TWI759872B

TWI759872B - 太陽能電池之量測裝置

Info

Publication number: TWI759872B
Application number: TW109132621A
Authority: TW
Inventors: 施圳豪; 葉彥顯; 楊凱翔
Original assignee: 行政院原子能委員會核能研究所
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2022-04-01
Also published as: TW202213936A

Abstract

本發明係一種太陽能電池之量測裝置，其包含光源組件、太陽能電池測試晶片及電性量測裝置，光源組件係設置於支架組上且包含發光裝置及罩體，罩體一側係連接於發光裝置之一側，發光裝置發出一光束，罩體之另一側設有開口，開口設有擴散板。其中，光束於擴散板形成第一發光面，第一發光面穿透擴散板於平台上形成第二發光面。另外，太陽能電池測試晶片係設置於平台上並位於第二發光面內，太陽能電池測試晶片係與電性量測裝置電性連接，其中，太陽能電池測試晶片接收光束，同時電性量測裝置給予太陽能電池測試晶片一偏壓並進行電性量測。

Description

太陽能電池之量測裝置

本發明係關於一種裝置，特別是一種太陽能電池之量測裝置。

聚光型太陽能電池是聚光型太陽能電池晶片(Concentrator Photovoltaic)結合高聚光鏡面菲涅爾透鏡(Fresnel Lenes)與太陽光追蹤器(Sun Tracker)]的組合，其太陽能能量轉換效率可達31%~40.7%。

雖然聚光型太陽能電池轉換效率高，但是由於向陽時間長，過去用於太空產業，現在搭配太陽光追蹤器可用於發電產業，比較不適合用於一般家庭，聚光型太陽能電池主要材料是砷化鎵(GaAs)，也就是三五族(III-V)材料，一般矽晶材料只能夠吸收太陽光譜中400~1,100nm波長之能量，而聚光型不同於矽晶圓太陽能技術，透過多接面化合物半導體可吸收較寬廣之太陽光譜能量。

目前以發展出三接面InGaP/GaAs/Ge的聚光型太陽電池可大幅提高轉換效率，三接面聚光型太陽電池可吸收300~1900nm波長之能量相對其轉換效率可大幅提升，而且聚光型太陽能電池的耐熱性比一般晶圓型太陽能電池又來的高。

一般來說，太陽能電池模組、電池板，最直接的光電轉換能效驗證方式，就是把產品擺在戶外日照條件下進行電池輸出的I-V輸出持續性量測，但實際上太陽日照光線並不是一個穩定的參考基準，雖然太陽日照環境是設備未來轉換能量的來源，但若用於進行產品檢測，在不同的環境、日照條件、有無輔助光學設備強化單位日照、時間、氣候等，連量測的時間長短與記錄換算方式，都會左右太陽能電池模組的實際輸出表現。

尤其是太陽日照本身的日照條件變化極大，像是地球與太陽的距離變動、太陽表面的黑子活動等變化因素，導致太陽日照本身就難以做為一個標準光源基礎，另在環境影響之空氣狀態、空氣浮游粒子狀態、日照照射角度等，都會影響到日照的表現一致性，即便多款太陽能電池模組在同一個場地進行日照實測，都難保不會有差距極大的產品驗證差距。

因此，為了不使產品驗證產生極大的差距，故，透過燈源來模擬日光，對聚光型太陽能電池晶片進行檢測，然而現行模擬燈源會因為每次的光觸發細微條件不同而使得每次光輸出強度有些微變化，因此目前量測太陽電池效能之系統上皆會先配置太陽電池參考晶片，可確認每次燈源之光輸出強度變化。

檢測聚光型太陽能電池之方式，是透過量測平台上架設燈源系統，由燈源系統發出太陽模擬光照射於太陽能電池測試晶片、太陽電池參考晶片之上，最後由電性量測設備給予兩者電池晶片偏壓並進行電性量測作業，但由於燈源系統一般使用氙氣閃光燈泡做為核心光源，此種光源(氙氣閃光燈泡)屬於點光源，會導致發出之太陽模擬光照射於量測平台上有光分佈不均之問題，又因太陽電池參考晶片的量測結果將做為回推模擬日光強度之依據，若在光分佈不均照度下，太陽能電池測試晶片、太陽電池參考晶片將非處於同一光強度環境，在後續計算太陽能電池測試晶片之效率時誤差會變大

為此，如何使模擬日光之燈光照射於量測平台上時，產生均勻的光分佈，太陽能電池晶片處於相同日照強度下，促使太陽能電池晶片在電性量測候之計算誤差範圍較小，使測試者可獲得較佳的檢測結果，另外如何使檢測方法可適用於各種太陽電池晶片、太陽電池模組等量測，為本領域技術人員所欲解決的問題。

本發明之一目的，在於提供一種太陽能電池之量測裝置，透過擴散板設置於發光裝置之前側，使發光裝置之第一照射面積透過擴散板，使光源擴散後形成第二照射面積，第二照射面積係為一種均勻之光源，使聚光型太陽能電池晶片在電性量測時誤差範圍較小，使測試者可獲得較佳的檢測結果。

針對上述之目的，本發明提供一種太陽能電池之量測裝置，其係設置於一檢測平台上，該檢測平台包含一支架組及一平台，其包含一光源組件及一太陽能電池測試晶片，該光源組件係設置於該支架組上，且該光源組件包含一發光裝置及一罩體，該罩體一側係連接於該發光裝置之一側，該發光裝置發出一光束，該罩體之另一側設有一開口，該開口設有一擴散板，其中，該光束於該擴散板形成一第一發光面，該第一發光面穿透該擴散板於該平台上形成一第二發光面，另外，該太陽能電池測試晶片係設置於該平台上，並位於該第二發光面內，該太陽能電池測試晶片係與一電性量測裝置電性連接，其中，該太陽能電池測試晶片接收該光束，同時該電性量測裝置給予該太陽能電池測試晶片一偏壓並進行電性量測。

本發明提供一實施例，更包含一太陽能電池參考晶片，其係設置於該平台上，並位於該第二發光面內，該太陽能電池參考晶片係與該電性量測裝置電性連接，其中，該太陽能電池參考晶片接收該光束，同時該電性量測裝置給予該太陽能電池參考晶片一第二偏壓並進行電性量測。

本發明提供一實施例，其中該發光裝置係為氙氣閃光燈泡、離子燈或鹵素燈。

本發明提供一實施例，其中該擴散板係包含一霧面結構，其係設置於該擴散板之一側。

本發明提供一實施例，其中該擴散板係設有一凹凸結構，其係設置於該擴散板之一側。

本發明提供一實施例，更包含一電子裝置，其係與該電性量測裝置電性連接，該電子裝置用以接收該電性量測裝置所量測之一太陽能電池狀態資訊。

本發明提供一實施例，其中其中該太陽能電池測試晶片及該太陽能電池參考晶片係為聚光型太陽能電池晶片、矽晶太陽電池晶片、有機太陽電池晶片、或已完成封裝之各式太陽電池模組。

本發明提供一實施例，其中該電性量測裝置包含一第一正極端、第二正極端、一第一負極端及一第二負極端。

本發明提供一實施例，其中該第二發光面大於該第一發光面。

本發明提供一實施例，其中該支架組係包含一固定架、一調整支架及一調整滾輪，該調整支架套設該固定架，該調整滾輪設置於該固定架之一側，其中，當調整該調整滾輪轉動時，帶動該調整支架進行升降。

1:太陽能電池之量測裝置

10:檢測平台

12:支架組

122:固定架

124:調整支架

126:調整滾輪

14:平台

20:光源組件

21:第一發光面

22:發光裝置

23:第二發光面

24:罩體

242:開口

244:擴散板

30:太陽能電池測試晶片

40:電性量測裝置

42:第一正極端

44:第一負極端

46:第二正極端

48:第二負極端

50:太陽能電池參考晶片

90:光束

第1圖：其為本發明之一實施例之裝置示意圖；第2圖：其為本發明之一實施例之第一發光面及第二發光面示意圖；第3A-3B圖：其為本發明之一實施例之光均勻度實驗結果示意圖；第4A圖：其為本發明之一實施例之未使用擴散板之照射實驗結果示意圖；以及第4B圖：其為本發明之一實施例之使用擴散板之照射實驗結果示意圖

為使貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

習知燈源發出太陽模擬光照射於太陽電池參考晶片及太陽能電池測試晶片之上，最後由電性量測設備給予兩者電池晶片偏壓並進行電性量測作業，但由於燈源系統一般使用氙氣閃光燈泡做為核心光源，此種光源(氙氣閃光燈泡)屬於點光源，會導致發出之太陽模擬光照射於量測平台上有光分佈不均之問題，又因太陽電池參考晶片是做為模擬日光強度判斷標準之依據，若在光分佈不均照度下，太陽能電池測試晶片、太陽電池參考晶片將非處於同一光強度環境，在後續計算太陽能電池測試晶片之效率時誤差會變大。

本發明之太陽能電池之量測裝置透過擴散板設置於發光裝置之前側，使發光裝置之第一照射面透過擴散板形成第二照射面，第二照射面係為一種均勻之光源，使太陽電池參考晶片及太陽能電池測試晶片能在同一光強度環境量測，並以太陽電池參考晶片所量測之電性結果回推該次照光強度，再供太陽能電池測試晶片計算其光電轉換效率，可使測試者可獲得較佳的檢測結果。

在下文中，將藉由圖式來說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而本發明之概念可能以許多不同型式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。

首先，請參閱第1圖，其為本發明之一實施例之裝置示意圖。如圖所示，本發明之一太陽能電池之量測裝置1係設置於一檢測平台10上，該檢測平台10包含一支架組12及一平台14，該太陽能電池之量測裝置1係包含一光源組件20、一太陽能電池測試晶片30以及一電性量測裝置40，其中該支架組12係包含一固定架122、一調整支架124及一調整滾輪126，該調整支架124套設於該固定架122，該調整滾輪126設置於該固定架122之一側，其中，當調整該調整滾輪126轉動時，帶動該調整支架12進行升降。

如上所述，該太陽能電池之量測裝置1之該光源組件20係設置於該支架組12上，該光源組件20係包含一發光裝置22及一罩體24，該罩體24一側係連接於該發光裝置22之一側，此處請一併參閱第2圖，其為本發明之一實施例之第一發光面及第二發光面示意圖，如圖所示，該發光裝置22發出一光束 90，該罩體24之另一側設有一開口242，一擴散板244固定於該開口242，其中，該光束90於該擴散板244形成一第一發光面21，該第一發光面21穿透該擴散板244於該平台14上形成一第二發光面23。

其中，該發光裝置22係為氙氣閃光燈泡、離子燈或鹵素燈，上述之該太陽能電池測試晶片30係係為聚光型太陽能電池晶片、矽晶太陽電池晶片、有機太陽電池晶片、或已完成封裝之各式太陽電池模組。

其中，上述之該擴散板244包含一霧面結構(圖未示)或一凹凸結構(圖未示)，其係設置於該擴散板244之一側，透過上述之該霧面結構或該凹凸結構可以對該光束90造成很大的幹涉，因此可以不論原先之該發光裝置22所設計的配光曲線是多少度，透過該擴散板244即會使該光束90之光束角變大。

且於該擴散板244亦係設有均勻分佈之高反射微粒子，其係設置於該擴散板244之內部，透過均勻分佈之高反射微粒子分散在該擴散板244之樹脂層之間，因此該光束90在經過該擴散板244時，會不斷的在兩個折射率相異的介質中穿過，在此同時，光線就會發生許多折射、反射與散射的現象，而造成了光學擴散的效果，該擴散板244之特性為改變光分布，並使投射出來之該光束90更加柔和。接著，該太陽能電池之量測裝置1之該太陽能電池測試晶片30係設置於該平台14上，並位於該第二發光面23內，該太陽能電池測試晶片30係與一電性量測裝置40電性連接，其中，該太陽能電池測試晶片30接收該光束90，且因該電性量測裝置40包含一第一正極端42及一第一負極端44，透過該第一正極端42以及該第一負極端44提供一第一偏壓(未圖式)並進行電性量測。

其中，上述之該第二發光面23大於該第一發光面21，且該太陽能電池測試晶片30之面積小於該第二發光面23。

請復參閱第1圖，該太陽能電池之量測裝置1更設有一太陽能電池參考晶片50，其係設置於該平台14上，並位於該第二發光面23內，且設置於該太陽能電池測試晶片30之一側，該太陽能電池參考晶片50係與該電性量測裝置40電性連接，其中，該太陽能電池參考晶片50接收該光束90，並電性連接一第二正極端46及一第二負極端48，透過該第二正極端46以及該第二負極端48提供一第二偏壓(未圖式)並進行電性量測。

本發明透過該太陽能電池參考晶片50取得該光束90所換算而得之強度，再透過換算公式(1)獲得光轉換效應，如下所述，透過公式(1)可獲得該光束90之光強度，再利用所得到之光強度與該太陽能電池測試晶片30所得之參數計算換獲得該太陽能電池測試晶片30之光轉換效應。

另外，本發明之該太陽能電池之量測裝置1更包含一電子裝置(未圖示，係為習知之個人電腦、平板電腦或手機，故未圖示)，其係與該電性量測裝置40電性連接，該電子裝置用以接收該電性量測裝置40所量測之一太陽能電池狀態資訊，透過該太陽能電池狀態資訊可以了解該太陽能電池測試晶片是否為良品，並藉此判斷該太陽能電池測試晶片光電轉換之狀態。

另外，為使本發明能清楚佐證以該太陽能電池之量測裝置1進行該擴散板對於該平台14之光均勻度之照射實驗，照射實驗中分為對照組及實驗組，以SWLink公司製作之RPV50之太陽電池電性測試系統進行實驗檢測，實驗條件如下所述：

對照組：將該平台14畫分為28格區域，且並未使用該擴散板244。

實驗組：將該平台14畫分為28格區域，且並使用該擴散板244。

光均勻度之實驗結果如第3A圖及第3B圖，其為本發明之一實施例之光均勻度實驗結果示意圖，如圖所示，第3A圖可以發現當沒有使用該擴散板244時，於該平台14上光強度分布不均勻，該光束90照射於該平台14上時，光強度集中於該平台14之中央(光強度參數約為95%至100%)，該平台14外圍之光強度較中央處偏弱(光數值坐落於71%至88%左右)；反之，若使用該擴散板時(如第3B圖所示)，該平台14上之光強度分佈均勻，光強度之參數坐落於95%至100%，且不論是外為或中央，該光束90於該平台14上為均勻分布。

另外，為使本發明能清楚擴散板對於太陽能電池測式晶片之光效應之影響，因此進行光效應實驗，實驗中分為對照組及實驗組，實驗條件如下所述：

對照組：取6個太陽能電池測試晶片(編號係為A至F)，每一太陽能晶片以無擴散板之太陽能之電池量測裝置重覆進行八次電性實驗。

實驗組：取6個太陽能電池測試晶片(編號係為A至F)，每一太陽能晶片以有擴散板之太陽能之電池量測裝置重覆進行八次電性實驗。

對照組之實驗結果如下表1。

實驗組組之實驗結果如下表2。

透過表1及表2可以獲得第4A圖，其為本發明之一實施例之未使用擴散板之照射實驗結果示意圖，以及第4B圖，其為本發明之一實施例之使用擴散板之照射實驗結果示意圖，如圖所示，可以發現有該擴散板244設置於該發光裝置22上時，可以使該太陽能電池測試晶片30的量測數據誤差範圍變小，相較於沒有該擴散板244之太陽能電池檢測裝置之誤差範圍縮小5%，因此，由上述結果可以知道，該擴散板244可以確實改善該太陽能電池之量測系統1之量測效率。

以上所述之實施例，本發明係為一種太陽能電池之量測裝置，期透過擴散板設置於發光裝置之前側，使發光裝置之第一照射面積透過擴散板，使光源擴散後形成第二照射面積，第二照射面積係為一種均勻之光源，使聚光型太陽能電池測試晶片在電性量測時誤差範圍較小，使測試者可獲得較佳的檢測結果。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。