用于对太阳能电池进行质量评估的方法和装置与流程

1.本发明涉及一种用于对太阳能电池进行非接触的质量评估的方法和装置。


背景技术：

2.在制造太阳能电池时，在质量评估的范围内检测所制造的太阳能电池所实现的特性是否符合其要求的特性是必要的。特别是涉及所检测的太阳能电池的电特性，电特性必须在预先规定的质量界限内波动，以便在运行能够确保太阳能电池具有必要的效率，以便将阳光转化成电能。
3.对于质量评估已知这样的方法和装置，在所述方法和装置中，将太阳能电池电接通并且对太阳能电池施加激发辐射，以便能够确定太阳能电池的电特性，特别是功率数据。通常使用测量电子装置，太阳能电池的电极与测量电子装置连接并且例如通过预设电极上的电压来模拟电负载。如果通过测量电子装置改变施加在电极上的电压，则可以反映太阳能电池的不同工作点。通过测量电流与所施加的电压的函数关系，可以导出太阳能电池的电流-电压特征曲线，由电流-电压特征曲线的走势可以确定用于对太阳能电池进行质量评估的质量信息，特别例如短路电流密度、端子开路电压、填充因子和效率的特征量。
4.为了能够确保实现高合格率，实施100％在线测量(和/或：100％在线测试)是有利的，其中，在太阳能电池的制造期间已经对所有所制造的太阳能电池在其质量方面进行评估。这必须在相应制造工艺的节拍时间之内进行，在现今的制造方法中节拍时间变得越来越短。已知方法的电接通过程是耗时的进而在具有短节拍时间的方法中受限使用。因此，存在对于具有较短节拍时间的检测和测量方法的需求，从而在现今的制造方法的节拍时间之内可以实现质量保证。
5.由ep 2 245 473 b1已知一种非接触的方法，利用所述方法可以采用空间解析的方式对太阳能电池进行描述。这里，对太阳能电池不均匀地施加激发辐射，照射太阳能电池的受激分区(anregungsteilbereich)，而遮蔽太阳能电池的接收分区(senkenteilbereich)。对太阳能电池的照射导致在太阳能电池表面上出现电流，电流从受激分区流入接收分区。利用光学测量装置空间解析地检测由太阳能电池发出的发光辐射的强度。根据强度分布可以确定局部提高的串联电阻的位置。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种方法和一种装置，与已知的方法和装置相比，所述方法和装置能够在更短的时间内确定太阳能电池的全局质量信息。
7.通过根据权利要求1的用于对太阳能电池进行非接触的质量评估的方法以及根据权利要求16的装置来实现所述目的。
8.在本发明的用于对太阳能电池进行非接触的质量评估的方法中，实施第一发光测量，其中，按照第一参数组对太阳能电池的第一分区施加激发辐射，并且按照与所述第一参数组不同的第二参数组对所述太阳能电池的第二分区施加激发辐射，并在所述第一分区或
所述第二分区中测量由所述太阳能电池发出的发光辐射的第一强度φ1。
9.此外，实施第二发光测量，此时测量由所述太阳能电池1发出的发光辐射的第二强度φ2，其中，根据备选方案a，按照所述第一参数组对所述太阳能电池1的所述第一分区施加激发辐射，并且按照与所述第一参数组不同的第三参数组对所述太阳能电池1的所述第二分区施加激发辐射，并且在第一发光测量时未测量第一强度φ1的分区中测量第二强度φ2。
10.根据备选方案b，在所述第二发光测量中在所述第一分区和所述第二分区中按照第四参数组对所述太阳能电池均匀地施加激发辐射，并且在所述第一分区和/或所述第二分区中测量第二强度φ2。
11.在评估步骤中根据所述第一强度φ1和所述第二强度φ2确定质量信息。
12.实施本发明方法的一个主要优点在于，在没有电接通的情况下能够以较短的测量和评估时长完整地对太阳能电池进行全局质量评估。
13.在第一发光测量中，按照第一参数组和与第一参数组不同的第二参数组对太阳能电池的第一分区和第二分区施加不同的激发辐射。优选地，参数组之间的区别在于以下参数中的至少一个或多个：激发辐射的强度、激发辐射的波长或光谱。申请人的一个重要认知是，原则上，各参数组在哪个参数上存在区别是无关紧要的，只要该区别能够在第一和第二分区之间实现载流子流即可。各分区之间的载流子流是通过利用激发辐射在一个分区中产生与第二分区不同的载流子实现的。
14.各分区的激发辐射的区别导致在各分区之间实现载流子流。这个状态可以用被不均匀照射的太阳能电池的简化的等效电路图来描述，见图1：电源2代表太阳能电池的通过吸收入射的激发辐射实现载流子分离的区域。欧姆电阻3代表太阳能电池1的串联电阻。第一二极管4代表太阳能电池1中的第一分区，而第二二极管5代表太阳能电池1中的第二分区。
15.在图1所示的示例中，假定与第一分区中相比仅在太阳能电池的第二分区中完全或至少以明显更高的程度在第二分区中进行载流子分离。因此，在节点6，电源2的电流一方面分支到配设给第一分区的与欧姆电阻3一起设置在共同的串联电路中的第一二极管4，另一方面分支到配设给第二分区的第二二极管5。在假定存在前面所述的等效电路图的情况下，通过太阳能电池1的第一二极管4和第二二极管5以及欧姆电阻3形成一个闭合电路。
16.申请人的一个重要的认知的原因在于，原则上每个太阳能电池都可以通过在由欧姆电阻3、第一二极管4和第二二极管5形成的闭合电路上建立电压平衡和/或通过在节点6处建立电流平衡来描述特性。
17.申请人的另一个认知在于，所产生的载流子流在两个分区中实现发光辐射，所述载流子流是由于对太阳能电池的不均匀照射而分配到太阳能电池的所述两个分区上的，所述发光辐射受到太阳能电池的电特性影响并且反映在不均匀照射的太阳能电池的所述等效电路图的电特性中。通过测量第一和第二强度可以得出关于电压平衡和/或电流平衡的各个项的结论并由此对太阳能电池进行特征描述。这里存在的关系在下面说明。
18.如果在考虑根据图1的等效电路图的情况下在通过串联电阻3、第一二极管4和第二二极管5形成的闭合的电路中建立电压平衡，则根据基尔霍夫网孔定律得出，串联电阻3上的电压降是施加在第一二极管4和第二二极管5上的电压的总和。
19.通过在第一或第二分区中测量由太阳能电池发出的发光辐射的强度可以分别确定施加在第一二极管4和第二二极管5上的电压。第一强度和一个电压之间的关系通过公式(1)来描述。
20.φ1＝c*exp(v1/v
t
)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(1)
21.根据公式(1)，v1是施加在第一或第二二极管上的电压。这是两个电压中的哪个电压，取决于在哪个分区中测量第一强度。如果在第一分区中测量第一强度，则v1对应于根据图1施加在第一二极管4上的电压。如果在第二分区中测量第一强度，则v1对应于根据图1施加在第二二极管5上的电压。v
t
是太阳能电池的热电压，并且c是校准常数，校准常数特别是与发光测量中的测量条件相关。
22.重要的是，不需要知道热电压v
t
以及校准常数，而仅是可以根据第一电压v1来表达所测得的第一强度φ1，并且反之亦然。
23.如果对公式(1)求解以得到电压v1，则电压v1可以用在所建立的电压平衡中。这使得，电压平衡具有根据第一强度表达的一个电压项。由于电压平衡的闭合的电路具有三个电压，电压平衡也具有三个项。为了可以根据电压平衡直接确定一个电压，必须准确地确定至少一个另外的电压项。申请人根据本发明的认知是，电压项在实施另一个发光测量的情况下可以确定。根据备选方案a的第二发光测量反映了这种处理方式。
24.在根据备选方案a的第二发光测量中，在第一发光测量中未测量第一强度的分区中测量第二强度。由此得出第二强度。所述第二强度根据公式(2)与太阳能电池的热电压v
t
以及校准常数c相关。
25.φ2＝c*exp(v2/v
t
)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(2)
26.电压v2是施加在表征测量太阳能电池的第二强度的分区的二极管上的电压。这意味着，当在第一分区中测量电压v1时，隐含的电压v2对应于太阳能电池的第二分区中的电压，并且反之亦然。
27.在实施第二发光测量时，校准常数c或热电压v
t
是否已知并不重要。重要的是，通过公式(2)的转换可以根据第二强度表达电压v2。
28.如果转换公式(2)以求得电压v2，则可以将所得出的电压用于所建立的电压平衡中。
29.由此，借助于第一电压v1和第二电压v2总体上可以根据第一和第二强度来表达电压平衡的三个电压项中的两个。由于第一电压v1和第二电压v2分别对应于施加在二极管上的电压，因此可以根据施加在欧姆电阻3上的电压来改变电压平衡(见图1)。由于欧姆电阻3代表太阳能电池的串联电阻，由此可以根据第一和第二强度直接得出关于太阳能电池质量的结论。
30.申请人的一个对于本发明重要的认知是，校准常数c或热电压v
t
在实施第一发光测量和根据第一备选方案a实施第二发光测量时具有怎样的值与所述方法的可行性无关。有利的是，校准常数c和热电压v
t
在第一发光测量和根据备选方案a的第二发光测量之间不发生显著的变化，优选是恒定的。
31.由此在所述方法的最简单的应用形式中，可以通过实施第一发光测量和根据备选方案a实施第二发光测量对多个太阳能电池进行测试，其方式是，在多个所制造的太阳能电池上测量第一和第二强度。
32.由于校准常数c和热电压v
t
不发生明显的波动，校准常数和热电压对测得的强度有恒定的影响。由此可以根据至少两个所测试的太阳能电池测得的第一和/或第二强度之间的差别或波动得出可能的质量差异。
33.此外，在本发明的范围内，第一和第二强度可以纳入能自由定义的能代表质量信息的特征值的计算中。这个特征值在最简单的情况下可以是第一和第二强度之间的商并且例如可以用于，给制造完成的太阳能电池分配质量级别。
34.对于用于在第一发光测量和根据备选方案a的第二发光测量中使太阳能电池受到激发辐射的参数组，重要的是，第一参数组在至少一个参数上与第二参数组和第三参数组不同。由此，确保在第一发光测量以及根据备选方案a的第二发光测量中太阳能电池受到不均匀的激发辐射。由此，才能与被不均匀地照射的太阳能电池的简化等效电路图相结合使用模型化的假设。
35.此外，对于第一发光测量和根据备选方案a的第二发光测量的参数组而言不重要的是，第二参数组是否在一个或多个参数上与第三参数组不同。特别的是，所述第二参数组和第三参数组不必是相同的。
36.如果第二参数组在一个或多个参数上不同于第三参数组，则在第一发光测量和根据备选方案a的第二发光测量中第一分区和第二分区(根据图1由二极管4、5代表)中的电压发生变化。一方面这意味着，对于第一发光测量和第二发光测量可以不适用相同的电压平衡。另一方面，本发明的一个重要认知是，第二参数组和第三参数组之间的参数差的影响可以以修正项的形式纳入电压平衡中。这个修正项可以例如设计成系数的形式，将第一强度或第二强度与所述系数相乘。就是说，如果第二参数组例如在激发强度上与第三参数组不同，则可以通过使用与估计的强度差相对应的修正项来考虑当前的强度差，以调整第一强度或第二强度，从而适配调整电压平衡的电压项。
37.另一方面，如果不知道第二参数组与第三参数组在哪个参数上有差异且差异大小，则为了实施所述方法，确保在多个所测试的太阳能电池之间第二参数组和第三参数组没有明显的变化并且优选包括恒定的参数就足够了。由此，可以通过在至少两个所测试的太阳能电池之间确定第一强度和/或第二强度的差别或波动，在太阳能电池的质量方面对多个太阳能电池进行测试，从而可以直接推断其中一个太阳能电池的质量偏差。
38.根据备选方案b的第二发光测量的实施反映了申请人对于本发明重要的另一个认知。这个认知的基础在于，替代电压平衡也可以在不均匀照射太阳能电池的等效电路图的节点6处建立电流平衡，基于电流平衡可以对太阳能电池进行特性描述。
39.众所周知的是，电流在电路节点处的分配比例取决于，在该节点之后的电流分配的线路中的欧姆电阻。参考不均匀地施加激发辐射的太阳能电池的根据图1的等效电路图，特别是欧姆电阻3影响发电电流i
sc,h
在节点6处的分配比例。在常见的标注方式中，下标“gen”标识与发电电流相关的太阳能电池特征量，而下标“sc”通常用于标识在短路状态下的太阳能特征量。但在当前情况下，在假定的简化设置中忽略了发电电流与短路电流之间的差别。在两个所描述的等效电路图中，通过设置所描述二极管来对复合效应加以考虑。因此发电电流和短路电流假定是相同的量。特别是对于发电电流的特征性描述使用与描述短路电流的特性的相同的规则。因此，下面用下标“sc”描述发电电流和由发电电流导出的量。
40.根据基尔霍夫节点定律，在节点6处得出，电源2的发电电流i
sc,h
的电流强度相当
于一方面流动通过由第一二极管4和欧姆电阻3组成的串联电路以及另一方面流动通过第二二极管5的电流的总和。
41.电流平衡的电流强度可以根据其相应的电流密度来表达。特别是可以根据下述电流密度来表达流动通过第一二极管4和/或第二二极管5的电流的电流强度，电流密度本身取决于相应二极管的饱和电流密度j0、施加在二极管上的电压以及热电压v
t
。在实施第一发光测量时，对于第一二极管或第二二极管中的电流密度得出对应于公式(3)的关系。
42.j1＝j0*exp(v1/v
t
)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(3)
43.这里j1是第一二极管或第二二极管中的电流密度，而j0是二极管的饱和电流密度。隐含的电压v1和热电压v
t
分别对应于根据公式(1)的电压v1或热电压v
t
。这因此导致，无论建立电压平衡还是建立电流平衡，第一发光测量的条件都是相同的。
44.如果对公式(1)进行求解得到电压v1与热电压v
t
的比值，则可以将此时得到的项用于公式(3)中。由此第一二极管和第二二极管中的电流的电流密度与第一强度φ1相关。
45.为了能够根据电流平衡确定发电电流的分配比例，必须准确地确定电流平衡的至少一个另外的电流强度。为此，可以根据备选方案b实施第二发光测量。与根据备选方案a的第二发光测量区别是，不要求在不均匀照射的太阳能电池上实施第二强度的测量。替代于此，可以均匀地照射太阳能电池，此时可以在太阳能电池任意的分区内测量第二强度。
46.但在均匀地照射太阳能电池时，太阳能电池中的电流与不均匀照射太阳能电池时相比发生改变，因为太阳能电池处于端子开路条件(offenklemmbedingung)下。这意味着，尽管在太阳能电池的电极上存在电压，即所谓的端子开路电压(也称为：开路电压)，但没有外部的电流流动。在太阳能电池中通过吸收激发辐射产生的载流子对近似于基本上在相同位置处发生复合，从而在忽略明显的局部缺陷的情况下，在端子开路条件下在太阳能电池中没有电流或仅有电流强度很小的电流流动。
47.如果将这种情况体现到等效电路图上，则相对于不均匀照射的太阳能电池的等效电路图得到以下区别。太阳能电池受照射的区域通过电源2(见图6)来代表。电源2的电流反映的是发电电流，发电电流是由太阳能电池吸收激发辐射和载流子分离产生的。第三二极管18与电源2并联。由于假定在太阳能电池的电极之间没有电流流过，且第三二极管18与电源2的并联，发电电流非常近似于全部流动通过第三二极管18。
48.因此如果在均匀照射的太阳能电池的任意的通过第三二极管代表其电特性的分区中，则类似于根据公式(3)的关系第二强度取决于第三二极管中的饱和电流密度。发电电流密度非常近似地对应于第三二极管中的电流密度，从而发电电流密度可以根据第三二极管中的饱和电流密度来表达，从而也可以根据第二强度来表达。
49.考虑到电流平衡，通过第一发光测量可以根据第一强度来表达在第一二极管或第二二极管中流动的电流的电流强度。通过根据备选方案b的第二发光测量可以根据第二强度表达发电电流的电流强度。由此，由于电流平衡总共包括三个在总和上必然为零的电流强度项，一个电流强度可以根据其余两个电流强度来表达由此也根据第一强度和第二强度来表达。这个关系使得可以得出关于发电电流以怎样的比例分配到不均匀照射的太阳能电池的第一分区和第二分区上的结论。这又可以得出太阳能电池的串联电阻的影响的结论，这构成一种质量信息。
50.申请人的发明的一个重要的认知是，在实施第一发光测量和第二发光测量时饱和
电流密度j0具有怎样的值并不重要。由于饱和电流密度在第一和第二发光测量之间构成不会波动的太阳能电池特性，可以认定的是，饱和电流密度j0对于能够测量的强度有恒定的影响。在所述方法最简单的应用形式中，可以确定至少两个待测试的太阳能电池的第一和第二强度，并将两个待测试的太阳能电池的第一和/或第二强度的差异或波动直接归因于其中一个待测试的太阳能电池的质量缺陷。
51.对于用于在第一发光测量和根据备选方案b的第二发光测量中给太阳能电池施加激发辐射的参数组，重要的是，第一参数组在至少一个参数上与第二参数组不同。但是，第一或第二参数组是否分别在一个或多个参数上与第四参数组不同在原则上是不重要的。如果是这样，则在第一发光测量和根据备选方案b的第二发光测量之间在第一或第二分区(根据图1由二极管4、5代表)中流动的电流可能发生波动。但类似于根据备选方案a的第二发光测量的实施形式，这种波动可以通过修正项在电流平衡中加以考虑。这里，所述修正项可以设计成系数的形式，所测得的第一或第二强度与所述系数相乘。如果第二参数组例如在激发强度上与第四参数组不同，可以利用当前强度差确定误差项，在测量第一或第二强度之后利用所述误差项在数值上对第一或第二强度进行适配调整。
52.另一方面，如果不知道第一或第二参数组与第四参数组在哪个参数上有差异且差异大小，则为了实施所述方法，确保在多个所测试的太阳能电池之间第一、第二和第四参数组分别没有明显的变化就足够了。由此可以假定，参数组之间的差别对于所测得的强度的影响是恒定的。在两个所测试的太阳能电池之间第一和/或第二强度的差异或波动从而可以直接归因于其中一个太阳能电池中的质量缺陷。
53.在所述方法的一个有利的改进方案中，所述第一发光测量包括第一单一测量(单次测量)，通过所述单一测量在整个第一或第二分区中与位置无关地测量第一强度。此外，第二发光测量包括第二单一测量，通过所述第二单一测量在根据备选方案a在未测量第一强度的分区中同样与位置无关地测量第二强度，或者根据备选方案b在第一和/或第二分区中与位置无关地测量第二强度。第一和第二强度均作为单值存在。所述质量信息是整个太阳能电池上的与位置无关的质量信息。
54.前面所述的改进方案基于这样的认知，整个太阳能电池的质量作为全局质量信息能够仅通过两个强度测量确定。由此，对于第一单一测量以及对于第二单一测量都可以使用单独的传感器元件，利用所述传感器元件分别与位置无关地在一个或两个分区中测量发光辐射的强度。优选可以仅根据所述两个测得的强度确定关于整个太阳能电池的质量信息。优选可以实施多于两次发光测量，这些发光测量分别包含一个单一测量。
55.与由ep 2 245 473 b1已知的方法不同，不对太阳能电池进行空间解析的特征性描述。在所述在先已知的方法中，在发光测量中必须测量多个强度值并且分别将这些强度值与太阳能电池上的位置对应起来。与此相对，根据所述有利的改进方案设定，至少在第一和第二发光测量中，分别测量一个强度值并且未将所述强度值与太阳能电池上的位置对应起来。
56.在所述方法的一个有利的改进方案中，第一参数组在照射强度上与第二、第三和第四参数组不同，所述第一参数组优选包括大小为0瓦特每平方米的第一照射强度，从而在第一发光测量时和在根据第一备选方案a的第二发光测量时第一分区未被照射，特别是被遮蔽的。第二、第三和第四参数组优选包括至少一个第二照射强度，所述第二照射强度优选
至少为30瓦特每平方米、更为优选至少为50w/m2、最优选至少为1000w/m2。
57.申请人作为所述方法的这个有利的改进方案的基础的认知是，照射强度上的差别对于第一和第二分区之间的载流子流的形成有超过平均程度的影响。如已经描述的那样，为了能够根据所测得的第一和第二强度对应于用激发辐射不均匀和均匀照射的太阳能电池的等效电路图对电网络的电特性进行评估，这是必要的。
58.以一种特别简单的方式，当第一分区未被照射、优选被遮蔽时，就可以实现所述强度差这个优点。遮蔽第一分区的重要的优点在于，可以使用简单的结构、例如荫罩或其他不透光的装置形式的结构，以便至少在第一发光测量中实现对太阳能电池不均匀的照射。由此，与第一参数组的照射强度必须与不等于0瓦特每平方米的标称值相对应的测量配置相比，由此明显降低了控制和调节耗费。
59.此外，在第一分区中确定第一或第二强度时，遮蔽第一分区可以使得所发生的干扰性外来光影响较少。由此用于在第一分区中确定第一或第二强度的测量装置可以以简单的方式例如设计成矩阵相机，在所述矩阵相机中不必对所述干扰性的光影响实现补偿。
60.对于第二照射强度，如果对于第二、第三和第四参数组设计成相同的，可以进一步简化对太阳能电池的质量评估。这种情况的原因在于，照射强度对于发电电流有重要的影响：如果第一和第二发光测量中的照射强度通过共同的第二照射强度统一，则也统一了发电电流、特别是发电电流密度。由此，对于第一和第二发光测量(根据备选方案a和b)可以假定存在相同的电压和电流平衡。虽然如针对根据本发明的方法所描述照射强度波动的影响可以通过修正项用计算的方式来补偿，但如果不必设置附加的修正项，则至少降低所述方法的出错率。
61.在所述方法的一个有利的改进方案中，在所述评估步骤中，确定太阳能电池的一个工作点处的电路密度和电压，所述电流密度和电压与第一强度和第二强度相关。
62.确定电流密度的优点是，电流密度是常见的物理量，利用它能够解析式地描述太阳能电池。在确定电流密度的情况下，根据本发明可以将所测试的太阳能电池与其他以传统方式确定电流密度的太阳能电池相比较。
63.考虑到不均匀地施加激发辐射的太阳能电池的等效电路图，特别是存在于根据图1通过二极管4代表的分区中的电流密度对于质量评估是重要的。在不均匀地照射的太阳能电池中，二极管4与欧姆电阻串联设置。在遮蔽第一分区的情况下，这涉及太阳能电池的第一分区中的电流密度。
64.为了确定电流密度，再次考虑以下情况，即，第一和第二强度可以分别依据存在于太阳能电池的第一分区或第二分区中的电压来表达。这通过公式(1)和(2)来描述。对于第一发光测量，根据公式(1)和(2)的这个关系也可以通过公式(4)来表达。
65.φ1＝c*exp({v
tb1
∨v
tb2
}/v
t
)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(4)
66.这里φ1是与电压v
tb1
或v
tb2
相关的第一强度。如参考根据本发明的方法所描述的那样，根据在哪个分区中测量第一强度φ1来得到这种相关性。如果在第一分区内测量第一强度φ1，则得到与电压v
tb1
的相关性。如果在第二分区内测量第一强度φ1，则所述第一强度是与电压v
tb2
相关的。
67.如果根据备选方案a实施第二发光测量，则同样根据在哪个分区中测量第一强度φ1，来得到第二强度φ2。如果在第一分区中测量第一强度，则对于第二强度适用根据公式
(5)的关系。
68.φ2＝c*exp(v
tb2
/v
t
)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(5)
69.相反如果在第二分区中测量第一强度φ1，则对于第二强度适用根据公式(6)的关系。
70.φ2＝c*exp(v
tb1
/v
t
)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(6)
71.对应于根据图1不均匀地施加激发辐射的太阳能电池的等效电路图，对于电源2与第一二极管4(对应于第一分区)和第二二极管5(对应于第二分区)之间的节点6处的电流平衡得到对应于公式(7)的电流平衡。
72.i
gen
＝i
tb1
+i
tb2
ꢀꢀꢀꢀ
公式(7)
73.这里i
gen
是通过电源输出的发电电流的电流强度，i
tb1
是流动通过第一二极管4的电流的电流强度，并且i
tb2
是流动通过第二二极管5的电流的电流强度。
74.申请人的分析显示，当以受到激发辐射的第一和第二分区的面积相同为基础，简化了电流密度的确定。在可以配设给太阳能电池的第一和第二分区的面积尺寸相同时，公式(7)可以表示为相应电流的电流密度的函数。这里适用根据公式(8)的关系。
75.j
gen
＝j
tb1
*0.5+j
tb2
*0.5
ꢀꢀꢀꢀ
公式(8)
76.这里j
gen
是发电电流密度，并且j
tb1
以及j
tb2
分别是太阳能电池的第一或第二分区中的电流的电流密度。根据公式(8)的关系类似地适用于短路电路密度j
sc
。如果考虑到，电流密度j
tb1
以及j
tb2
类似于根据公式(3)的关系能够分别根据共同的饱和电流密度j0以及相应存在的隐含电压v
tb1
或v
tb2
来表达，则根据公式(8)的关系可以相应地映射为公式(9)。
77.j
gen
＝j0*exp(v
tb1
/v
t
)*0.5+j0*exp(v
tb2
/v
t
)*0.5
ꢀꢀꢀꢀ
公式(9)
78.通过依据相应作为基础的电压比例对公式(4)-(6)的转换，根据公式(9)的关系可以相应地表达为公式(10)。
79.j
gen
＝j0*φ1/c*0.5+j0*φ2/c*0.5
ꢀꢀꢀꢀ
公式(10)
80.通过对公式(10)求解以获得饱和电流密度j0，得到公式(11)。
81.j0＝j
gen
/(φ1/c*0.5+φ2/c*0.5)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(11)
82.由此可以根据发电电流密度j
gen
以及第一和第二强度来表达饱和电流密度。
83.申请人的一个认知是，在不均匀地照射太阳能电池的情况下，在带有串联电阻的区域中，可以根据公式(12)来表达电流密度，只要在第一分区中测量第一强度，所述第一分区根据图1可以通过第一二极管4表示。
84.j
tb1
(v＝v
tb1
)＝
–
j0*exp(v
tb1
/v
t
)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(12)
85.结合公式(11)，可以将公式(12)相应地转换成公式(13)。
86.j
tb1
(v＝v
tb1
)＝
–jgen
/(0.5*(1+φ2/φ1))
ꢀꢀꢀꢀ
公式(13)
87.只要在第一发光测量中在第一分区中测量第一强度，这里的电压点v对应于可以通过下面给出的公式(14)根据第一强度φ2表达的电压v
tb1
。
88.v＝v
tb1
＝v
t
*ln(φ1/c)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(14)
89.热电源vt、校准常数c以及发电电流密度j
gen
不是为了能够根据第一和第二强度确定一个电压点处的电流密度而必须是已知的。相反，申请人的认知是，仅根据已知的第一和第二强度就可以导出有电流密度形式的具有说服力的质量信息。例如可以这样来实现，即对于多个所测试的太阳能电池，假定热电压v
t
、校准常数c以及发电电流密度j
gen
基本上是
恒定的从而对于可确定的电流密度以及电压点具有恒定的影响。由此可以将至少两个测试的太阳能电池的电流密度相对地进行相互比较。
90.备选地，对于热电压v
t
、校准常数c以及发电电流密度j
gen
可以假设估计值或根据参考测量来确定。
91.公式(1)-(14)总体上基于对待测试的太阳能电池的电特性进行明显简化的假设，不均匀地施加激发辐射的太阳能电池的等效电路图如图1所示。这样做的优点，即，公式(1)-(14)的求解可以在测试装置中以简单的方式实现对太阳能电池进行自动化的质量测试，以实现根据本发明的对太阳能电池进行非接触的质量评估方法的自动化。
92.但申请人的另一个认知是，作为本发明的基础的各项关系不局限于如图1所示的不均匀地施加激发辐射的太阳能电池的模型化的等效电路图。相反，为了提高与质量相关的特征值的计算精度，有利的是，不均匀地施加激发辐射的太阳能电池的等效电路图在其组成部分方面具有更高的细节度并且优选根据图2设计。
93.根据图2的等效电路图与图1的不同之处在于设置两个串联的欧姆电阻3'和3”来替一个代欧姆电阻3。这是考虑到了申请人的以下认知，即，不仅太阳能电池的第一分区带有串联电阻，而且太阳能电池的第二分区也带有串联电阻。与通过根据图1的等效电路图相比，通过根据图2的等效电路图总体上以更高的精度反映太阳能电池的实际电特性。
94.对于通过公式(1)-(11)表达的关系，将根据图1的欧姆电阻3分成欧姆电阻3'和3”没有影响。公式(1)-(11)由此也适用于根据图2对不均匀地施加激发辐射的太阳能电池的特征性进行描述。但对于公式(12)得到根据公式(12')的关系。
95.j
tb1
(v＝vm)＝
–
j0*exp(v
tb1
/v
t
)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(12')
96.与公式(12)相反，根据对应于图2在电阻3'和3”之间存在的电压vm确定电流密度j
tb1
。
97.结合公式(11)，可以将公式(12')转换成公式(13')。
98.j
tb1
(v＝vm)＝
–jgen
/(0.5*(1+φ2/φ1))
ꢀꢀꢀꢀ
公式(13')
99.如果在第一发光测量中在第一分区中测量第一强度并且在第二发光测量中在第二分区中测量第二强度，电压点v这里对应于通过下面给出的公式(14')根据第一和第二强度φ1、φ2表达的电压vm。
100.v＝vm＝0.5*v
t
*{ln(φ1/c)+ln(φ2/c)}
ꢀꢀꢀꢀ
公式(14')
101.在本发明范围内的是，可以基于作为根据图1的等效电路图基础的模型化的假设进行电流密度或电压点的计算。附加地或备选地，可以基于作为根据图2的等效电路图的基础的模型化假设进行用于计算电流密度或电压点的方法。
102.如果根据备选方案b实施第二发光测量，替代公式(5)和(6)根据公式(15)得到在均匀照射时第二强度。
103.φ2＝c*exp(v
oc
/v
t
)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(15)
[0104]voc
表征太阳能电池的端子开路电压。在太阳能电池未接通和均匀照射的当前条件下，发电电流j
gen
对应于太阳能电池的复合电流密度。由此得到发电电流密度j
gen
与饱和电流密度j0之间根据公式(16)所示的关系。
[0105]jgen
＝j
rec
＝j0*exp(v
oc
/v
t
)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(16)
[0106]
通过依照端子开路电压与热电压的比值v
oc
/v
t
转换公式(15)，可以将所得到的项
用于公式(16)中。由此，对于饱和电流密度j0其关系根据公式(17)所示。
[0107]
j0＝j
gen
*c/φ2ꢀꢀꢀꢀ
公式(17)
[0108]
原则上，在根据备选方案b实施第二发光测量时，在第一发光测量期间是在第一分区还是在第二分区中确定第一强度是无关紧要的。但有必要考虑到，两个分区中只有一个分区通过二极管代表，根据对不均匀地施加激发辐射的太阳能电池的模型式假设，该二极管与一个或两个欧姆电阻串联(见对图1和对图2的说明)。
[0109]
由此，只要根据备选方案b实施第二发光测量，则基于申请人的认知得出在确定电流密度时必要的个案区分(fallunterscheidung)。对于下面的说明假设，第一分区可以由二极管4代表，二极管按照根据图2的等效电路图与欧姆电阻3'和3”串联地设置，并且第二分区由二极管5代表。
[0110]
如果在第一发光测量中在第一分区中测量第一强度，通过将根据公式(17)的电流密度j0和根据公式(4)的关系用到公式(12)中，得到根据公式(18)的关系。
[0111]jtb1
(v＝vm)＝-j
gen
*φ1/φ2ꢀꢀꢀꢀ
公式(18)
[0112]
这里j
tb1
是二极管4中的电流的相关电流密度。
[0113]
然而，如果在太阳能电池的第二分区中测量第一强度，则根据公式(19)给出了电流密度的公式关系。
[0114]jtb1
(v＝vm)＝-j
gen
*(1-φ1/φ2)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(19)
[0115]
如在公式(18)所示，v与必须按照公式(20)根据第一强度以及第二强度确定的电压点对应。
[0116]
v＝v
t
*ln(φ1/c)+0.5*vt*ln(φ2/φ
1-1)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(20)
[0117]
在所述方法的一个有利的改进方案中，根据第一面积比确定所述电流密度，所述第一面积比取决于施加激发辐射的第一分区的面积或施加激发辐射的第二分区的面积与太阳能电池的与质量相关的总面积的比值。
[0118]
太阳能电池的与质量相关的总面积可以对应于太阳能电池的总表面(下面称为：总面积)或者仅相当于总面积的例如除太阳能电池的边缘区域以外的特定区域。第一分区中(下面称为：第一分面积)未施加激发辐射的面积和第二分区中(下面称为：第二分面积)未施加激发辐射的面积可以具有不同的尺寸。对于总面积和两个分面积之间的关系适用公式(21)。
[0119]
a＝a1+a2ꢀꢀꢀꢀ
公式(21)
[0120]
这里a是总面积，a1是第一分面积，而a2是第二分面积。在本发明范围内的是，总面积可以划分出另外的分面积。
[0121]
对于第一面积比例f可以示例性地假定如根据公式(22)的关系所示。
[0122]
f＝a2/a
ꢀꢀꢀꢀ
公式(22)
[0123]
如果在第一发光测量中在电源与分别代表第一和第二分区的二极管之间的节点处形成电流平衡，则根据这里作为基础的等效电路图，可以假设存在根据公式(7)的关系。如果公式(7)的电流i
tb1
和i
tb2
表示为电流密度，则分面积a1和a2根据公式(23)纳入电流平衡中。
[0124]
a*j
gen
＝j
tb1
*a1+j
tb2
*a2ꢀꢀꢀꢀ
公式(23)
[0125]
在考虑公式(22)的情况下，得到根据公式(24)的关系。
[0126]jgen
＝j
tb1
*(1-f)/f+j
tb2
ꢀꢀꢀꢀ
公式(24)
[0127]
在考虑由公式(9)-(11)代表的相同关系的情况下，公式(13)、(18)和(19)在考虑第一面积比例的情况下按下面说明的方式改变。
[0128]
如果在根据图1的太阳能电池的等效电路图中通过在二极管4代表的第一分区中测量第一强度，并在通过二极管5代表的第二分区中测量第二强度，则根据按照公式(25)的关系得到电流密度。
[0129][0130]
如果在根据图1的太阳能电池的等效电路图中通过在二极管4代表的第一分区中测量第一强度，并对应于根据备选方案b的第二发光测量来测量第二强度，则得到的电流密度的关系如公式(26)所示。
[0131]
j(v＝v
t
*ln[φ1/c])＝-j
gen
*φ1/φ2*(1-f)/f
ꢀꢀꢀꢀ
公式(26)
[0132]
如果在根据图1的太阳能电池的等效电路图中通过在二极管5代表的第二分区中测量第一强度，并且根据备选方案b对应的第二发光测量来测量第二强度，则得到的电流密度的关系如公式(27)所示。
[0133][0134]
由此，在确定电流密度时可以考虑任意的第一面积比。特别是如果不能确保在多次测量之间第一和第二分面积是相同的或者具有足够恒定的尺寸，则在确定电流密度时提高了精度。
[0135]
如果为了根据公式(25)-(27)确定电流密度，以根据图2的不均匀地施加激发辐射的太阳能电池的模型化假设为基础，则可以得到根据下面说明的公式(25')、(26')和(27')的关系。
[0136]
当在根据图2的太阳能电池的等效电路图中在由二极管4代表的第一分区中测量第一强度并且在由二极管5代表的第二分区中测量第二强度时，根据公式(25')的关系得到电流密度。
[0137][0138]
如果在根据图2的太阳能电池中在由二极管4代表的第一分区中测量第一强度并且按照根据备选方案b的第二发光测量来测量第二强度，则得到的电流密度的关系如公式(26’)所示。
[0139][0140]
如果在根据图2的太阳能电池中在由二极管5代表的第二分区中测量第一强度并且按照根据备选方案b的第二发光测量来测量第二强度，则得到的电流密度的关系如公式(27’)所示。
[0141]
[0142][0143]
在所述方法的一个改进方案中，所述第一分区被设计成至少一个第一条带的形式，并且第二分区被设计成至少一个第二条带的形式，至少所述第一或第二条带是通过对太阳能电池施加激发辐射而进行的投影形成的。
[0144]
在使用至少一个投影的条带的情况下实施所述方法的优点在于，至少所述第一和第二分区的位置和尺寸可以自由定义。由此，可以对不同尺寸和制造阶段的太阳能电池实施本发明提供的方法。
[0145]
为了形成第一和/或第二条带，可以使用投影装置。如果投影装置配备有目标识别装置，则待测试的太阳能电池可以设置在投影装置下方的任意位置处。这里，太阳能电池的位置可通过目标识别装置来识别。基于通过目标识别装置所确定的数据，可以使至少一个条带的位置和尺寸与太阳能电池的位置和尺寸相适配。
[0146]
优选地，第一分区和第二分区可以分别分布在多个条带上，从而例如在遮蔽第一分区和在照射第二分区时能够得到具有交替的强度分布的条带图案。优选地，所述分区分布在三到十五个条带上。
[0147]
如果太阳能电池是在具有金手指或汇流排形式的表面的接通结构的状态下被测试，则条带基本上垂直于金手指且平行于汇流排延伸是有利的。
[0148]
优选f＝0.5，并且激发辐射的强度为100瓦特每平方米，或者f＝0.05，并且激发辐射的强度为1000瓦特每平方米。
[0149]
在所述方法的一个有利的改进方案中，利用光学测量装置、特别是矩阵相机或线阵相机测量太阳能电池的总面积以及优选测量第一分区的面积和第二分区的面积，并且将电流密度j换算成电流强度i，以及将功率密度p＝u*j换算成功率p＝u*i。
[0150]
通过测量太阳能电池的总面积以及第一和第二分区的面积，能够将所确定电流密度换算成非特定面积的电流强度，而无需准确知悉或设置面积比f。
[0151]
光学测量装置、特别是矩阵相机或线阵相机可以被设计成用于，完全自动地识别第一分区和/或第二分区的轮廓和面积。这可以这样来进行，即，所述矩阵相机或线阵相机获取图像数据，将所述图像数据输入内置或外部的计算单元。由于不同的参数组，例如照射强度或照射波长不同，表现为相应不同的灰度值或其他图像参数，可以通过数字图像处理获得分面积的尺寸。如果以投影的条带的形式形成分区，则边缘识别算法能够识别所有存在的条带的边长和宽度从而可以由所述边长和宽度的乘积计算条带各自的面积。
[0152]
由于电流强度是一个特征量，在互连成一个共同模块的太阳能电池之间，仅允许该特征量有很小的波动，因此，确定电流强度是有利的。就是说，如果对多个太阳能电池确定多个电流强度，则这些电流强度可以用于对充分相似的太阳能电池进行分组。确定功率带来优点，因为功率构成太阳能电池的易于解读且易于比较的特征量。
[0153]
在所述方法的一个有利的改进方案中，最晚在第一和第二发光测量之后实施参数变化和/或面积变化，并且除第一和第二发光测量之外实施至少一个第三发光测量，此时测量由太阳能电池发出的发光辐射的第三强度φ3，并且第三发光测量是根据第一发光测量或根据备选方案a或b的第二发光测量实施的，第三发光测量以与第一和/或第二发光测量不同的第五参数组和/或第二面积比f＝f2实施，并且在评估步骤中，确定电流密度曲线、特
别是电流密度-电压特征曲线、优选确定电流-电压特征曲线。
[0154]
申请人对所述方法的这个有利的设计方案的基础的认知在于，通过改变作为第一和/或第二发光测量的基础的至少一个所述参数组和/或第一面积比可以根据至少两个电压点确定电流密度曲线。
[0155]
为此以第三发光测量的形式基本上重复第一和第二发光测量，在第三发光测量中，类似于第一发光测量中的第一强度那样测量第三强度。
[0156]
用第五参数组替代第一和第二发光测量中的至少一个所述参数组。对于这种参数变化存在不同的可能性，这些可能性在下面说明。
[0157]
参数变化的第一种可能性包括改变第一或第二参数组的至少一个参数，从而替代第一或第二参数组得到第五参数组。各参数组中的差别例如可以是激发光谱或照射强度的差别。重要的是，第一或第二参数组不以使第五参数组等同于第一或第二参数组的方式改变。由此，对于任意的参数变化在第三发光测量中都存在不均匀照射的太阳能电池。
[0158]
附加于或备选于参数变化可以进行面积变化。面积变化包括改变对太阳能电池施加激发辐射的第一或第二分区的第一和/或第二分面积。可以通过扩大或减小第一和/或第二分面积来实现面积变化。与确定第一面积比类似，根据公式(22)得出第二面积比。
[0159]
在实施第三发光测量时，在进行参数变化和/或面积变化之后可以确定第三强度。通过参数变化和/或面积变化得出第三强度与第一或第二强度的差别，至少得到可以配设给第一和第二强度以及第三强度的工作点之间的差别。重要的是，第一和第二强度以及第三强度都分配给所测试的太阳能电池的共同的电流密度-电压特征曲线。
[0160]
这个认知可以简单地转化为公式(25)-(27)：通过第一和第二强度确定第一工作点处的电流密度和电压，根据第三强度可以确定另一个工作点的另一个电流密度和另一个电压。根据这两个电流密度和所得到的两个电压，至少可以线性地逼近太阳能电池的电流密度-电压特征曲线。如果在第三发光测量之外重复参数变化和/或面积变化，则可以在另外的工作点处确定另外的电流密度和电压。
[0161]
如下所述，只需再进行一次测量，可以确定另一个质量信息，特别是电流-电压(iv)特征曲线上的另一个点。申请人的一个认知是，原则上第一发光测量和在根据备选方案a或b的第二发光测量中测量的强度可以以彼此为依据来表达。特别是，可以根据两个测得的强度以及这里作为基础的发电电流密度(也是短路电流密度)来表达一个不是实际测得的强度。
[0162]
如果实施第一发光测量在第二分区中测量第一强度，此时适用的是φ1＝φ
tb2
，并且根据备选方案b实施第二发光测量，此时适用的是φ2＝φ
hom
，则根据下面的公式(28)确定第一分区中的强度φ
tb1
。这里，j
gen,tb2
是在第一发光测量时存在于第二分区中的发电电流密度，并且j
gen,hom
是在根据备选方案b在第二发光测量时存在于太阳能电池的第一和/或第二分区中的发电电流密度。
[0163]
φ
tb1
＝(j
gen,tb2
/j
gen,hom
*φ
hom-φ
tb2
)*f/(1-f)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(28)
[0164]
另一方面，如果实施第一发光测量在第一分区中测量第一强度，此时适用的是φ1＝φ
tb1
，并且根据备选方案b实施第二发光测量，此时适用的是φ2＝φ
hom
，则根据下面的公式(29)确定第二分区中的强度φ
tb2
。这里，j
gen,tb2
是在第一发光测量时存在于第二分区中的发电电流密度，并且j
gen,hom
是在根据备选方案b的第二发光测量时存在于太阳能电池的
第一和/或第二分区中的发电电流密度。
[0165]
φ
tb2
＝j
gen,tb2
/j
gen,hom
*φ
hom-φ
tb1
*(1-f)/f
ꢀꢀꢀꢀ
公式(29)
[0166]
如果实施第一发光测量在第一分区中测量第一强度，此时适用的是φ1＝φ
tb1
，并且实施第二发光测量在第二分区中测量第二强度，此时适用的是φ2＝φ
tb2
，则根据下面的公式(30)确定在对太阳能电池均匀地施加激发辐时发光辐射的强度φ
hom
。这里，j
gen,tb2
和j
gen,hom
是在第一发光测量时或在根据备选方案b的第二发光测量时存在于第二分区中的发电电流密度。
[0167]
φ
hom
＝[φ
tb2
+φ
tb1
*(1-f)/f]*j
gen,hom
/j
gen,tb2
ꢀꢀꢀꢀ
公式(30)
[0168]
在实施第三发光测量时，可以根据公式(28)-(30)的关系，确定可查明的质量信息，或者，确定除一个工作点处的单个电流密度之外的其他工作点处的其他电流密度，并且特别是确定电流密度-电压特征曲线和/或电流-电压特征曲线。这优选发生在涉及第三发光测量的有利的改进方案的三个下面说明的变型方案中。
[0169]
根据涉及第三发光测量的所述有利的改进方案的第一变型方案，根据第一发光测量实施第三发光测量，其中在太阳能电池的第一分区中测量第三强度。优选地，根据以不均匀地施加激发辐射的等效电路图为基础来确定iv特征曲线上附加的工作点。在等效电路中，在第一分区没有或仅以可忽略的程度受串联电阻的影响(对应于图1)，此时，使用公式26，使用φ3替代φ1。在根据图2所示的假设等效电路图时，使用公式26'，使用φ3替代φ1。如果实施第一发光测量和根据备选方案a实施第二发光测量，则对于能(自由)选择的j
gen,hom
可以由前两个发光测试测得的强度φ1和φ2根据公式(30)的关系计算φ
hom
，并且将其作为φ2，将j
gen,hom
作为j
gen
在公式(26)或(26')中用于确定另一个工作点。如果根据备选方案b实施第二发光测量(均匀地施加)，这里测得的φ2可以直接用于公式(26)或(26')，以便确定另一个工作点。
[0170]
根据涉及第三发光测量的所述有利的改进方案的第二变型方案，根据第一发光测量实施第三发光测量，此时在太阳能电池的第二分区中测量第三强度。
[0171]
如果根据备选方案a实施第二发光测量(对太阳能电池不均匀地施加激发辐射)，则对于能(自由)选择的j
gen,hom
可以由前两个测得的强度φ1和φ2计算φ
hom
，并且将其作为φ2，将j
gen,hom
作为j
gen
用在公式(27)或(27')中。当假设采用不均匀地施加激发辐射的太阳能电池的根据图1的等效电路图时，使用公式(27)，而当假设采用根据图2的等效电路图时，使用公式(27')。如果根据备选方案b实施第二发光测量(均匀加载)，则此时可以直接将测得的φ2的用于公式(27)或(27')，以便确定另一个工作点。
[0172]
根据涉及第三发光测量的所述有利的改进方案的第三变型方案，根据备选方案b的第二发光测量实施第三发光测量，这里，在均匀地施加激发辐射的太阳能电池的任意位置处测量第三强度。iv特征曲线上的另一个点的计算可以根据公式(26)或(26')(在第一分区中并且在均匀照射下测量)或根据公式(27)或(27')(在第二分区中并且在均匀照射下测量)进行，此时将在第三发光测量中测得的φ3作为φ2。如果与第二分区中的j
gen,tb2
一起在第一分区中测得φ3，则使用公式(26)或(26')，以便确定另一个工作点。如果在第二分区中连同j
gen,tb2
测量φ3，则使用公式(27)或(27')。φ3连同j
gen,tb2
可以分别用在相应的公式中。
[0173]
对于在实施所述方法期间不存在标准测试条件(英文：standard test conditions，stc，即在1000w/m2的强度下，在25℃样品温度下，施加am1.5g光谱)的情况，也
可以指定stc的质量参数、特别是电流密度和电压。通过确定变化的发电电流密度，可以在作为质量信息计算电流密度时考虑发电电流密度的差异的影响。此时特别是公式(26')变换为下面列出的公式(26”)：
[0174][0175]
其中
[0176]
v＝v
t
*ln(φ
tb1
/c)+f*v
t
*ln{j
gen,h
/j
gen,hom
*φ
hom
/φ
tb1-(1-f)/f}-(j
gen,stc
–jgen,tb2
)*v
t
/j
gen,hom
*φ
hom
/φ
tb1
*f*ln{j
gen,h
/j
gen,hom
*φ
hom
/φ
tb1-(1-f)/f}.
[0177]
这里，j
gen,stc
对应于在当前标准测试条件下的发电电流密度。
[0178]
在上述涉及标准测试条件的情况下，公式(27')变换为下面列出的公式(27”)。
[0179]
j(v)＝j
gen,stc-j
gen,hom
*φ
tb2
/φ
hom
ꢀꢀꢀꢀ
公式(27”)
[0180]
其中
[0181]
v＝v
t
*ln(φ
tb2
/c)+v
t
*ln(j
sc,tb2
/j
sc,hom
*φ
hom
/φ
tb2
*f/(1-f)-f/(1-f))*(1-f)*[1+(j
sc,stc
–jsc,tb2
)/(j
sc,tb2-j
sc,hom
*φ
tb2
/φ
hom
)].
[0182]
在本发明的这个有利的改进方案的范围内的是，能够以任意多个参数变化和/或面积变化实施任意多个另外的发光测量，特别是至少一个第四发光测量，以便求得另外的电流密度和电压。因此，除了线性逼近以外也可以用非线性的曲线逼近电流密度-电压特征曲线。
[0183]
通过测量与质量相关的总面积，可以以简单的方式将近似获得的电流密度-电压特征曲线换算成电流-电压特征曲线。利用电流-电压特征曲线可以以简单的方式在特征曲线具有电流(电流强度)和电压的乘积的最大值的点确定为最高功率点。所有特征量和特征曲线都可以纳入所述质量信息。
[0184]
在所述方法的一个有利的改进方案中参数变化包括一个强度变化，从而第五参数组至少一个强度上与第一和/或第二发光测量的至少一个参数组不同，从而至少部分地确定无串联电阻的suns-v
oc
特征曲线，并且根据第一强度和第二或第三强度确定太阳能电池的与面积相关的串联电阻，并且优选根据所述串联电阻和无串联电阻的suns-v
oc
特征曲线确定电流-电压特征曲线。
[0185]
对于所述方法的这个改进方案重要的是，参数变化包括强度变化，从而第五参数组在至少一个照射强度上与第一和/或第二发光测量的至少一个参数组不同。
[0186]
如果附加地以另外的强度变化重复至少一个第四发光测量，则可以确定第四强度并与照射强度相关地将所有测得的强度绘制到同一图形中。由此得到所谓的suns-pl特征曲线，这种特征曲线的获得原则上由“trupke,thorsten&bardos,ra&abbott,malcolm&cotter,j.(2005).suns-photoluminescence:contactless determination of current-voltage characteristics of silicon wafers.applied physics letters.87.10.1063/1.2034109.”已知。
[0187]
如果在实施附加的发光测量时太阳能电池处于端子开路条件下，则可以在考虑根据公式(28)的关系的情况下根据变化的端子开路电压表示第四强度φ
4 。
[0188]
φ4＝c*exp(v
oc
/v
t
)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(28)
[0189]
由于强度与端子开路电压的相关性，通过依据端子开路电压转换公式(28)而以简单的方式将suns-pl特征曲线的强度换算成suns-v
oc
特征曲线。这个特征曲线构成太阳能电池常用的质量信息。
[0190]
申请人作为本发明的这个有利的改进方案的基础的另外的认知在于，可以根据所测得的第一和第二强度确定太阳能电池的串联电阻。
[0191]
作为太阳能电池的串联电阻的基础的欧姆电阻可以根据不均匀地施加激发辐射的太阳能电池的等效电路图来描述。这里适用根据公式(29)的关系。
[0192]rs
＝(v
tb1-v
tb2
)/j
tb1
ꢀꢀꢀꢀ
公式(29)
[0193]
这里rs对应于太阳能电池的与面积相关的串联电阻，而差值(v
tb1-v
tb2
)基于基尔霍夫网孔定律对应于面积相关的串联电阻上的电压降。这里简化地假设，两个分区的面积相同，第一面积比为f＝0.5。在所述方法的这个有利的改进方案的范围内的是，第一面积比f可以具有任意值。
[0194]
根据申请人作为所述方法的这个有利的改进方案的基础的计算，公式(29)右侧的项可以根据第一和第二强度来表达。但这里要考虑的是，在哪个分区中确定第一和第二强度并且根据哪个变型方案执行所述方法。这在下面说明的个案区分中有所体现。
[0195]
如果在太阳能电池的在根据图1或2的等效电路图中用第一二极管4代表的第一分区中确定第一强度，并且在通过第二二极管5代表的第二分区中测量第二强度，则根据公式(30)的关系得出与面积相关的串联电阻。
[0196]rs
＝v
t
/j
gen
*(φ2+φ1)/2/φ1*ln(φ2/φ1)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(30)
[0197]
如果在太阳能电池的在根据图1或2的等效电路图中用第一二极管4代表的第一分区中确定第一强度，并且在均匀照射太阳能电池时通过根据备选方案b的第二发光测量来测量第二强度，则根据公式(31)的关系得出与面积相关的串联电阻。
[0198]rs
＝v
t
/j
gen
*ln(φ2/φ
1-1)/2*(φ2/φ1)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(31)
[0199]
如果在太阳能电池的在根据图1或2的等效电路图中用第二二极管5代表的第二分区中确定第一强度，并且在均匀照射太阳能电池时通过根据备选方案b的第二发光测量来测量第二强度，则根据公式(32)的关系得出与面积相关的串联电阻。
[0200]rs
＝v
t
/j
gen
*ln(φ2/φ
1-1)/2/(φ1/φ
2-1)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(32)
[0201]
由此，在所描述的所有用于实施第一发光测量和实施第二发光测量的备选方案中可以根据第一和第二强度确定串联电阻。
[0202]
为了确定串联电阻，最好是根据公式(30)-(32)估算或通过基准测量对多个测试的太阳能电池确定热电压v
t
和发电电流密度j
gen
。
[0203]
所确定suns-v
oc
特征曲线可以以简单的方式利用所确定的串联电阻换算成电流-电压特征曲线。suns-v
oc
特征曲线首先描述端子开路电压v
oc
与辐射强度e之间的关系。然后，根据以下规则为每个辐射强度e分配一个电流密度j，从而将suns-v
oc
特征曲线换算成电流密度-v
oc
特征曲线。
[0204]
j＝(e-1)*j
gen
ꢀꢀꢀꢀ
公式(33)
[0205]
其中，j
gen
表征发电或短路电流密度。
[0206]
然后，由端子开路电压v
oc
借助于电流密度j和串联电阻rs计算出实际电流-电压特征曲线的相对应的电压v。
[0207]
v＝v
oc
+rs*j
ꢀꢀꢀꢀ
公式(34)
[0208]
所述方法的一个优选的改进方案，附加于第一和第二发光测量，在太阳能电池上进行非接触的反射测量，此时，对太阳能电池施加具有多个波长的激发辐射并且测量由太阳能电池反射的辐射，根据所述反射的辐射确定与波长相关的反射率或光谱反射，并且质量信息是与第一强度、第二强度和光谱反射相关的。
[0209]
所述反射测量涉及一种非接触的方法，在所述方法中，为了在太阳能电池的反射率形式的反射性方面对太阳能电池进行特征描述，仅需要极短的时间。这里光谱反射描述太阳能电池的与波长相关的反射率。通过确定光谱反射可以估计或确定在哪些波长的激发辐射下会发生光学损耗。
[0210]
在最简单的实施例中，所确定的光谱反射作为附加的参数纳入所述质量信息中。在评估步骤中，光谱反射可以与第一和第二强度相结合使用，以便为太阳能电池分配一个质量等级。这种归类可以以简单的方式通过任意的归类规则、例如以表格或数学公式的形式进行。
[0211]
在实施反射测量的方法的一个有利的改进方案中，在评估质量信息时，通过参数化(赋予参数)使一个数学模型与光谱反射、具体而言是与escape反射相适配，并且计算入射到太阳能电池上的激发辐射的与波长相关的发电份额(generationsanteil)并且将所述与波长相关的发电份额与预先规定的激发谱进行数学卷积并且由此确定发电电流密度j
gen
。
[0212]
所述数学模型可以是一个与波长相关的函数方程，所述函数方程能够通过一组参数来描述。在需要时，这个数学模型在需要时可以至少部分对应于任意次的多项式。所述模型也可以具有另外的预定义的函数类型，例如是逻辑或指数函数的形式。根据所确定的与波长相关的光谱反射，对于所述数学模型可以预先规定边界条件，利用所述边界条件可以确定数学模型的参数的具体值或值曲线。由此对所述数学模型进行参数化。由“p.a.basore,"extended spectral analysis of internal quantum efficiency,"conference record of the twenty third ieee photovoltaic specialists conference-1993(cat.no.93ch3283-9),louisville,ky,usa,1993,pp.147-152,doi:10.1109/pvsc.1993.347063.”已知一种数学模型，所述数学模型特别适合于对光谱反射进行逼近。
[0213]
根据参数化的数学模型，可以确定入射到太阳能电池上的辐射的与波长相关的发电份额。以这样的处理方式为基础，所述处理方式由“fell,andreas&wirtz,wiebke&hannes&greulich,johannes.(2019).determining the generation rate of silicon solar cells from reflection and transmission measurements by fitting an analytical optical model.3037-3041.10.1109/pvsc40753.2019.8980730.”已知。
[0214]
通过对与波长相关的发电份额与在反射测量中对太阳能电池施加激发辐射所依据的光谱进行卷积，可以以简单的方式确定发电电流密度。激发谱优选对应于一个预先规定的光谱，优选对应于至少部分地对应于太阳光谱的am1.5光谱。由此，在反射测量中可以设置在太阳能电池的实际现场运行中可能存在的照射条件。激发辐射由发光器件产生，这里不同类型发光器件可以产生不同的激发谱。激发谱的特性由此可以通过选择发光器件来影响。同样在所述有利的改进方案的范围内的是，特别是在未充分了解发光器件的规格时，
假设、估计或通过摄谱术来确定所述激发谱。
[0215]
所述发电电流密度一方面可以纳入所述质量信息，但另一方面也可以用于确定电流密度。由此，在计算作为太阳能电池的质量信息的电流密度时，不是根据估计的发电电流密度，而是根据精确确定的发电电流密度进行计算的。
[0216]
在所述方法的一个有利的改进方案中，在反射测量时，至少部分地通过积分球生成激发辐射和/或检测反射辐射。由光谱仪至少检测反射辐射并且输出光谱反射，在评估步骤中，该光谱反射与激发辐射的激发谱进行数学卷积，以确定反射的光子通量，从而所述质量信息与反射的光子通量相关。
[0217]
在当前情况下，所述积分球构成一种装置，这种装置一方面部分用于产生对太阳能电池漫射的照射和/或另一方面可以用于检测反射辐射。所述积分球包括空心球，所述空心球具有光入口和光出口，所述光入口和光出口通常设置成相互成直角。所述空心球的内侧涂覆有漫反射的表面，例如用硫酸钡或聚四氟乙烯涂覆。
[0218]
如果所述积分球至少部分地用于产生用于在太阳能电池上进行反射测量的激发辐射，则将辐射源设置在积分球的光入口的前面。辐射源产生光束，该光束进入积分球，在积分球的内侧上发生多次反射并且作为漫射的激发辐射通过出口射出。所述出口指向太阳能电池的方向，激发辐射在太阳能电池上发生反射，以用于反射测量。
[0219]
如果所述积分球至少部分地用于检测反射辐射，所述积分球的光入口指向太阳能电池的方向，从而反射辐射进入积分球并通过所述光出口离开积分球。
[0220]
在本发明的范围内，同一积分球至少部分地既用于产生激发辐射，也用于检测反射辐射。在这种情况下，所说明的开口分别同时用作入口和出口。
[0221]
所述光谱仪既可以用于确定激发谱，也可以用于确定光谱反射。通过对激发谱和光谱反射的卷积可以以简单的方式确定反射光子通量。除了已描述的太阳能电池的质量相关的特征量之外，还可以将所述光子通量纳入所确定的质量信息中。
[0222]
在反射测量的一个有利的改进方案中，至少部分地通过至少一个二极管、优选是通过具有多个二极管的穹顶灯生成激发辐射。光学测量装置检测反射辐射，利用所述反射辐射确定光谱反射。通过对光学测量装置的校准根据光谱反射来确定反射的光子通量。
[0223]
所述二极管是发光二极管(led)。所述发光二极管可以设计成单色或多色的。同样可以设置多个led，这些led被分别设计成用于，产生一个或多个波长的激发辐射。通过适当地操控二极管，可以以简单的方式调整激发辐射的激发谱，从而不必用光谱仪或类似的测量装置检测激发辐射。替代于此，可以将激发谱设计成可调的量。
[0224]
可以将多个led设置在穹顶灯之内。类似于积分球的结构，所述穹顶灯包括半壳，所述半壳在其凹形的内侧上具有漫反射的表面。在所述半壳的边缘上可以设置多个led，利用这些led照亮半壳的内侧。通过漫反射可以大面积地对太阳能电池施加一个或多个确定波长的激发辐射。
[0225]
所述光学测量装置可以紧邻地设置在led附近或在穹顶灯之内设置在空心壳的缺口部分中。所述光学测量装置可以设计成线阵或矩阵相机。有利地是，在实施发光测量时用相同线阵或矩阵相机来确定第一和第二分面积。
[0226]
所述光学测量装置设计成用于检测反射辐射。通过与led和/或穹顶灯的同步操控特别是可以根据波长检测反射辐射。这里，可以确定反射辐射的强度。在已知照射强度时，
例如可以通过同时照射和检测白或灰色标准件来确定，可以与反射辐射强度一起确定光谱反射。
[0227]
通过对光学测量装置进行校准，可以根据光谱反射得出反射光子通量。
[0228]
使用用于确定光谱反射和/或反射光子通量的光学测量装置的优点是，结合数字图像处理，可以使用易于配置的光学测量技术得出太阳能电池的质量信息。
[0229]
在所述方法的一个有利的改进方案中，所述参数变化包括至少一个波长变化，从而在第三发光测量中的第五参数组在至少一个波长上、优选在一个波长范围上与第一和第二发光测量的至少一个参数组不同。在评估步骤中，根据相对外量子效率(reqe)和光谱反射计算与波长相关的绝对内量子效率(aiqe)，对于至少一个已变化的波长，优选对于已变化的波长范围、特别是优选对于600至800nm之间的波长范围预先规定绝对内量子效率的值，所述值优选是1＝100％的值，并且优选从绝对内量子效率出发确定绝对外量子效率，优选根据所述绝对外量子效率确定发电电流密度。
[0230]
通过基本已知的方式在对太阳能电池不均匀地施加激发辐射的第一或第二发光测量时得相对外量子效率。这是由“k.o.davis et al.:electroluminescence excitation spectroscopy:a novel approach to non-contact quantum efficiency measurements；2017 ieee 44th photovoltaic specialist conference(pvsc),washington,dc,2017,pp.3448-3451,doi:10.1109/pvsc.2017.8366170.”已知的。这里，有利的是，第一分面积被遮蔽，而第二分面积用大于0w/m2的强度照射，并且在第一分面积中确定第一或第二强度。由此，对于已知的波长首先可以通过第一或第二发光测量根据第一波长确定相对外量子效率。
[0231]
根据所述方法的这个有利的改进方案，根据已描述的方式进行参数变化，此时，至少改变第一、第二、第三或第四参数组的波长。由此得出第五参数组，所述第五参数组在实施第三发光测量时替代波长发生改变的参数组。参数变化的可能性已经参考用于实施第三发光测量的基本可能性进行了说明并且这些可能性类似地对于波长变化适用。
[0232]
波长变化使得，与第一或第二强度相比，至少在另外的波长下测量第三强度。由此，可以根据第三强度确定另一个相对外量子效率。由此得出与波长相关的相对外量子效率。
[0233]
与波长相关的相对外量子效率可以通过除以与光谱反射相关的特征值换算成与波长相关的相对内量子效率。
[0234]
根据与波长相关的相对内量子效率可以确定绝对内量子效率，其方式是，假设与至少一个波长或波长范围相关的相对内量子效率为100％。这涉及申请人关于所述方法的这个有利的改进方案的一个重要认知。
[0235]
利用所描述的关于相对内量子效率的假设，可以将所述相对内量子效率线性地换算成绝对内量子效率。通过利用与光谱反射相关的特征值重新进行换算，可以由所述绝对内量子效率推断出绝对外量子效率。
[0236]
所述绝对外量子效率构成可以纳入所测试的太阳能电池的质量信息的参数。优选可以根据绝对外量子效率和公式(35)确定短路电流密度j
sc
或发电电流密度j
gen
。
[0237]
[0238]
这里是入射到太阳能电池上的光子通量，并且eqe(λ)是所确定的绝对外量子效率。入射到太阳能电池上的光子通量可以是根据am1.5光谱进行估算的或例如是通过监控二极管确定的。由此可以精确地确定发电电流密度j
gen
，并且将其用于确定电流密度，所述电流密度优选可以构成一种质量信息。
[0239]
在所述方法的另一个设计方案中，在评估步骤中对质量信息的评估使用模型方程和/或预测模型，以便确定质量信息。
[0240]
模型方程是一种映射规则，所述映射规则至少根据第一强度和第二强度输出抽象的质量信息、例如质量水平或质量等级，和/或具体的质量信息，例如电流密度或功率。所述映射规则例如可以通过多项式来表达。所述多项式可以具有基本上任意的通过一组数据确定的形式。在实施所述用于质量评估的方法之前，可以通过实施例如根据全因子试验计划的试验和接下来的回归测试(regression)确定所述参数。
[0241]
预测模型可以完全或部分基于机器学习算法、经验预测模型，如人工(卷积)神经网络来确定。与模型方程的参数化类似，所述预测模型例如通过监督学习(训练)来确定。与模型方程不同的是，不必预先规定预测模型的结构，而是可以基于监督学习独立得到所述结构。
[0242]
经验预测模型优选基于分别由一个输入和一个质量参数组成的测量对，所述质量参数优选表征太阳能电池的质量信息。所述预测模型具有自己的模型参数，所述模型参数反映质量信息与所述输入的相关性。在学习阶段，这样来优化所述模型参数，使得所述模型参数允许根据所述输入实现对质量参数尽可能精确的预测。这里，通过例如梯度下降法等数值方法减小预测误差。据此训练得到的模型可以根据输入计算出质量参数。同样可以将分析模型集成到计算过程中。
[0243]
所述预测模型可以由在一个或多个质量信息方面进行优化的一个纯学习模型组成。总模型优选由学习模型组成或学习模型与分析模型组成。这里，这些模型的输出和中间计算可以用作另外的模型的输入。这些输出本身可以是优选表征质量信息并且用于模型优化的质量参数。总模型和所有子模型的参数可以基于质量参数的预测结果的偏差来优化。所述子模型优选设计成用于，计算继续用于总模型的后续步骤的物理量。此外，潜在的模型参数也可以作为输入参数纳入后续模型的计算步骤。各模型也可以共用相同的参数。各测量数据可以在处理之前或中间计算之后例如通过数据关联或数学演算相互关联。
[0244]
经验模型优选由分析模型或模拟模型导出。这具有快速计算以及通过可推导函数进行描述的优点。为此可以在控制点处对分析模型或模拟模型进行分析评估并且用函数对所述数据进行拟合。这种处理方式例如由wasmer,sven,andreas a.brand,和johannes m.greulich.的"metamodeling of numerical device simulations to rapidly create efficiency optimization roadmaps of monocrystalline silicon perc cells."energy procedia 124(2017):207-214.已知。模型函数可以包含校准参数，这些参数可以在训练模型时进行调整。
[0245]
至少第一和第二发光测量的顺序的选择以及这里所使用的参数组的参数的配置、例如遮蔽的位置可以根据模型的预测精度进行优化。
[0246]
本发明还涉及一种用于对太阳能电池进行非接触的质量评估的装置，所述装置具有第一测量配置和第二测量配置，所述装置在第一测量配置中被设计成用于，遮蔽所述太
阳能电池的第一分区或通过辐射源根据第一参数组对所述第一分区施加激发辐射，并且根据与第一参数组不同的第二参数组对太阳能电池的第二分区施加激发辐射并通过探测装置在第一分区中或在第二分区中测量由所述太阳能电池发出的发光辐射的第一强度，并且所述装置在第二测量配置中被设计成用于，利用辐射源根据与第一参数组不同的第三参数组对太阳能电池的第二分区施加激发辐射并遮蔽太阳能电池的第一分区或用根据第一参数组对所述第一分区施加激发辐射，并通过探测装置在相对于第一测量配置相应另外的分区中测量第二强度，或者所述装置在第二测量配置中被设计成用于，通过辐射源在第一和第二分区中根据第四参数组对太阳能电池均匀地施加激发辐射，并且所述探测装置被设计成用于，在第一分区和/或第二分区中测量第二强度，所述探测装置与计算单元利用信号技术连接，所述计算单元被设计成用于，根据第一强度和第二强度确定质量信息。
[0247]
所述质量评估的装置有利地被设计成用于，实施根据本发明的方法。在一个有利的改进方案中，所述装置具有这样的器件，所述器件设计成用于实施根据本发明的方法的一个或多个有利的改进方案。
附图说明
[0248]
根据本发明的方法和根据本发明的装置的其他优选特征和实施形式下面参考实施例和附图说明。这些实施例仅是本发明示例性的设计方案，且不是限制性的。
[0249]
其中：
[0250]
图1示出不均匀地施加激发辐射的太阳能电池的第一等效电路图；
[0251]
图2示出不均匀地施加激发辐射的太阳能电池的第二等效电路图；
[0252]
图3示出用于对太阳能电池进行质量评估的装置的第一测量配置；
[0253]
图4示出用于对太阳能电池进行质量评估的装置的第二测量配置；
[0254]
图5示出在质量评估期间太阳能电池的两个制造阶段；
[0255]
图6示出均匀地施加激发辐射的太阳能电池的等效电路图；
[0256]
图7示出用于对太阳能电池进行质量评估的装置的第三测量配置；
[0257]
图8示出用于对太阳能电池进行质量评估的装置的第四测量配置。
具体实施方式
[0258]
图1示出未接通和不均匀地照射的太阳能电池1的等效电路图。这个等效电路图基于模型化的假设，即，太阳能电池1具有带有pn结的掺杂的半导体结构，从而在光线入射时产生电流量(stromfluss)i
sc,h
。这通过电源2表示，电源输出具有作为其基础的短路电流密度j
sc
(也称为发电电流密度：j
gen
)的电流i
sc
。
[0259]
太阳能电池1具有与面积相关的串联电阻，串联电阻在不均匀照射的太阳能电池的等效电路图中通过欧姆电阻3代表。
[0260]
在所示出的等效电路图中，太阳能电池的第一分区被遮蔽，从而太阳能电池在这个区域中用近似为0瓦特每平方米的激发辐射强度照射。太阳能电池的第二分区施加有强度大于0瓦特每平方米的激发辐射。
[0261]
由于照射强度的差别，产生从太阳能电池的第二分区进入太阳能电池的第一分区中的电流。这里，第一二极管4至少部分地代表太阳能电池的第一分区，并且二极管5至少部
分地代表太阳能电池的第二分区。
[0262]
根据以图1所示的等效电路图为基础的模型化的假设，所产生的电流i
sc,h
流向等效电路图的节点6，在这个节点处电流分配到第一和第二分区上。
[0263]
电流量i
sc,h
的流动通过二极管4的部分具有电流强度i
dd
，这个电流强度取决于二极管4中的电流密度j
dd
和被遮蔽的第一分区的面积ad。这里适用公式(36)。
[0264]idd
＝ad*j
dd
ꢀꢀꢀꢀ
公式(36)
[0265]
对于电流密度j
dd
适用公式(37)。
[0266]jdd
＝j0*exp(vd/v
t
)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(37)
[0267]
根据公式(37)，j0是二极管的饱和电流密度，v
t
是太阳能电池的热电压，并且vd是施加在太阳能电池被遮蔽的分区中的电压。
[0268]
针对太阳能电池的通过二极管5代表的被照射的部分，对于电流适用公式(38)所示的关系，其中，i
dh
是通过第二二极管的电流的电流强度，ah是施加激发辐射的第二分区的面积，并且j
dh
是电流i
dh
的电流密度。
[0269]idh
＝ah*j
dh
ꢀꢀꢀꢀ
公式(38)
[0270]
对于电流密度j
dh
适用公式(39)。
[0271]jdd
＝j0*exp(vd/v
t
)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(39)
[0272]
这里，j0是二极管的饱和电流密度，v
t
是太阳能电池的热电压，并且vh是施加在太阳能电池被照射的分区中的电压。
[0273]
为了确定太阳能电池1的质量，在实施第一发光测量和第二发光测量的情况下测量太阳能电池的第一强度和太阳能电池的第二强度。这里，第一种可能性在于，在第一发光测量或第二发光测量中利用不均匀照射的太阳能电池实现第一强度和第二强度的测量。
[0274]
图2还示出不均匀照射的太阳能电池1的等效电路图。图2所示的等效电路图与图1所示的等效电路图类似，但与其的区别在于，在图2中设置两个串联的欧姆电阻3'和3”来代替图1中的一个欧姆电阻3。这归因于申请人的以下认知：不仅太阳能电池的第一分区是带有串联电阻的，而且太阳能电池的第二分区也是带有串联电阻的。总体而言，图2所示的等效电路图与图1所示的等效电路图相比具有更高的细节度，因此，与图1所示的等效电路图相比图2所示的等效电路图更能代表太阳能电池的实际电特性。
[0275]
图3示出第一测量配置7，利用第一测量配置7同时进行第一发光测量和第二发光测量。此时，通过照射装置8利用激发辐射9在第二分区中照射太阳能电池1，第二分区的面积与图1或图2所示的分区的面积ah相对应。此外，太阳能电池在另一个第一分区中用截锥体10遮蔽，在第一分区中设置第一ingaas光电二极管11形式的探测器。在照亮的分区中设置第二ingaas光电二极管12。
[0276]
在所示第一测量配置7中，第一分区的面积ad与太阳能电池的总面积相比具有比例1-f，这个比例可以以较为简单的方式通过截锥体10的尺寸来改变。
[0277]
通过对太阳能电池1施加激发辐射，在太阳能电池的第一以及第二分区的面积ad和ah中都会发出发光辐射。这里，在第一分区中可以测量第一强度φ1，而在第二分区中可以测量第二强度φ2。第一强度φ1由第一ingaas光电二极管11测量，并且第二强度φ2由第二ingaas光电二极管12测量。
[0278]
基于图2所示的对不均匀照射的太阳能电池的模型化假设，可以根据所测得的强
度φ1和φ2、面积比f和短路电流密度j
sc
按照公式(40)确定电流密度-电压特征曲线的电流密度j和电压v。
[0279][0280][0281]
短路电路密度j
sc
(也称为发电电流密度j
gen
)这里可以对应于估算值或通过未示出的附加说明的反射测量确定。在面积ah和ad相同时，在公式(40)中面积比f为0.5。
[0282]
图4示出一个备选的测量配置13，在这个测量配置中，也如在第一测量配置7中那样在一个测量步骤中同时进行第一发光测量和第二发光测量。
[0283]
与第一测量配置7不同，测量配置13包括投影装置14，利用投影装置14可以将太阳能电池分割成多个分区。特别地，第一分区的面积ad可以分成多个分面积a
d1-a
d3
，并且第二分区的面积ah可以分成多个分面积a
h1-a
h4
。
[0284]
对于所示出的实施例，重要的是，在由a
d1-a
d3
组成的投影的分区内施加具有共同参数组的激发辐射，而在投影的分面积a
h1-a
h4
内施加具有另一参数组的激发辐射。由此在太阳能电池中产生电流，电流根据参考图1和2的实施例在第一和第二分区的面积ad和ah以及各自的分面积之间流动。
[0285]
矩阵相机或线阵相机(zeilenkamera)15被设计成用于检测太阳能电池1的总面积。这里通过集成的处理器(未示出)分别确定分面积a
d1-a
d3
以及a
h1-a
h4
的大小。同样地，矩阵或线阵相机15还被设计成用于，测量强度φ1和φ2。在考虑公式(40)的情况下，矩阵相机或线阵相机15也可以根据第一和第二强度以及面积比f确定电流密度。此时，通过确定面积，可以将这里确定的电流密度换算成电流i。
[0286]
投影装置14可以灵活的调整用于照射太阳能电池1以及各自的分面积a
d1-a
d3
和a
h1-a
h4
的参数。这种灵活的调整方式特别是在太阳能电池1不同的制造阶段中是有利的。这对第一和第二发光测量的影响如图5所示。
[0287]
图5示例性示出了根据测量配置13对太阳能电池1进行测量的方法的示意图，对应于两个制造阶段太阳能电池1可以以太阳能电池1a或太阳能电池1b的形式存在。
[0288]
太阳能电池1a在其表面上具有多个所施加的金手指(metallisierungsfingern)16。这些金手指用于导出所产生的电流。与图3不同的是，投影的分面积ah分成五个分段a
h1-a
h5
。投影的分面积ad分成六个分段a
d1-a
d6
。在所示出的布置方式中，得到一种条带图案，条带图案通过所有分段的总和形成。金手指16横向于所有投影的分段a
h1-a
h5
和a
d1-a
d6
延伸。
[0289]
太阳能电池1b在其表面上除了金手指16还具有五个汇流排17。与对太阳能电池1a的质量检测不同，在对分面积ad和ah进行投影分段时，要考虑汇流排的位置。汇流排的位置一方面影响分区的数量，并且另一方面影响分区的位置，从而分面积ad具有三个分段a
d1-a
d3
，这些分段以平行于汇流排17的条带的形式延伸。分面积ah也包括三个条状的分段a
h1-a
h3
，这些分段同样以平行于汇流排17的条带的形式延伸。每一个分段在侧向分别由两个汇流排17限定。如此，具有如下优点，太阳能电池1内部的电流实现了在汇流排17上注入或提取载流子。
[0290]
作为根据图1至图5描述的质量评估的备选方案，可以在均匀地施加激发辐射的情况下测试太阳能电池。这里所需的评估步骤以向太阳能电池均匀地施加激发辐射的模型式
假设为基础，这种太阳能电池在其等效电路图上与图1和2所示的等效电路图不同。这可以在图6中看出。
[0291]
用电源2表示在对太阳能电池1均匀地施加激发辐射时被照射的区域。电源2的电流由此反映了发电电流，发电电流是在太阳能电池中通过吸收激发辐射和载流子分离产生的。第三二极管18与电源2并联。
[0292]
尽管在太阳能电池1的电极上存在电压、即所谓的端子开路电压v
oc
(也称为：开路电压)，但没有外部的电流流动。在太阳能电池中通过吸收激发辐射产生的载流子对基本上在相同的位置处复合，从而在忽略明显的局部缺陷的情况下，在端子开路条件下，没有或仅有电流强度很小的电流在太阳能电池中流动。这里利用流动通过第三二极管18的电流id表示。这里电流id具有电流密度jd。
[0293]
由于假设在太阳能电池的电极之间没有电流流动，且第三二极管18和电压2的并联，发电电流i
sc
非常近似于全部流动通过第三二极管18。这意味着，电流i
sc
的载流子在太阳能电池1被照射的区域中发生复合。这通过电流密度为jd的流动通过第三二极管18的二极管电流id来表示。
[0294]
为了确定太阳能电池的质量，对太阳能电池均匀地施加激发辐射是重要的，因为第一发光测量可以利用不均匀照射的太阳能电池实施，而第二发光测量能在均匀照射太阳能电池时实施。在图7和8中示出这可以如何实现。
[0295]
图7示出一个测量配置19，在这个测量配置中，在第一子配置19a或第二子配置19b中分别实施第一发光测量和第二发光测量。
[0296]
第一子配置19a在结构上与图3所示的测量配置7具有高相似性。与测量配置7不同的是，第一子配置19a仅具有一个ingaas光电二极管11，ingaas光电二极管11设置在截锥体10中。通过向太阳能电池1施加激发辐射9产生电流，从而导致太阳能电池在被截锥体遮蔽的分面积ad中发光。与太阳能电池的总面积相比，得到面积比f。通过ingaas光电二极管11测量发光的第一强度φ1。
[0297]
在测量第一强度φ1之后，将截锥体10连同ingaas光电二极管11移除，并且用第二ingaas光电二极管12替代。由此得到测量配置19b。在该测量配置中，太阳能电池1在整个表面上受到激发辐射9，并且由此太阳能电池1被均匀地照射。通过第二ingaas光电二极管12测量此时产生的发光辐射的第二强度φ2。
[0298]
电流的电流密度和电流密度-电压特征曲线的电压可以按照公式(41)根据测得的第一强度和第二强度确定。
[0299][0300]
短路电流密度j
sc
(也称为发电电流密度j
gen
)可以类似于涉及公式(40)的实施形式对应于估计值或通过未示出的附加实施的反射测量确定。在面积ah和ad大小相同时，在公式(41)中，面积比f公式为0.5。
[0301]
图8示出另一个测量配置20，在这个测量配置中，在第三子配置20a或第四子配置20b中分别实施第一发光测量和第二发光测量。
[0302]
第三子配置20a在结构上同样与图3所示的测量配置7具有高相似性。与测量配置7不同的是，第三子配置20a仅具有一个ingaas光电二极管12，ingaas光电二极管12设置在不
均匀地施加激发辐射的太阳能电池的被照射区域中。
[0303]
在第三子配置20a中，太阳能电池在一个区域中通过荫罩21遮蔽。
[0304]
通过对太阳能电池1施加激发辐射9而产生电流，该电流导致太阳能电池在分面积ah中发光。通过ingaas光电二极管12测量发光的第一强度φ1。
[0305]
在第四子配置20b中，移除荫罩21，并且通过照射装置8对太阳能电池均匀地施加激发辐射9。这里，可以在太阳能电池的任意区域中测量第二强度φ2。
[0306]
采用公式(42)所示的关系计算电流密度和电压。
[0307][0308]
独立于所示出的各实施例，可以在改变用于生成激发辐射的参数的情况下重复图1-8中所描述的测量原理。
[0309]
除了所描述的在一个工作点处确定电流密度和电压以外，这还允许在相应多个工作点处确定多个电流密度和电压。
[0310]
由此，可以确定至少一个电流密度-电压特征曲线。附加地，除了实施第一和第二发光测量以外，还可以实施至少一个反射测量。与可确定的、与波长相关的、光谱反射形式的反射率相结合，可以确定太阳能电池的发电电流密度j
gen
以及其他质量参数。

技术特征：
1.一种用于对太阳能电池(1)进行非接触的质量评估的方法，在所述方法中，实施第一发光测量，其中，按照第一参数组对所述太阳能电池(1)的第一分区施加激发辐射，并且按照与所述第一参数组不同的第二参数组对所述太阳能电池(1)的第二分区施加激发辐射，并在所述第一分区或所述第二分区中测量由所述太阳能电池(1)发出的发光辐射的第一强度(φ1)，实施至少一个第二发光测量，此时测量由所述太阳能电池(1)发出的发光辐射的第二强度(φ2)，其中，根据备选方案a，按照所述第一参数组对所述太阳能电池(1)的所述第一分区施加激发辐射，并且按照与所述第一参数组不同的第三参数组对所述太阳能电池(1)的所述第二分区施加激发辐射，并且在所述第一发光测量时未测量第一强度(φ1)的分区中测量第二强度(φ2)，根据备选方案b，在所述第一分区和所述第二分区中按照第四参数组对所述太阳能电池(1)均匀地施加激发辐射，并且在所述第一分区和/或所述第二分区中测量第二强度(φ2)，并且在评估步骤中根据所述第一强度(φ1)和所述第二强度(φ2)确定质量信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一发光测量包括第一单一测量，在所述第一单一测量中在所述第一分区或所述第二分区中与位置无关地测量第一强度，并且所述第二发光测量包括第二单一测量，在所述第二单一测量中，根据备选方案a在未测量所述第一强度的分区中与位置无关地测量所述第二强度，或根据第二备选方案b在所述第一分区和/或所述第二分区中与位置无关地测量所述第二强度，所述第一强度和所述第二强度分别作为与位置无关的强度值存在，并且所述质量信息被确定为整个所述太阳能电池的与位置无关的质量信息。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一参数组包括第一照射强度，并且所述第二参数组和/或所述第三参数组和/或所述第四参数组各自包括至少一个第二照射强度，并且所述第一照射强度与所述第二照射强度不同，所述第一照射强度优选为0瓦特每平方米，从而在所述第一发光测量时和在根据所述备选方案a的所述第二发光测量时所述第一分区未被照射，特别是被遮蔽，并且所述第二照射强度大于30瓦特每平方米、更为优选地大于50瓦特每平方米、最优选地大于1000瓦特每平方米。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述评估步骤中，确定所述太阳能电池的一个工作点处的电流密度(j)和/或电压(v)，所述电流密度(j)和所述电压(v)与所述第一强度(φ1)和/或所述第二强度(φ2)相关。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据第一面积比(f)确定所述电流密度(j)和/或所述电压(v)，所述第一面积比取决于施加激发辐射的所述第一分区的面积(a
d
)或施加激发辐射的所述第二分区的面积(a
h
)与所述太阳能电池(1)的与质量相关的总面积(a)的比值。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一分区被设计成至少一个第一条带的形式，并且所述第二分区被设计成至少一个第二条带的形式，至少所述第一条带或所述第二条带是通过对所述太阳能电池施加激发辐射而进行的投影形成的。7.根据权利要求4、5或6所述的方法，其特征在于，利用光学测量装置(11、12)、特别是
矩阵相机或线阵相机(15)测量所述太阳能电池的所述总面积(a)以及优选测量所述第一分区的面积(a
d
)和所述第二分区的面积(a
h
)，并且将所述电流密度(j)换算成电流强度(i)，以及将功率密度(p)换算成功率(p)。8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，最晚在所述第一和所述第二发光测量之后实施参数变化和/或面积变化，并且除所述第一发光测试和所述第二发光测量之外实施至少一个第三发光测量，此时测量由所述太阳能电池(1)发出的发光辐射的第三强度φ3，并且所述第三发光测量是根据所述第一发光测量或根据备选方案a或b的所述第二发光测量实施的，使用与所述第一发光测量和/或所述第二发光测量不同的第五参数组和/或第二面积比实施所述第三发光测量，并且在评估步骤中，确定电流密度曲线、特别是电流密度-电压特征曲线、优选确定电流-电压特征曲线、最优选地确定最大功率点，并将这些信息纳入所述质量信息中。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述参数变化包括至少一个强度变化，从而所述第五参数组在至少一个强度上与所述第一发光测量和/或所述第二发光测量的至少一个参数组不同，从而至少部分地确定无串联电阻的suns-v
oc
特征曲线，并且根据所述第一强度和所述第二强度或所述第三强度确定所述太阳能电池的与面积相关的串联电阻，并且优选根据所述串联电阻和无串联电阻的suns-v
oc
特征曲线确定电流-电压特征曲线。10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，附加于所述第一和所述第二发光测量，在太阳能电池(1)上进行非接触的反射测量，此时，对太阳能电池施加具有多个波长的激发辐射并且测量由所述太阳能电池反射的辐射，根据所述反射的辐射确定与波长相关的反射率或光谱反射，并且在评估步骤中根据所述第一强度、所述第二强度和所述光谱反射确定质量信息。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在评估所述质量信息时，通过参数化使一个数学模型与光谱反射相适配，并且计算入射到所述太阳能电池上的激发辐射的与波长相关的发电份额，并且将所述与波长相关的发电份额与激发谱进行数学卷积并且由此确定发电电流密度j
gen
。12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在反射测量时，至少部分地通过积分球生成激发辐射和/或检测反射辐射并且由光谱仪至少检测反射辐射并且输出光谱反射，在评估步骤中所述光谱反射与所述激发辐射的激发谱进行数学卷积，以确定反射的光子通量，从而所述质量信息是与所述反射的光子通量相关的。13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，在反射测量中，至少部分地通过二极管、优选通过具有多个二极管的穹顶灯生成激发辐射，并且光学测量装置优选是根据权利要求7所述的光学测量装置检测反射辐射，利用所述反射辐射确定所述光谱反射，并且通过校准光学测量装置来确定反射的光子通量。14.根据权利要求8和权利要求10至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述参数变化包括至少一个波长变化，从而在所述第三发光测量中所述第五参数组在至少一个波长上、优选在一个波长范围上与所述第一发光测量和所述第二发光测量的至少一个参数组不同，并且在评估步骤中，根据相对外量子效率(reqe)和光谱反射计算与波长相关的绝对内量子效率(aiqe)，对于至少一个已变化的波长，优选对于已变化的波长范围预先规定绝对内量子效率的值，并且优选从所述绝对内量子效率出发确定绝对外量子效率，根据所述绝
对外量子效率优选确定发电电流密度。15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在评估步骤中对质量信息的评估使用模型方程和/或预测模型，以便确定质量信息。16.一种用于对太阳能电池(1)进行非接触的质量评估的装置，所述装置具有第一测量配置(7、13、19、20)和第二测量配置(7、13、19、20)，所述装置在第一测量配置(7、13、19、20)中被设计成，遮蔽所述太阳能电池(1)的第一分区或通过辐射源根据第一参数组对第一分区施加激发辐射，并且根据与所述第一参数组不同的第二参数组对所述太阳能电池(1)的第二分区施加激发辐射，并通过探测装置(11、12)在所述第一分区中或在所述第二分区中测量由所述太阳能电池(1)发出的发光辐射的第一强度(φ1)，并且所述装置在第二测量配置中被设计成用于，利用所述辐射源根据与所述第一参数组不同的第三参数组对太阳能电池(1)的所述第二分区施加激发辐射，并且遮蔽所述太阳能电池(1)的所述第一分区或根据所述第一参数组对所述第一分区施加激发辐射，并通过所述探测装置(11、12)在相对于所述第一测量配置相应另外的分区中测量第二强度(φ2)，或者所述装置在所述第二测量配置中被设计成用于，通过所述辐射源在所述第一分区和所述第二分区中根据第四参数组对所述太阳能电池(1)均匀地施加激发辐射，并且所述探测装置(11、12)被设计成用于，在所述第一分区和/或所述第二分区中测量第二强度，并且所述探测装置(11、12)与计算单元利用信号技术连接，所述计算单元被设计成用于，根据所述第一强度和所述第二强度确定质量信息。

技术总结
本发明涉及一种用于对太阳能电池(1)进行非接触的质量评估的方法，在所述方法中，实施第一发光测量，其中，按照第一参数组对太阳能电池(1)的第一分区施加激发辐射，并且按照与第一参数组不同的第二参数组对太阳能电池(1)的第二分区施加激励辐射，并在第一分区或第二分区中测量由太阳能电池(1)发出的发光辐射的第一强度(Φ1)，实施至少一个第二发光测量，此时测量由太阳能电池(1)发出的发光辐射的第二强度(Φ2)，其中，根据备选方案A，按照第一参数组对太阳能电池(1)的第一分区施加激发辐射并根据与第一参数组不同的第三参数组对太阳能电池(1)的第二分区施加激发辐射，并且在第一发光测量中未测量第一强度(Φ1)的分区中测量第二强度(Φ2)，或者，根据备选方案B，根据第四参数组在第一和第二分区中对太阳能电池(1)均匀地施加激发辐射，并且在第一分区和/或第二分区中测量第二强度(Φ2)，并且在评估步骤中根据第一强度(Φ1)和第二强度(Φ2)确定质量信息。信息。信息。


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：弗劳恩霍夫应用研究促进协会
技术研发日：2021.12.15
技术公布日：2023/9/23