太陽能電池單元測試裝置和方法
【專利摘要】太陽能電池單元測試裝置（200）包含用于將光能引導(dǎo)至待測太陽能電池單元（204）上的照明器（202）。該太陽能電池單元測試裝置還包含用于將多個(gè)濾光器中的不同濾光器選擇性地放置在照明器和待測太陽能電池單元之間的光路中從而進(jìn)行測量性能和檢測太陽能電池單元中的任何缺陷中的至少一項(xiàng)的器件（214）。多個(gè)濾光器包括第一組濾光器（216a）和第二組濾光器（216b）。第一組濾光器中的每個(gè)濾光器適于將來自照明器的預(yù)定百分比的光能強(qiáng)度傳送至待測太陽能電池單元上。第二組濾光器適于在不同的光譜下測試太陽能電池單元。
【專利說明】太陽能電池單元測試裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于將光能轉(zhuǎn)化為電力的太陽能電池單元，并且特別涉及太陽能電池單元測試裝置和測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，存在很多開發(fā)替換形式的產(chǎn)生能量或可再生能量源的倡議。用于發(fā)電的可再生能量或能量源的一種形式是光伏或者利用光源(例如太陽)來發(fā)電。太陽能電池單元是光伏器件，其將光能或光子轉(zhuǎn)化為電力。各太陽能電池單元或聚光太陽能電池模塊的量產(chǎn)需要光學(xué)測試來檢測太陽能電池單元或聚光太陽能電池模塊中的缺陷并測量太陽能電池單元的性能。光學(xué)測試一般需要利用高強(qiáng)度光源照明太陽能電池單元。然而，現(xiàn)有的測試一般是在各種分離的測試臺(tái)上以及在低能量水平下進(jìn)行的。此外，目前的測試裝置和程序效率很低，使得其很難測試100%的太陽能電池單元或聚光太陽能電池模塊。
[0003]因此，需要更有效和可靠的裝置和方法來測試太陽能電池單元。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，太陽能電池單元測試裝置可以包含用于將光能引導(dǎo)至待測太陽能電池單元上的照明器。太陽能電池單元測試裝置還可以包含用于選擇性地將多個(gè)濾光器的不同濾光器放置在照明器和待測太陽能電池單元之間的光路中從而進(jìn)行測量性能和檢測太陽能電池單元中的任何缺陷中的至少一項(xiàng)的器件。多個(gè)濾光器可以包括第一組濾光器和第二組濾光器。第一組濾光器中的每個(gè)濾光器適于將來自照明器的預(yù)定百分比的光能強(qiáng)度傳送至待測太陽能電池單元上。第二組濾光器中的每個(gè)濾光器適于在不同的光譜下測試太陽能電池單元。
[0005]根據(jù)另一實(shí)施例，太陽能電池單元測試裝置可以包含照明器和用于選擇性地將多個(gè)濾光器中的不同濾光器放置在照明器和待測太陽能電池單元之間的光路中的器件。太陽能電池單元測試裝置還可以包含分束器。分束器可以將來自多個(gè)濾光器中的選定濾光器的預(yù)定的一部分光引導(dǎo)至太陽能電池單元上，從而進(jìn)行測量性能和檢測太陽能電池單元中的任何缺陷中的至少一項(xiàng)。分束器還可以將預(yù)定的另一部分光能引導(dǎo)至一裝置，用于測試來自多個(gè)濾光器中被放置在照明器和太陽能電池單元之間的光路中的選定濾光器的光的特性。
[0006]根據(jù)另一實(shí)施例，用于測試太陽能電池單元的方法可以包括用多個(gè)濾光器中的每個(gè)濾光器過濾引導(dǎo)至太陽能電池單元上的光，從而進(jìn)行測量性能和檢測太陽能電池單元中的任何缺陷中的至少一項(xiàng)。該方法還可以包括對(duì)光進(jìn)行分離，從而將預(yù)定的一部分過濾后的光引導(dǎo)至太陽能電池單元上，并且將預(yù)定的另一部分光引導(dǎo)至用于測量來自多個(gè)濾光器的每個(gè)濾光器的光的特性的裝置上。
[0007]對(duì)本發(fā)明的普通技術(shù)人員來說，在結(jié)合附圖閱讀下列本發(fā)明的非限制性的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其它方面和特征(如由權(quán)利要求唯一限定的)將變得明顯?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0008]以下實(shí)施例的詳細(xì)描述引用附圖，其示出本發(fā)明的具體實(shí)施例。具有不同結(jié)構(gòu)和操作的其它實(shí)施例不脫離本發(fā)明的范圍。
[0009]圖1是用于將光能轉(zhuǎn)化為電能或電力的現(xiàn)有技術(shù)多結(jié)太陽能電池單元或光伏電池單元的示例。
[0010]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的太陽能電池單元測試裝置的示例的示意圖。
[0011]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的太陽能電池測試裝置的多濾光器機(jī)構(gòu)的示例。
[0012]圖4A和圖4B (統(tǒng)稱為圖4)是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于測試太陽能電池單元的方法的示例的流程圖。
[0013]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的太陽能電池單元的電流-電壓(1-V)曲線的示例。
[0014]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于測試太陽能電池單元的多濾光器機(jī)構(gòu)的不同位置的表格的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下列實(shí)施例的詳細(xì)描述引用附圖，其說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。具有不同結(jié)構(gòu)和操作的其它實(shí)施例不脫離本發(fā)明的范圍。相同的參考數(shù)字可以指代不同附圖中的同一元件或組件。
[0016]如這里所用的，太陽能電池單元可以是單結(jié)太陽能電池單元或多結(jié)太陽能電池單元。將對(duì)太陽能電池單元進(jìn)行簡要的描述以幫助理解本發(fā)明。太陽能電池單元是被設(shè)計(jì)來在其被暴露于電磁輻射(例如光，特別是太陽產(chǎn)生的光)時(shí)產(chǎn)生電力的半導(dǎo)體器件。太陽能電池單元可以包括形成p-n結(jié)的P型半導(dǎo)體材料層和η型半導(dǎo)體材料層。太陽能電池單元也可以是包含形成多個(gè)P-n結(jié)的多個(gè)P和η型半導(dǎo)體材料層的多結(jié)太陽能電池單元。圖1示出多結(jié)太陽能電池單元100的示例。
[0017]光進(jìn)入半導(dǎo)體材料，通過η層或η區(qū)，并由于光電效應(yīng)而在材料中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)(ΕΗΡ)?？梢詫ⅵ菂^(qū)設(shè)計(jì)得很薄，而與η區(qū)相比，形成在η區(qū)和P區(qū)之間的耗盡區(qū)或區(qū)域可以很厚。如果在耗盡區(qū)產(chǎn)生ΕΗΡ，則其形成的電場使電子和空穴漂移開。結(jié)果得到流過該器件的電流，其被稱為光電流。如果在η區(qū)或P區(qū)中產(chǎn)生ΕΗΡ，則電子和空穴會(huì)沿隨機(jī)方向漂移，并且可能成為或不成為光電流的一部分。
[0018]在單層太陽能電池單元中，入射光的許多能量可能不會(huì)被轉(zhuǎn)化為電。如果入射光子的能量低于半導(dǎo)體材料的帶隙或低于將電子從材料的導(dǎo)帶激發(fā)至材料的價(jià)帶所需的能量，則該光子不能被吸收，因?yàn)闆]有足夠的能量將電子從導(dǎo)帶激發(fā)至價(jià)帶。因此，太陽能電池單元不能將能量低于帶隙的光轉(zhuǎn)化為電能。如果入射光子的能量高于半導(dǎo)體材料的帶隙，則多余的能量將被轉(zhuǎn)化為熱量，因?yàn)殡娮又荒芪找苿?dòng)到價(jià)帶所需的精確量的能量。
[0019]多結(jié)太陽能電池單元可以更好地利用太陽光譜，因?yàn)槠渚哂胁煌瑤兜亩鄠€(gè)半導(dǎo)體層，不同帶隙適于吸收光譜的不同部分或吸收具有不同光子能級(jí)的光的不同波長。多結(jié)太陽能電池單元的每一層均可以由吸收光譜的不同部分或光的波長的不同范圍的不同類型的半導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體材料摻雜構(gòu)成。圖1示出多結(jié)太陽能電池單元100的示例。多結(jié)太陽能電池單元的一種形式是圖1中所示的3層太陽能電池單元或三結(jié)太陽能電池單元。半導(dǎo)體材料的頂層102可以包括η型半導(dǎo)體材料部分102a和p型半導(dǎo)體材料部分102b，并且頂層102將具有最大的帶隙，使得只有最大能量的光子才能在該層中被吸收并轉(zhuǎn)化為電。由于較少能量的光子沒有足夠的能量在頂層材料102中產(chǎn)生EPH，因此這些光子將穿過頂層102并且可以被具有比頂層部分102小的帶隙的中間半導(dǎo)體材料層104吸收。隧道結(jié)103被設(shè)置于頂層102和中間層104之間。中間層104可以包括η型半導(dǎo)體材料部分104a和P型半導(dǎo)體材料部分104b。類似地，底層106將具有比中間層104小的帶隙，從而吸收沒有足夠的能量在頂層102或中間層104中產(chǎn)生EHP的任何光子。另一隧道結(jié)IOS可以被設(shè)置于中間層104和底層106之間。底層106也可以包括η型半導(dǎo)體材料部分106a和ρ型半導(dǎo)體材料部分106b。從頂層102到底層106的每一層102-106都將具有比前一層小的帶隙，從而吸收不同能量的光子來轉(zhuǎn)化為電力。每一層102-106吸收能量比該層的帶隙高但比更高層的帶隙低的光子。喬治亞理工大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院的Steven Lanse I于2005年4月 21 日在其著作“Technology and Future II1-V Mult1-junction Solar Cell”中更詳細(xì)地描述了太陽能電池單元和多結(jié)太陽能電池單元。
[0020]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的太陽能電池單元測試裝置200的示例的示意圖。太陽能電池單元測試裝置200可以包含用于將光能或光子引導(dǎo)至待測太陽能電池單元上的照明器202。照明器202可以是高強(qiáng)度光源，例如弧光燈或能夠執(zhí)行這里所描述的測試和評(píng)估的其它光源。太陽能電池單元204可以被安裝在活動(dòng)夾具206中，活動(dòng)夾具206允許輕易地將太陽能電池單元204移動(dòng)至太陽能電池單元測試裝置200中的測試位置或方位，以及允許移除太陽能電池204并且用待測的另一太陽能電池單元替換。太陽能電池單元測試可以是自動(dòng)化過程的一部分。夾具206也可以允許連接到設(shè)備，例如電流-電壓計(jì)208或用于測量待測太陽能電池單元204的特性的其它測量設(shè)備。如這里更詳細(xì)描述地，夾具206還允許將來自電流源或電壓源256的預(yù)定安培數(shù)的電流施加到太陽能電池單元204，從而執(zhí)行太陽能電池單元204的電致發(fā)光測試。電致發(fā)光測試檢測來自太陽能電池單元204的可能指示太陽能電池單元204中的缺陷的任何光發(fā)射。
[0021]照明器202可以耦合至均化器(homogenizer)210，其用來調(diào)節(jié)來自照明器202的要被引導(dǎo)到太陽能電池單元204上的光。遮光板212和/或照明器202組件中的擋光板可以被用來控制光從照明器202或均化器210到太陽能電池單元的傳輸。
[0022]太陽能電池單元測試裝置200也可以包含如下器件214，其用來選擇性地將多個(gè)濾光器216中的不同濾光器放置在照明器202和太陽能電池單元204之間的光路218上，從而基于每個(gè)濾光器216產(chǎn)生的光特性進(jìn)行測量太陽能電池單元204的性能和檢測太陽能電池單元204中的任何缺陷中的至少一項(xiàng)。用于選擇性地放置多個(gè)濾光器216中的不同濾光器的器件214可以包含將多個(gè)濾光器216中的每個(gè)放置在照明器202和太陽能電池單元204之間的機(jī)構(gòu)220?？梢杂稍谶@里所描述的每個(gè)不同濾光器216所引起的入射到太陽能電池單元上的每個(gè)不同的光條件或特性以及光密度或能量水平下測量太陽能電池單元204的性能特性以及進(jìn)行測試。器件214可以包括可旋轉(zhuǎn)濾光器輪222，多個(gè)濾光器216安裝在其中。參考圖3描述了可以用于旋轉(zhuǎn)輪222的在其上安裝有多個(gè)不同濾光器的多濾光器機(jī)構(gòu)或可旋轉(zhuǎn)濾光器輪的示例?？梢允褂媚軌?qū)⒉煌臑V光器移動(dòng)到位以便執(zhí)行這里所描述的不同測量和測試的任何機(jī)構(gòu)。
[0023]用于選擇性地將多個(gè)濾光器216中的不同濾光器放置在照明器202和太陽能電池單元204之間的光路218上的器件214可以包括第一組濾光器216a和第二組濾光器216b。第一組濾光器216a中的每個(gè)濾光器可以適于將來自照明器202的預(yù)定百分比強(qiáng)度的光能傳送至待測太陽能電池單元204上。第二組濾光器216b中的每個(gè)濾光器可以濾除來自照明器202的選定波長或選定光譜，以將未過濾的波長或光譜引導(dǎo)至太陽能電池單元204上，從而在不同光譜或波長范圍下測試太陽能電池單元，從而測量太陽能電池的性能或檢測多結(jié)太陽能電池的不同層中的任意缺陷。與之前所描述的類似，多結(jié)太陽能電池單元的不同層可以包含不同的半導(dǎo)體材料來對(duì)不同的光譜起反應(yīng)或吸收不同的光譜，從而產(chǎn)生電力。
[0024]可旋轉(zhuǎn)濾光器輪222可以由電機(jī)224旋轉(zhuǎn)。電機(jī)224可以包含用于確定可旋轉(zhuǎn)濾光器輪222以及安裝在輪222上的每個(gè)濾光器216的精確位置或方位的編碼器226。電機(jī)224和編碼器226可以將多個(gè)濾光器216中的每個(gè)準(zhǔn)確地放置在照明器202的太陽能電池單元204之間的光路218上，以便在每個(gè)濾光器216產(chǎn)生的不同的光特性下測試太陽能電池單元204。電機(jī)224可以被安裝在第一安裝板228上?？尚D(zhuǎn)濾光器輪222可以被布置在第一安裝板228的與電機(jī)224相對(duì)的另一側(cè)。傳動(dòng)軸230可以延伸通過第一安裝板228,并且其可以耦合至濾光器輪222的轂。傳送軸230的另一端可以旋轉(zhuǎn)耦合至第二安裝板232，其位于濾光器輪222的與第一安裝板228相對(duì)的另一側(cè)。因此，可以將濾光器輪222布置在第一安裝板228和第二安裝板232之間。可以在第一安裝板228和第二安裝板232中的每個(gè)安裝板中形成與濾光器輪222的當(dāng)前選定的濾光器216對(duì)齊的孔，從而允許照明器202的光穿過當(dāng)前放置在照明器202和在測太陽能電池單元204之間的光路218上的選定濾光器216。
[0025]太陽能電池單元測試裝置200也可以包括分束器234，其用來將來自照明器202和多個(gè)濾光器中的選定濾光器216的預(yù)定的一部分光能引導(dǎo)至太陽能電池單元204上，從而測試太陽能電池單元204。分束器也可以將預(yù)定的另一部分光能引導(dǎo)至裝置236，裝置236用于測量來自多個(gè)濾光器中的當(dāng)前布置在照明器202和太陽能電池單元204之間的光路218上的選定濾光器216的光的特性?？梢詫⒊上裢哥R238布置在分束器234和在測太陽能電池單元204之間，從而將光聚焦在太陽能電池單元204上。如這里更詳細(xì)描述地，當(dāng)執(zhí)行太陽能電池單元204的電致發(fā)光測試時(shí)，成像透鏡238也可以有助于照相機(jī)240捕捉太陽能電池單元204的圖像?？梢酝ㄟ^將安裝在濾光器輪222中的遮光濾光器放置在照明器202和太陽能電池單元204之間來執(zhí)行電致發(fā)光測試?？梢詫⒄障鄼C(jī)240安裝在第二安裝板230的與可旋轉(zhuǎn)濾光器輪222相對(duì)的另一側(cè)242。
[0026]用于測量來自選定的濾光器216的光的特性的裝置236也可以包含積分球244。積分球244可以安裝在第二安裝板232的與濾光器輪222相對(duì)的另一側(cè)242。積分球244允許對(duì)與光的入射角無關(guān)的光特性進(jìn)行測量?？梢詫⒘硪换虻诙上裢哥R246布置在分束器234和成像球244之間并靠近分束器234。第二成像透鏡246可以將來自分束器234的光聚焦在成像球244上。
[0027]用于測量來自選定的濾光器216的光的特性的裝置236也可以包含用于頻譜分析儀250的端口 248。頻譜分析儀250可以測量當(dāng)前布置在照明器202和太陽能電池單元204之間的濾光器216所傳輸?shù)墓獾念l譜。
[0028]用于測量來自當(dāng)前濾光器216的光的特性的裝置236也可以包含用于同位素(isotopes) 252的端口。也可以提供能夠同時(shí)記錄其它信號(hào)如各種同位型(Isotype)(頂層、中間層和底層)信號(hào)和全能量信號(hào)的額外的端口。
[0029]用于測量來自當(dāng)前濾光器216的光的特性的裝置236也可以包含光強(qiáng)度檢測器254，以檢測或測量可旋轉(zhuǎn)濾光器輪222的當(dāng)前濾光器216傳送的光的強(qiáng)度或燭光功率。強(qiáng)度檢測器254可以是硅(Si)檢測器或其它光強(qiáng)檢測器。
[0030]太陽能電池單元測試裝置200也可以包含電流電壓源256，當(dāng)將可旋轉(zhuǎn)濾光器輪222中的遮光濾光器放置在光路218中時(shí)，電流電壓源256將預(yù)定安培數(shù)的電流施加到太陽能電池單元204上，從而執(zhí)行太陽能電池單元的電致發(fā)光測試。
[0031 ] 太陽能電池單元測試裝置200也可以包含冷卻風(fēng)扇或風(fēng)扇258，其將裝置200從由于照明器202的操作而產(chǎn)生的熱量中冷卻下來。
[0032]計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或處理器260可以控制太陽能電池單元測試裝置200的操作。處理器260可以耦合至照明器202和電機(jī)224，以及編碼器226。處理器260可以控制照明器202的操作和濾光器輪222的旋轉(zhuǎn)，以將選定的濾光器216放置在光路218中，從而在濾光器輪222的不同濾光器216提供的不同的光特性下測試太陽能電池單元204。
[0033]處理器260也可以耦合至光強(qiáng)度檢測器254，以記錄來自濾光器216的光的強(qiáng)度。處理器260可以額外地連接至電流-電壓計(jì)或用于記錄太陽能電池單元204的電流-電壓曲線和其它參數(shù)的其它測量設(shè)備。處理器260也可以連接至電流/電壓源256，從而在太陽能電池單元204的電致發(fā)光測試期間控制電流/電壓源256的操作。處理器260可以進(jìn)一步連接至照相機(jī)240，并且處理器260可以對(duì)電致發(fā)光測試期間照相機(jī)240捕獲的太陽能電池單元204的圖像進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。
[0034]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在其中安裝有多個(gè)不同的濾光器302-316以便與太陽能電池單元測試裝置一起使用的多濾光器機(jī)構(gòu)或?yàn)V光器輪300的示例。濾光器輪300可以用于圖2的濾光器輪222?？梢詫⒍鄠€(gè)濾光器302-316中的每個(gè)放置在輪304的轂318的周圍，從而當(dāng)電機(jī)224使輪300圍繞轂318旋轉(zhuǎn)時(shí)，濾光器302-316中的每個(gè)濾光器被放置在照明器202和太陽能電池單元204之間的光路218 (圖2)中。
[0035]濾光器輪300上的第一方位或位置中的濾光器輪300的第一濾光器或孔302可以將來自照明器的100%或所有的光強(qiáng)度傳輸或傳送至太陽能電池單元。第一濾光器302也可以被稱為100%濾光器。濾光器輪300上的第二方位或位置中的第二濾光器或孔304可以將來自照明器的大約66%的光強(qiáng)度傳輸或傳送至太陽能電池單元。第二濾光器304也可以被稱為66%濾光器。濾光器輪300上的第三方位或位置中的第三濾光器或孔306可以將來自照明器的大約33%的光強(qiáng)度傳輸或傳送至太陽能電池單元。第三濾光器306也可以被稱為33%濾光器。濾光器輪300上的第四方位或位置中的第四濾光器308或孔可以將來自照明器的大約10%的光強(qiáng)度傳輸或傳送至太陽能電池單元。第四濾光器308也可以被稱為10%濾光器。濾光器302-308可以定義第一組濾光器，其各自適于將來自照明器的預(yù)定百分比的光強(qiáng)度傳送至待測太陽能電池單元。
[0036]在濾光器輪300上的第五方位或位置中的第五濾光器310或孔可以是藍(lán)色濾光器，其將來自照明器的無藍(lán)色光譜(blue starved spectrum)的光傳送至太陽能電池單元上以便進(jìn)行測試。無藍(lán)色光譜的光可以是基本上所有或大部分藍(lán)色光譜被移除的光，或者光的頻率范圍或帶寬的藍(lán)色部分被濾除或移除的光。在濾光器輪300上的第六方位或位置中的第六濾光器312或孔可以是紅色濾光器，其將來自照明器的無紅色光譜的光傳送至待測太陽能電池單元。無紅色光譜的光可以是基本上所有或大部分紅色光譜或光的頻率范圍或帶寬的紅色部分被濾除或移除的光。在濾光器輪300上的第七方位或位置中的第七濾光器314或孔可以是紅外濾光器，其將來自照明器的無紅外光譜的光傳送至太陽能電池單元上。紅外光譜的光可以是光中的基本上所有或大部分紅外頻率范圍或帶寬被移除或?yàn)V除的光。濾光器310-314可以定義第二組濾光器組，從而在光的不同光譜下測試太陽能電池單元。如之前在多結(jié)太陽能電池單元中所討論的，太陽能電池單元的不同層將對(duì)不同的光譜起反應(yīng)或吸收不同的光譜，從而產(chǎn)生電力。當(dāng)不同的濾光器310-314將不同光譜的光傳輸至太陽能電池單元上時(shí)所執(zhí)行的測量允許確定每個(gè)不同光譜的光入射到太陽能電池單元上時(shí)待測太陽能電池單元能夠產(chǎn)生的電力的量或水平。
[0037]濾光器輪300也可以包含遮光濾光器316，其阻止光從照明器入射至太陽能電池單元上。遮光濾光器316可以用來執(zhí)行太陽能電池單元的電致發(fā)光測試，從而響應(yīng)于電流源(例如圖2中的電流源256)施加預(yù)定安培數(shù)的電流到太陽能電池單元而檢測來自太陽能電池單元的光發(fā)射。如之前所討論的，照相機(jī)(例如圖2的照相機(jī)240)可以響應(yīng)于電流施加到太陽能電池單元而捕獲太陽能電池單元的一幅或多幅圖像，從而檢測來自太陽能電池單元的表明太陽能電池單元可能存在缺陷的光發(fā)射?？梢詫⑻柲茈姵貑卧膱D像分離成對(duì)應(yīng)于多結(jié)太陽能電池單元的不同層的光能的不同波長的波束。可以用分束器或類似器件將太陽能電池單元的圖像分離成不同波長的波束。
[0038]圖4A和圖4B (統(tǒng)稱為圖4)是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于測試太陽能電池單元的方法400的示例的流程圖。方法400可以在圖2的裝置200中體現(xiàn)和/或由其執(zhí)行。在方框402中，照明器件(例如圖2中的照明器件202)可以被激活。在方框404中，可以允許照明器件熱穩(wěn)定。
[0039]在方框406中，可以將太陽能電池單元插入測試夾具中并將其移動(dòng)到測試位置中。在方框408中,可以移動(dòng)或操作濾光器器件,從而將多個(gè)濾光器中的第一濾光器或選定濾光器放置在照明器和太陽能電池單元之間的光路中的位置上。濾光器器件可以類似于圖2中的器件214或圖3中的濾光器輪300。
[0040]在方框410中，可以將遮光板或遮光罩打開，從而允許多個(gè)濾光器中的選定濾光器對(duì)來自照明器的光進(jìn)行過濾，并將其從濾光器引導(dǎo)至太陽能電池單元上。如之前所討論的，分束器可以對(duì)光進(jìn)行分離，從而將預(yù)定的一部分過濾后的光引導(dǎo)至太陽能電池單元上，并將預(yù)定的另一部分光引導(dǎo)至用于測量來自多個(gè)濾光器中的每個(gè)濾光器的光的特性的裝置上。
[0041]在方框412中，可以對(duì)太陽能電池單元進(jìn)行測試和測量，從而進(jìn)行測量太陽能電池單元的性能或檢測任何缺陷中的至少一項(xiàng)?？梢赃M(jìn)行的測量可以包括:記錄光能的強(qiáng)度或功率；測量太陽能電池單元產(chǎn)生的總電力；執(zhí)行電流與電壓(1-V)曲線測量?？梢詫?duì)1-V曲線測量進(jìn)行歸一化，從而與其它1-V測量進(jìn)行比較。圖5說明1-V曲線的示例500。
[0042]在方框414中，可以存儲(chǔ)測量和測試結(jié)果，以便與來自其它濾光器的結(jié)果一起分析，從而測量性能或檢測太陽能電池單元中的任意缺陷。在方框416中，確定當(dāng)前的濾光器是否是最后一個(gè)濾光器或?yàn)V光器輪的最后一個(gè)濾光器位置，或者確定當(dāng)前的輪是否是遮光濾光器。如果當(dāng)前的濾光器是多個(gè)濾光器中的最后一個(gè)濾光器或?yàn)V光器位置，或者是遮光濾光器，則方法400可以前移到方框420，并且可以執(zhí)行太陽能電池單元的電致發(fā)光測試。如果當(dāng)前的濾光器不是最后一個(gè)濾光器或遮光濾光器，則方法400可以前移到方框418，并且可以將濾光器器件或?yàn)V光器輪移動(dòng)至下一位置，從而將下一濾光器放置在照明器件和太陽能電池單元之間的光路中。然后，方法400可以循環(huán)經(jīng)過每個(gè)濾光器或?yàn)V光器位置，從而在各種光特性下測試太陽能電池單元，如在這里描述的。
[0043]方框412-418涉及用多個(gè)濾光器中的每個(gè)濾光器過濾引導(dǎo)至太陽能電池單元上的光以及存儲(chǔ)測量和測試結(jié)果以便分析，從而測量性能和/或檢測太陽能電池中的任何缺陷。對(duì)光進(jìn)行過濾可以包括將第一組濾光器中的每個(gè)濾光器放置在照明器和太陽能電池單元之間的光路中。第一組濾光器中的每個(gè)濾光器可以適于傳送預(yù)定百分比的光強(qiáng)度或光能，從而在不同水平的光強(qiáng)度或能量下測試太陽能電池單元。對(duì)光進(jìn)行過濾還包括將第二組濾光器中的每個(gè)放置在光路中。第二組濾光器中的每個(gè)濾光器可以適于在不同光譜下測試太陽能電池單元，從而測試多層太陽能電池單元的不同層。對(duì)光進(jìn)行過濾還包括將遮光濾光器放置在光路中，以執(zhí)行太陽能電池的電致發(fā)光測試，從而檢測來自太陽能電池單元的光發(fā)射。
[0044]在方框420中，在遮光濾光器位于光路中的情況下，可以將預(yù)定安培數(shù)的電流施加到太陽能電池單元。在方框422中，從至少一個(gè)照相機(jī)或其它成像器件捕獲太陽能電池單元的一幅或多幅圖像。在方框424中，可以存儲(chǔ)太陽能電池單元的一幅或多幅視覺圖像?？梢躁P(guān)閉遮光罩并可以移除測試過的太陽能電池單元?？梢詫V光器輪移動(dòng)至第一位置，準(zhǔn)備測試要插入到測試裝置中的下一個(gè)太陽能電池單元。
[0045]在方框426中，可以對(duì)測量和測試結(jié)果進(jìn)行分析以確定太陽能電池單元是存在任何缺陷還是可接受的?？梢詫y量與基準(zhǔn)測量進(jìn)行比較，以確定電池單元是否有缺陷?？梢詫㈦娭掳l(fā)光測試中所存儲(chǔ)的圖像與已知的良好的太陽能電池單元的圖像進(jìn)行比較，從而確定電池單元是否有缺陷。從測量和測試數(shù)據(jù)中可以確定以評(píng)估待測太陽能電池單元性能的參數(shù)的示例可以包括:短路電流(^(3)、開路電壓(￥0(:)、功率點(diǎn)、填充因子斤？)、量子效率和總效率。短路電流(Jsc)是當(dāng)用短路連接頂部和底部(負(fù)極和正極引線)時(shí)太陽能電池單元的電流。短路電流是圖5中的1-V曲線的橫截距502。
[0046]開路電壓(Voc)是太陽能電`池單元的頂部和底部之間的電壓。開路電壓是圖5中的1-V曲線的縱截距504。
[0047]功率點(diǎn)是太陽能電池單元的1-V曲線上(JPP，VPP)處為器件生成最大量功率的點(diǎn)。功率點(diǎn)圍繞第一象限中從功率點(diǎn)繪出豎直線和水平線的大部分區(qū)域。該區(qū)域表示功率，因?yàn)樵搮^(qū)域等同于電池單元的電流乘以電壓。在圖5中，功率點(diǎn)由參考數(shù)字506示出。
[0048]填充因子(FF)是由公式I給出的百分?jǐn)?shù)，其描述太陽能電池單元的1-V曲線與完美矩形接近的程度，完美矩形表示理想的太陽能電池單元。
[0049]公式1:
[0050]
填充因子=Vpp^jpp


^OC * JSC
[0051]量子效率是所產(chǎn)生和收集的EHP的數(shù)目除以入射光子的數(shù)目。量子效率是百分?jǐn)?shù)，因?yàn)槊總€(gè)光子至多產(chǎn)生一個(gè)EHP。
[0052]總效率是被轉(zhuǎn)化為電力的入射電磁輻射的百分比。對(duì)于給定的太陽能電池單元，通?？傂嗜Q于包括溫度和入射輻射量在內(nèi)的許多因素。
[0053]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于測試太陽能電池單元的多濾光器機(jī)構(gòu)的不同位置的表格600的示例。每個(gè)濾光器或?yàn)V光器位置可以對(duì)應(yīng)于當(dāng)將相應(yīng)的濾光器放置在照明器和太陽能電池單元之間的光路中時(shí)可以對(duì)太陽能電池單元進(jìn)行的不同測試。例如，濾光器I或?yàn)V光器位置I可以對(duì)應(yīng)于預(yù)定的第一功率百分比，或者在該示例中其對(duì)應(yīng)于100%濾光器或?qū)⑺泄β蕚鬏斨撂柲茈姵貑卧臑V光器。
[0054]濾光器2或?yàn)V光器位置2可以對(duì)應(yīng)于預(yù)定第二功率百分比，或者在該示例中其對(duì)應(yīng)于50%濾光器或適于將50%的功率或光強(qiáng)度傳輸至太陽能電池單元的濾光器。濾光器3或?yàn)V光器位置3可以對(duì)應(yīng)于預(yù)定的另一功率百分比，或者其可以對(duì)應(yīng)于將10%的功率傳輸至太陽能電池單元的濾光器。
[0055]濾光器4或?yàn)V光器位置4可以對(duì)應(yīng)于無頂層測試(top starved test),在其中濾光器包含如下特性，即通過濾除對(duì)應(yīng)于太陽能電池單元的頂層半導(dǎo)體材料對(duì)其反應(yīng)的光譜，或者換言之，濾除含有原本將被太陽能電池單元的頂層吸收的光子的光譜，以此測試太陽能電池單元。
[0056]濾光器5或?yàn)V光器位置5可以對(duì)應(yīng)于無中間層測試，在其中濾光器包含如下光過濾特性，即通過濾除對(duì)應(yīng)于太陽能電池單元的中間層對(duì)其反應(yīng)的光譜，以此測試太陽能電池單元。
[0057]濾光器6或?yàn)V光器位置6可以對(duì)應(yīng)于無底層測試，在其中濾光器包含如下特性，SP通過濾除對(duì)應(yīng)于太陽能電池單元的底層對(duì)其反應(yīng)的光譜，以此測試太陽能電池單元。
[0058]濾光器7或?yàn)V光器位置7可以對(duì)應(yīng)于暗1-V曲線測試，在其中濾光器包含如下特性，即通過濾除來自照明器的所有光來測量暗電流-電壓特性曲線，以此測試太陽能電池單元。
[0059]濾光器8或?yàn)V光器位置8可以對(duì)應(yīng)于電致發(fā)光測試，在其中濾光器包含如下光過濾特性，即對(duì)太陽能電池單元執(zhí)行類似于之前描述的電致發(fā)光測試。
[0060]這里所使用的術(shù)語僅為了描述特定實(shí)施例的目的，而無意限制本發(fā)明。如這里所使用的，除非上下文明確表明，否則單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該/所述”旨在同樣包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)進(jìn)一步理解，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包括”和/或“包含”時(shí)，其指明所闡述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但并不排除一個(gè)或更多其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或其群組的存在或添加。
[0061]雖然這里示出和描述了具體的實(shí)施例，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，被認(rèn)為達(dá)到相同目的的任何布置均可以由替代所示的具體實(shí)施例，并且這里的實(shí)施例在其它環(huán)境中有其它應(yīng)用。本申請(qǐng)旨在覆蓋本發(fā)明的任何調(diào)整或變化。下列權(quán)利要求決不旨在將本發(fā)明的范圍限于這里所描述的具體實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能電池單元測試裝置，其包含: 照明器，其用來將光能引導(dǎo)至待測太陽能電池單元上；以及 用來選擇性地將多個(gè)濾光器中的不同濾光器放置在所述照明器和所述待測太陽能電池單元之間的光路中從而進(jìn)行測量性能和檢測所述太陽能電池單元中的任何缺陷中的至少一項(xiàng)的器件，所述多個(gè)濾光器包含第一組濾光器和第二組濾光器，所述第一組濾光器中的每個(gè)濾光器適于將來自所述照明器的預(yù)定百分比的光能強(qiáng)度傳送至所述待測太陽能電池單元上，所述第二組濾光器用于在不同的光譜下測試所述太陽能電池單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元測試裝置，其中所述多個(gè)濾光器進(jìn)一步包含遮光濾光器，所述遮光濾光器執(zhí)行所述太陽能電池單元的電致發(fā)光測試，從而響應(yīng)于預(yù)定安培數(shù)的電流被施加到所述太陽能電池單元上而檢測來自所述太陽能電池單元的光發(fā)射。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池單元測試裝置，其進(jìn)一步包含: 電流源，當(dāng)所述遮光板濾光器被布置在所述照明器和所述太陽能電池單元之間時(shí)，所述電流源將所述電流施加到所述太陽能電池單元； 照相機(jī)，其響應(yīng)于所述電流被施加到所述太陽能電池單元而捕獲所述太陽能電池單元的圖像，從而檢測來自所述太陽能電池單元的光發(fā)射；以及 分束器，其將所述太陽能電池單元的圖像分離成對(duì)應(yīng)于所述太陽能電池單元的不同層的光能的不同波長的波束，其中所述太陽能電池單元是多結(jié)太陽能電池單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元測試裝置，其中所述第一組濾光器包含: 100%濾光器，其將來自所述照明器的所有光強(qiáng)度傳送至所述太陽能電池單元； 66%濾光器，其將來自所述照明器的66%的光強(qiáng)度傳送至所述太陽能電池單元； 33%濾光器，其將來自所述照明器的33%的光強(qiáng)度傳送至所述太陽能電池單元；以及 10%濾光器，其將來自所述照明器的10%的光強(qiáng)度傳送至所述太陽能電池單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元測試裝置，其中所述第二組濾光器包含: 紅色濾光器，其將來自所述照明器的無紅色光譜的光傳送至所述太陽能電池單元上； 藍(lán)色濾光器，其將來自所述照明器的無藍(lán)色光譜的光傳送至所述太陽能電池單元上；以及 紅外濾光器，其將來自所述照明器的無紅外光譜的光傳送至所述太陽能電池單元上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元測試裝置，其進(jìn)一步包含: 分束器，其用來接收來自所述照明器的被所述多個(gè)濾光器中當(dāng)前位于所述照明器和所述太陽能電池單元之間的位置上的一個(gè)濾光器過濾的光能； 積分球，其中所述分束器將來自所述照明器的一部分光能引導(dǎo)至所述積分球并且將另一部分光能引導(dǎo)至所述太陽能電池單元；以及 光譜分析器，其耦合至所述積分球，以便分析所接收的該部分光能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元測試裝置，其進(jìn)一步包含: 光檢測器，其用來測量來自所述照明器的光的強(qiáng)度水平；以及 用來在每個(gè)濾光器下測量所述太陽能電池單元的電流-電壓曲線即1-V曲線的器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元測試裝置，其中用于選擇性地放置所述多個(gè)濾光器中的不同濾光器的器件包含將所述多個(gè)濾光器中的每個(gè)濾光器放置在所述照明器和所述太陽能電池單元之間以便針對(duì)所述多個(gè)濾光器中的每個(gè)濾光器測量所述太陽能電池單元的性能特性的機(jī)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元測試裝置，其中用于選擇性地放置不同濾光器的器件包含: 可旋轉(zhuǎn)輪，圍繞所述輪的轂圓周地放置所述多個(gè)濾光器中的每個(gè)濾光器，以便當(dāng)所述輪圍繞所述轂旋轉(zhuǎn)時(shí)，將所述濾光器中的每個(gè)濾光器放置在所述照明器和所述太陽能電池單元之間；以及 包含編碼器和傳動(dòng)軸的電機(jī)，所述電機(jī)的傳動(dòng)軸耦合至所述輪的轂，從而旋轉(zhuǎn)所述輪，以便將所述濾光器中的每個(gè)濾光器順序放置在所述照明器和所述太陽能電池單元之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元測試裝置，其進(jìn)一步包含控制光從所述照明器到所述太陽能電池單元的傳輸?shù)恼诠庹帧?br> 11.一種太陽能電池單元測試裝置，其包含: 照明器； 用于選擇性地將多個(gè)濾光器中的不同濾光器放置在所述照明器和待測太陽能電池單元之間的光路中的器件；以及 分束器，其用于將來自所述多個(gè)濾光器中的選定濾光器的預(yù)定的一部分光引導(dǎo)至所述太陽能電池單元上，從而進(jìn)行測量性能和檢測所述太陽能電池中的任何缺陷中的至少一項(xiàng)，并且用于將預(yù)定的另一部分光能引導(dǎo)至用于測試來自所述多個(gè)濾光器中被放置在所述照明器和所述太陽能電池單元之間的光路中的選定濾光器的光的特性的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太陽能電池單元測試裝置，其進(jìn)一步包含用于進(jìn)行測量所述太陽能電池單元的性能特性和檢測所述太陽能電池單元中的任何缺陷中的至少一項(xiàng)的器件。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太陽能電池單元測試裝置，其中所述太陽能電池單元包含對(duì)第一光譜做出反應(yīng)的頂部半導(dǎo)體材料層、對(duì)第二光譜做出反應(yīng)的中間半導(dǎo)體材料層以及對(duì)第三光譜做出反應(yīng)的底部半導(dǎo)體材料層，并且其中用于選擇性地放置所述多個(gè)濾光器中的不同濾光器的器件包含: 第一濾光器位置，其對(duì)應(yīng)于第一濾光器，所述第一濾光器傳送100%的光能，以在全功率下測試所述太陽能電池單元； 第二濾光器位置，其包含第二濾光器，以在對(duì)應(yīng)于所述第二濾光器傳送的預(yù)定百分比的光能的預(yù)定百分比的功率下測試所述太陽能電池單元；第三濾光器位置，其包含第三濾光器，以通過濾除對(duì)應(yīng)于所述太陽能電池單元的所述頂部半導(dǎo)體材料層對(duì)之做出反應(yīng)的所述第一光譜的光譜，以此測試所述太陽能電池單元；第四濾光器位置，其包含第四濾光器，以通過濾除對(duì)應(yīng)于所述太陽能電池單元的所述中間半導(dǎo)體材料層對(duì)之做出反應(yīng)的所述第二光譜的光譜，以此測試所述太陽能電池單元；第五濾光器位置，其包含第五濾光器，以通過濾除對(duì)應(yīng)于所述太陽能電池單元的所述底部半導(dǎo)體材料層對(duì)之做出反應(yīng)的所述第三光譜的光譜，以此測試所述太陽能電池單元；第六濾光器位置，其包含第六濾光器，以通過濾除來自所述照明器的光，從而在暗條件下或沒有光被所述太陽能電池單元接收的情況下測量所述太陽能電池單元的電流-電壓特性曲線，以此測試太陽能電池單元；以及 第七濾光器位置，其包含第七濾光器，以將光遮擋從而對(duì)所述太陽能電池單元執(zhí)行電致發(fā)光測試。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太陽能電池單元測試裝置，其中所述多個(gè)濾光器包含: 第一組濾光器，每個(gè)濾光器適于傳送來自所述照明器的預(yù)定百分比的光能強(qiáng)度； 第二組濾光器，其用于在不同的光譜下測試所述太陽能電池單元；以及 遮光濾光器，其執(zhí)行所述太陽能電池單元的電致發(fā)光測試，從而響應(yīng)于預(yù)定安培數(shù)的電流被施加到所述太陽能電池單元而檢測來自所述太陽能電池單元的光發(fā)射。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能電池單元測試裝置，其中所述第一組濾光器包含: 100%濾光器，其將來自所述照明器的所有光強(qiáng)度傳送至所述太陽能電池單元； 66%濾光器，其將來自所述照明器的大約66%的光強(qiáng)度傳送至所述太陽能電池單元； 33%濾光器，其將來自所述照明器的大約33%的光強(qiáng)度傳送至所述太陽能電池單元；以及 10%濾光器，其將來自所述照明器的大約10%的光強(qiáng)度傳送至所述太陽能電池單元。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能電池單元測試裝置，其中所述第二組濾光器包含: 紅色濾光器，其將來自所述照明器的無紅色光譜的光傳送至所述太陽能電池單元上； 藍(lán)色濾光器，其將來自所述照明器的無藍(lán)色光譜的光傳送至所述太陽能電池單元上；以及 紅外濾光器，其將來自所述照明器的無紅外光譜的光傳送至所述太陽能電池單元上。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太陽能電池單元測試裝置，其中用于選擇性地放置不同濾光器的器件包含:` 可旋轉(zhuǎn)輪，圍繞所述輪的轂圓周地放置所述多個(gè)濾光器中的每個(gè)濾光器，以便當(dāng)所述輪圍繞所述轂旋轉(zhuǎn)時(shí)，將所述濾光器中的每個(gè)濾光器放置在所述照明器和所述太陽能電池單元之間；以及 包含編碼器和傳動(dòng)軸的電機(jī)，所述電機(jī)的傳動(dòng)軸耦合至所述輪的轂，以便旋轉(zhuǎn)所述輪，從而將所述濾光器中的每個(gè)濾光器順序放置在所述照明器和所述太陽能電池單元之間。
18.一種用于測試太陽能電池單元的方法，其包括: 用多個(gè)濾光器中的每個(gè)濾光器過濾引導(dǎo)至所述太陽能電池單元上的光，從而進(jìn)行測量性能和檢測所述太陽能電池單元中的任何缺陷中的至少一項(xiàng)；以及 對(duì)所述光進(jìn)行分離，從而將預(yù)定的一部分過濾后的光引導(dǎo)至所述太陽能電池單元上，并將預(yù)定的另一部分光引導(dǎo)至用于測量來自所述多個(gè)濾光器中的每個(gè)濾光器的光的特性的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中過濾所述光包括: 將第一組濾光器中的每個(gè)濾光器放置在照明器和所述太陽能電池單元之間的光路中，每個(gè)濾光器適于傳送預(yù)定百分比的光能強(qiáng)度，從而在不同水平的光強(qiáng)度下測試所述太陽能電池單元； 將第二組濾光器中的每個(gè)濾光器放置在所述照明器和所述太陽能電池單元之間的所述光路中，每個(gè)濾光器適于在不同的光譜下測試所述太陽能電池單元；以及 將遮光濾光器放置在所述光路中，以執(zhí)行所述太陽能電池單元的電致發(fā)光測試，從而響應(yīng)于預(yù)定安培數(shù)的電流被施加到所述太陽能電池單元而檢測來自所述太陽能電池單元的光發(fā)射。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述太陽能電池單元包含對(duì)第一光譜做出反應(yīng)的頂部半導(dǎo)體材料層、對(duì)第二光譜做出反應(yīng)的中間半導(dǎo)體材料層以及對(duì)第三光譜做出反應(yīng)的底部半導(dǎo)體材料層，并且其中過濾所述光包括: 放置適于傳送100%的光能的第一濾光器，從而在全功率下測試所述太陽能電池單元；放置包含光過濾特性的第二濾光器，從而在對(duì)應(yīng)于所述第二濾光器傳送的預(yù)定百分比的光能的預(yù)定百分比的功率下測試所述太陽能電池單元； 放置包含光過濾特性的第三濾光器，從而通過濾除對(duì)應(yīng)于所述太陽能電池單元的所述頂部半導(dǎo)體材料層對(duì)之做出反應(yīng)的所述第一光譜的光譜來測試所述太陽能電池單元；放置包含光過濾特性的第四濾光器，從而通過濾除對(duì)應(yīng)于所述太陽能電池單元的所述中間半導(dǎo)體材料層對(duì)之做出反應(yīng)的所述第二光譜的光譜來測試所述太陽能電池單元；放置包含光過濾特性的第五濾光器位置，從而通過濾除對(duì)應(yīng)于所述太陽能電池單元的所述底部半導(dǎo)體材料層對(duì)之做出反應(yīng)的所述第三光譜的光譜來測試所述太陽能電池單元; 放置包含光過濾特性的第六濾光器，從而通過濾除來自所述照明器的光來測量暗電流-電壓特性曲線，以此測試所述太陽能電池單元；以及 放置包含光過濾特性的第七濾光器位置，從而對(duì)所述太陽能電池單元執(zhí)行電致發(fā)光測試。
【文檔編號(hào)】H02S50/15GK103597341SQ201280028502
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月10日
【發(fā)明者】D·R·瓊沃思, E·克薩達(dá), G·A·坎貝爾, J·H·埃默爾, R·K·瓊斯 申請(qǐng)人:波音公司