図面を用いて下記の好適な実施形態により説明される。
図１は、太陽発電装置４０における光電変換モジュール１２をテストする装置１０の簡略図を示す。太陽発電装置４０は複数の光電変換モジュールを有する。例としてこの場合図面参照符号１２で示される。
図式的に変調源１４あるいは、変調源１４’で示されるように、太陽発電装置４０の電力は少なくとも一つの変調周波数ｆＱにより変調される。一例として、１４に示すように、動作の間、変調周波数ｆＱを用いて光電変換モジュール１２の出力電力を変調する。該変調は、電気的に、機械的に、または、磁気的に実行されることができる。あるいは、例えば、光電変換モジュール１２に入射する太陽１の光放射は、例えば、１４’に示すように、周期的に陰を生じるチョッパーによって変調されることもできる。
光電変換モジュール１２から出力され、変調周波数ｆＱを用いて変調される電力は、ビデオ・カメラ２６を用いて走査される。ビデオ・カメラ２６からの出力信号「ビデオ出力」は、光電変換モジュール１２の蛍光画像を引き出すためにロックイン（lock-in）アルゴリズムを使用している評価装置２８（通常ＰＣ）によって、分析される。
図２は、図式的に、変調方法を示す。例えば、図の左側の半分に示すように、モジュールの特性は、方形波信号を使用して変調される。図の右の半分に示すように、カメラ２６は、個々のピクセルを測定するために用いる。画像のすべてのピクセルの合計から、変調周波数を決定することができる。各ピクセルの雑音が多い信号から、この場合好ましくはロックインアルゴリズムの形で、光電変換モジュールの蛍光画像は、デジタルフィルタによって、引き出される。
図３は、蛍光信号３６とバックグラウンド信号（任意のユニットａ．ｕ．の強度Ｉ）３５を示し、そして、使用するフィルタシステム２４を示す。フィルタシステム２４は、感度を蛍光信号の最大の領域（結晶シリコンでできている光電変換モジュールの場合１１３０nm）に入れるためのものである。９５０nmから１３５０nmまで範囲において、主に感度がある。他のモジュール技術（例えば薄いレイヤ・モジュール）のために、測定システムは、それに応じて適合されることができる。
図４は、光電変換モジュール１２をテストする装置１０の更なる具体例を示す。
光電変換モジュール１２は、外部の負荷２０が接続されるときに、それが完成された回路を形成するために使用する２つの接続２１、２２を持っている。この回路は、重畳する周期的信号を生成するための他の変調源１４も含んでいる。
本発明によれば、変調源１４は周期的ＡＣ電圧信号を生成するために用いる。それの振幅は、光電変換モジュール１２が常にその順方向において作動されるように、選択される。一例として、前記信号は正弦波信号でもよくその振幅は、図式的に示された太陽１の太陽光線１６によって照射を受ける光電変換モジュール１２によって生成されるＤＣ信号の振幅より小さい。結果として脈動信号が生成され、図５において図式的に示されるように、その振幅はｌ１とｌ２の間を脈動する。
順方向において操作されるときに、光電変換モジュール１２によって生じた放射蛍光１８は、例えば、図３に示される太陽スペクトル３５のバックグラウンド・ノイズから蛍光信号を抽出するために、フィルタシステム２４（それは最大値の約１１３０nmを含む９５０から１３５０nmまで範囲において、機能する）を用いて、フィルタリングされる。カメラ２６は、フィルタシステム２４を通した信号を受信して、光電変換モジュール１２の表面を探査する。一例として、カメラ２６のフレーム周波数は、５０Ｈｚ（ｆＫ＝５０Ｈｚ）でもよい。変調周波数ｆＱとして、例えば、５Ｈｚの周波数を使用することができる。
カメラ２６からの出力信号「ビデオ出力」は、評価のため、評価装置２８（例えばＰＣ）に供給される。エレクトロルミネセンス信号を雑音が多い映像信号から抽出するために、評価装置２８はデジタルロックインアルゴリズムを使用し、それを増幅する。そして、光電変換モジュール１２の蛍光画像３２を生じる。蛍光画像３２は、光電変換モジュール１２の欠陥を可視化するか、またはこの種の欠陥を自動評価するために用いることができる。
上ですでに説明したように、光電変換モジュール１２が順方向において作動されることが確実に保証されるならば、励起信号はいかなる方法で生じるものであってもよい。加えて、矩形波または正弦波励起信号の他に、他のいかなる周期的な変調信号も、採用できる。
すでに前述したように、図５で示す正弦波信号の代わりに、例えば、図２で示した方形波信号が使われることもできる。一例として、この種類の方形波信号は光電変換モジュール１２の回路において、周期的に回路を開閉するスイッチを含む負荷２０を用いて簡単な方法で作成することができる。
この場合、図４に示される変調源１４は、半導体スイッチである。あるいは、例えば、光電変換モジュール１２を半導体スイッチを介して周期的に短絡してもよい。
インバータに接続される励起信号の生成例を、太陽発電装置４０に基づいて、図６に示す。
この場合は、光電変換モジュール１２、１２’が直列に接続されて、インバータ４４に接続する位相（phase）４２を形成する。簡単のために図示しないが太陽発電装置４０が通常複数の位相を有することは言うまでもない。
この場合は、位相４２は、光電変換モジュール１２、１２’と直列に接続された半導体スイッチ１４を含む。従って、半導体スイッチ１４は位相電流を周期的に遮断できる。その結果、図２に示される状況が得られる。
あるいは、インバータ４４の２つの入力側は、それらに接続された変調源１４’’’を備えることもできる。変調源１４’’’は例えば電流プローブを用いる。電流プローブには、テストサイクルの時間中、付加的な周期的負荷によって生成された信号が変調のために印加される。
図６の更なる変更例として、インバータ４４のインタフェース４６の使用が示される。インターフェース４６は、インバータ４４の入力回路上へ適切な信号を変調するために、インタフェースは変調源１４’’を経て作動される。
図６の変調のための更なる変更例は、図１の１４’で示されるような励起を生じるために、太陽発電装置の一部の、または、光電変換モジュールの周期的なシェーディング（shading）である。
他のいかなる変更例も、考えられる。
図７は、図式的に、光電変換モジュールの電流／電圧特性を示す。示されるさまざまな動作点は、特に、短絡ＫＳ、無負荷ＬＬおよび順方向動作ＶＲである。バイパス・ダイオードがあるために、電圧が０．５ボルトの閾値電圧より大きくなれば、底の左端で低下が得られる。無負荷の電圧は、ほぼ３６〜４５ボルトである。
短絡する場合ＫＳにおいて、ほとんどすべての過剰な電荷担体は、完全な接触から離れて吸引される。従って、蛍光信号（それは右側尺度から読みとることが可能である）は、ほぼ０である。無負荷の場合ＬＬにおいて、光ルミネセンスＰＬだけは得られる。その理由は、光による刺激だけが起こるからである。
順方向ＶＲ（ＶＲ＝ＰＬ＋ＥＬ）の動作の間、そこにおいて、良好な電流源を有する領域でＥＬはＰＬよりずっと大きい（ＥＬ＞＞ＰＬ）。それ故、直列抵抗は、ＶＲとＬＬの違いを決定する。
さらに下がって、最大の出力電力の位置はＭＰＰにより示される。
光電変換モジュールが変調周波数ｆＱを使用して変調されるときに、少なくとも２つの動作点の間で、周期的な変化がなされる。さまざまな動作点で生じる蛍光信号は、異なる情報を含む。注目する動作点は、短絡（ＫＳ）、無負荷（ＬＬ）、順方向（ＶＲ）の位置、最大の電力位置（ＭＰＰ）である。
短絡する位置ＫＳにおいて、すべてのキャリアが吸引される。すなわち短絡する場合は蛍光ＫＬ≒０である。短絡時において、光電変換モジュールの画像は、背景放射Ｈだけから成る。ＫＬ≒０ゆえにＫＳ≒Ｈである。
負荷ＬＬのない場合、光電変換モジュールの画像は、光ルミネセンスＰＬおよび背景Ｈから成る：ＬＬ≒ＰＬ＋Ｈ。
順方向ＶＲにおいて、モジュールは負荷に接続される。光電変換モジュールの画像は、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）、光ルミネセンス（ＰＬ）および背景（Ｈ）から成る。ＶＲ≒ＥＬ＋ＰＬ＋Ｈが得られる。
さまざまな動作点の間で変化するときに、以下の変化を、検出できる：
ａ） 光ルミネセンスＰＬは、無負荷ＬＬでの蛍光信号と、短絡ＫＳでの蛍光信号との差から得られる：ＰＬ＝ＬＬ−ＫＳ。
ａ） 光ルミネセンスＰＬは、無負荷ＬＬでの蛍光信号と、短絡ＫＳでの蛍光信号との差から得られる：ＰＬ＝ＬＬ−ＫＳ。
光ルミネセンス画像からの情報は、光電変換モジュールに含まれる太陽電池の無負荷の電圧である。
非接触（死んでいる）領域を決定することもできる。その理由は、動作点の変更が接触領域においてだけ起こるということである。変化が起こらない領域は、このように電気的に接続されない。加えて、マイクロ亀裂および電圧誘起出力低下（ＰＩＤ）が誘発される可能性を決定することも可能である。
ｂ）順方向ＶＲの蛍光と無負荷ＬＬでの蛍光の差は、電流により誘発されたエレクトロルミネセンスＥＬ（ＥＬ＝ＶＲ― ＬＬ）である。
情報は、ローカル直列抵抗ＲＳである。高い直列抵抗の領域は少ない電流が流れ、その小さな変化が検出される。
劣化した電気接続（例えば割込みされたフィンガー電極、貧しいハンダ接合部および壊れたセルコネクタ）が存在する領域を確認することは、単純な事項である。マイクロ亀裂および電圧誘起出力低下を特定することも可能である。
ｃ） 順方向ＶＲの蛍光と短絡ＫＳの蛍光の差は、一般の蛍光を生じる：
ＰＬ＋ＥＬ＝ＶＲ−ＫＳ。
ＰＬ＋ＥＬ＝ＶＲ−ＫＳ。
これは、光電変換モジュールの一般の品質、特にマイクロ亀裂および特に高いＳＮＲでの電圧誘起出力低下の評価を許容する。
Claims (32)
- 光電変換モジュールをテストする方法であって、
少なくとも一つの変調周波数（ｆＱ）を用いて光電変換モジュール（１２）から引き出されるかまたはそれから出力される電力を変調する工程、
カメラ（２６）を用いて光電変換モジュール（１２）を走査する工程、および、
カメラ（２６）からのカメラ信号を評価することによって、光電変換モジュール（１２）の蛍光画像（３２）を生成する工程を備え、
光電変換モジュール（１２）はその順方向においてのみ作動され、カメラ信号はフィルタ（２４）を使用して評価される方法。 - カメラ（２６）はその入射側に接続されるフィルタシステム（２４）を備え、該フィルタシステム（２４）は、光電変換モジュール（１２）からの蛍光信号を含む波長範囲、例えば結晶シリコンでできている光電変換モジュール（１２）の場合、特に近赤外範囲（ＮＩＲ）を透過する、請求項１に記載の方法。
- 試験は、好ましくは光電変換モジュール（１２）の動作の間、昼光下においても実行される、請求項１または請求項２に記載の方法。
- カメラ信号は、デジタルフィルタにより評価される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
- カメラ信号は、ロックイン法を使用して評価される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。
- 変調周波数（ｆＱ）は、光電変換モジュール上へ適用され、そこにおいて、変調周波数は、少なくとも２つの動作点（ＫＳ、ＬＬ、ＭＰＰ、ＶＲ）の間で周期的に変化する、請求項４または請求項５に記載の方法
- 使用される動作点は、短絡（ＫＳ）、無負荷（ＬＬ）、最大の電力（ＭＰＰ）および順方向（ＶＲ）の任意の位置から成るグループから選択される最低２つの点である、請求項６に記載の方法。
- 異なる動作点（ＫＳ、ＬＬ、ＭＰＰ、ＶＲ）での蛍光信号から得られる違いを抽出することによって情報を引き出す、請求項６または請求項７に記載の方法。
- 無負荷（ＬＬ）、短絡（ＫＳ）の下での蛍光信号を減算（ＬＬ−ＫＳ＝ＰＬ）することによって、光ルミネセンス（ＰＬ）を抽出する、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の方法
- 順方向（ＶＲ）から無負荷（ＬＬ）の蛍光信号を減算（ＥＬ＝ＶＲ−ＬＬ）することによって、電流により誘発されたエレクトロルミネセンス（ＥＬ）を抽出する、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の方法
- 蛍光信号（ＥＬ＋ＰＬ）が順方向（ＶＲ）から短絡（ＫＳ）の下の蛍光信号を減算（ＥＬ＋ＰＬ＝ＶＲ−ＫＳ）して抽出される、請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
- 試験は、接続負荷（２０）を使用して、好ましくはインバータ（４４）を使用して実行される、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
- 変調周波数（ｆＱ）が、周期的なオン／オフ切換によって、好ましくは半導体スイッチ（１４’）によって生成される、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
- インバータ（４４）の振動数が、ＭＰＰ検索のための変調周波数（ｆＱ）として使われる、請求項１２または請求項１３に記載の方法。
- インバータ（４４）は、変調周波数（ｆＱ）を用いたインタフェース（４６）を介して作動する、請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の方法。
- 光電変換モジュール（１２）が周期的に、好ましくは半導体スイッチ（１４’’’）を介して短絡される、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の方法。
- 変調周波数（ｆＱ）を使用して、太陽発電装置の一部への照射を周期的に変調することによって、光電変換モジュールは作動する、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
- モジュールによって引き出されるかまたは出力される電力の周期的な変調は光学的に生じ、特に補助照射を付加または減算することによって生じる、請求項１から請求湯項１７のいずれか１項に記載の方法。
- モジュールによって引き出されるかまたは出力される電力の周期的な変調は機械的に生じ、特にモジュールを振ることによって、またはチョッパーで断続することによって生じる、請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の方法。
- モジュールによって引き出されるかまたは出力される電力の周期的な変調は、電気的、熱的に、または、磁気的に、特に周期的な冷却または加熱によって生じる、請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の方法。
- 少なくとも一つの変調周波数（ｆＱ）は、１Ｈｚから２５Ｈｚまで、好ましくは２Ｈｚから１０Ｈｚまで、より好ましくは３Ｈｚから７Ｈｚの範囲にある、請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の方法。
- 光電変換モジュール（１２）をテストする装置であって、少なくとも一つの変調周波数（ｆＱ）を用いて、光電変換モジュール（１２）によって引き出されるかまたはそこから出力される電力上へＡＣ電圧信号を変調するための装置（１４）と、
光電変換モジュール（１２）を走査してカメラ信号を出力するカメラ（２６）と、
カメラ信号に基づいて蛍光画像を計算するための評価装置（２８）とを有し、
光電変換モジュール（１２）は順方向において作動され、カメラ信号はフィルタ（２４）を使用して評価される装置。 - カメラはそれの入射側に接続されるフィルタシステム（２４）を備え、光電変換モジュール（１２）から蛍光信号を含む波長範囲を透過させ、例えば結晶シリコンでできている光電変換モジュールまたは薄いレイヤ・モジュール（ＣＩＳ、ＣＩＧＳ、ＣｄＴｅ、ａ―Ｓｉ）の特に近赤外範囲（ＮＩＲ）を透過させる、請求項２２に記載の装置。
- 評価装置は、特にロックイン法を用いて、カメラ信号を評価するためのデジタルフィルタ形の回路（３０）を備える、請求項２２または請求項２３に記載の装置。
- 光電変換モジュール（１２）は、変調周波数（ｆＱ）を使用して、回路を周期的に中断するスイッチ（１４’）、好ましくは半導体スイッチを含む、請求項２２から請求項２４のいずれか１項に記載の装置。
- 光電変換モジュール（１２）は、少なくとも一つの変調周波数（ｆＱ）を使用して光電変換モジュール（１２）を周期的に短絡させるスイッチ（１４’’ ’）、好ましくは半導体スイッチを含む、請求項２２から請求項２５のいずれか１項に記載の装置。
- 光電変換モジュール（１２）は、少なくとも一つの変調周波数（ｆＱ）を用いたインタフェース（４６）を介して作動するインバータ（４４）に接続されている、請求項２２〜請求項２６のいずれか１項に記載の装置。
- 光電変換モジュール（１２）は、少なくとも一つの変調周波数（ｆＱ）を使用して、存在する光を周期的に変調することによって作動する、請求項２２から請求項２７のいずれか１項に記載の装置。
- 光電変換モジュールから引き出されるもしくは出力される電力の、少なくとも一つの変調周波数（ｆＱ）による変調は、光学的に行われ、特に補助照射を付加もしくは減算することによって行われる、請求項２２から請求項２８のいずれか１項に記載の装置。
- 光電変換モジュールから引き出されもしくは出力される電力の、少なくとも一つの変調周波数（ｆＱ）による周期的な変調は、機械的に、特に光電変換モジュールを振ることによってまたはチョッパーを使うことによって行われる、請求項２２から請求項２９のいずれか１項に記載の装置。
- 少なくとも一つの変調周波数（ｆＱ）によって光電変換モジュールから引き出されもしくは出力される電力の周期的な変調は、電気的に、熱的に、または、磁気的に、特に周期的な冷却または加熱によって行われる、請求項２２から請求項３０のいずれか１項に記載の装置。
- 変調周波数（ｆＱ）は、１Ｈｚから２５Ｈｚまで、好ましくは２Ｈｚから１０Ｈｚまで、より好ましくは３Ｈｚから７Ｈｚの範囲にある、請求項２２から請求項３１のいずれか１項に記載の装置。
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